МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА ВНИМИ

УКАЗАНИЯ

ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ И ВЫБОРУ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ КРЕПИ КАПИТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК НА ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТАХ ШАХТ ДОНБАССА

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА ВНИМИ

УКАЗАНИЯ

ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ И ВЫБОРУ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ КРЕПИ КАПИТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК НА ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТАХ ШАХТ ДОНБАССА

реннего трения.

Эти данные с физико-механических свойствах ■ трещиноватости пород должны представляться в геологических отчетах, выполняемых геологоразведочными организациями .

Сведения о нарушеннсоти и трещиноватости пород массива должны включать элементы залегания воех оояов-ных систем ослабления рассматриваемого участка маосива. включая напластование, а также показатели интенсивности треьршсватооти.

При выборе отметки эаломеаия откаточного горизонта должны учитываться свойства пород, в которых располагаются выработки окслостволышх дворов. Для этого необходимо изучать свойства пород в пределах до ЮСм выше и до 60м ниже рабочего плаота /пластов/, вскрываемого выработками откаточного горизонта.

3. При выборе рационального меота расположения выработок необходимо учитывать условия вентиляции, водоотлива, транспортировки грузов, степень опасности выработок по газу и пыли, оклоннооть пластов и пород к внезапным выбросам и горным ударам и т.п. Эти производственно-технические факторы учитываются путем выполнения требований "Правил безопасности", инструкций, руководств и положений, действующих на период их использования.

а. сыпеть шгшшщя

*. "Указания по прогнозированию проявлений горного давления в капитальных выработках и выбору расчетных параметров крепи" составлены применительно к нижеследующим геологическим и горнотехническим условиям проходки и поддержания выработок:

а/ состав пород вскрываемой толщи предотавлен переслаивающимион аргиллитами, алевролитами и песчаниками, характерными для Донецкого бассейна /типа Донецке -Макеевского и Тореэокого районов/;

6/ глубина вскрытия пластов и проходки выработок 600-1200*;

в/ залегание пластов пологое и наклонное /до

30°/;

г/ спсообы проходки - обычные /специальные способы проходки не рассматривается/;

д/ сечение выработок дс 18 м2; е/ виды крепи - жесткие и податливые, принятые в капитальных выработках;

ж/ опсообы охраны от влияния очистных работ -целиками /рассматривается выработки, находящиеся вне зоны влияния очистных работ).

6. При проектировании и сооружении капитальных выработок, проходимых по пластам и породам, склонным к внезапным выбросам и горным ударам, настояние "Указания..." могут применяться при соблюдении изданных правил, инструкция и руководств по безопасному ведение горных работ на указанных пластах /породах/, утвержденных Госгортехнадзором и Министерством угольной промышленности СССР.

6. "Указания..." не распространяются на следующие условия;

а/ наклонные /овыюе 30°/ и крутое падение; б/ проходка выработок о применением специальных методов /при наличии плывунов и т.п./;

в/ выработки находятся в зоне очистных работ по ооботвенному, подрабатывающему или надрабатывающему пластам.

В этих или других условиях проходки и поддержания капитальных выработок, отличающихся от уолсвий,приведенных в п.4, прогнозирование проявлений геряого давления, выбор рациональных схем расположения, способов охраны и типов крепи производится на сонсве заключения специализированных научно-исследовательских институтов.

Щ. УСЛОШЯ РАБОТЫ И ХАРАКТЕР ДЕФОРМАЦИИ KPEUEJd, ВМЕНЯЕМЫХ В КАПИТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ.

$ 1. Классификация условий проходки и поддержания капитальных выработок.

7.    Капитальные выработки по направление их проходки рекомендуется подразделять на выработки, прейденные :

-    вкрест простирания пород с отклонением направления оси выработки от азимута падения пород на угод р, , не превышающий ± 20° /I группа/;

-    по прсотиранжю пород с отклонением направления оси выработки от азимута проотирания порт на угся

р₂ , не превыьающий ± 30^е /П группа/;

-    вкреот проотирания пород под углом р₃ , равным 30-^0° к азимуту простирания пород /Ш группа/.

8.    Капитальные выработки по расположению в передах равного литологического ооотава рекомендуется подразделять на выработки, прейденные /рио.1/:

-    в мощной / :> 20м/ толще неустойчивых пород /охема I/;

-    в толще неуотойчивых пород у контакта о покрывающими более устойчивыми породами /охема П/;

. - в толще устойчивых пород у контакта о подсти-дающими неустойчивыми породами /схема 1/;

-    в мощной / :> 20м/ толще уогойчивых пород /схема 1У/;

-    в толще уотойчивых пород о покрывающими менее устойчивыми породами /охема У/;

-    в толще неустойчивых пород у контакта о под-отидащими уотекчивыми породами /охема У1/.

Рис. I. Типы крепей капитальных выработок при основных схемах их расположения в породах разной устойчивости

I 1 - устойчивые породы,    -    неустойчивые    породы

У. Капитальные выработки по меоту их раоположенил относительно друг друга рекомендуется подразделять на выработки, пройденные /рио.2/;

-    в одной горизонтальней плсокооти в одинаковом направлении /схемы 1-2/;

-    в одной горизонтальной плсокооти и первоекающиеся под различными углами /схемы 3-8/;

-    в разных горизонтальных плоокостях в одинаковом направлении /охемы 9—11/;

-    в разных горизонтальных плоокостях и в различных направлениях /схема 12/.

I 2. Классификация крепей и устойчивости пород в капитальных выработках.

10. Крепи, применяемые на боль&их глубинах, по характеру вваимедейотвия о породами и по своим конструктивным особенностям можно разделять на следующие виды:*'

1. вид. Незамкнутые оводчатые жесткие крепи:

а/ монолитная бетонная или железобетонная крепь о гибкой или жеоткей арматурой;

б/ сменянная крепь о бетонитевыми или кирпичными стеками и бетонный сводом;

в/ металлическая крепь из двухтаврового профиля с мелезобетонной затяжкой;

г/ сборная /тюбинговая и блочная/ крепь.

Д вид. Незамкнутые прямоугольные, трапециевидные жесткие крепи:

х/ аод в/._мсм крепи мы понижаем группу крепей, характеризующихся примерке сдлнаксвым механизмом взаимодействия с окру . щмии внраоотку передами и имеющих сходство б работе элементов конструкции.

Рис. 2. Основные варианты взаимного расположения капитальных выработок

d. - угол падения пород, h - расстояние между выработками по вертикали,о£, - угол между проекциями осей выработок на горизонтальную плоскость, с - допустимое расстояние между выработками.

a/ смешанная крепь о бетонитовыми или ки спич -ными стенами и прямолинейными «еле 8 обе тонкими или металлическими верхняками о «елезобетонкой аатяхксй;

б/ металличеокая двутавровая крепь с железобе тонкими затяжками;

в/ сборная крепь иа «елевобетонких трубчатых елементов;

г/ обсрн&я крепь иа ребристых элементов типа УТЭ, УРН и др.

III    вид. Замкнутые жесткие крепи:

а/ железобетонная кольцевая или оводчатая о пониженным обратным сводом крепь о гибкой арматурой;

о/ железобетонная кольцевая или оводчатая о пониженным обратным оводом крепь с жесткой арматурой;

в/ металлическая кольцевая или оводчатая двутавровая о пониженным обратным оводом крепь и железобетонными затяжками;

г/ блочная и тюбинговая крепь без податливых прокладок.

IV    вид. Незамкнутые податливые крепи:

а/ арочная податливая крепь из опецпрофиля о деревянной или железобетонной затяжкой;

б/ металлическая или сборная железобетонная ларнирная арочная крепь о железобетонной затяжкой;

в/ блочная или тюбинговая о податливыми прокладками креяь циркульного очертания без обратного свода;

У вид. Замкнутые податливые или ограниченной податливости крепи:

а/ кольцевая или о пониженным обратным оводом податливая крепь из спецпрсфиля о деревянной или железобетонной затяжкой;

б/ блочные панельные /7/ или тюбинговые крепи с податливыми прокладками.

ТА

II. По устойчивости породы в капитальных выработках различаетоя на: неустойчивые породы» породы средней устойчивости и устойчивые породы. Оценка устойчивости пород в выработках» подчеркивав них в нормальных условиях    эксплуатации,проивводитоя по пре

делу прочности на одноосное ожатие породы в куоке /табд.1/^х/*

Т аб^гипА ]

Глубина проходки выработки от поверхностям	Предел ноооно^	пречнооти поре	на од-
	неустойчивые породы	породы средней устойчивости	устойчивые породы
600 - 800 800 -1000 1000 -1200	<г 600 с 700 < «00	600 - 800 700- 900 800 -1000	> 800 >    900 >    1С00

Неустойчивые породы характеризуются о клон-ноотью к обрушению и плаотичеокоиу течению пород в выработки. Сороды» ослабленные трещины, а также породы 80Н геологических нарушений, независимо от проч

ности в куске, следует отнооить к неустойчивым.

Породы оредней уотойчнвооти в нормальных условиях проходки и поддержания выработок /одиночная выработка проходится за пределами влияния онежных вы

иенхю и выдавливанию в выработки.

х/ Оценка уотойчнвооти пород по их пределу прочности на одноосное ожатие является временной иерея до тех пор» пока не будут разработаны другие более представительные критерии. Правомерность примене

Б тяжелых условиях проходки и поддержания /недостаточное расстояние между смежными выработками, в районе сопряжений выработок, наличие вывалов породы и кровли в период проходки, неравномерность забутовки и тлх*/ породы средней устойчивости склонны к обрушении и выдавливании.

Уотсичивые породы не оклонны к обрушении я пластическому течению в выработки.

12. Увлажнением пород в выработках снижаются прсчноотные характеристики и увеличивается их склонность к плаотичеоким деформациям в зоне влияния выработки.

По степени обводненности в выработках следует различать породы:

-    сухие - не обводненные о естественной влажностью;

-    обводненные - при скоплении воды на подошве выработки или при наличии капежа воды иэ кровли выработки.

При оценке уотойчивооти обводненных пород в выработках по пределу прочности на ожатие рекомендуется уменьшать:

-    предел прочности на одноосное ожатие неустойчивых и средней устойчивости пород примерно на I6f;

-    предел прочности на одноооное ожатие устойчивых пород примерно на 20f.

Подсчитанная величина предела прочнооти на сжатие обводненных пород является исходной для оценки их устойчивости в выработках по табл.1.

$ 3. Оценка устойчивости обнажений пород в капитальных выработках.

13. Оценку уотойчивооти обнажений в капитальных выработках рекомендуется производить по данный таблЛ и графику рио.З, где h - глубина расположения выработки в метрах, <$_сж - предел прочности пород на сжатие, кг/ом2.

На графике /рио.З/ линии I и 2 разграничивает области неустойчивого и устойчивого ооотояния обнажений пород в капитальных выработках. Область между линиями I и 2 характеризует предельное ооотояние обнажений пород. В одних горнотехнических условиях /одиночная выработка, оечение выработки вчерне соответствует паспорту, размер оечекия не более 18 м2/ эти обнажения пород прибдижаютоя к ооотоянию устойчивых, в других /в зоне взаимного влияния выработок, больное оечение выработок - более 18 м3, на сопряжениях выработок, на участках выработок, пройденных о вывалами пород из кровли и боков/ - терпят устойчивость и яа-рунаютоя.

14. При проходке выработок в породах о разными рвойотвами /охемы П, III, У, У1, риоЛ/ устойчивость пород оцэниваетоя пс ореднему пределу прочности одоя на ожатие о учетом ослабления устойчивых пород вблизи контакта о неустойчивыми породами и упрочнения неустойчивых пород вблизи контакта о устойчивыми породами.

За величину <5<* при этом должна приниматься величина предела прочнооти на ожатие:

-    устойчивых пород у контакта о менее устойчивыми йс* -    <*«    /I    -    *    /;

-    неустойчивых пород у контакта о более устойчивыми O_w - б_сж /I ♦ и, /;

Указания по прогнозированию проявлений горного давления и выбору расчётных параметров крепи капитальных выработок на глубоких горизонтах Донбасса составлены на основании исследований ВНИМИ, выполненных за период 1958-1968 годов, и результатов обобщения опыта поддержания выработок на глубоких яахтах Союза GCP и за рубежом.

Настоящие "Указания..." предназначены в качестве руководства проектным институтам, иахтосгроительным организациям и производственным предприятиям при проектировании и сооружении капитальных выработок в условиях пологого и наклонного падения /до 30°/ на больших глубинах Донбасса.

Рис. 3. График* для оценки устойчивости пород в выработках

ti последние годы в Донецком, Печорском и др. бас-оейлах отрааы ведутся ракиты по вокрытию и подготовке пластов, залегающих на больших глубинах. На некоторых вахтах ухе л период их строительства отмечаются случаи значительной деформации крепи капитальных выработок. Больше нарушения крепи капитальных выработок зафиксированы и на действующих глубоких вахтах.

На поддержание капитальных выработок действующих вахт и вахт-новоотроек непроизводительно расходуются больные средства и задалхиваетоя много рабочей оилы. Из-за нарушения крепи и при перекреплении капитальных выработок сслохняетоя работа транспорта, аат-рудняетоя вентиляция, а продвижение людей пс таким выработкам отансвитоя небезопасным. По указанным причинам в целом по вахтам снижаются производственные показателя по выполнению плана добычи, повышению производительности труда рабочих и сниженжю себестокыостж добываемого угля,

до исследований ШИМИ борьба о деформациями крепи капитальных выработок, в том числе и на больших глубинах, в соновном, велаоь в направлении иэыокания более совершенных видов крепи, опоообных противодействовать больному горному давлению в выработках. С этой целью проектными и научно-иооледсвательокими институтами /Донгипропактом, ДонУГИ, ШИИОМШС, ДГИ и др.) разработан ряд новых конструкций металлической, бетонной, железобетонной, блочной я тюбинговой крепи арочной и замкнутой формы, которые уже применяются иди находятся в стадии опытного промышленного внедрения в капитальных выработках глубоких шахт.

Обобщением опыта проходки и крепления капитальных выработок н исследованиями ШИМИ было установлено, что в большинстве случаев, в том числе и на больших

глубинах, крепь капитальных выработок нарушается пс причина* неправильного выбора схем их расположения, несоответствия применяемых типов крепи и опсссбсв охраны геологическим и г с рно техническим условиям, в которых проходится и поддерживается капитальные выработки. Поэтому исследовательские работы ВШШ1 были направлены на иэыокание наиболее благоприятных уоловий раосты крепи путем выбора рациональных охем расположения зыраосток и опсссбсв их охраны, определение основных расчетных параметров и выбор типа крепи капитальных выработок, сооружаемых в различных геологических условиях на бсльпих глубинах. С этой целью из. чаиизь геологические условия и горнотехническая обстановка проходки и поддержания выработок, величины и характер деформации пород и крепи во времени, величины и характер распределения нагрузок пс контуру крепи выработок, напряженнее состояние перед в зоне влияния выработок.

Обобщение результатов исследований и анализ условий работы крепи привели к выводу о том, что при прогнозировании проявлений горнего давления должны предусматриваться мероприятия по обеспечению нормальных условий эксплуатации выработок, которые не осложнялись бы гсрнсгехяичеокои обстановкой их проходки и псмДержания и, при которых исключались бы усиленные проявления горного давления в капитальных выработках.

8 последние годы /1965-68 г.г./ ыаучнс-иссле-дсвательокими институтами в оодружестве о проектными

институтами и производственными организациями издан ряд временных положений, руководств и инструкций/1-6/ пс выберу типов крепи, расчету ожидаемого давления на крепь и оценке основных расчетных параметров крепи капитальных выработок.

Временные положения /I/, изданные в 1965 году, нуждаются в уточнении рекомендаций по охране, расположению и креплению капитальных выработок с учётом результатов исследований, проведенных в последние годы.

В остальных изданных документах /2-5/ основное внимание уделяется определению основных расчётных параметров крепи капитальных выработок.

В этих работах не рассматриваются вопросы выбора наиболее благоприятных условий работы различных видов крепи в капитальных выработках и не устанавливается область их рационального применения.

В 1968 году 11ГИ издано временное руководство по прогнозу устойчивости капитальных выработок /6/. Как видно из содержания руководства, оно не распространяется на глубокие шахты.

Настоящие "Указания по прогнозированию проявлений горного давления и выбору основных расчётных параметров крепи капитальных выработок на глубоких горизонтах шахт Донбасса" составлены на основе обобщения результатов исследовательских работ, выполненных за период 1958-1968 годов по теме "Исследование проявлений горного давления в капитальных выработках на пластах пологого и наклонного залегания глубоких шахт Донбасса".

проект "Указаний..." был разослан для обсуждения в 35 адресов заинтересованным производственным и строительным предприятиям и организациям, научно-исследовательским, проектным и учебным институтам. По высланным "Указаниям..."

получено 13 отзывов с заключениями и предложениями,в том числе получены отзывы Технического управления министерства угольной промышленности УССР, комбинатов "Донецкшахго-строй" и "Грузуголь*¹, Донгипроиахта и Ростовгипроаахта,

КГД им.А.А.Скочявского, ДонУГИ, ИФ8 АН СССР, Л1М им.

Г.В.Плеханова, ИГИ, Кадиевского филиала КГЫИ и др.

Проект "Указаний обсуждался и одобрен на технических совещаниях комбинатов "Ростовуголь" и "луганскугодь".

В настоящих "Указаниях..." учтены все обоснованные замечания и предложения, ие учтены только те замечания,которые не согласуются с результатами исследований ВНШШ или для учёта и обоснования которых, на данной стадии изученности вопроса, ещё не накоплено достаточно данных и результатов исследовательских работ.

При составлении "Указаний.авторы отдавали себе отчёт в том, что сделана только первая попытка обобщить результаты исследований в указанном направлении. Многообра-зие факторов, оказывающих влияние на проявление горного давления в капитальных выработках, сложность и трудоёмкость исследований, направленных на выполнение качественной и количественной оценки их влияния, определили неодинаковую степень изученности и обоснования затрагиваемых в работе вопросов. Ряд вопросов (влияние сечения и типов крепи на расстояние, исключающее вредное взаимное влияние параллельных выработок, обоснование надёжного и более представительного критерия для оценки устойчивости пород в обнажениях выработок, вхжяние угла падения пластов и пород и т.п.) остались открытыми ■ на данной стадии изученности

б

ещё не наили должного решения. Указанные и другие вопросы, определяющие проявления горного давления в капитальных выработках, будут изучаться, а "Указания" дополняться и уточняться на основе дальнейшее исследований.

"Указания..." рассматривались на совещании в управлении угольной промышленности УССР и Груз.ССР МУП СССР 25 июля 1969 года, одобрены и рекомендованы к использованию в качестве руководства проектным институтам, производственным и строительным предприятиям и организациям при проектировании и сооружении капитальных выработок на глубоких горизонтах шахт Донбасса.

В разработке "Указаний" принимали участие сотрудники лаборатории горного давления в капитальных и подготовительных выработках кандидаты техн.наук Давыдович ИЛ., Райский В.В.и Басинский Ю.М., млад.научный сотрудник Рогов Б.С.

Методика расчёта монолитной крепи выработок разработана сотрудником лаборатории теоретических исследований канд.техн.наук Амусиным Б.З. Программа для расчёта крепи на ЭВМ составлена инженером лаборатории вычислительной техники Хуковым В.Г.

В экспериментальных работах по изучения проявлений горного давления в капитальных выработках, в подготовке и тарировке приборов принимали участие стариие научные сотрудники Иванов Б.А* и Нейман Л.К., младшие научные сотрудники Комиссаров В.В., Ушакова Б.П., и.о.инженера Донской И.С., мастер-механик Бдяхаров A.Q. и механик Гусев В.В. В лабораторных работах и камеральной обработке

материалов исследований участвовали Капитанская Л.Э. и Прохорова Н.Н.

Руководитель исследовательских работ по теме :анд.техя.наук Давыдович И.Л.

X. Прогнозирование проявлений гсрнсго давления пролаводитоя с учетом геологических и горнотехнических факторов и производственно-технической обстановки, определяющей условия эксплуатации выработок.

2. Основными геологическими и горнотехническими факторами, подлеющими учету, являются:

А. Геологические факторы:

а/ литологический состав, моцнооть и фиаико-механичес кие свойства слоев пород, в которых сооружаются выработки;

б/ структура и нарушеннооть пород иаооива; в/ глубина раоположеаил выработки от поверхности; г/ угсл падения слоев пород /пластов/; д/ обводнеанооть выработок.

Б. Горнотехнические факторы:

а/ форма и размер сечения выработки; б/ характернотика крепи /сопротивление нагрузкам и податливость^ в/ влияние омехных и оопрягающихся выработок; г/ способы охраны выработок от вредного влияния очист ных работ; д/ опоообы проходки выработок.

физико-механические свойства порсд для оценки их устойчивости в обнажении и прогноза склонности пород к развитию деформаций полэучеоти должны быть предотавлены, как минимум, пределом прочности и коэф фициентами бокового распора при кратковременном и дли тельном приложении нагрузки. Для раочета крепи в подземных выработках необходимо дополнительно иметь модуль упругооти пород, коэффициент Пуасоона, угол внут