Том 48 Вып. 1

При разработке мощных крутопадающих пластов с разделением этажа на подэтажи (например, на гидрошахтах) необходимы эффек­тивные средства поддержания подэтажных штреков. Крепь должна обеспечивать надежную устойчивость штреков и простоту ее установки— условия для высоких темпов проходки штреков комбайнами или гидро­мониторами. Тип такой крепи в первую очередь зависит от величины горного давления, которое является результатом распределения напря­жений в массиве пород вокруг выработки.

Одним из основных препятствий к внедрению механизированных крепей при слабых вмещающих породах является отсутствие данных о взаимосвязи между величиной горного давления, вос­принимаемого крепью, и площадью крепи. Определению сопротив­ления почвы на вдавливание в зависимости от диаметра и материала круглого штампа (металла или дерева) и посвящена настоящая статья.

В глинистых породах под действием определенного сдвигающего напряжения τ развиваются во времени деформации ползучести. При значениях сопротивления сдвигу τ, меньших некоторой величины τ∞ деформации ползучести носят затухающий характер. При превы­шении τ∞ деформации ползучести не затухают, при­чем в пластичных или мерзлых глинистых породах развитие их во времени приводит к разрушению по­род. Чем больше вели­чина сдвигающего напря­жения, тем раньше разру­шается глинистая порода.

Общая характеристика глинистых пород. Буроугольные месторождения Подмосковного бассейна находятся в сложных инженерно-геоло­гических условиях, без учета которых горнопроходческие и очистные работы чрезвычайно осложняются. К числу явлений, вызывающих за­труднения при освоении месторождений, относится пучение глинистых пород, вскрываемых горными выработками. Среди глинистых пород угленосного горизонта Подмосковного бас­сейна наиболее широко распространены пластичные глины. Именно они являются главным образом вмещающими породами для залежей угля, слагая их почву и кровлю, или образуя межугольные прослои.

При разработке угольных пластов с применением гибких пере­крытий и различного рода щитов часто бывает необходимо правильно определить боковое давление закладки на вертикальную или наклон­ную стенки. Методы определения величины вертикального давления в основном в технической литературе освещены. Значительно менее исследовано боковое давление, которое можно рассматривать как след­ствие распора между кусками породы, находящейся под вертикальной нагрузкой. Исследования показывают, что большое влияние на величину боко­вого давления оказывает состояние сыпучего тела. При переходе сыпу­чего материала из неподвижного состояния в подвижное степень его разрыхления увеличивается и величина бокового давления значительно возрастает. Между тем известные расчетные формулы построены на основании схем, предусматривающих неподвижное равновесное состояние сыпучего тела, поэтому использование их не обеспечивает правильного решения во всех случаях.

Определение механических свойств массива горных пород в натур­ных условиях — сложная и пока неразрешенная проблема. Поэтому при решении практических задач в качестве характеристики прочности гор­ных пород используются показатели временного сопротивления одноос­ному сжатию и растяжению, полученные в результате испытания образ­цов этих пород, отбираемых из наиболее характерных мест массива. Однако при этом возникает вопрос о правомерности экстраполяции ре­зультатов лабораторных испытаний образцов на массивы горных пород.

Среди систем разработок, применяющихся в Кузбассе на мощных крутых пластах, особенно широко распространена щитовая. При та­кой системе более 40% всех подготовительных выработок составляют углеспускные и ходовые печи. Условия поддержания печей — одна из зажных задач.

В текущем семилетии Тентекский и Чурубай-Нуринский угольные районы — основные районы строительства новых шахт Карагандинского бассейна. Условия поддержания горизонтальных и наклонных выра­боток на строящихся шахтах так же разнообразны, как и физико-меха­нические свойства горных пород, в которых проходятся эти выработки. Поддержание откаточных выработок Тентекского района не пред­ставляет больших трудностей, так как проходка осуществляется в основном в крепких устойчивых породах. Наиболее сложны условия поддержания горных выработок шахт Караджаро-Шаханского участка Чурубай-Нуринского района, особенно на вентиляционных горизонтах. Установленная здесь крепь (деревянная сплошная, металлическая, сборная железобетонная и др.) вследствие большого всестороннего дав­ления деформирована и должна быть заменена. Большинство выра­боток перекреплялось в период строительства несколько раз. Работы по перекреплению требуют больших затрат труда, времени и средств.

Комбинированная система разработки камера-лава сочетает в себе элементы столбовой и камерной систем. В управлении горным давлением система имеет следующие характерные особенности: основная кровля поддерживается длительное время специально оставленными опорными целиками; для увеличения несущей способности непосредственной кровли и контроля за состоянием кровли в выработанном пространстве устанавливается легкая деревянная крепь, рассчитанная на поддержание только нижнего слоя непосредственной кровли мощно­стью не более 4 м забой камеры-лавы общей длиной до 215 м подви­гается аналогично выемке лавами — параллельными заходками в одном направлении; призабойное пространство шириной 3,4—3,8 м при этом не крепится совсем.

Одной из актуальных проблем дальнейшего освоения Чурубай-Нуринского района является разработка рациональных типов крепи. Дан­ные о проявлении горного давления в подготовительных выработках можно получить приближенным расчетным методом. Необходимо определить величину нагрузки на крепь горизонталь­ных выработок (в рассматриваемых условиях) в зависимости от фи­зико-механических свойств горных пород, окружающих выработку, размеров выработки и глубины ее заложения от поверхности, а также конструкции крепи, т. е. основных факторов, легко определяемых в про­изводственных условиях. Для решения этой задачи привлечены резуль­таты шахтных и лабораторных исследований, а также изложенные ранее данные. Кроме того, использованы существующие аналитические расчетные методы. Результаты определения величины вертикальной на­грузки по этим методам, а также результаты непосредственных изме­рений величины нагрузки Р на крепь с помощью динамометров в условиях вентиляционного горизонта шахты № 14 «Чурубай-Нуринская» приведены в таблице.

Отработка крутых пластов полосами по падению щитовыми ком­плексами — принципиально новое направление механизации очистной выемки угля. Взаимодействие щитовой крепи с боковыми породами изу­чено мало и является определяющим при конструировании и выборе основных параметров щитовой крепи.

Для очистной выемки мощных пологих пластов предложена камер­но-щитовая система с применением передвижных оградительных щитов. Производственные испытания такой системы (1959 г.) со щитом ЛГНК-1 подтвердили высокую эффективность и работоспособность пе­редвижной крепи оградительного типа.

Для уменьшения потерь угля при гидравлической разработке мощ­ных крутопадающих пластов системой подэтажной гидроотбойки применяются гибкие металлические перекрытия, отделяющие уголь от об­рушенной породы и, наряду с полнотой извлечения, позволяющие вести выемку угля при отсутствии крепи в очистном пространстве.

Прочность закрепления замков штанг, как известно, является од­ним из важнейших условий работоспособности штанговой крепи. Советские и зарубежные исследователи различно определяют параметры замков метал­лических клино-щелевых штанг. Приме­нение таких штанг считается целесообразным в основном в породах средней крепости (с коэф­фициентом крепости f по М.М. Протодьяконову от 5 до 8) и в меньшей степени — в крепких (f от 8 до 12). Однако до настоящего времени не опубликовано методики, простой и удобной для практических расчетов.

Правильный выбор направления очистной выемки во многом опре­деляет величину опорного давления на целики и прилегающий к выра­ботанному пространству рудный массив, а от проявлений опорного дав­ления зависит безопасность выемки и величина потерь руды. Этот фак­тор приобретает особо важное значение при разработке трещиноватых неустойчивых руд. Норильское медно-никелевое месторождение разрабатывает глав­ным образом вкрапленные руды, представляющие собой оруденелые габбро-диабазы. На некоторых участках нижней части рудного тела залегают сплошные сульфидные руды.

При открытой разработке Тихвинских бокситовых месторождений, где добыча в ближайшее время должна значительно возрасти, на ряде карьеров происходят нарушения бортов и внешних отвалов. На неко­торых рудниках (9, и в меньшей мере 6, 13 и 3) оползни и сплывы значительно усложняют организацию работ на карьерах и удорожают себестоимость боксита.