Спосіб підтримання гірничих виробок

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при поддержании горных выработок. Известны способы поддержания горных выработок, в которых для повышения их устойчивости традиционную крепь усиливают дополнительными крепями (опорными стойками, раскосами, сегментами из спецпрофиля, анкерами и др.) [1,2]. Основной характеристикой известных способов поддержания является пассивное ожидание проявлений горного давления, а затем выполнения комплекса технических мероприятий, направленных на устранение негативных последствий его проявлений. Среди основных причин несоответствия крепи (в том числе усиленной) проявлениям горного давления и больших объемов перекреплений следует отметить труднопрогнозируемость и изменчивость свойств горного массива. Проектирование крепи и элементов ее усиления ведется на основе ожидаемого уровня нагрузок, который может в конкретной геомеханической ситуации значительно отличаться от прогнозируемого. Эти причины приводят к тому, что на одних участках выработок проектные крепи недостаточно устойчивы и должны ремонтироваться после деформации, а на други х - излишне прочны, что также приводит к бесполезным затратам труда и материалов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ крепления горных выработок, включающий возведение стационарной и дополнительной крепи, контроль за состоянием выработки и управление несущей способностью крепи, причем первоначально устанавливают крепь с минимально необходимым запасом прочности, а затем при контрольных смещениях породного контура осуществляют усиление крепи дополнительными крепями в зависимости от изменения геомеханической ситуации по длине выработки [3]. Недостатком этого способа являются повышенный риск потери устойчивости выработки и недостаточная эффективность использования материалоемкости крепи. В сложных горно-геологических условиях применение первоначальной крепи с минимальным запасом прочности способствует почти беспрепятственному развитию зоны неупруги х де формаций и, следовательно, повышенным нагрузкам на крепь. Крепь не может воспринять давление разрушенных пород и деформируется. Предусмотренное в этом случае поэтапное усиление конструкции представляет собой перманентовый ремонт крепи. Очередной этап усиления производится после частичного исчерпания запаса прочности предшествующей крепи. Силам горного давления противостоит не сумма несущи х способностей первоначальной и дополнительных крепей, а лишь запас прочности последней и только часть первоначальной, что ведет в конечном итоге к перерасходу материалоемкости крепи. Большинство конструкций дополнительных крепей эффективно работают на ранних стадиях проявления геомеханических процессов, поэтому их запоздалое применение резко снижает эффективность усиления. Заявляемое изобретение направлено на решение задачи безремонтного поддержания горных выработок в сложных горно-геологических условиях. Те хнический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в приведении несущей способности крепи в соответствие с проявлениями горного давления без риска потери устойчивости горной выработки. Поставленная техническая задача достигается тем, что способ поддержания горных выработок включает воаведение стационарной и дополнительной крепи, контроль за состоянием выработки и управление несущей способностью крепи, причем, согласно изобретению, первоначально выработку крепят с запасом прочности, превышающим ожидаемый уровень нагрузок на величину несущей способности дополнительной крепи, а после смещения породного контура в случае выявления недогруженности крепи, производят облегчение ее конструкции путем поэтапного демонтажа дополнительной крепи. Благодаря тому, что первоначально выработку крепят с запасом прочности, превышающим ожидаемый уровень нагрузок на величину несущей способности дополнительной крепи, достигается высокая надежность выработки, которая даже в случае ошибки при проектировании стационарной крепи обеспечивает безвременное поддержание выработки, так как возможному превышению ожидаемых нагрузок противостоит суммарный запас прочности основной и дополнительной крепи. Кроме того, создание крепи повышенного сопротивления на ранних стадиях формирования геомеханических процессов позволит снизить деформации и разрушения контура выработки, а следовательно - нагрузки на крепь. То, что после смещения породного контура, в случае выявления недогруженности крепи, производят облегчение ее конструкции путем поэтапного демонтажа дополнительной крепи - позволяет привести несущую способность крепи в соответствие с геомеханической ситуацией в выработке, что обеспечивает наиболее эффективное использование материалоемкости крепи. При этом поэтапный переход от крепи с повышенной несущей способностью к проектной крепи практически исключает риск потери устойчивости выработки, повышает безопасность работ в ней, так как облегчение конструкции производят только в случае выявления недогруженности крепи после восстановления равновесного состояния массива. Таким образом, предложенный способ обеспечивает возможность безремонтного поддержания горных выработок в сложных горно-геологических условиях при наиболее эффективном использовании материалоемкости крепи. Способ осуществляется следующим образом. Проектируют стационарную крепь, соответствующую прогнозируемым условиям поддержания выработки. Затем производят выбор дополнительной крепи, наиболее рациональной для данных условий поддержания, повышающей общую несущую способность крепления в 1,5-2 раза, что обеспечивает устойчивость выработки в случае возможной ошибки проектного решения. Так, например, в качестве основной крепи может быть принята стальная арочная крепь, а в качестве дополнительной - сегмент усиления из спецпрофиля, или в более сложных условиях, соответственно: породонесущая крепь и арочная крепь и др. При сооружении выработки осуществляют одновременный монтаж стационарной и дополнительной крепи. В выработке устанавливают контурные станции для наблюдений за смещениями массива, выбирают контрольные рамы для определения смещений в податливых соединениях и общего состояния крепи. Контроль ведут до затухания смещений породного контура. Если соблюдаются условия недогруженности крепи, а именно: смещения пород не достигли расчетных значений, сохранены проектные размеры и минимальные зазоры, отсутствуют остаточные деформации элементов крепи, а смещения в податливых соединениях не превышают 50% от допустимых (что дает значительный резерв податливости), констатируют, что в данных горногеологических условия х крепь недогружена. На основании этого производят поэтапный демонтаж дополнительной крепи. Так, при применении арочной крепи с сегментами усиления из спецпрофиля, последние демонтируются сначала на каждой второй раме. В случае отсутствия динамики смещения пород производят второй этап облегчения крепи - демонтаж оставшихся элементов усиления. Если хотя бы одно из условий недогруженности крепи не соблюдается, констатируют, что несущая способность крепи соответствует фактической нагрузке и дополнительную крепь оставляют в выработке. Таким образом несущую способность крепи приводят в соответствие с проявлениями горного давления без риска потери устойчивости выработки.