Том 57 Вып. 1

Жизнь Б. В. Бокия прочно связана с Ленинградским горным институтом, куда он поступил в 1921 г. после службы в Красной Армии. ...

В данной работе рассматривается напряженное состояние упруго­ползучих горных пород вблизи закрепленной горной выработки с контуром, имеющим технологические неровности. При решении данной задачи используется напряженно-деформированное состояние вокруг незакрепленной горной выработки. Поэтому рассмотрим сначала решение этой задачи.

Устойчивость породного массива при проведении группы горных выработок в значительной мере зависит от их взаимного расположения и соотношения размеров поперечного сечения, а также от характера приложения нагрузок. Ниже рассматриваются результаты исследования напряженного состояния пород при проведении двух вертикальных выработок на Текелийском руднике, где ствол диаметром 6,7 м и рудоспуск диаметром 3,4 м пройдены при расстоянии между их осями 15 м до глубины X горизонта (572 м). В неустойчивых породах взаимное влияние этих выработок друг на друга приводит к значительным деформациям пород и их вывалам.

Зона неупругих деформаций, возникающая в результате проведения горных выработок, как известно, характеризуется в большинстве случаев трещинообразованием, развивающимся во времени. С другой стороны, по прошествии определенного срока, трещиноватость пород может уменьшаться за счет их уплотнения, т. е. закрытия трещин.

Для полной характеристики горных пород необходимо учитывать их реологические свойства, одним из проявлений которых является ползучесть. Испытание пород на ползучесть при одноосном сжатии требует применения достаточно тяжелого оборудования — специальных пружинных прессов. Деформация замеряется между торцами породного образца, в то время как однородное напряженное состояние наблюдается только в средней части по его высоте. При исследовании ползучести пород испытанием образца на изгиб используются более простые установки и при определенном отношении пролета образца к его высоте напряженное состояние можно считать близким к однородному.

Во всех реальных телах процессы деформации протекают во времени. Механические характеристики, которые не учитывают времени, являются приближенными и во многих случаях оказываются недостаточными. Такие факторы, как скорость и продолжительность нагружения, энергия, накопленная системой, оказывают большое влияние на значение разрушающего напряжения. В ЛГИ проведена большая работа по установлению физических особенностей процесса разрушения пород ударной нагрузкой и выяснению сравнительной эффективности статического и динамического способов разрушения. В результате установлено, что энергия разрушения, при прочих равных условиях, является функцией энергии удара, скорости приложения ударной нагрузки, массы ударяющего тела. Что касается сопоставления затрат энергии при статических и ударных испытаниях, то оно допустимо только при сравнимой степени дроб­ления, т. е. при некоторой минимальной работе удара.

Геологический разрез кровли Ленинградского месторождения довольно сложен и характеризуется большим разнообразием литологических типов (от слабых глинистых горючих сланцев до весьма прочных известняков), их изменчивостью по расстояниям залегания от кровли промпачки и мощности. Наиболее опасной с точки зрения возможности обрушения является 90-сантиметровая пачка пород, считая от кровли промпласта, разрез которой наиболее сложен и обобщенно может быть представлен в следующем виде.

При определении прочности горных пород обнаружен масштабный эффект или масштабный фактор — зависимость результатов испытаний от размеров образцов. Экспериментальные исследования проявления этого явления приводят к противоречивым результатам, а некоторые авторы вообще отрицают его существование.

Проведение горных выработок в слабых неустойчивых породах затруднено и требует применения специальных способов — замораживания пород, инъекции закрепляющих веществ, осушения. Наибольшие трудности для ведения горных работ представляют глинистые водонасыщенные породы со слабой фильтрационной способностью, не поддающиеся упрочнению большинством широко распространенных способов. В настоящее время выработки в таких условиях проводятся в основном с применением замораживания пород.

При разработке мощных угольных пластов Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса встречается большое число геологических нарушений (20-60% от общей площади вынимаемых пластов), причем относительное развитие нарушений возрастает с увеличением глубины работ. При проведении выработок в таких зонах происходят крупные вывалы угля, в результате чего повышается опасность производства работ, существенно осложняется проходка и последующая очистная выемка. Уголь в нарушенных зонах и на некотором расстоянии от них имеет малую прочность (менее 10 кг/см²). Зона ослабленных пород и угля дизъюнктивного нарушения обычно распространяется на 12-15 м в каждую сторону. Горные выработки в зонах нарушений приходится неоднократно перекреплять, что приводит к неизбежному удорожанию работ. Упрочнение угольного массива нагнетанием в него химических растворов повысит устойчивость обнажений угля в подготовительных выработках. Таким способом можно упрочнять тонкотрещиноватые горные породы с коэффициентом фильтрации менее 1 м/сутки. Цементация в этих случаях не дает положительного эффекта.

Деревянные штанги, имеющие обычно клинощелевую конструкцию и обладающие малым весом, невысокой стоимостью, простотой изготовления, недефицитностью материала, применяются пока редко. Причинами этого являются низкая несущая способность глубинного замка таких штанг, не превышающая 1-1,5 m, недолговечность и малое сопротивление срезывающим усилиям. ...

В последнее время в горной промышленности получила широкое распространение железобетонная штанговая крепь. В отличие от металлических клинощелевых и распорных штанг железобетонные характеризуются прочным контактом с породой по всей длине скважины, что обеспечивает большую надежность и устойчивость контура выработки. Кроме того железобетонные штанги лучше работают в зоне влияния массовых взрывов, чем и объясняется их распространение в основном в рудной промышленности.

Предлагаемый метод расчета справедлив для замков штанг распорного типа с несвязанными распорными сегментами. Однако аналогичные зависимости могут быть выведены и для других конструкций замков металлических штанг распорного типа. При этом фактическую поверхность контакта замка штанги с породой, имеющую криволинейное очертание, следует приводить к эквивалентной прямоугольной в плане поверхности и в формулу (6) вместо величины половины длины поверхности штампа подставлять половину длины этой фиктивной поверхности.

Метод расчета основывается на том, что размеры очистной камеры определяются предельной устойчивостью кровли после окончания очистных работ в камере. Следовательно, система и последовательность отработки камеры не влияют на предлагаемый метод расчета.

Основными параметрами, которые необходимо определить при изучении проявлений горного давления в стволах, являются величина нагрузки на крепь, характер ее изменения во времени и распределения по контуру сечения ствола, а также величина смещений окружающего породного массива. Для определения этих параметров наибольшей известностью пользуется метод ВНИМИ, который основан на применении специальной динамометрической крепи. Более чем десятилетний опыт применения такой крепи доказал работоспособность ее основных узлов Однако широкое использование крепи при проведении научно-исследовательских работ сдерживается, так как большинство принятых в ней приборов и оборудования серийно не выпускаются, а их изготовление в местных мастерских практически невозможно. В связи с этим ЛГИ разработаны упрощенная конструкция динамометрической крепи и замерные устройства, которые отличаются простотой и могут быть изготовлены в шахтных мастерских. Это позволяет организовать инструментальные наблюдения в значительно более широком масштабе и по­лучить информацию о проявлениях горного давления в объеме, необ­ходимом для решения ряда практических задач.

Практика сооружения вертикальных стволов буровзрывным способом в условиях комбината "Ростовшахтострой" показывает, что совершенствование параметров буровзрывных работ позволяет уменьшить отклонение фактических сечений от проектных. Вместе с тем это не сопровождается уменьшением неровностей по родных стенок ствола, а разрушение пород в обнажениях остается еще значительным.

Ленинградским горным институтом совместно с комбинатом "Ростовшахтострой" с 1966 г. ведутся исследования по определению фактических переборов породы при проходке вертикальных стволов и изысканию оптимальных параметров контурного взрывания, способствующего снижению излишне вынимаемой породы.

Несмотря на то, что в настоящее время подъемные сосуды оборудуются парашютами с тормозными канатами, еще существует много шахтных подъемных сосудов, оснащенных парашютами, которые при срабатывании захватывают проводник.