3. Обзор существующих исследований и разработок по теме

Исследованиями установлено, что при труднообрушающихся кровлях сопротивление крепи влияет на напряженное состояние и расслоение только нижних слоев мощностью до 2 м. Увеличения сопротивления крепи практически не оказывает влияния на напряженное состояние более удаленных слоев и зависания труднообрушающихся пород. Следовательно, можно сделать вывод, что управление труднообрушающимися кровлями путем повышения сопротивления крепи будет неэффективным.

В угольной отрасли для повышения эффективности управления тяжелыми породами кровли применяют несколько способов ее разупрочнения. Известны и применяются следующие основные способы разупрочнения кровли для снижения горного давления на предохранительные целики [6]:

• способ подработки;

• разгрузка скважинами большого диаметра;

• передовое торпедирование;

• гидрообработка;

• гидромикроторпедирование;

• взрывогидрообработка;

• принудительное обрушение кровли взрыванием скважинных зарядов;

• принудительное обрушение кровли взрыванием шпуровых зарядов;

• скважинная взрывоподбутовка;

• клиновое разрушение;

• направленный гидроразрыв.

Целью применения этих способов является снижение или полная ликвидация тяжести проявления горного давления на предохранительные целики и проявлений осадок кровель в динамической форме.

3.1 Способ подработки

Подработка – региональное ослабление труднообрушающихся пород кровли пласта посредством предварительной выемки нижележащего пласта. Ослабление или разупрочнение происходит за счет разрушения межслоевых связей, а также образования или развития трещин в породах в процессе деформирования и перемещения подработанной толщи. Степень разупрочнения пород снижается с удалением вынимаемого пласта от подрабатываемого и с уменьшением его мощности. Площадь зоны разупрочнения в плоскости напластования сокращается по мере удаления от подрабатывающего пласта. Она определяется углами разупрочнения его по простиранию, восстанию и падению [7–10].

Выбирая способ и средство управления тяжелой кровлей в очистных забоях, следует учитывать воздействие подработки, проведенной с целью борьбы с горными ударами, выбросами угля и газа на улучшение условий поддержания выработок и водоносных горизонтов. Область применения способа ограничена конкретными горно-геологическими и горнотехническими условиями.

Рассматриваемый способ в сравнении с другими является самым простым, легковоспроизводимым и достаточно широко используется в практике. Ограничением являются выработки, пройденные во вмещающих породах.

3.2 Передовое торпедирование

Сущность способа – локальное (местное) ослабление прочных горных пород основной кровли впереди очистного забоя по длине или участку выемочного поля путем взрывания зарядов ВВ в длинных скважинах. Образующиеся в результате взрыва искусственные концентраторы напряжений в виде зон радиальных трещин и разрушенных контактов в плоскостях напластования по мере приближения очистного забоя к плоскости торпедирования и последующего ее перехода в изменяющемся силовом поле напряжений массива пород прорастают в магистральные трещины. Последние расчленяют массив пород основной кровли на блоки по высоте и напластованию, обеспечивая плавное ее опускание по мере отработки.

В результате разупрочнения труднообрушающиеся породы расчленяются на блоки меньших размеров. Это приводит к резкому снижению интенсивности и тяжести проявления первичных и вторичных осадок основной кровли, к уменьшению величины активных внешних нагрузок на крепь очистных забоев и разгрузке их краевых частей.

Передовое торпедирование – универсальный способ для любых горно-геологических условий залегания пластов с труднообрушающимися породами кровли при любой их мощности и прочности для шахт при столбовой и комбинированной системах разработки, при бурении и взрывании скважин из выработок, проветриваемых за счет общешахтной депрессии [6–9].