Временное руководство по рациональному расположению и способам крепления капитальных и полевых горных выработок глубоких горизонтов шахт Воркутского месторождения

Министерство угольной промышленности СССР Печорский научно-исследовательский угольный институт (ПечорНЮТ)

Согласовано

с главным инженером Управления Печорского округа Госгортехнадзора СССР

II нюня 1969 г.

ВРЕМЕННОЕ РУКОВОДСТВО ПО РАЦИОНАЛЬНОМУ РАСПОЛОЖЕНИЮ И СПОСОБАМ КРЕПЛЕНИЯ КАПИТАЛЬНЫХ И ПОЛЕВЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ ШАХТ ВОРКУТСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Воркута 1969

Времоиное руководство составлено по результатам научно-исследовательских работ, выполненных в 1967-1968 гг. ПочорНШ по исследованию проявлений горного давления в капитальных и подготовительных выработках шахт Воркутского месторождения.

Временное руководство предназначено для практического использования при выборе рациональных мест расположения и способов крепления капитальных и полевых горных выработок глубоких вахт Воркутского костороадсн.м.

В отдельных случаях могут допускаться обоснованные отступления от основных положений временного руководства.

Временное руководство составлено без учета самовозгорания угля в иахто.

В приложении к Временному руководству дон краткий отчет работы, выполненной ПечорИйУИ в 1967-1968 гг. по томе "Разработка практического руководства, и внедрение технических предложений по условиям поддержания капитальных и нолевых выработок на Воркутскои месторожденииГ

Временное руководство составили инженеры Г.Г. Горный,

А.Д. Руппель, М.И. Богданов, В.Н. Левчук, Д.И. Добрица, В.П. Шишкин*

2

Рис. 2. Графики 8он опорного давления и интенсивного смещения. Зоны опорного давления пои мощности пласта: 1-до 1,7 и; 2-от 1,7 до 2,9 и; 3-более 2 ~ и. Зоны интенсивного смещения при мощности 1и.аста:4-до 1,7 и; 5-от 1,7 до 2,9 м; 6-<5ояее 2,9 и II

При расположении полевого штрека в кровле разрабатываемого пласта, под ним должеп быть оставлен целик угля по восстанию и по падению не ионее величины зоны интенсивного смещения.

3.00. Креплеиио капитальных выработок (около-ствольные выработки и квершлаги)

3.01.    Проектирование крепей капитальных горных выработок должно производиться с учетом физико-механических свойств пород, в которых располагаются выработки.

Данные о физико-механических свойствах пород принимать иэ геологических отчетов, выполняемых геологоразведочными организациями.

Изучение физико-механических свойств пород производить в пределах толщи пород ыехдупластия и на 50 м ниже и 100 м выше разрабатываемых пластов.

3.02.    До накопления данных о физико-механических свойствах пород, при проектировании горных выработок, проводимых на глубине 600-I0C0 ы в умеренно-трещиноватых породах и на глубине 1200 м в породах не ослабленных трещинами, относить:

к устойчивым - породы, имеющие предел прочности на сжатие более 900 кг/см², и которые на дайной глубине под влиянием возникающих вокруг выработки напряжений не претерпевают неупругих деформаций;

к средней устойчивости - породы, имеющие предел прочности на сжатие 600-900 кг/см², которые претерпевают относительно небольшие неупругие деформации;

к неустойчивым - породи, имеющие предел прочности на сжатие менее 600 кг/см², которые претерпевают значительные неупругие деформации.

Существенно ослабленные трещинами породы на больших глубинах уоловно относить к неустойчивым.

Принятые прочностные характеристики пород определяются методом соосных пуансонов.

12

3,03. По прочностным свойствам породы, слагающие угленосную толщу Боркутинской мульды, характеризуется следующими данными:

песчаники - предел прочности на скатие с карбонатным цементом 6^=720-1795 кг/си²; с хлоритовым цементом б'_сх~<>¹*С-1360 кг/см2; с глинистым цементом ^_с;,~б00-860 кг/см^.

Алевролиты - предел прочности на сжатие 6^=5^0-1320 кх/см^. Аргиллиты - предел прочности на сжатие (51 '=150-930 кт/см^.

С5    '

Величины модулей упругости измеляэтся в пределах: песчаники - с карбонатным цементом от 3.I2.I0⁵ до 5,9»-10^ кг/см²; с хлоритовым цементом от 2,43Л0⁵ до ^.GS-IO^Kr/cu²; с глинистый цементом от 1,88*10^ до 2,^*10⁵кг/см² и имеют

ЛПА7ТИПЙ янптиия ллл«м*лп*лт*им**т L 9/С.7С$ т.«/лц2    *    с;с.

3*0^. Крепление выработок околоствольных дворов, располо-аениых в устойчивых породах, предусматривать незамкнутыми ?'ест-кими крепями из монолитного бетона или железобетона, блоков или тюбингов без податливых прокладок. В породах средней устойчивости г»; '.менять незамкнутые ограниченно-податливые кропили-» бото-нитез, блоков или тюбингов с податливыми прокладкамиг Допу\,«$ты в породах средней устойчивости крепление околоствольвых выработок жесткой крепью (монолитный бетон и др.).

В неустойчивых породах предусматривать замкнутые крепи с ограниченной податливостью из бетонитов, блоков или тюбингов с податливыми прокладками.

Допускать в неустойчивых г.от. дах крепление околоетвольных выработок усиленной замкнутой монолитной делезобетокной крепью, если это обосновывается технико-зконсмичсскими расчетами.

13

Прл применении в выработках околоствольных дворов жестких крепей из монолитного бетона, возведение крепи производить в два этапа (временная и постоянная)• При этой постоянная крепь должна возводиться с отстэваииом от забоя выработки но менее чем на 25 м, но не ранее чем через месяц после проведения выработки. В качестве временной крепи следует применять металлическую арочную податливую крепь, которая в выработкам пройденных в породах средней устойчивости и неустойчивых г.ри возведо-нии постоянной крепи оставляется в бе!гоис.

3.05.    Крепление квералагов на участках, находящихся в зоне влияния очистных робот, предусматривать податл'лвок металлической или сборно-жолсзобетониой раиной крепью; на участках квер-влагов, расположенных вне зоны влияния очистных работ - жост-кой ели податливой металлической или сборно-железобетокной рамной крепью в зависимости от преобладания устойчивых или неустойчивых пород.

3.06.    Крепление сопряжений стволов и примыкающих к пим участков выработок длиной 15-20 м, а также камер, сопрягающихся со отводами, предусматривать жесткой бетонкой или железобетонной монолитной крепью.

3.07.    Огравкченно-податлиЕую крепь принимать с достаточным рабочим сопротивлением, соответствующей ожидаемой нагрузке на крепь.

Податливость крепи должна составлять 150-250 мм и достигаться включением в крепь податливых элементов, созданием податливого забутовочвого слоя и другими способам;!.

Нагрузки на крепь принимать на основе имеющихся данных ж экспериментального определения.

3.08.    Податливость крепи сопрягзюдихся выработок принимать одинаковой. Выработки с податливей крепью, примыкающие к выработкам с жесткой к^епъв, яа участках длиной 1,5-2 диаметра выработки вчерне крепить жесткой коеиыз.

3.09.    Наружны:! копгур монолитной бетонной крепи, о также сборной хеоткох ж ограниченно податливо.; крепя ко должен иметь жесткого контакте с боковыми породами, Скрепленное простракст-14

во необходимо заполнять мелкой породой или другим заполнителем.

3.10. При креплении выработок сборной жесткой или ограниченно-податливой крепью предусматривать заполнение закрепно-го пространства забутовкой из мелкой породы с тампонажем песчано-цементным или песчано-глинистым раствором.

А.00.Крепление полевых выработок

4.01.    Полевые выработки крепить, как правило, металлическими или сборно-железоботонными крепями арочной или трапециевидной формы, в зависимости от горногсологичсских уело -вий.

4.02.    В качество основной крепи принимать металлическую арочную из спецпрофиля трехзвоньевую или пятизвеньовую в зависимости от требуемой величины податливости крепи.

4.03.    Трапециевидную податливую кроль, например, из железобетонных стоек и металлических шарнирных верхияков, применять в выработках при плоском обнажении устойчивых пород кровли.

4.04.    Полевые выработки, находящиеся в зоне влияния очистных работ, проводимые в породах средней устойчивости и неустойчивых крепить податливыми крепями (металлической арочной, трапециевидной или крепью замкнутой формы). При проведении полевых выработок по устойчивым породам допускать применение ограниченно податливой сборной железобетонной крепи (тюбинговой, крепи УТЭ и др.).

4.05.    Для крепления половых подготовительных выработок, проводимых в устойчивых породах вне зоны влияния очистных работ, допускать применение жестких крепей.

4.06.    При глубине от поверхности более 500 м полевые выработки, пройденные вне воны влияния очистных работ по сродней устойчивости и неустойчивым породам, крепить податливой крепью.

4.07.    Податливость и расположение подвижных соединений по коптуру выработки должны выбираться с учетом направления сдви-

15

женин и величины сиещения пород. Сопротивление соединений не додано превышать значений разрушаюцмх нагрузок элементов крепи.

4.08.    При проведении выработок форма выработки должна соответствовать форме крепи.

4.09.    Замкнутую крепь предусматривать в основном, в павель-иых наклонных выработках, а также в коренных штреках при неустойчивых породах почвы, если по каким-либо причинам не может быть осуществлена охрана их методом разгрузки.

4.10.    Начальное сечение выработок в свету, проводимых в неустойчивых и средней устойчивости породах, принимать с запасом на осадку по высоте не менее 300 мм.

Если выработка пройдена в устойчивых породах запас на осадку по высоте принимать не менее 200 мм.

16

Введение

Интенсивная отработка Воркутского месторождения привела в быстрому нараотанию глубины разработки, вследствие чего ощутимее стало оказываться вредное проявление глубинных факторов.

Из комплекса природных факторов, осложняющих отработку угольных пластов на больших глубинах, наименее изученный явлдчгоя горнов давление, ибо до оих пор еще нет общепризнанной научно обоснованной теории горного давления, единства мнений в отношении режима работы крепи, а существующие рекомендации по определению ее параметров не всегда являются достоверными.

Важнейшим вопросом при отработке глубоких горизонтоз является безремонтное поддержание капитальных и полевых выработок* Рациональное расположение и правильно выбранная крс ь канн -тальных и полевых выработок служат основой их безремонтному поддержанию.

В настоящее время по Боркутскому месторождению более угля добывается на глубинах, превышающих 500 м. На реконструируемых шахтах X? 5/7, 18 и ЬО "Капитальные" глубина ведения горних работ достигает 670-8IC м.

Значительное увеличение глубины залегания подготовительных выработок не иогло не отразиться на их состоянии. Крепь этих выработок и меры охраны, принятые, в основном, пошало-гии с видами крепи и мерами охраны, принятыми на мевьашх глубинах, в ряде случаев не обеспечивают их устойчивого состояния, крепь деформируется зачастую вскоре после ее возведения вне воны влияния очистных работ.

Проектные организации и производственники не располагают необходимыми данными для определения благоприятных условий работы крепи, выбора рациональных мост расположения полевых выработок, тип крепи и способов охраны их от усиленного горного давления.

Зсе ото приводит к излишним затратам средств на перекреп-ление выработок. Кроме того, при нарушении кропи откаточных выработок значительно осложняется работа подземного транспорта, затрудняется вентиляция, a передвижение людей по выработкам становится небезопасным.

В течение 1965-1968 гг. ВДчорШШ проводились исследования по определению величии и характера смещения пород контура кропя, о также отпора крепи в капитальных и полевых выработках в различных горногеологических и горнотехнических условиях.

Наряду с шахтными (натурными) наблюдениями проведены лв -бораторные исследования методом моделирования на эквивалентных материалах м исследования физико-механических свойств окружающих выработку пород в местах заложения наблюдательных станций, по кернам из специально пробуренных разведочных скважин.

Основные положения по рациональному расположению и способам крепления капитальных и полевых горных выработок глубоких горизонтов шахт Воркутского месторождения

1.00. Расположение и охрана капитальных выработок

1.01.    Выработки околоотводьных дворов располагать вне воны влияния очистных работ, и, по возможности, в устойчивых монолитных породах.

В случае невозможности заложения выработок окодоотвольного двора в устойчивых породах располагать их вкрест простирания пород; при этом сопряжения выработок со стволами предусматривать в наиболее устойчивых породах.

1.02.    Околоствольные выработки, кроме выработок, в которых расположены опрокидыватели и разгрузочные ямы при скиповых стволах, располагать от ствола и друг от друга на расстоянии, равной 6-кратной ширине выработки вчерне, но не менее 25 м.

Сопрягающиеся выработки следует располагать под возможно большим углом, но не менее

1.03.    Временные околоствольные выработки, расположенные ближе 25 м от действующих, должны быть заложены породой на тощем цементном растворе. При погашении горизонтов около -ствольные выработки закладывать породой на длину 25-30 м от стволов.

1.0^. При вскрытии горизонтов наклонными стволами или уклонами, капитальные горные выработки (камеры центральной подземной подстанции, насосов главного водоотлива, зарядной и др.) надлежит, как правило, располагать в наиболее устойчи -вых породах почвы нижнего пласта.

По возможности эти выработки следует проходить после предварительной отработки вышележащего пласта над участком нх расположения. Ширину вынимаемой полосы пласта принимать не менее 40 м от нормали, проведенной через контур выработки к пласту.

1.05. При вскрытии выработками околоствольного двора пластов, опасных по горным ударам, необходимо применять меры безопасно-

сти в соответствии с "Инструкцией по безопасному ведению горных работ на вахтах, разрабатывающих пласты, опасные по гор -пым удараи", изданной ВНИМИ в 1967 г.

1.06.    Охрану околоствольных выработок осуществлять целиками о размерами, определяемыми в соответствии с табл, I.

1.07.    Цолики для охраны околоствольных выработок, расположенных за пределами охранных целиков под проиплощадку, не оставлять:

при расположении выработок ниже разрабатываемого пласта на расстоянии по нориали более 100 м при неустойчивых и сродней устойчивости породах и более 50 м при устойчивых вмещающих породах. Эти предельные расстояния в зависимости от податливости крепи выработок могут быть уменьшены соответственно до 50 и 30 м при ограниченно податливой крепи (тюбинговой) и до 25 и 15 и при податливой крепи (металлической арочной);

при расположении выработок выше разрабатываемого пласта на расстоянии по нормали более 250 мощностей пласта.

2.00. Расположение и охрана полевых выработок

2.01. Магистральные откьточиые и вентиляционные штреки, наклонные панельные выработки и фланговые вентиляционные сбойки проводить групповыми в устойчивых мощных породах почвы нижнего рабочего пласта свиты, не применяя специальных мер по разгрузке породного массива от горного давления.

Расстояние по нориали до пласта должно составлять не менее 15 и при креплении податливой крепью.

При отсутствии в почве пластов устойчивых пород, магистральные штреки и панельные наклонные выработки проводить в почве нижнего пласта на расстоянии 10-15 и от него и разгружать от горного давления путем выемки над выработками полосы угля до начала очистных работ

Ширину вынимаемой полосы для разгрузки породного массива принимать на м больше расстояния между крайними выработками (по 20 м в каждую сторону).

б

Таб. дца I

Место заложения около- !    Размеры    целиков*    м

ствольных выработок !-₁-—

_     I    по простиранию j вкрсст простирания

В плоскости пласта

Ниже разрабатываемого пласта

(вадработка)

В породах неустойчивых и 100-70 м в пло-средней устойчивости скости пласта от на расстоянии по норма- вертикальных лили от разрабатываемого ний, проведенных пласта менбе 100 м через охраняемую

выработку

Выше разрабатываемого пласта (подработка)

В породах неустойчивых и 1сч>-70 м от ворти- 100-70 и в плоскости средней устойчивости калькой линии, про- пласта от точки пере-иа расстоянии по норма- веденной оерез ох- сечения пласта нор-ли от пласта менее 250 ргняемую выработку малью, проведенной че-моцностей пласта    рез    охраняемую    выра

ботку

устойчивых породах па    70-50 ы от верти- 70-50 ы от точки поро-

раостоянии по нормали калькой линии, г.ро-сечения пласта нормалзд от пласта менее 250 веденной через ох- пгюьеденней через ох-мощностей пласта    раияемую    выработку роняемую выработку

Примечание: УголсОоткладывается о? горизонтальной линия, направленной в сторону падения пласта и равен НО⁰- <>- у нижней границы охолоствольного целика и 70°-csB верхней границы околоствольно-го целика;

- угол падения пласта*

2.0*f. Во избежание вредного влияния опорного давления око-лоштрэковых целиков на полевой штрек, его следует располагать за граничными плоскостями, проведенными через верхнюю и нижнюю границы целиков перпендикулярно плоскости пласта на расстоянии от них определенной зоной бокового распора.

При этом расстояние от пластового штрека до полевого определяется выражением

при угле падения пласта до 60°

где    размер целика над откаточным пластовым штреком;

ci - угол падения пласта;

П - зона влияния бокового распора.

Схема определения местоположения полевых штреков показана на рис. I.

Для глубин 500-600 м величину зоны влияния бокового распора можно принимать: 6м- при расположении выработок в прочных породах, ьм - при расположении выработок в породах средней прочности и 1U м - при расположении выработок в слабых породах.

2.05.    Для устранения взаимного влияния друг на друга полевой и пластовой выработки расстояние иезду ними должно бить не менее 3-5 пролетов наиболее широкой выработки в зависимости от прочности окружающих пород, но не менее 12 м.

2.06.    При расположении полевого штрека в кровле разрабатываемого пласта он должен находиться от пластового штрека на расстоянии:

при угле падения пласта до 60°,

где С₀ - зона интенсивного смещения, определяется из рис. 2.

С_к - размер по восстанию охранного целика у откаточного

штрека, и; cL - угод падения пласта, град.

Рис. I. Схема определения местоположения полевых штреков