Увеличение размеров выемочных полей в отдельных случаях неизбежно приводит к пересечению ранее пройденных выработок (наклонных стволов, бремсбергов, уклонов, ходков и др.) механизированным комплексом. Также для решения вопросов проветривания, обеспечения эффективности и безопасности ведения очистных работ при больших размерах выемочных столбов (длина лавы 200-300м и выемочного столба - до 3000 м) проводятся разрезные печи. Эти выработки проводят заранее при формировании выемочного столба. К моменту приближения очистного забоя к участку переезда в зоне опорного давления крепь и контур выработки могут деформироваться, что значительно осложняет ведение горных работ и увеличивает затраты на поддержание выработок в момент их переезда.
До недавнего времени на шахтах Кузбасса и России крепление выработок, которые в дальнейшем предполагалось переходить очистным забоем, осуществлялось металлической крепью (арочная крепь, КМПТ и т. п.) или анкерной крепью первого уровня (рис. 1), а ее усиление производилось деревянными стойками либо костровой крепью, что имело ряд существенных недостатков:
- высокая трудоемкость выполнения работ по доставке материалов;
- объем и вес крепи усиления достаточно велики;
- привлечение дополнительных работников (машинист дизелевоза и ГРП) на длительный срок для доставки материалов и монтажа крепи;
- загромождение рабочего пространства при усилении крепи деревянными стойками осложняются проход людей и движение транспорта;
- препятствие проходу свежей струи воздуха в подготовительные выработки, тем самым осуществляется некачественное проветривание;
- высокие затраты на материалы для усиления;
- установка стоек под лафет, равно как и их демонтаж, представляет большие трудности и сопряжена с опасностью получения травм при падении стоек;
- при креплении переезжаемых выработок рамной крепью, а также при подъезде лавы требуется извлечение стоек у лавного бока выработки, тем самым снижается безопасность ведения очистных работ в зоне опорного давления, увеличивается трудоемкость концевых операций;
- низкие темпы перехода выработок очистным забоем в связи с необходимостью демонтировать крепь усиления;
- низкая эффективность совместной работы анкерной и стоечной крепей, так как стоечная крепь включается в работу после того, как произошли смещения пород кровли, поэтому не обеспечивает надежного усиления анкерной крепи и предотвращения развития трещиноватости, расслоений массива пород.
В настоящее время на шахтах не только Кузбасса, но и России в целом получило широкое применение двухуровневое анкерное крепление с применением анкеров глубокого заложения с целью обеспечения устойчивости горных выработок. Угольные предприятия Кузбасса для предотвращения простоев очистного забоя, связанных с потерей устойчивости горных выработок при их переезде, дополнительно усиливают основную крепь. Так, шахтой им. 7 Ноября ОАО «СУЭК-Кузбасс» при переходе очистным забоем № 1358-1 промежуточных конвейерного и путевого уклонов № 31, помимо усиления крепи канатными анкерами, было произведено дополнительное усиление крепи бетонными тумбами.
Крепление промежуточного конвейерного и путевого уклонов № 31 осуществлялось следующим образом:
✓ основное крепление уклонов было выполнено сталеполимерными анкерами АВ-20 (4шт. в ряду);
✓ усиление крепи осуществлено канатными анкерами глубокого заложения следующим образом:
✓ основное крепление уклонов было выполнено сталеполимерными анкерами АВ-20 (4шт. в ряду);
✓ усиление крепи осуществлено канатными анкерами глубокого заложения следующим образом:
- на промежуточном конвейерном уклоне № 31 по оси выработки выполнена установка ряда канатных анкеров типа AK0l L=7 мв сочетании с «продольным» подхватом из СВП22, также на расстоянии 0,35 м от правого бока установлен ряд канатных анкеров типа AK0l L=5 м в сочетании с демпферными шайбами 300х300х8 мм;
- на промежуточном путевом уклоне № 31 по оси выработки и на расстоянии 0,35 м от левого бока выполнена установка двух рядов канатных анкеров типа AK0l L=7 м в сочетании с «продольным» подхватом из СВП, также на расстоянии 0,35 мот правого бока установлен ряд канатных анкеров типа AK0l L=5 м в сочетании с демпферными шайбами 300х300х8 мм;
✓ кроме того, выполнено дополнительное усиление крепи промежуточного конвейерного уклона путем возведения пенобетонных «тумб» и деревянной костровой крепи.«Тумбы»установленынавсем протяжении промежуточного конвейерного уклона № 31 со стороны входа очистного комплекса (рис.2).
Расстояние от первой «тумбы» до конвейерного штрека № 1358 - 30 м, следующие расположены через каждые 20 м. Между пенобетонными «тумбами» возведены по две деревянные «клетки» из шпального бруса на всю высоту выработки.
С целью приведения сокращающихся целиков угля в неудароопасное состояние, а также снятия напряжения с краевых частей угольного массива из промежуточного конвейерного и путевого уклонов № 31 выполнено бурение скважин диаметром 250мм и длиной 15 м в бока выработок в сторону очистного комплекса на всем их протяжении.
Силами ООО «РАНК 2», при поддержке технической службы шахты им. 7 Ноября в период перехода уклонов были выполнены геомеханические исследования состояния при контурного массива пород.
Целью проведения геомеханических исследований являлось определение интенсивности смещений пород кровли и боков уклонов для обоснования эффективности крепления и усиления крепи промежуточного путевого и промежуточного конвейерного уклонов № 31 при переходе лавой № 1358-1.Данные исследования выполнялись путем визуального и инструментального контроля состояния кровли и боков уклонов, при подходе и переходе их механизированным комплексом. Фиксировались изменения показаний реперных станций типа РГб, РГ3 с последующими построениями графиков смещений и анализом изменений показаний. Согласно разработанной методике проводились видеоэндоскопические обследования для оценки состояния вмещающих пород, и осуществлялся контроль состояния при контурного массива пород уклонов и сопряжений на наличие расслоений кровли с помощью видеоэндоскопических исследований (рис. 3, 4, 5).
Как показано на схеме (см. рис. 3), в кровлю выработки устанавливались глубинные реперы РГб (глубина заложения - 1,8; 4; 5; 6; 7; 8 м), также в кровле на каждом участке установки замерных станций был отбурен шпур для видеоэндоскопических обследований. В бока выработки были установлены глубинные реперы РГ3 (глубина установки - 1, 2, 3 м).
Наблюдения выполнялись в период подхода и перехода очистным забоем промежуточного конвейерного и путевого уклонов № 31 с 27.07.2013 по 13.08.2013.
Показания в ходе выполнения наблюдений:
- при переходе промежуточного конвейерного уклона №31 и промежуточного путевого уклона № 31 механизированным комплексом лавы № 1358-1 критических смещений вмещающих пород не выявлено. Параметры анкерной крепи первого и второго уровней выбраны правильно, что подтверждается фактическими проявлениями горного давления;
- при визуальном осмотре уклонов в зоне влияния опорного давления лавы № 1358-1 нагрузки на костровую крепь отмечено не было;
- в зоне опорного давления лавы № 1358-1 на участках промежуточного конвейерного уклона № 31 контакт пенобетонных «тумб» с кровлей отсутствовал;
- за весь период наблюдений зависания пород кровли в выработанном пространстве не наблюдались;
- на основании проведенных видеоэндоскопических обследований расслоения пород кровли выявлены на участке замерной станции № 8 на глубине от 4,7 до 4,8 (см. рис. 4), о чем также свидетельствуют показания установленного глубинного репера РГб (см. рис. 5), что подтверждает правильность выбора длины анкеров усиления;
- на исследуемых участках замерных станций №№ 1, 2, 4, 6, 9, 10, 11, 12, 13 расслоений пород кровли не выявлено.
На основании проведенного геомеханического исследования состояния при контурного массива пород уклонов при их переезде очистным забоем можно сделать следующие выводы:
-
Применение двухуровневой схемы крепления выработок позволяет обеспечить устойчивое поддержание пород кровли уклонов в момент их перехода очистным забоем, о чем свидетельствуют отсутствие нагрузки на подпорную крепь (бетонные тумбы и костровая крепь ), а также результаты проведенных геомеханических исследований с применением многоуровневых реперных станций РГб (РГ3 ) и видеоэндоскопических обследований.
-
Усиление крепи уклонов анкерами глубокого заложения AKOl обеспечивает удовлетворительное состояние выработок при их поддержании в момент переезда очистным забоем без ее дополнительного усиления подпорной крепью (костровая крепь, пенобетонные тумбы и т.д.).
-
Использование двухуровневой схемы анкерного крепления в комплексе с дополнительными мероприятиями позволяет значительно повысить безопасность и скорость ведения горных работ при переходе выработок очистным забоем, так как отсутствует необходимость демонтажа дополнительных элементов крепи усиления (деревянных стоек, клеток и т.д.).