Указания по упрочнению пород с целью повышения устойчивости горных выработок

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УССР

МАКЕЕВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

УКАЗАНИЯ

ПО УПРОЧНЕНИЮ ПОРОД С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

МАКЕЕВКА—1978

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ УССР МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УССР МАКЕЕВСКИЙ ПНЕ ЕНЕРНО-СТРО ОТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

Утверждаю:

Первый заместитель министра угольном промышленности УССР

А*А*Пшеничный

"//"    1978г.

УКАЗАНИЯ ПО УПРОЩЕНИЮ ПОРОД С ЦЕЛЫ) ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Макеевка

1978

ГРАФИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЗРАЗМЕРНОГО РАДИУСА ЗОНЫ

ШТШСйШоЗ ТРШИНОВАТОСТИ ОТ ПАРАКЕТРА ^

К

ЗАВИСИМОСТИ от горно-гаологичвсш УСЛОВИЙ

сивной трещиноватости и определяется по графику (рио,4).

3.7. Глубина тампонирования для эксплуатируемых выработок и выработок, проводимых в нарушенных массивах определяемся по таблице I*

Таблица I,

Диаметр (ширина4)	Глубина	тампонирования, м
выработки, м	Глинистый сланец	| Песчаный сланец
э	1.1	0,8
3,5	1,3	х,0
4,0	1.*	1,1
4,5	1,6	1.2
5,0	1,8	1.35
5,5	2,0	1.5
6,0	2,2	1.6
7,0	2,5	1,85

3.8.    Требуемая степень восстановления прочности разрушенных пород прихонтурной зоны (характеризуемая коэффициентом упрочнения £ * вторую должен обеспечить тампонаж, определяется по графику (рио.5^ч/.

3.9.    На основании требуемого коэффициента упрочнения подбирается необходимый тампонажный раствор. Так, при использовании раствора па базе портландцемента марки 400, состав его может быть подобран по графику (рис.6).

ЗЛО. В том случае, если существуощие тампонажные растворы не могут обеспечить требуемого коэффициента упрочнения (п.3,8>_# следует увеличить разрыв между тампонажными работами и проходческими* Время отставания тампонажных работ определяется по графику (рис,7> в эави~ оимостн от параметра ¥ , рассчитываемого по формуле :

Ot ВДОЦЕМШНОГО ОТНОШЕНИЙ

-19-

4. ТАМПОНАЛНЫК РАСТЗОРЫ.

4.1, Растворы, предназначенные для упрочнения пород, долины обладать достаточной проникающей способностью, после твердения обеспечивать требуемую степень упрочнения массива, быть устойчивыми к агрессивной среде, иметь низкую стоимость. Вышеуказанным требованиям в достаточной степени отвечают цементные и цементно-песчаные растворы,

4.2. Материалами для приготовления цементных и цементно-песчаных растворов являются : цемент, песок, вода, ускорители схватывания w твердения, пластифицирующие добавки, отвечающие требованиям соотнет-твуюших ГОСТов,

4.3.    3 качестве вяжущего применяется портландцемент марки 4U)

* выше (ГОСТ 10X78-76). При наличии агрессивных вод гекомендуется применять сульфатостойкий портландцемент,

4.4.    Заполнитель - мелко и сре ^еэернистый песок о содержанием ■'линистых частиц до II# - должен соответствовать требованиям ГОСТов (0268-70 и 6736-67.

4.5.    Для затворения пригодна любая питьевая вода. Использование природных минерализованных вод допускается, если они соответствуют требованиям ГОСТ 4797-69,

4.6.    Для ускорения процесса схватывания и твердения тампонажных растворов в них добавляются хлористый кальций (ГОСТ 450-7?\ жидкое стекло (ГОСТ 13078-67) в количестве 2-3% от веса цемента, или другие химические добавки (хлористые соединения железа, алюминия, Japwn).

4.7. Для увеличения подвижности растворов к предотвращения их расслаивания применяются пластифицирующие добавки : сульфитно-дрожжевая бражка (сульфитно-спиртовая барда) в количестве 0,2-0,3% от массы цемента или бентонит в количестве 1-4%.

4,8. Расход компонентов для приготовления I м^э песчано-цементного раствора определяется по формула» :

АННОТАЦИЯ

Настоящие ’'Указания'* содержат основные положения но расчету параметров ш применения способа повышения устойчивости выработок упрочнением вмещающих пород с помощью тампонажа и предназначены для проектировщиков и производственников, занимающихся проектирова-нием и сооружением капитальных горных выработок глубоких шахт Донбасса,

Наименование величин, размерность	Обозначения
I	2
Глубина заложения выработки, и Предел прочности пород на одноосное сжатие, тс/м^,	н
р кгс/см Коэффигиент крепости пород по шкале профессора	R
М. М.Протодьякона Объемный вес пород, тс/ы3	1 >
Грузонесущая способность временной крепи, тс/м^
Радиус выработки (половина ширины выработки вчерне), и	а
Податливость временной крепи, м	а
Безразмерный радиус зоны интенсивной трещиноватости	п
Смещения пород на границе зоны интенсивной трещиноватости, н Радиус зоны интенсивной трещиноватости, м Коэффициент, зависящий от времени отставания тампо	Ut 1
нажных работ от проходческих	т
Прочность затампонировааных пород на контуре выработки, тс/м , кгс/ск2 Коэффициент упрочнения	Ry е
Необходимое количество цемента (расход), т Необходимое количество песка (расход), т Необходимое количество воды (расход), т Число частей цемента по весу Число частей песка по весу Число частей воды по весу	Q, а. Ц п ь
Плотность цемента, г/лэ Плотность пеока, т/к3	и

.............................I—______________ 1

Плотность воды, т/м³

Периметр поверхности породного ойна*эния выработки без учета почвы, м

Средняя величина ширины закрепиого пространства выработки, м

Ориентировочный расход тампонавного раствора на I и выработки, м®

ВВЕДЕНИЕ

Предусматриваемый планами развития народного хозяйства СССР рост добычи угля требует больших объемов проведения горных выработок при строительстве, реконструкции и эксплуатации угольных шахт. При этом с каждым годом происходит систематическое увеличение глубина разработки, что обусловливает рост горного давления и значительные трудности в поддержании выработок.

В настоящее время основным способом обеспечения устойчивости подземных сооружений является возведение в них крепи. Однако, применяемые на практике крепи не в состоянии существенным образом повлиять на напряженно-деформированное состояние массива и являются подпорио-огракдающими конструкциями, предотвращающими обрушенas пород.

Опыт строительства глубоких шахт в Донбассе показывает, что даже мощные металлобетонные крепи не могут обеспечить безремонтного поддержания выработок и их зачастую приходится перекреплять еде до сдачи шахты в эксплуатацию.

Одним из эффективных путей решения проблемы безремонтного поддержания подземных магистралей в Сложных горно-геологических условиях является повышение устойчивости породных обнажений упрочнением вмещающего массива с помощью инъекции в него скрепляющих растворов (цементация, хииичеокое укрепление и др.).

"Указания^составлеаы в соответствии с пятилетним планом головной темы 150*» "Исследовать* разработать и внедрить новые прогрессивные решения в области крепления капитальных горных выработок, обеспечивающие комплексную механизацию горнопроходческих работ” Мик-углепрома СССР, на основании комплекса научно-исследовательских работ, выполненных Макеевским инженерно-строительным институтом ж 1976-1978 гг* При составлении "Указаний" использованы работа ДонУГИ "Руковод-

2.4402

- 6 -

ство но расчету параметров и выбору конструкций крепи капитальных выработок глубоких шахт Донбасса'*, Донецк, 1972, а такие отечественный и зарубежный опыт применения упрочнения пород.

'’Указания” рассмотрены и рекомендованы для использования институтами ВНШШС, Кузнииашхтсстрой, ВНИМИ.ДонУГИ, ДНИ, ЛГИ, Дон-гипрошахт и комбинатом "Донецншахтострой”.

В разработке "Указаний” принимали участие докт.техн.наук, профессор Ю.3.Заславский, канд.техн.наук, доцент Е.Б.Дружко, инженера Й.В.Качан* В.А.Пшеничный, техник С.Р.Харченко.

I, ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1Д. Сущность способа повышения устойчивости выработок упрочнением вмещающих пород заключается в нагнетании в трещиноватые породы приконтурной зоны скрепляющих растворов. Посла затвердения последних вокруг выработок образуется оболочка упрочненных пород, которая может выдержать значительные нагрузки со стороны деформирующегося массива, т. а, выполнять функции несущей крепи,

1,2. Для нахождения геомехавических параметров упрочнения применен комплексный акалитико-акспериментальный подход, в основе которого лежмт получение аналитических зависимостей, отражающих общий характер исследуемого процесса, и последующая корректировка и провгрка их по данным г.ахтных инструментальных наблюдений. Апробация такого подхода к решению подобных задач в горной практике показала его эффективность и надежность,

£.3. Рекомендуемые зависимости получены для горизонтальных п наклонных выработок шахт Донбасса, расположенных вне зоны активного влияния очистных работ в условиях, где параметр < 0,7, Однако, предлагаемая методика расчета геомеханичеоких параметров упрочнения может быть использована в любом другом бассейне. Я этом случае вид полученных зависимостей остается таким же, а численные коэффициенты уравнения должны быть скорректированы по результатам новых инструментальных иаодюденйй. Есть основания полагать, что для пород оре^гнего карбона эти коэффициенты в других районах не будут существенно отля-чаться от приведенных в настоящих "Указаниях”.

1.4, Горный массив характеризуется прочностью пород иа одноосное сжатие, определяемой при испытания образцов по общепринятой него* якке. В случае отсутствия данных о прочности пор^д для ориентировочных расчетов можно пользоваться коэффициентом крепости по шкале проф* В, М.Рротодьяконойа, снятая что R * icx)i кто/см².

- 8 -

При проведении выработки в слоистом массиве с диапазоном изменения прочности в пределах 20$, в расчетах принимается минимальное значение R . В случае, если диапазон изменения прочности по слоям превышает 20/6, то прочность пород определяется как средневзвешенная по слоям : в кровле на высоту, равную 1,5 ширины выработки вчерне, в боках - на высоту выработки и в почве - па глубину, равную ширине выработки*

1*5. Рассчитанные по "Указаниям" геомехапические параметры упрочнения справедливы для любых скрепляющих растворов, при условии возможности нагнетания их в трещиноватые породы приконтурной зоны и обеспечения требуемой степени упрочнения последних.

1.6. Разделы "Указаний", касающиеся свойств затампонированных пород, подбора состава и приготовления растворов, технологии работ по упрочнению, г еглаквитируют применение только цементных и цементко** песчаных растворов*

2* ОБЛАСТЬ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ

2.1. Настоящие "Указания" применяются при проектировании, сооружении к эксплуатации горизонтальных и наклонных (до 30°) горных выработок sтахт Донбасса, расположенных вне зоны активного влияния очистных работ на глубинах до 1500 м в породах о диапазоном изменен**

прочности от 200 кгс/см² до 1000 кгс/см²

2.2* Областью применения способа повышения устойчивости выработок упрочнением вмещающих пород являются :

- вновь проводимые выработки в обычных горко-геологических

условиях, где параметр

-    выработки, проводимые в зоне геологических иаруигккя;

-    експлуаткрующиеся выработки, крепь которых деформируется ма-чА непреиращаюшяхся слвинений горного массива*

2*3. В капитальных выработках с длительным сроком ллувб^ в

- 9 *

х'п

условиях, где параметр <    0,3_#    следует выполнять только первый

этап упрочнения - тампонаж пустот закрепного пространства,

2.4.    Область действия "Указаний" распространяется на протяжен-

р

ные выработки, узлы сопряжений и камеры, сечением до 40 м .

2.5.    Во всех случаях область применения "Указаний" ограничивается условиями выполнения "Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах" и технологических требований по ведению горно-подготовительных работ.

2.6.    В случае принятия решений, отличных от регламентируемых настоящими "Указаниями", они должны быть соответствующим образом обоснованы и согласованы с МакЙСИ или технологическими бассейновыми НИИ МинуглепрсМа СССР,

2.7.    При проектировании и сооружении горных выработок, в условиях, отличающихся от указанных в пп. 2.1-2.4, целесообразность применения упрочнения пород к его параметры определяются конкретными рекомендациями компетентных организаций.

3. ГШМЕШЙЧЕСЖ ПАРАМЕТРЫ УПРОЧНШИЯ,

3.1,    Эффективность упрочнения пород тампонажем в первую очередь зависит от своевременности и тщательности эго выполнения. В связи о этим упрочнение следует закладывать в проект проведения выработок я соблюдать его геомеханические и технологические параметры,

3.2,    Для эксплуатируемых выработок, крепь которых продолжает деформироваться, необходимо разрабатывать "Проект повышения устойчивости выработки упрочнением вмещающих пород".

3.3,    Для вновь проводимой выработки упрочнение является эффективным средством обеспечения ее устойчивости. При этом в процессе проведения выработка крепится временной податливой крепью к поддерживается ею до создания несушей оболочки из упрочненных пород. Параметры

3.4402