Про затвердження Інструкції з забезпечення стійкості дільничних виробок для повторного використання на вугільних шахтах

Опубліковано: Офіційний вісник України, 2023 р., № 2, стор. 364, стаття 177, код акта 115665/2022 (2023-01-10)

МІНІСТЕРСТВО ЕНЕРГЕТИКИ УКРАЇНИ

НАКАЗ

10.11.2022 № 378

Зареєстровано в Міністерстві

юстиції України

23 грудня 2022 р.

за № 1665/39001

Про затвердження Інструкції з забезпечення стійкості дільничних виробок для повторного використання на вугільних шахтах

Відповідно до статті 18 Гірничого закону України, пункту 8 Положення про Міністерство енергетики України, затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від 17 червня 2020 року № 507, з метою забезпечення максимально можливої виїмки корисних копалин при сучасних технологіях, підтримання діючих гірничих виробок та оптимізації експлуатаційних витрат та створення системи заходів щодо безпечної діяльності під час проведення гірничих робіт, НАКАЗУЮ:

1. Затвердити Інструкцію з забезпечення стійкості дільничних виробок для повторного використання на вугільних шахтах, що додається.

2. Управлінню охорони праці, промислової безпеки та цивільного захисту забезпечити подання цього наказу на державну реєстрацію до Міністерства юстиції України у встановленому законодавством порядку.

3. Цей наказ набирає чинності з дня його офіційного опублікування.

4. Контроль за виконанням цього наказу покласти на Першого заступника Міністра ВЛАСЕНКА Юрія.

Міністр

Г. Галущенко

ПОГОДЖЕНО:

В.о. Голови Державної регуляторної

служби України

Перший віце-прем'єр-міністр України -

Міністр економіки України

О. Михайлов

Ю. Свириденко

ЗАТВЕРДЖЕНО

Наказ Міністерства

енергетики України

10 листопада 2022 року № 378

Зареєстровано в Міністерстві

юстиції України

23 грудня 2022 р.

за № 1665/39001

ІНСТРУКЦІЯ

з забезпечення стійкості дільничних виробок для повторного використання на вугільних шахтах

I. Загальні положення

1. Ця Інструкція регламентує склад, характеристики, порядок і технологію кріплення та охорони виробок для їх повторного використання на вугільних шахтах.

2. Вимоги цієї Інструкції є обов'язковими для суб'єктів господарювання (шахт) всіх форм власності.

3. Дія цієї Інструкції не поширюється на:

магістральні гірничі виробки;

дільничні виробки, що використовуються для відпрацювання тільки однією лавою;

вертикальні гірничі виробки;

виробки, що закріплені виключно анкерами без встановлення рамного кріплення;

нарізні та очисні виробки.

4. У цій Інструкції терміни вживаються у таких значеннях:

дільнична виробка - виробка, що межує з підготовленим до виїмки вугільним пластом;

кріплення - інженерна конструкція у виробці, що взаємодіє з оточуючими породами і призначена для підтримання в допустимих межах форми та розмірів поперечного перерізу виробки;

лава - очисна горизонтальна або похила гірнича виробка;

лита смуга - охоронна споруда, зведення якої передбачає розміщення пустих пакетів між рядами органного кріплення і їх подальше заповнення швидкотвердіючою водно-мінеральною сумішшю;

накатна смуга - охоронна споруда з паралельних, щільно вкладених в ряд дерев'яних колод, що пошарово зі зміною напрямку їх орієнтації заповнюють проміжок між покрівлею і підошвою відпрацьованого вугільного пласта;

органне кріплення - охоронна споруда з одного або декількох прямолінійних рядів стояків, встановлених один біля одного на відстані, що не перевищує їх діаметру;

охоронна споруда - конструкція, що зводиться на заміну видобутого шару вугілля в відпрацьованому просторі після проходу лави на межі з виробкою повторного використання;

пакетована смуга - охоронна споруда, зведення якої передбачає викладення пакетів із сухою швидкотвердіючою цементно-мінеральною сумішшю між рядами органного кріплення і подальше додавання води в суміш через голчастий ін'єктор;

повторне використання дільничної виробки - комплекс технологічних заходів, що забезпечує підтримання необхідного поперечного перерізу виробки і її безпечну експлуатацію при відпрацюванні двох суміжних очисних вибоїв;

проведення гірничої виробки - комплекс робіт, що включає руйнування та видобуток гірських порід з подальшим встановленням кріплення в межах контуру площі поперечного перерізу виробки;

рамно-анкерне кріплення - система регулярно розміщених вздовж виробки збірних піддатливих металевих конструкцій, що контактують з її контуром сумісно з закріпленими в шпурах по периметру виробки металевими стрижнями, які перетинають зону порушених порід;

ремонтно-відновлювальні роботи - комплекс заходів по збільшенню площі поперечного перерізу виробки для повторного використання до необхідних за технологічними вимогами розмірів та відновлення елементів кріплення;

стійкість гірничої виробки - здатність виробки функціонувати в певних умовах із заданими параметрами протягом необхідного відрізка часу.

5. Виробки для повторного використання зазнають впливу від двох лав. При цьому кількісні і якісні характеристики даного впливу постійно змінюються, що обумовлює необхідність змін і адаптування структури кріплення в процесі експлуатації виробки.

6. В умовах постійного зростання гірського тиску на контурі виробки при наближенні лави та її віддаленні для підтримання виробки в експлуатаційному стані має бути реалізована концепція створення комбінованої охоронної конструкції зростаючого опору.

7. Охоронна конструкція зростаючого опору не може бути реалізована на основі одного виду кріплення, а вимагає комплексу засобів як постійного, так і тимчасового використання.

8. Основою комбінованої охоронної конструкції для умов українських вугільних шахт є комбіноване рамно-анкерне кріплення. Застосування лише одного виду кріплення, рамного чи анкерного, може бути доцільним лише в обмеженій кількості випадків - при винятково сприятливих умовах ведення гірничих робіт.

9. Покращення деформаційно-силових характеристик елементів комбінованої охоронної конструкції для підтримання виробок повторного використання повинно досягатись не за рахунок збільшення їх вагогабаритних показників, а шляхом використання нових матеріалів та нетрадиційних технічних рішень.

10. Закономірність зміни геомеханічних умов при наближенні кожної з лав обумовлює поетапне формування комбінованої охоронної конструкції для підтримання виробки повторного використання.

11. Якісний склад та кількісні характеристики елементів комбінованої охоронної конструкції визначаються сукупністю гірничо-геологічних умов, прийнятою технологією ведення гірничих робіт та економічними чинниками.

II. Класифікація умов експлуатації виробок для повторного використання

1. Умови експлуатації виробок, призначених для повторного використання, діляться на три типи: легкі, середні і важкі.

2. Оцінку умов експлуатації здійснюють за величиною комплексного показника Θ що визначається за формулою:

де

глибина розміщення виробки, м;

k Т

безрозмірний коефіцієнт, що враховує ступінь тектонічної порушеності масиву і дорівнює 1 при відсутності розривних тектонічних порушень, та 1,5 - в зонах тектонічних порушень з амплітудою понад 50 м і в замках складок з можливими проміжними значеннями, що встановлюються експериментально;

γ с

усереднена об'ємна вага (Н/м - 3 ) масиву підроблених порід, приймається рівною 25 - 30 кН/м - 3 ;

R с

середньозважена міцність (МПа) порід покрівлі чи підошви виробок, яку визначають окремо через потужність mi кожного шару та його міцність на одновісний стиск Ri згідно з формулою:

3. Міцність R i кожного шару визначають за даними лабораторних випробувань R i * з урахуванням структурної порушеності масиву шляхом введення коефіцієнта структурного послаблення k с та обводненості виробки введенням коефіцієнта послаблення k в

Величину безрозмірного коефіцієнта структурного послаблення kс визначають згідно з таблицею 1.

Таблиця 1. Визначення величини коефіцієнта структурного послаблення

Міцність породи на стиск R с , МПа

Місце розміщення виробки

Відстань між тріщинами, м

Значення параметра k с

< 30

Поза зоною плікативних порушень радіусом 300 м та диз'юнктивних на відстані більше 4-х амплітуд

Не нормується

0,9

У зоні порушення на відстані від 4-х до 1-ї амплітуди

0,6

У зоні порушення на відстані ближче 1-ї амплітуди

0,3

≥ 30

Не враховується

d > 1,0

0,9

0,5 < d ≤ 1,0

0,8

0,3 < d ≤ 0,5

0,6

0,1 < d ≤ 0,3

0,4

d ≤ 0,1

0,2

4. Величину зниження міцності для порід покрівлі та підошви вугільного пласта враховують введенням поправочного коефіцієнта k в , що визначається згідно з таблицею 2.

Таблиця 2. Значення поправочного коефіцієнта kв для обводнених порід

Тип породи

Значення k в

Пісковики та сланці кремнисті

0,9

Пісковики вапнякові та вапняки

0,8

Пісковики глинисті та алевроліти

0,7

Аргіліти

0,6

Глини

0,5 - 0,6

5. Категорії виробки для повторного використання за величиною комплексного показника Θ визначають згідно з таблицею 3.

Таблиця 3. Категорії виробки за величиною показника Θ

Величина показника

Категорія умов

Умовне позначення

Θ > S 3,0

Легкі

ЛУ

1,5 < Θ ≤ 3,0

Середні

СУ

Θ ≤ 1,5

Важкі

ВУ

6. При суттєвій різниці в показниках міцності порід для різних ділянок шахтного поля категорію складності визначають окремо для кожної ділянки.

III. Механізм деформування та розрахунок деформацій контуру дільничних виробок для повторного використання

1. Для врахування взаємного положення фронту очисних робіт у суміжних лавах виділено наступні геомеханічні зони:

1 - впливу підготовчого вибою;

2 - опорного тиску попереду першої лави;

3 - інтенсивного осідання масиву позаду першої лави;

4 - опорного тиску попереду другої лави;

5 - інтенсивного осідання масиву позаду другої лави.

Малюнок 1 - Схема розміщення основних геомеханічних зон проявів гірського тиску

при повторному використанні дільничних виробок

Положення і характеристики вказаних геомеханічних зон представлено на малюнку 1 і в таблиці 4.

Проєктні рішення з вибору способів і засобів підтримання виробки приймають за величиною очікуваних зміщень порід на її контурі. Повне вертикальне зміщення U п дільничної виробки для повторного використання визначають з урахуванням умов її підтримання після проходу першої лави та погашення після проходу другої лави. Тому U п дорівнює сумі зміщень, що відбуваються при перебуванні виробки в геомеханічних зонах 1 - 4.

Точність виконання розрахунків визначається точністю вихідних даних (міцність порід, лінійні розміри породних шарів, глибина тощо). Кінцеве значення розрахованого зміщення визначається з точністю не більше, ніж 1 см.

2. Розрахунки виконують у наступній послідовності:

1) визначають коефіцієнти k i впливу положення породних шарів у підошві та покрівлі виробки на їх міцність R i за формулою:

[ image ],

(1)

де

безрозмірний коефіцієнт, який для умов підтримання попереду другого очисного вибою дорівнює 0,13;

l i

відстань від середини виробки до середини відповідного i-ого шару порід;

висота виробки в проходці;

2) визначають середньозважену міцність порід покрівлі R пк та підошви R пд виробки за формулою:

[МПа];

(2)

3) визначають середню міцність порід навколо виробки:

[МПа]

(3)

Таблиця 4. Особливості геомеханічних зон при повторному використанні дільничних виробок

№ зони

Особливості зміни гірського тиску

Характер деформаційних процесів контуру виробки

Вплив на кріплення виробки

Перерозподіл природних напружень в масиві, викликаний проведенням гірничої виробки

Деформації контуру симетричні. Сумарна конвергенція до 0,3 м переважно за рахунок осідання покрівлі виробки

При правильному виборі кріплення деформація його елементів незначна

Зростання вертикальної складової гірського тиску та виникнення його асиметрії при наближенні лави

Зростання вертикальних деформацій контуру з проявом асиметрії, збільшення глибини розшарування порід в покрівлі виробки

Навантаження на кріплення досягає критичних значень і виникає потреба в його підсиленні

Зростання вертикальної і горизонтальної складової гірського тиску з проявом асиметрії

Зростання деформацій контуру з явними ознаками асиметрії, інтенсивне здимання підошви вугільного пласта

Вибір діапазону податливості охоронної споруди та рамного кріплення з подальшою деформацією його елементів з боку відпрацьованої лави

Суперпозиція полів напружень, викликана сумісним впливом першої та другої лав

Подальше зростання деформацій контуру виробки, можливе вдавлювання стояків рамного кріплення в слабкі породи її підошви

Незворотна деформація рамного та анкерного кріплення, часткове руйнування охоронної споруди з боку першої лави

Тиск, викликаний породними консолями основної покрівлі, що зависають

Інтенсивне зменшення поперечного перерізу виробки за рахунок всіх факторів гірського тиску

Робота всіх елементів кріплення в режимі деформування за межею міцності

4) визначають емпіричний коефіцієнт стійкості гірських порід:

K у = 1,64 - 0,016 R ср ;

(4)

5) визначають коефіцієнт K s впливу ширини b [м] виробки:

K s = 0.2( b - 1);

(5)

6) визначають коефіцієнт K H впливу глибини розробки H [м]. Для виробки, яку підтримують попереду і позаду очисних вибоїв:

K H = 1,14 - 0,00052 H ;

(6)

7) визначають сумарне зміщення покрівлі та підошви при проведенні гірничої виробки у гірському масиві, м:

U пр = 0,0015 HK y K s ;

(7)

8) визначають сумарне зміщення покрівлі та підошви попереду вибою першої лави, м:

U 1 = 0,0024 HK y K s ;

(8)

9) розраховують сумарне зміщення покрівлі та підошви при підтриманні виробки після проходження першої лави, м:

U 1л = 0,002 K О K y K s H m;

(9)

10) значення коефіцієнта K O впливу охоронної споруди на сумарне зміщення виробки розраховують за формулою:

[ image ]:

(10)

де

К 0пк і К 0пд

коефіцієнти впливу охоронної споруди на зміщення покрівлі і підошви виробки відповідно.

Коефіцієнти К 0пк і К 0пд визначають відповідно до таблиці 5.

Р, Д, і Н

комплексні показники, які враховують вплив того чи іншого типу охоронної споруди на зміщення покрівлі і підошви виробки, а також економічну доцільність його застосування в даних гірничо-геологічних умовах.

тип охоронної споруди, що застосовується;

допускається до застосування;

тип охоронної споруди, що не застосовується.

Таблиця 5. Визначення коефіцієнта К0 в залежності від типу охоронної смуги

Тип охоронної смуги

Категорія порід

Обвалюваність покрівлі

Міцність порід безпосередньої підошви за шкалою М.М. Протод'яконова

А 1

А 2

А 3

f 3

3 ≤ f ≥ 4

f > 4

Накатна смуга з дерев'яного кругляка

К 0пк = 1,5

К 0пд = 1,2

К 0пд = 1,1

К 0пд = 1,0

Накатна смуга з дерев'яного брусу

К 0пк = 1,3

К 0пк = 1,4

К 0пд = 1,4

К 0пд = 1,3

К 0пд = 1,1

Лита смуга

К 0пк = 1,0

К 0пк = 1,1

К 0пк = 1,3

К 0пд = 1,5

К 0пд = 1,3

Пакетована смуга

К 0пк = 1,0

К 0пк = 1,1

К 0пк = 1,3

К 0пд = 1,5

К 0пд = 1,3

Комбінована смуга із ділянок смуг пакетованої і накатної з кругляка, що чергуються по довжині

К 0пк = 1,2

К 0пк = 1,3

К 0пд = 1,3

К 0пд = 1,2

К 0пд = 1,1

Комбінована смуга із ділянок смуг пакетованої і накатної з брусу, що чергуються по довжині

К 0пк = 1,1

К 0пк = 1,2

К 0пк = 1,5

К 0пд = 1,4

К 0пд = 1,3

К 0пд = 1,2

Комбінована смуга із паралельних ділянок пакетованої і накатної смуг

К 0пк = 1,0

К 0пк = 1,1

К 0пк = 1,3

К 0пд = 1,2

К 0пд = 1,1

К 0пд = 1,0

11) зміщення U 2 попереду вибою другої лави визначають за формулою, м:

U 2 = 0,002 K y K s H ;

(11)

12) повне вертикальне зміщення контуру виробки з врахуванням всіх етапів її експлуатації визначають як суму зміщень на окремих етапах, м:

U п = U пр + U 1 + U 1л + U 2 ;

(12)

13) абсолютне зміщення покрівлі визначають згідно з виразом, м:

[ image ];

(13)

14) абсолютне зміщення підошви визначають згідно з виразом, м:

U пд = U п - U пк

(14)

3. Приклад розрахунку комбінованої охоронної конструкції, призначеної для повторного використання, наведено у додатку 1 до цієї Інструкції.

IV. Основні фактори, що ускладнюють умови забезпечення стійкості дільничних виробок повторного використання

1. Головними факторами, що ускладнюють підтримання виробок для повторного використання є:

вплив від очисних робіт у суміжних виїмкових стовпах;

тектонічна порушеність породного масиву;

зони підвищеного гірського тиску від вугільних ціликів та попередньо відпрацьованих суміжних вугільних пластів;

ділянки підвищеної обводненості масиву;

зони зміни літологічного складу порід покрівлі та (або) підошви пласта.

2. Вплив очисних робіт в суміжних виїмкових стовпах суттєво знижує стійкість дільничних виробок. Для запобігання зниження експлуатаційної надійності виробки послідовність відробки вугільного пласта повинна бути не менш, ніж через один виїмковий стовп.

3. Наявність в масиві геологічних порушень суттєво погіршує умови підтримання виробок для повторного використання. Вказаний фактор має бути врахований при розрахунку схем та параметрів кріплення шляхом введення коригувального коефіцієнта k с згідно з таблицею 1.

4. Експлуатація виробок в зонах підвищеного гірського тиску супроводжується збільшенням деформацій контуру виробки та охоронних конструкцій. Паспорт підсиленого кріплення виробок у таких зонах повинен передбачати збільшення нормативного навантаження в 1,2 рази.

5. Підвищена вологість гірських порід є причиною зниження їх міцності, що спричиняє зростання деформацій контуру виробки. Величину зниження міцності для типових порід покрівлі та підошви вугільного пласта враховують введенням поправочного коефіцієнта k в , що визначається згідно з таблицею 2.

6. Зміна літологічного складу порід покрівлі завжди супроводжується погіршенням стану виробок, а в зонах виклинювання спостерігається схильність порід до вивалоутворення. Перелік негативних факторів та умовні позначення експлуатаційних характеристик виробок та критерії їх оцінки наведено у додатку 2 до цієї Інструкції. Гірничо-геологічні характеристики найбільших вугільних шахт наведено у додатку 3 до цієї Інструкції.

7. При розробці паспортів кріплення в зонах зміни літології необхідно орієнтуватись на застосування рамно-анкерного кріплення з коефіцієнтом запасу несучої здатності 1, 2.

8. При підготовці зближених вугільних пластів на спільні (групові) магістральні виробки виникає необхідність відхилення дільничних виробок для повторного використання від площини вугільного пласта. Ділянки виходу з площини пласта характеризуються підвищенням гірського тиску та його проявами в формі обвалення порід покрівлі. При розробці паспортів кріплення вказані ділянки прирівнюють до зон зміни літологічного складу порід.

V. Система збереження стійкості дільничних виробок для повторного використання

1. Система збереження стійкості дільничних виробок для повторного використання передбачає три основні етапи кріплення:

рамно-анкерне кріплення при проведенні гірничої виробки, що є основним;

підсилення основного кріплення канатними анкерами при підході лави;

зведення охоронної споруди після проходу першої лави.

2. На першому етапі, при проведенні гірничої виробки, завдяки застосуванню анкерів у її покрівлі формується стійке породно-анкерне перекриття, чим забезпечується мінімізація зміщення контуру виробки поза зоною впливу очисних робіт.

3. На другому етапі виконують підсилення створеного раніше породно-анкерного перекриття з врахуванням опорного тиску при підході першої лави. Це здійснюють шляхом підхоплення попередньо заанкерованої породної товщі в межах куполу обвалення до стійких ділянок породного масиву з використанням канатних анкерів глибокого закладання довжиною не менше 6 м. Анкери мають положення, близьке до вертикального і з'єднані прямою балкою із спецпрофілю. При цьому також вирішується завдання об'єднання опору всіх елементів кріплення. У випадку слабких порід підошви пласта на другому етапі необхідна також установка анкерів в берму нижнього підривання виробки.

4. На третьому етапі в зоні сполучення з лавою поблизу контуру виробки зводять охоронну споруду, яка має вирішити наступні завдання:

прийняти на себе навантаження від ваги порід покрівлі пласта після його виймання;

сприяти "обрізанню" підробленого масиву за межами сформованого перекриття зі збереженням його рівноваги;

запобігти асиметричності навантаження кріплення виробки;

звести до мінімуму просідання, а відтак, і руйнування стійкого перекриття;

зменшити інтенсивність тріщиноутворення у покрівлі виробки на межі з виробленим простором лави;

сприяти стійкому стану бермової частини контуру виробки;

мінімізувати здимання підошви виробки;

запобігти витоку свіжого струменю повітря у вироблений простір лави.

5. При зведенні охоронної споруди на третьому етапі в особливо складних гірничо-геологічних умовах після відновлення стояка рамного кріплення необхідне додаткове підсилення у вигляді встановлення одного чи двох рядів дерев'яних стійок під хомути рамного кріплення, що з'єднують стояк з верхняком.

VI. Етапи робіт з кріплення та охорони виробок для повторного використання

1. На першому етапі кріплення стійкість виробок забезпечується застосуванням рамно-анкерного кріплення (малюнок 2).

1 - вугільний пласт, 2 - підошва пласта, 3 - покрівля пласта, 4 - рамне кріплення, 5 - розклинка, 6 - сітка, 7 - дерев'яна затяжка, 8 - забутовка, 9 - металополімерні анкери

Малюнок 2 - Схема кріплення дільничної виробки повторного використання на першому етапі її експлуатації

Визначають умови роботи кріплення і з таблиці 6 вибирають відповідне значення безрозмірного параметра α .

Висоту склепіння порід, що розшарувалися, h ск визначають за формулою:

(15)

де

U пк

зміщення покрівлі виробки визначені згідно з формулою (13)

Таблиця 6. Величина параметра α для різних варіантів підтримання дільничної виробки на етапі експлуатації

Підтримання дільничної виробки на етапі експлуатації:

Значення α

Підтримання дільничної виробки при проведенні у масиві вугілля або порід

0,50

У надробленій товщі у разі відпрацювання суміжних лав

0,40

У виробленому просторі у разі відпрацювання суміжних лав

0,35

У разі подальшої надробки

0,25

Вприсічку до виробленого простору

0,20

У масиві вугілля або порід попереду першого очисного вибою

0,18

За першим очисним вибоєм

0,15

Попереду другого очисного вибою

0,13

За другим очисним вибоєм

0,12

Для виробки, що підтримують попереду і позаду очисного вибою, h ск після проходу лави визначають за формулою:

(16)

(16а)

де

U пк1 , U пк2

зміщення покрівлі виробки попереду і позаду очисного вибою;

α 1 , α 2

емпіричні коефіцієнти для періодів підтримання попереду і позаду очисного вибою згідно з таблицею 5.

Навантаження P 1 на 1 погонний метр кріплення розраховують з виразу:

[кН]

(17)

де

усереднене значення об'ємної ваги порід в межах склепіння, кН/м - 3

Крок s встановлення рам визначають згідно виразу:

[ image ].

(18)

де

Р кр

робочий опір рами.

На останньому етапі експлуатації дільничної виробки

[ image ].

(19)

де

Р max

несуча здатність рами.

У випадку, коли крок s перевищує 0,8 м, для виробок повторного використання його зменшують до вказаного значення.

Негативний вплив на стійкість виробок повторного використання спричиняють вібрації конвеєра. Найбільшим чином він проявляється в зоні інтенсивних зміщень позаду першої лави та в зоні підходу другої лави. Доцільно після відпрацювання першої лави перенести конвеєрну лінію в іншу виробку.

Для забезпечення роботи рамного кріплення безпосередньо після його встановлення необхідно здійснювати його розклинювання відрізками дерев'яного бруса не менш як в п'яти місцях відповідно до малюнка 2.

Тип рамного кріплення вибирають, виходячи з конкретних гірничо-геологічних умов. Найбільш поширеними типами є КМП та КШПП з використанням спецпрофілів СВП-22, СВП-27 та СВП-33. Технічні характеристики металокріплення КШПП із замками ЗПК наведено у додатку 4 до цієї Інструкції.

Затяжка рамного кріплення має відповідати наступним вимогам:

витримувати навантаження без руйнування та втрати несучої здатності;

зберігати експлуатаційні характеристики при довготривалому обводненні;

огороджувати виробку від вивалювання зруйнованих порід контуру;

протидіяти радіальним деформаціям контуру виробки між рамами;

мати просту технологію монтажу та невисоку вартість.

Затяжку верхняка рами виконують дерев'яними дошками (обаполами) завтовшки не менше 40 мм.

Для затягування бокових поверхонь рам потрібно використовувати металеву або полімерну сітку-затяжку. В породах, не схильних до висипання, допускається застосування сітки-затяжки по всьому контуру виробки.

Основним типом металевої сітки-затяжки на шахтах є ЗМР, що налічує близько 50 модифікацій. Широкий діапазон розміру комірки (від 25 × 25 мм до 100 × 100 мм), товщини проволоки (від 4,0 до 6,5 мм) та розмірів елемента затяжки (від 500 × 500 мм до 1115 × 2015 мм) дає змогу вибрати необхідний варіант для будь-яких параметрів рамного кріплення.

Важливим фактором забезпечення стабільної роботи рамного кріплення є вибір замка. Характеристики деяких типів замкових з'єднань наведено в таблиці 7.

Таблиця 7. Характеристики деяких типів замків для профілю СВП-33

Тип замка

Робочий опір вузла піддатливості, кН

Нестабільність опору, %

Піддатливість, мм

ЗШ

300

150

ЗПК

350

300

ЗПК-м

400

300

ЗСГ

360

550

Області застосування замків для кріплення КМП та КШПП з використанням профілю СВП різняться. Замки ЗПК, ЗПК-м доцільно застосовувати при з'єднанні елементів кріплення дільничних виробок, де зміщення порід більше 200 мм. Замки ЗШ застосовують у виробках з незначним зміщенням (150 - 200 мм) та з підвищеним тиском гірських порід.

Підтягування замкових з'єднань проводять щозміни перед виконанням робіт з проведення гірничої виробки. Довжина ділянки підтягування має становити не менше 5 м від тупика виробки. Момент сили для затягування гайок замкових з'єднань має бути встановлено паспортними даними рамного кріплення. Його типове значення становить 350 Н·м.

Для механізації затягування гайок використовуються гайковерти з пневматичним чи гідравлічним приводом. Дані про деякі з них наведено в таблиці 8.

Таблиця 8. Характеристики деяких гайковертів

Тип

Привід

Маса, кг

Момент, Н·м

Виробник, країна

PSR 1500 K

пневматичний

6,0

1440

Koexpro Ostrava, Чехія

SM-47-4073L8

7,5

2440

Suntech, Тайвань

PT-1105

5,5

1300

Intertool, Китай

IW12

гідравлічний

8,0

1600

Stanley, США

K350

8,5

3500

CAP, Італія

При відновленні стояка кріплення після проходу першої лави параметри замкового кріплення такі ж як і при проведенні гірничої виробки.

У випадку, коли розрахунок кроку s рамного кріплення показав, що його значення менше від 0,8 м, обов'язковим є використання анкерного кріплення.

Застосування анкерного кріплення є доцільним для збільшення кроку між рамами і зменшення, таким чином, металоємності конструкції.

Поперечний переріз, в якому встановлюють анкери, розташовують посередині між рамами відповідно до малюнка 3.

1 - положення вугільного пласта, 2 - рамне кріплення, 3 - лінія встановлення анкерів, 4 - точка встановлення анкера

Малюнок 3 - Схема розміщення анкерів на першому етапі кріплення

При слабких породах підошви необхідне додаткове встановлення анкерів в бермову частину контуру виробки.

Вплив анкерного кріплення на породний масив еквівалентний збільшенню міцності шарів порід, у яких встановлені анкери. Еквівалентну міцність порід R i a кожного такого шару визначають за формулою:

(20)

де

K з

коефіцієнт зміцнення масиву, що залежить від щільності встановлення анкерів N а та їх несучої здатності P а , який визначають графічним способом відповідно до малюнка 4.

K д

коефіцієнт, що залежить від довжини анкера (малюнок 5);

R i

міцність порід.

Малюнок 4 - Залежність зміцнення порід від щільності встановлення анкерів для типових значень їх несучої здатності

Малюнок 5 - Залежність зміцнення порід від довжини металополімерного анкера

У випадку проміжних значень несучої здатності анкера для знаходження коефіцієнта К з використовують метод лінійної інтерполяції.

Початкове значення щільності N а встановлення анкерів приймати таким, що дорівнює 1 анкер на м - 2 .

Визначивши коефіцієнти К з та К д , з врахуванням формул (2) та (20), вираховують еквівалентну середньозважену міцність порід R a .

Довжину анкера вибирають такою, щоб вона на 400 - 600 мм перевищувала розміри зони розшарування порід.

Повторюють весь цикл розрахунку кроку s встановлення рам, замінивши попереднє значення міцності порід R на R a для шарів порід, у яких встановлені анкери.

При необхідності нового вибору значення параметра N а змінюють в потрібну сторону співвідношення між рамним та анкерним кріпленням і шляхом послідовних наближень домагаються оптимальної для конкретних умов комбінації рамно-анкерного кріплення.

При остаточно визначеному значенні параметра N а обраховують відстань g між анкерами в поперечному перерізі за формулою:

[ image ].

(21)

Кількість анкерів nан без врахування можливих додаткових анкерів в бермовій частині визначають згідно виразу:

(22)

де

l ан

довжина профілю анкерування над вугільним пластом.

2. На другому етапі кріплення за 40 - 60 м до лави (відстань l 1 ) по осі виробки встановлюють підсилююче кріплення у вигляді гідростояків чи дерев'яних ремонтин.

У зоні сполучення "штрек-лава" в бермову частину контуру виробки встановлюють додатковий металополімерний анкер з нахилом вниз під кутом до горизонту приблизно 25 о .

Основним засобом підсилення кріплення при наближенні першої лави є встановлення анкерного кріплення другого рівня у вигляді канатних анкерів з підхопленням рам несучою балкою (система 2РА).

Основні елементи системи 2РА представлені на малюнку 6.

Канатні анкери встановлюють проміж рам основного кріплення.

Система 2РА виконує наступні функції:

забезпечення зв'язку порушених порід в межах склепіння над виробкою з більш віддаленим непорушеним масивом;

синхронізація вертикальних зміщень рамного кріплення з опусканням покрівлі в зоні опорного тиску;

забезпечення безпеки робіт після зняття стояка рамного кріплення при підході першої лави.

При веденні гірничих робіт в легких та середніх умовах канатні анкери в сукупності з активною балкою встановлюють лише з боку лави на відстані 0,3 - 1,0 м від замка.

При веденні робіт у важких умовах елементи системи 2РА встановлюють симетрично відносно вертикальної осі виробки (малюнок 6).

а)

б)

1 - верхняк рамного кріплення, 2 - горизонтальна вісь верхняка, 3 - профіль анкерування, 4 - вертикальна вісь виробки, 5 - канатний анкер, 6 - активна балка;

а) суцільна активна балка; б) відрізки активної балки, встановлені в шаховому порядку

Малюнок 6 - Просторове розміщення елементів системи 2РА

Для механізації процесу встановлення канатних анкерів доцільно використовувати гідравлічний анкероустановник.

Характеристики деяких типів канатних анкерів, що застосовують на шахтах, представлені в таблиці 9.

Таблиця 9. Характеристики канатних анкерів

Тип анкера

АК01

АК01-М

АКИ

Несуча здатність, кН

210

230

210

Видовження, %

1,3

0,7

1,5

Діаметр канату, мм

15,2

Конструкція анкера АК01-М представлена на малюнку 7.

1 - витий дротяний канат, 2 - конусна втулка, 3 - вузол натягу, 4 - муфта з накатною різьбою, 5 - гайка, 6 - шайба, 7 - спрямовуюча трубка, 8 - вузол закріплення, 9 - зовнішня муфта, 10 - внутрішня втулка, 11 - ділянка розведених дротів

Малюнок 7 - Конструкція канатного анкера АК01-М

Система 2РА може частково втрачати свою працездатність після проходження лави. Це виражається в послабленні та провисанні канатних анкерів відносно активної балки. Доля ослаблених анкерів може доходити до 20 %.

Ослаблення та провисання канатних анкерів відносно прямолінійних відрізків спецпрофілю активної балки обумовлені:

наявністю порожнин за кріпленням;

нещільним приляганням активної балки до внутрішнього контуру рам.

Для попередження ослаблення необхідно забезпечити якісне розклинювання активної балки в місцях її дотику до рам.

У випадку, коли провисання обумовлені змиканням порожнин породного масиву, через який проходить анкер, необхідно виконати його додаткову обтяжку чи зменшити ефективну довжину. Анкери АК01-М дозволяють зменшити ефективну довжину канату шляхом переміщення натяжної системи 3. Фіксацію нового положення здійснюють з використанням конусної втулки 2.

3. Послідовність виконання етапів кріплення виробок повторного використання відповідає концепції поступового наростаючого опору всієї комбінованої охоронної системи.

На третьому етапі кріплення необхідно враховувати додатковий фактор, як правило, відсутній на попередніх етапах - інтенсивне здимання підошви виробки.

Комплекс охоронних заходів на третьому етапі вирішує наступні завдання:

забезпечення керованого обвалення порід покрівлі в відпрацьованому просторі;

зменшення асиметрії навантажень на рамно-анкерне кріплення;

збереження необхідного для вентиляції лави поперечного перерізу виробки повторного використання;

ізолювання виробки від виробленого простору лави для запобігання витоку свіжого струменю повітря і притоку газу у виробку.

Базовим елементом комплексу засобів є охоронна смуга, що зводиться між підошвою та покрівлею вугільного пласта вздовж виробки на межі відпрацьованого простору.

Охоронна смуга має відповідати наступним вимогам:

мати раціональну жорсткість, з точок зору стійкості покрівлі і підошви виробки, що охороняється;

розміщуватись на раціональній відстані від контуру виробки, що охороняється, з точок зору стійкості її покрівлі і підошви;

забезпечувати рівномірний розподіл навантаження по всій площі горизонтального перерізу смуги;

будуватись з мінімальним відставанням від очисного вибою;

мати мінімальний технологічний зазор між смугою і породами покрівлі;

виконання технологічних операцій при зведенні смуги має бути безпечним для персоналу шахти.

Вибір типу охоронної смуги здійснюють з комплексним врахуванням гірничо-геологічних умов, технологічних можливостей підприємства та економічних чинників.

Типи охоронної смуги в залежності від гірничо-геологічних умов експлуатації виробки наведено в таблиці 10 з урахуванням таблиці 5.

Таблиця 10. Типи охоронної смуги в залежності від гірничо-геологічних умов експлуатації виробки

Умови по критерію Θ

Обвалюваність покрівлі

Варіанти вибору охоронної смуги

Легкі

Всі типи

Накатна смуга з круглого лісу

Середні

Легка, середня

Накатна смуга з дерев'яного брусу

Важка

Підсилена накатна смуга з дерев'яного брусу, лита або пакетована смуга з швидкотвердіючої суміші

Важкі

Легка, середня

Підсилена накатна смуга з дерев'яного брусу, лита смуга з швидкотвердіючої мінеральної суміші, пакетована смуга

Важка

Лита чи пакетована смуга з швидкотвердіючої мінеральної суміші, підсилена додатковими рядами органного кріплення

1 - вугільний пласт, 2 - підошва пласта, 3 - рамне кріплення, 4 - сітка, 5 - дерев'яна затяжка, 6 - активна балка, 7 - канатний анкер, 8 - механізоване лавне кріплення, 9 - лавний конвеєр, 10 - домкрат пересування головки лавного конвеєра, 11 - штрековий конвеєр, 12 - гідростояки, 13 - дерев'яні стояки підсилюючого кріплення, 14 - однорядне органне кріплення, 15 - накатна смуга із лісоматеріалу, 16 - додаткові дерев'яні стояки на межі виробки, 17 - затяг покрівлі пласта, 18 - брус тимчасового кріплення на сполученні "штрек - лава"

Малюнок 8 - Технологічна схема зведення накатної смуги при легких та середніх умовах експлуатації виробки повторного використання

Малюнок 9 - Технологічна схема зведення накатної смуги при легких та середніх умовах експлуатації виробки повторного використання з вийманням ніші

Поперечний переріз виробки повторного використання з накатною смугою із лісоматеріалів представлено на малюнку 10.

1 - вугільний пласт, 2 - підошва пласта, 3 - покрівля пласта, 4 - рамне кріплення, 5 - розклинка, 6 - сітка, 7 - дерев'яний затяг, 8 - забутовка, 9 - металополімерні анкери, 10 - канатний анкер, 11 - дерев'яні стояки підсилюючого кріплення, 12 - додаткові дерев'яні стояки на межі виробки, 13 - однорядне органне кріплення, 14 - накатна смуга із кругляка, 15 - затяг покрівлі пласта

Малюнок 10 - Поперечний переріз виробки повторного використання зі зведенням накатної смуги із лісоматеріалу

Ширина a накатної смуги має становити 0,8 від потужності пласта, але не менше 1 м.

Для попередження руйнування підошви вугільного пласта на сполученні виробки з лавою та його видавлювання у виробку нижній шар накатної смуги формують з лісоматеріалу, вкладеного на підошву паралельно лінії очисного вибою.

Накатна смуга має бути суцільною для рівномірного розподілу навантажень в її об'ємі.

Для забезпечення безпеки робіт на сполученні "штрек-лава" покрівлю пласта суцільно затягують дерев'яним брусом чи дошками.

Для забезпечення обрізання завислих породних консолей у відпрацьованому просторі перекриття покрівлі необхідно обрізати в проміжку між крайніми секціями механізованого кріплення.

Відстань від смуги до рамного кріплення має не перевищувати 0,3 м.

Відставання зведеної накатної смуги від очисного вибою не повинно перевищувати 3,5 м.

Швидкотвердіючі мінеральні суміші для зведення литих або пакетованих смуг мають відповідати наступним вимогам:

компоненти суміші повинні бути нетоксичні і негорючі;

допускати приготування розчину з використанням шахтної води;

міцність матеріалу на одноосьовий стиск повинна становити через добу - не менше 7 МПа, через 7 діб - не менше 15 МПа, через 28 діб - не менше 30 МПа;

для литих смуг суміші додатково повинні забезпечувати початкову низьку в'язкість розчину для створення можливості його подачі насосними агрегатами від місця приготування до ділянки зведення смуги.

Вказаним вимогам відповідає ряд сумішей вітчизняного виробництва, основні характеристики яких наведено в таблиці 11.

Таблиця 11. Фізико-механічні властивості сумішей для зведення литих і пакетованих смуг

Назва матеріалу

Вміст води, %

Затримка тверднення, хв

Міцність, МПа через:

1 добу

3 доби

7 діб

28 діб

Текхард Т

Текхард UA

Бі-кріплення

40 - 50

ГіСіВ-Т

ГіСіВ-Ш

Практичний досвід показав переваги гідромеханічного способу зведення литої смуги. В даному варіанті суміш готують на певній відстані від очисного вибою і з допомогою насосного агрегату качають до місця зведення смуги. Вказана відстань може досягати до 150 м.

Деякі характеристики поширених типів розчиномішалок, придатних після заміни електрообладнання на вибухобезпечний варіант для приготування розчину в шахтних умовах, наведено у таблиці 12.

Таблиця 12. Технічні характеристики розчиномішалок

Тип

Ємність, л

Габарити, мм

Маса, кг

Виробник, країна

СБП-300

300

900 × 1600

600

"Будмаш", Україна

Lingqiao

380

900 × 1150

200

"Guangxi", Китай

Технічні характеристики насосних установок для подачі розчину до місця зведення смуги наведено у таблиці 13.

Таблиця 13. Технічні характеристики насосних установок у вибухозахисному виконанні для зведення литої смуги гідромеханічним способом

Технічна характеристика

Тип установки

РН 2-4

ПН-600

MONO WT-820

Країна

Україна

Польща

Виробник

Завод "Будмаш"

ТОВ "СТК СПАРТА"

Компанія Minova Ekochem

Продуктивність, м - 3 /год

Технічна характеристика

Тип установки

РН 2-4

ПН-600

MONO WT-820

Максимальний тиск, МПа

3,5

0,7

0,6

Споживана потужність, кВт

7,5

11,5

Дальність подачі, м

250

120

300

Висота підйому, м

Довжина, мм

1200

3200

Ширина, мм

860

1100

620

Висота, мм

840

600

900

Маса, кг

375

1100

750

Примітка

замовлення

Ширину литої або пакетованої смуги вибирають в залежності від стійкості основної покрівлі вугільного пласта:

для легкообвалюваної покрівлі - 0,7 від потужності пласта;

для середньообвалюваної - 1,0 від потужності пласта;

для важкообвалюваної - 1,2 від потужності пласта.

Мінімальна ширина смуги має становити 1,0 м.

Відстань від контуру виробки в проходці до смуги слід приймати рівною висоті нижнього підривання при міцності порід підошви на стиск менше 40 МПа і 0,6 висоти нижнього підривання при більшій міцності порід. Допускається зменшувати цю відстань при зміцненні боку виробки у підошві анкерами, хімічними способами тощо. Якщо ширина простору між виробкою і смугою більше 1 м, слід застосовувати додаткові заходи по його кріпленню.

Максимальне відставання смуги від кріплення очисного вибою не повинне перевищувати 3 м. При стійких породах покрівлі допускається відставання до 6 м.

Опір комбінованої охоронної системи на час тверднення матеріалу смуги забезпечується застосуванням одного чи декількох рядів органного кріплення та тимчасовим встановленням гідравлічних стояків.

Литу смугу виконують окремими поперечними секціями. Довжина секції a1 дорівнює прийнятій ширині смуги, а ширина a2 складає від 0,8 до 1,0 м. Для вказаних розмірів у заводських умовах під замовлення готують гнучкі ємності, які закріплюють всередині комірок, утворених органкою. В ємності по трубопроводу насосним агрегатом закачують суміш.

Смуга не може бути вилита до верхньої позначки покрівлі. Тому технологічний зазор між смугою і покрівлею закладають лісоматеріалом хвойних порід товщиною 40 мм. Дошки, як правило, розташовують уздовж осі виробки.

Технологічну схему зведення литої смуги наведено на малюнках 11, 12.

1 - вугільний пласт, 2 - підошва пласта, 3 - рамне кріплення, 4 - сітка, 5 - дерев'яний затяг, 6 - активна балка, 7- канатний анкер, 8 - механізоване лавне кріплення, 9 - лавний конвеєр, 10 - домкрат пересування головки лавного конвеєра, 11 - штрековий конвеєр, 12 - гідростояки, 13 - дерев'яні стояки підсилюючого кріплення, 14 - трубопровід для подачі розчину, 15 - однорядне органне кріплення, 16 - лита смуга, 17 - додаткові дерев'яні стояки на межі виробки, 18 - затяг покрівлі пласта, 19 - брус тимчасового кріплення на сполученні "штрек - лава"

Малюнок 11 - Технологічна схема зведення литої смуги при середніх умовах експлуатації виробки для її повторного використання

1 - вугільний пласт, 2 - підошва пласта, 3 - рамне кріплення, 4 - сітка, 5 - дерев'яний затяг, 6 - активна балка, 7 - канатний анкер, 8 - механізоване лавне кріплення, 9 - лавний конвеєр, 10 - домкрат пересування головки лавного конвеєра, 11 - штрековий конвеєр, 12 - гідростояки, 13 - дерев'яні стояки підсилюючого кріплення, 14 - трубопровід для подачі розчину, 15 - однорядне органне кріплення, 16 - двохрядне органне кріплення, 17 - лита смуга, 18 - затяг покрівлі пласта, 19 - додаткові дерев'яні стояки на межі виробки, 20 - брус тимчасового кріплення на сполученні "штрек - лава"

Малюнок 12 - Технологічна схема зведення литої смуги при важких умовах експлуатації виробки для її повторного використання

Поперечний переріз виробки з варіантом зведення литої смуги для середніх умов експлуатації представлено на малюнку 13.

1 - вугільний пласт, 2 - підошва пласта, 3 - покрівля пласта, 4 - рамне кріплення, 5 - розклинка, 6 - сітка, 7 - дерев'яна затяжка, 8 - забутовка, 9 - металополімерні анкери, 10 - канатний анкер, 11 - дерев'яні стояки підсилюючого кріплення, 12 - додаткові дерев'яні стояки на межі виробки, 13 - однорядне органне кріплення, 14 - лита смуга, 15 - затяг покрівлі пласта

Малюнок 13 - Поперечний переріз виробки повторного використання зі зведенням литої смуги для середніх умов експлуатації

При важких умовах експлуатації застосовуються наступні додаткові заходи по підсиленню кріплення при зведенні литої смуги:

установка подвійного ряду органного кріплення у відпрацьованому просторі на відстані 0,5 - 0,8 м від литої смуги;

установка двох рядів дерев'яних ремонтин, симетрично розміщених відносно осі виробки.

Поперечний переріз виробки повторного використання з литою смугою при важких умовах експлуатації представлено на малюнку 14.

Малюнок 14 - Поперечний переріз виробки повторного використання зі зведенням литої смуги для важких умов експлуатації

1 - вугільний пласт, 2 - підошва пласта, 3 - рамне кріплення, 4 - сітка, 5 - дерев'яна затяжка, 6 - активна балка, 7 - канатний анкер, 8 - механізоване лавне кріплення, 9 - лавний конвеєр, 10 - домкрат пересування головки лавного конвеєра, 11 - штрековий конвеєр, 12 - гідростояки, 13 - дерев'яні стояки підсилюючого кріплення, 14 - додаткові дерев'яні стояки на межі кріплення, 15 - однорядне органне кріплення, 16 - пакетована смуга, 17 - затяг покрівлі пласта, 18 - брус тимчасового кріплення на сполученні "штрек - лава"

Малюнок 15 - Технологічна схема зведення пакетованої смуги при середніх умовах експлуатації виробки для її повторного використання

1 - вугільний пласт, 2 - підошва пласта, 3 - рамне кріплення, 4 - сітка, 5 - активна балка, 6 - канатний анкер, 7 - механізоване лавне кріплення, 8 - лавний конвеєр, 9 - домкрат пересування головки лавного конвеєра, 10 - штрековий конвеєр, 11 - гідростояки, 12 - дерев'яні стояки підсилюючого кріплення, 13 - однорядне органне кріплення, 14 - дворядне органне кріплення, 15 - додаткові дерев'яні стояки на межі кріплення, 16 - пакетована смуга, 17 - затяг покрівлі пласта, 18 - брус тимчасового кріплення на сполученні "штрек - лава"

Малюнок 16 - Технологічна схема зведення пакетованої смуги при важких умовах експлуатації виробки для її повторного використання

Поперечний переріз виробки з пакетованою смугою для середніх умов експлуатації представлено на малюнку 17.

1 - вугільний пласт, 2 - підошва пласта, 3 - покрівля пласта, 4 - рамне кріплення, 5 - розклинка, 6 - сітка, 7 - дерев'яна затяжка, 8 - забутовка, 9 - металополімерні анкери, 10 - канатний анкер, 11 - дерев'яні стояки підсилюючого кріплення, 12 - додаткові дерев'яні стояки на межі виробки, 13 - однорядне органне кріплення, 14 - пакетована смуга, 15 - затяжка покрівлі пласта

Малюнок 17 - Поперечний переріз виробки зі зведенням пакетованої смуги для середніх умов експлуатації для її повторного використання

При роботі у важких умовах і важкообвалюваній покрівлі або високих темпах посування очисного вибою з боку відпрацьованого простору встановлюють подвійне чи навіть потрійне органне кріплення.

При важких умовах роботи необхідна установка додаткового ряду дерев'яних ремонтин у виробці після проходу лави.

Попередня підготовка для зведення пакетованої смуги включає установку двох рядів органного кріплення, відстань між якими рівна ширині майбутньої смуги.

1 - вугільний пласт, 2 - підошва пласта, 3 - покрівля пласта, 4 - рамне кріплення, 5 - розклинка, 6 - сітка, 7 - дерев'яна затяжка, 8 - забутовка, 9 - металополімерні анкери, 10 - канатний анкер, 11 - дерев'яні стояки підсилюючого кріплення, 12 - додаткові дерев'яні стояки на межі виробки, 13 - однорядне органне кріплення, 14 - пакетована смуга, 15 - дворядне органне кріплення, 16 - затяг покрівлі пласта

Малюнок 18 - Поперечний переріз виробки повторного використання зі зведенням пакетованої смуги для важких умов експлуатації

Між рядами органки вкладають шари пакетів з сухою сумішшю до контакту з покрівлею вугільного пласта. При укладці кожний з пакетів проколюють з двох кінців і вводять 4 л води.

Для нагнітання води в пакет використовують портативний голчастий ін'єктор діаметром 10 мм, що обладнаний краном та шлангом для подачі води.

Для перекриття зазорів почергово змінюють орієнтацію пакетів в суміжних шарах. Для перекриття зазорів і підвищення зчеплення між пакетами їх орієнтацію в суміжних шарах почергово змінюють.

Пакети виконані подвійними: внутрішній шар - вологостійкий з поліетилену, а зовнішній шар - міцний з поліпропілену. Пакети містять по 20 кг суміші і для щільного прилягання один до одного заповнені на 70 - 80 % від об'єму.

Спорудження пакетованої смуги виконується у міру посування очисного вибою на один-два цикли, з дотриманням вимоги мінімального відставання смуги від лінії вибою лави.

VII. Ремонтно-відновлювальні роботи у виробках для повторного використання

1. Найкращим варіантом експлуатації виробок для повторного використання є їх безремонтне підтримання після завершення третього етапу кріплення і до закінчення терміну експлуатації.

2. Забезпечення безремонтного підтримання є практично можливим лише в виробках з легкими умовами експлуатації. Для підтримання прийнятного стану виробок в середніх та важких умовах експлуатації необхідне виконання ремонтних робіт.

3. Основним видом ремонту в виробках повторного використання є підривання підошви.

4. Об'єми підривання визначаються багатьма факторами, основними з яких є фізико-механічні властивості порід підошви.

5. Правильний розрахунок елементів комбінованої охоронної системи та дотримання технології кріплення дозволяють мінімізувати об'єм та кількість циклів підривання:

не більше одного для легких та середніх умов;

не більше двох для важких умов.

6. Загальна схема виконання підривання підошви в виробках для їх повторного використання наведена на малюнку 19.

7. При необхідності виконання одного підривання, його необхідно здійснити найближчим часом після проходу лави на ділянці сполучення "штрек-лава" (зона 2). Це дозволяє при невеликих бокових деформаціях контуру відновити проектний переріз виробки, якісно встановити попередньо знятий стояк рамного кріплення та забезпечити безпечні умови.

8. У випадку значного здимання підошви виконують ремонти в зоні 1 і в зоні 2.

Таблиця 14. Характеристики шахтних породопідривних машин

Тип

Продуктивність, м 3 /хв

Потужність, кВт

Габарити, м

Маса, т

Виробник

МПП-150

0,7

110

1,2 × 1,3 × 7,3

Новокраматорський машинобудівний завод

МПБ-1200

0,3

1,2 × 1,2 × 7,5

ПрАТ "НГМЗ-БУР"

EL 160 LS

0,2

1,1 × 1,1 × 7,4

Hazemag & EPR

DHL-800

0,3

1,2 × h × l *

DH MINING SYSTEMS GMBH

Висота h та довжина l багатофункціональної машин DHL-800 визначається конкретним типом швидкозмінного гідравлічного інструмента.

9. Для механізації виконання підривання використовують спеціалізовану техніку. Відомості про деякі породопідривні машини, що одночасно можуть здійснювати завантаження на конвеєр, наведено в таблиці 14.

Малюнок 19 - Загальна схема виконання підривання підошви в виробках для їх повторного використання

VIII. Вимоги безпеки при кріпленні та експлуатації виробок, призначених для їх повторного використання

1. При визначенні умови безпечного ведення гірничих робіт у вугільній шахті, в тому числі і виробках, призначених для їх повторного використання, потрібно застосовувати вимоги нормативно-правових актів з охорони праці.

2. При виконанні робіт в зонах геологічних порушень, загрозливих по можливому прориву води, а також на ділянках, що є небезпечними по раптовим викидам вугілля та газу, приймаються додаткові заходи безпеки, які передбачені законодавством України.

3. Лита, пакетована та комбінована смуга із паралельних ділянок пакетованої і накатної смуг (таблиця 5) є ізолюючими. Тому у випадку їх зведення у вентиляційній виробці при зворотноструменевій схемі провітрювання та прямоструменевій з підсвіженням і без підсвіження при примиканні вихідного струменя повітря в межах виїмкової дільниці до виробленого простору лави відбувається виділення метану з виробленого простору в лаву. Для запобігання утворенню підвищених концентрацій метану на сполученні лави з вентиляційною виробкою, на прилеглій до лави ділянці вентиляційної виробки довжиною 20 - 40 м повинні влаштовуватися спеціальні вікна шириною 1,5 - 2,0 м з інтервалом 10 м. Вікна огороджують дерев'яними стійками і перекривають брусом.

4. У міру просування очисного вибою і збільшення кількості вікон в них здійснюють контроль концентрації метану в метано-повітряній суміші. У разі відсутності аномального росту дебіту метану вікна, що віддаляються від вибою лави, закладають. Одночасно в роботі повинно бути не менше двох вікон.

5. При метановиділенні з виробленого простору більше 4 м - 3 /хв і при сипучих, легкообвалюваних породах покрівлі відстань між вікнами для конкретних гірничо-геологічних умов може уточнюватися в процесі експлуатації. Також при метановиділенні з виробленого простору більше 3 м - 3 /хв застосовується примусове газовідсмоктування з виробленого простору лави через спеціальні відростки труб, встановлені у вікнах.

Начальник Управління

охорони праці, промислової

безпеки та цивільного

захисту

І. Ященко

Додаток 1

до Інструкції з забезпечення

стійкості дільничних виробок

для повторного використання

на вугільних шахтах

(пункт 3 розділу III)

ПРИКЛАД

розрахунку комбінованої охоронної конструкції, призначеної для повторного використання

Таблиця 1. Геометричні параметри виробки

Параметр

Позначення

Розмірність

Значення

Глибина розміщення виробки

600

Площа поперечного перерізу до осадки

м - 2

15,0

Ширина виробки

5,18

Висота виробки

3,64

Потужність вугільного пласта

1,0

Таблиця 2. Показники міцності R порід на одновісний стиск покрівлі та підошви виробки в порядку віддалення від середини висоти виробки

Положення шару

Номер шару

Тип породи

Потужність m , м

Міцність R , МПа

Покрівля

Пісковик

3,1

Пісковик

5,3

Аргіліт

2,6

Алевроліт

5,0

Аргіліт

3,0

Аргіліт

1,0

Середина висоти виробки

Підошва

Вугілля

1,0

Алевроліт

3,1

Пісковик

5,1

Алевроліт

4,0

Алевроліт

2,0

Пісковик

2,3

Пісковик

2,5

Додаткові дані:

спосіб проведення гірничої виробки - комбайновий;

підривання порід - верхнє;

тип рамного кріплення - рама КШПУ перерізом 15,0 м - 2 із спецпрофілю СВП-27;

погашення виробки - після проходу другої лави;

умови експлуатації - середні;

покрівля пласта - легкообвалювана.

Значення емпіричного коефіцієнта визначається згідно з таблицею 6 цієї Інструкції - величина параметра a для різних варіантів підтримання дільничної виробки на етапі експлуатації.

Розрахунок коефіцієнтів впливу породних шарів на визначення міцності порід по мірі їх віддалення від середини виробки ведуть згідно з виразом (1). Результати розрахунку наведено в таблиці 3.

Таблиця 3. Розрахунок коефіцієнтів впливу положення породних шарів на їх міцність

Положення шару

Номер шару

Відстань від середини шару до центру виробки, м

Коефіцієнт впливу

k i

α = 0,5

α = 0,18

α = 0,15

α = 0,13

Покрівля

18,45

0,000

0,050

0,083

0,115

14,25

0,002

0,107

0,155

0,199

10,30

0,014

0,217

0,280

0,332

6,50

0,096

0,431

0,496

0,544

2,50

0,712

0,885

0,903

0,915

0,50

1,935

1,268

1,219

1,187

Середина висоти виробки

Підошва

0,50

1,935

1,268

1,219

1,187

2,55

0,694

0,877

0,896

0,909

6,65

0,089

0,419

0,485

0,534

11,20

0,009

0,185

0,245

0,295

14,20

0,002

0,108

0,156

0,200

16,35

0,001

0,073

0,113

0,151

18,75

0,000

0,047

0,079

0,111

Середньозважену міцність порід покрівлі та підошви визначають згідно з виразом (2), а середню - згідно з виразом (3). Результати підрахунку представлено в таблиці 4.

Таблиця 4. Результати розрахунку середньозваженої міцності порід покрівлі та підошви виробки

Етап експлуатації виробки

Емпіричний коефіцієнт α

Середньозважена міцність порід покрівлі виробки, R , МПа

Середньозважена міцність порід підошви виробки, R , МПа

Середня міцність порід навколо виробки, R , МПа

При проведенні гірничої виробки

0,5

34,5

33,3

33,9

При підході першої лави

0,18

39,6

43,4

41,5

При підтриманні за першою лавою

0,15

40,8

44,4

42,6

При підході другої лави

0,13

41,7

45,1

43,4

Визначають коефіцієнти, що характеризують умови експлуатації згідно з таблицею 5.

Таблиця 5. Визначення коефіцієнтів, що характеризують умови експлуатації виробки

Назва коефіцієнта

Позначення

Посилання

Значення

Стійкості

К у

формула (4)

1,1 при проведенні

0,98 при підході 1 лави

0,96 при підтр. за 1 лавою

0,95 при підході 2 лави

Впливу ширини виробки

К s

формула (5)

1,02

Впливу глибини

К H

формула (6)

0,828

Впливу охоронної смуги

К о

таблиця 5

1,30

Визначають вертикальні зміщення виробки згідно з таблицею 6.

Таблиця 6. Визначення вертикальних зміщень виробки

Етап і вид деформації

Символ

Посилання

Значення м

При проведенні гірничої виробки

U пр

формула (7)

1,01

При підході першої лави

U 1

формула (8)

1,43

При підтриманні за першою лавою

U 1л

формула (9)

1,17

При підході другої лави

U 2

формула (11)

1,16

Сумарні зміщення

U п

формула (12)

4,77

Покрівлі після проведення і підходу першої лави

U 1пк

формула (13)

1,09

Підошви після проведення і підходу першої лави

U 1пд

формула (14)

1,35

Покрівлі при підтриманні за першою лавою

U 1лпк

формула (13)

1,60

Підошви при підтриманні за першою лавою

U 1лпд

формула (14)

2,01

Сумарні зміщення покрівлі за всі етапи

U пк

формула (13)

2,10

Сумарні зміщення підошви за всі етапи

U пд

формула (14)

2,67

Розраховують висоту склепіння h ск при підтриманні виробки за першою лавою з згідно з виразом (15). Вона становить 9,88 м.

Усереднена об'ємна вага (Н/м - 3 ) масиву підроблених порід приймається рівним 26 кН/м - 3 .

Навантаження P 1 на погонний метр виробки обчислюють за виразом (17). Його значення дорівнює 1044 кН/м.

Розраховують крок s установки рамного кріплення згідно з виразом (18) з врахуванням того, що гранична несуча здатність рами КШПУ-15,0 із спецпрофілю СВП-27 становить 478 кН/м. Розрахунковий крок становить 0,41 м. Для рами КШПУ-15,0 із спецпрофілю СВП-33 несуча здатність становить 643 кН/м, розрахунковий крок становить 0,55 м.

Для збільшення кроку встановлення рамного кріплення необхідно застосування анкерного кріплення. Попередньо вибрано використання металополімерного анкера довжиною 2,4 м та діаметром 22 мм з експериментально визначеною несучою здатністю 250 кН. Щільність установки анкерів приймаємо - 1,5 анк/м - 2 .

Користуючись графіком цієї Інструкції (малюнок 4), визначають числове значення коефіцієнта зміцнення - К з = 2,6. Аналогічно з використанням графіка (малюнок 5), визначають коефіцієнт впливу довжини анкера - К д = 1,0. Знаходимо, згідно з виразом (20), еквівалентне значення міцності для шарів порід, які закріплені анкерами. В даному випадку скоригованими будуть два перші шари порід покрівлі.

Таблиця 7. Показники міцності R порід на одновісний стиск покрівлі та підошви виробки в порядку віддалення від середини висоти виробки

Положення шару

Номер шару

Тип породи

Потужність m , м

Міцність R , МПа

Покрівля

Пісковик

3,1

Пісковик

5,3

Аргіліт

2,6

Алевроліт

5,0

Аргіліт

3,0

Аргіліт

1,0

83,2

Середина висоти виробки

Підошва

Вугілля

1,0

Алевроліт

3,1

Пісковик

5,1

Алевроліт

4,0

Алевроліт

2,0

Пісковик

2,3

Пісковик

2,5

Результати підрахунку скоригованої середньозваженої міцності порід покрівлі та середньої міцності порід навколо виробки представлено в таблиці 8.

Таблиця 8. Результати розрахунку середньозваженої міцності порід покрівлі та підошви виробки

Етап експлуатації виробки

Емпіричний коефіцієнт α

Середньозважена міцність порід покрівлі виробки, R , МПа

Середньозважена міцність порід підошви виробки, R , МПа

Середня міцність порід навколо виробки, R , МПа

При проведенні гірничої виробки

0,5

82,1

33,3

57,7

При підході першої лави

0,18

68,6

43,4

56,0

При підтриманні за першою лавою

0,15

66,9

44,5

55,7

При підході другої лави

0,13

65,7

45,1

55,4

За формулою (4) визначають новий коефіцієнт стійкості для кожного етапу експлуатації виробки.

Повторюють повний цикл розрахунків для визначення деформацій, замінивши відповідні параметри міцності на їх нові значення. Результати розрахунку представлено в таблиці 9.

Таблиця 9. Розрахунок скоригованих значень вертикальних зміщень виробки після анкерування приконтурних гірських порід

Етап і вид деформації

Символ

Посилання

Значення м

При проведенні гірничої виробки

U пр а

формула (7)

0,66

При підході першої лави

U 1 а

формула (8)

1,09

При підтриманні за першою лавою

U 1л а

формула (9)

0,92

При підході другої лави

U 2 а

формула (11)

0,92

Сумарні зміщення

U п а

формула (12)

3,59

Покрівлі після проведення і підходу першої лави

U а 1пк

формула (13)

0,53

Підошви після проведення і підходу першої лави

U а 1пд

формула (14)

1,22

Покрівлі при підтриманні за першою лавою

U а 1лпк

формула (13)

0,83

Підошви при підтриманні за першою лавою

U а 1лпд

формула (14)

1,84

Сумарні зміщення покрівлі за всі етапи

U а пк

формула (13)

1,14

Сумарні зміщення підошви за всі етапи

U а пд

формула (14)

2,45

Повторно розраховують висоту склепіння h ск при підтриманні виробки за першою лавою згідно з виразом (16). Вона становить 5,09 м.

Виконують перерахунок навантаження P 1 на погонний метр виробки за виразом (17). Його значення дорівнює 537 кН/м.

Повторно розраховують крок s установки рамного кріплення згідно з виразом (18). Розрахунковий крок становить 0,801 м. Приймають значення кроку s = 0,8 м.

Відстань g між анкерами в площині поперечного перерізу виробки розраховують по формулі (21). Вона дорівнює 0,8 м.

При заданих геометричних параметрах виробки з врахуванням берми, висота якої прийнята 0,8 м та потужності вугільного пласта m =1,0 м над ним з кроком g = 0,8 м можна встановити 7 анкерів: один по центру склепіння і по три симетрично відносно вертикальної осі виробки.

У підошві вугільного пласта залягає алевроліт, міцність якого при зволоженні відповідно до таблиці 2 та з врахуванням структурного послаблення порід у контурній зоні (таблиця 1) може знизитись до значення R в = 39 МПа × 0,7 × 0,9 = 24,6 МПа.

Склад комбінованої охоронної системи, представлений на малюнку 10 цієї Інструкції, окрім рамно-анкерного кріплення включає:

один ряд металополімерних анкерів в бермову частину виробки з боку відпрацьованого простору;

один ряд канатних анкерів довжиною 8 м з підхопленням із спецпрофілю з боку відпрацьованого простору;

канатну смугу шириною 1,0 м з дерев'яного брусу;

один ряд дерев'яних стояків на межі виробки з відпрацьованим простором;

один ряд дерев'яних стояків між верхняком рам та підошвою виробки.

Додаток 2

до Інструкції з забезпечення

стійкості дільничних виробок

для повторного використання

на вугільних шахтах

(пункт 6 розділу IV)

УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ

експлуатаційних характеристик виробок та критерії їх оцінки

Фактор або категорія

Кількісна оцінка

Позначення

Ускладнюючий фактор

Здимання підошви

> 1,0 м

ЗП

Тектонічна порушеність

> 30 %

ТП

Добовий водопритік

> 300 м - 3

ВП

Категорія шахти по метану і непередбачуваних викидах по об'єму метану на 1 т вугілля

Перша

до 5 м - 3 /т

Друга

5 - 10 м - 3 /т

Третя

10 - 15 м - 3 /т

III

Надкатегорна

> 15 м - 3 /т

НК

Небезпечна по раптовим викидам

НРВ

Категорія обвалюваності крівлі по кроку обвалення

Легкообвалювана

< 2 м

ЛО

Середньобвалювана

2 - 5 м

СО

Важкообвалювана

> 5 м

ВО

Гірничо-геологічні умови по комплексному показнику Θ

Легкі

> 3,0

ЛУ

Середні

1,5 - 3,0

СУ

Важкі

< 1,5

ВУ

Додаток 3

до Інструкції з забезпечення

стійкості дільничних виробок

для повторного використання

на вугільних шахтах

(пункт 6 розділу IV)

ГІРНИЧО-ГЕОЛОГІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

найбільших вугільних шахт

Шахта

Орієнтовна глибина на 2019 р., м

Категорія по газу

Потужність пласта, м

Категорія покрівлі

Ускладнюючі фактори

Категорія ГГХ

Капітальна

1240

НРВ

1,3 - 2,3

ЛО

ВП, ТП

ВУ

Новодонецька

720

III

1,6 - 1,7

ЛО

ВП, ЗП

ВУ

Добропільська

810

НК

0,9 - 1,8

СО

ЗП, ВП

ВУ

ШУ Покровське

790

НРВ

1,4 - 1,9

СО

ТП, ЗП

ВУ

Білозерська

550

НК

2,2 - 2,8

ЛО

ВП, ЗП

ВУ

Краснолиманська

850

НРВ

1,2 - 3,6

СО

ТП

ВУ

Степова

540

НК

0,9 - 1,0

ЛО

ЗП

СУ

Павлоградська

380

III

1,0 - 1,1

СО

ТП

ЛУ

Ювілейна

500

НК

0,8 - 1,0

ЛО

ЗП

СУ

Благодатна

III

0,8 - 1,0

СО

ЛУ

Тернівська

250

НК

0,8 - 1,6

СО

ТП

ЛУ

Самарська

300

III

0,8 - 0,9

СО

ТП, ВП

ЛУ

Дніпровська

360

НК

0,7 - 1,2

ВО

ТП, ВП

СУ

ім. Героїв космосу

490

НК

0,8 - 1,0

ЛО

ЗП

СУ

Західно-Донбаська

590

НК

0,6 - 1,0

ЛО

ЗП, ТП

СУ

ім. М.І. Сташкова

380

III

0,7 - 1,2

ЛО

ЗП, ВП

ЛУ

Додаток 4

до Інструкції з забезпечення

стійкості дільничних виробок

для повторного використання

на вугільних шахтах

(пункт 1 розділу VI)

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

металокріплення КШПП із замками ЗПК

Переріз кріплення у просвіті до осідання, м 2

Типо-розмір профілю

Висота, мм

Ширина, мм

Робочий опір, кН/раму

Несуча здатність, кН/раму

Маса, кг

(0,5/0,8)

Ст. 5ПС

Ст. 20Г2АФ

Ст. 5ПС

Ст. 20Г2АФ

9,5

СВП-19

3050

3880

215

443

208,5/212,0

9,5

СВП-22

3040

3880

260

443

232,5/237,6

9,5

СВП-27

3040

3880

270

615

278,4/283,5

10,5

СВП-19

3300

4050

215

451

218,1/221,6

10,5

СВП-22

3300

4050

230

451

243,4/248,6

11,0

СВП-19

3090

4470

215

406

218,1/221,6

11,0

СВП-22

3090

4470

250

407

250,7/255,8

11,7

СВП-19

3460

4310

215

230

417

455

227,1/230,6

11,7

СВП-22

3460

4310

250

255

421

600

254,4/259,5

11,7

СВП-27

3460

4310

270

280

589

720

308,2/313,4

13,6

СВП-27

3460

4940

270

497

327,6/332,7

14,4

СВП-22

3880

4730

255

500

283,5/288,7

14,4

СВП-27

3880

4730

270

280

550

710

335,2/340,4

15,0

СВП-22

3640

5180

280

650

283,5/288,7

15,0

СВП-27

3640

5180

270

280

478

670

341,1/346,2

17,7

СВП-22

4190

5360

255

520

305,4/310,6

17,7

СВП-27

4190

5360

270

280

500

670

362,2/367,4

20,2

СВП-27

4420

5700

270

280

428

585

389,7/394,8

Конструктивна податливість металокріплення КШПП 300 мм.