В сложных условиях норильских шахт при совокупном влиянии теплового режима и опорного давления от очистных работ наиболее эффективное поддержание выработок достигалось при применении железобетонной штанговой крепи с усилением ее крепью поддерживающего типа. Известно, что преимущества усиления крепи канатными анкерами в сравнении с крепью поддерживающего типа сделало двухуровневую анкерную крепь практически безальтернативным вариантом при поддержании выработок в зоне влияния очистных работ на шахтах Кузбасса и России.
Для широкого применения двухуровневого анкерного крепления выработок, проводимых в многолетнемерзлых породах, необходимо усовершенствовать методическую и нормативную базу по расчету крепи, а также разрабо-тать конструкцию крепи, обеспечивающую надежное ее закрепление в мерзлых породах.
Физико-механические свойства мерзлых пород
Особенностью мерзлых пород является изменение их теплофизических свойств при достижении температуры таяния.
Влажность — один из основных факторов, влияющих на устойчивость горных выработок. Она определяет мно-гие специфические свойства мерзлых пород, такие как льдоцементация, анизотропность механических свойств и ползучесть. Вследствие цементации всех трещин и пор льдом горные породы обладают высокой устойчивостью, которая снижается при оттаивании: с изменением темпе-ратуры мерзлых пород от — 4 до 00С прочность на сжатие аргиллитов и песчаников уменьшается на 10 %.
В мерзлых породах выделяют три зоны: зона многолетней мерзлоты, переходная зона, подмерзлотные горизонты.
Охарактеризовать каждую из этих зон можно следую-щим образом:
— зона многолетней мерзлоты — обнажения горных пород обладают высокой устойчивостью вследствие це-ментации всех трещин и пор льдом;
— переходная зона — мелкие трещины и поры запол-нены льдом, по крупным трещинам циркулирует пере-охлажденная вода с повышенной минерализацией. Как правило, это напорные подмерзлотные воды. Из трещин могут быть суфлярные выделения метана. Устойчивость обнажения различная: относительно высокая там, где нет трещин, геологических нарушений и сравнительно низкая, где они есть;
— зона подмерзлотных горизонтов — характеризует-ся наличием подмерзлотных вод, большими газовыделениями и обычной для осадочных пород устойчивостью обнажения.
Как показывает опыт шахты «Джебарики-Хая», оттаива-ние пород вокруг контура выработки ∆Rотв летнее время, когда в шахту подается теплый воздух, может достигать 0,5 м. В части массива между зоной оттаивания и зоной мерзлых пород происходит значительное (до четырех раз) снижение прочностных показателей. Непосредственная кровля пласта «Верхний» сложена песчаником тонкозер-нистым, светло-серым, слоистость прерывистая, трещи-новатым (75є-90є), отмечены обуглившиеся остатки расти-тельности, мощностью 6,0 м с коэффициентом крепости по шкале проф. Протодъяконова от f=5-7. По обрушаемости кровля относится ко III типу, а по устойчивости — к I классу. Основная кровля представлена песчаниками серого цвета, кварцево-полешпатовый, цемент глинисто-кремнестый, мощностью 14 м. Коэффициент крепости по шкале проф. Протодъяконова составляет f=5-7. Глубина ведения гор-ных работ от поверхности — 196,5-141,7 м.
— зона многолетней мерзлоты — обнажения горных пород обладают высокой устойчивостью вследствие це-ментации всех трещин и пор льдом;
— переходная зона — мелкие трещины и поры запол-нены льдом, по крупным трещинам циркулирует пере-охлажденная вода с повышенной минерализацией. Как правило, это напорные подмерзлотные воды. Из трещин могут быть суфлярные выделения метана. Устойчивость обнажения различная: относительно высокая там, где нет трещин, геологических нарушений и сравнительно низкая, где они есть;
— зона подмерзлотных горизонтов — характеризует-ся наличием подмерзлотных вод, большими газовыделениями и обычной для осадочных пород устойчивостью обнажения.
Как показывает опыт шахты «Джебарики-Хая», оттаива-ние пород вокруг контура выработки ∆Rотв летнее время, когда в шахту подается теплый воздух, может достигать 0,5 м. В части массива между зоной оттаивания и зоной мерзлых пород происходит значительное (до четырех раз) снижение прочностных показателей. Непосредственная кровля пласта «Верхний» сложена песчаником тонкозер-нистым, светло-серым, слоистость прерывистая, трещи-новатым (75є-90є), отмечены обуглившиеся остатки расти-тельности, мощностью 6,0 м с коэффициентом крепости по шкале проф. Протодъяконова от f=5-7. По обрушаемости кровля относится ко III типу, а по устойчивости — к I классу. Основная кровля представлена песчаниками серого цвета, кварцево-полешпатовый, цемент глинисто-кремнестый, мощностью 14 м. Коэффициент крепости по шкале проф. Протодъяконова составляет f=5-7. Глубина ведения гор-ных работ от поверхности — 196,5-141,7 м.
Теплоизоляционные материалы и их характеристики
В 1970-х гг. активно прорабатывались варианты подде-ржания горных выработок анкерной крепью при исполь-зовании полимерных теплоизоляционных материалов, в частности пенополистирола. Однако из-за таких недостатков, как хрупкость, горючесть, малая гибкость, неудобство при монтаже и др., они не получили широкого применения на шахтах.
На сегодняшний день существует ряд теплоизоляцион-ных материалов, свободных от указанных недостатков, которые могут обеспечить изоляцию приконтурных по-род горных выработок и минимизировать их оттаивание. Такими материалами являются утеплители на основе ба-зальтового волокна (табл. 1).
Применение современной теплоизоляции позволит значительно снизить параметры ареола оттаивания вме-щающих пород выработок, а, следовательно, нагрузки на крепь.
На сегодняшний день существует ряд теплоизоляцион-ных материалов, свободных от указанных недостатков, которые могут обеспечить изоляцию приконтурных по-род горных выработок и минимизировать их оттаивание. Такими материалами являются утеплители на основе ба-зальтового волокна (табл. 1).
Применение современной теплоизоляции позволит значительно снизить параметры ареола оттаивания вме-щающих пород выработок, а, следовательно, нагрузки на крепь.
Таблица 1. Характеристики базальтовых утеплителей
