УДК 622.268.6 (281.742.2)

результаты оценки состояния подземных горных выработок ш. «распадская», закрепленных анкерной крепью, оказавшихся в зоне влияния техногенной катастрофы

КузГТУ

Научный руководитель – д. т.н., профессор ;

д. т.н., профессор .

Трагедия, произошедшая в мае 2010г. на шахте «Распадская», помимо огромных человеческих жертв, нанесла колоссальный ущерб капитальным фондам самой шахты. В результате воздействия взрывной волны, высокой температуры и затопления, крепление значительной части подземных горных выработок шахты оказалась нарушено. Следует отметить, что работы по ликвидации последствий аварии на шахте ведутся по сей день. Таким образом, первостепенной целью исследования является оценка влияния взрывной волны и затопления на состояние анкерного крепления горных выработок. Объектом исследования выступали подземные горные выработки ш. «Распадская», подвергшиеся воздействию взрывной волны, высокой температуры и затоплению. В плановый объем исследования входили выработки, проведенные по пластам: 3, 7-7а, 9, 10. Суммарная протяженность обследованных горных выработок составила около 60000 м. 

Исследование производилось согласно методике [1]. Методика разработана на основании методического руководства [2], утвержденного Управлением по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Кемеровской области.

Методикой предусматривается проведение обследования подготовительных выработок, элементов анкерной крепи, оценка работоспособности анкеров и пригодности выработок для дальнейшей эксплуатации. В методике предусматривается визуальная и инструментальная оценка выработок и, непосредственно, элементов анкерной крепи, а также изучение и оценка документальных материалов.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Визуальная оценка включала в себя контроль и протоколирование ряда внешних признаков опасных деформаций [1,3]:

Признаки деформаций выработок наличие раскрытых трещин давления в кровле и боках; вывалы пород из кровли между анкерами; вывалы угля из боков; видимые отслаивания приконтурных слоев кровли; наличие пустот между кровлей выработки и подхватами; образование куполов в пределах ширины выработки; интенсивное пучение почвы Признаки опасных деформаций элементов крепи: деформация анкерных подхватов или опорных металлических плит, шайб; прогиб решетчатой затяжки без разрыва сплошности; отсутствие плотного контакта анкерных подхватов с кровлей; деформация элементов податливости крепи; наличие коррозионного износа элементов анкерной крепи Признаки весьма опасных деформаций элементов крепи разрыв отверстий шайб, подхватов, опорных плит; провисание и разрыв решетчатой затяжки; заметное смещение стержня анкера в выработку; разрушение элементов податливости; сочетание всех внешних признаков опасных деформаций крепи;

Инструментальная оценка состояния анкерной крепи после воздействия на нее вышеописанных негативных факторов заключалась в измерении геометрических параметров горных выработок и их сопряжений, измерении размеров вывалов, отжимов, деформаций подхватов и проверке прочности закрепления анкеров в шпурах, нагрузкой не более 70% от расчетной несущей способности [2]. Оценка геометрических параметров производилась при помощи металлической рулетки и ультразвуковой рулеткой с лазерным указателем Leica DISTO DXT. Оценка влияния действия воды при затоплении выработок оценивалась косвенно по прочности закрепления анкерных стержней в шпурах, а так же путем оценки расслоения пород, их водонасыщения с помощью радиолокационного метода с использованием Георадара ОКО-2.

Средствами испытания крепи выступали приборы контроля анкерной крепи – ПКА-1 и ПКА-3. В каждой выработке нагружается не менее трех анкеров на каждом сопряжении и в линейной части выработки через каждые 100 м. Было отмечено около 250 точек проверки прочности анкерной крепи кровли и боков выработок.

       Полученные данные фактической плотности установки крепи сопоставлялись с проектными параметрами на этапе изучения и оценки документальных материалов. На этом этапе происходит оценка следующих условий и документации:

    горно-геологические условия проведения обследуемых выработок; горнотехнические условия проведения и эксплуатации выработок; паспорт крепления выработки; организация контроля работоспособности анкерной крепи работниками шахты;

Обследование фактических геометрических параметров выработок, сопряжений выработок и их сравнение с проектным показало следующее:

    ширина выработок изменяется от проектной в значительных пределах от (-3%) до (+16,6%) при проектной ширине выработок 5-6м; высота выработок на отдельных участках увеличивается от средней 2,7-3,2м на 10-80%; на сопряжениях выработок отклонения от проектных значений примерно такие же, как на линейных участках.

В нормальных горно-геологических условиях (вне зон нарушений, вне зон ПГД) трещины давления формируются в пределах свода давления, а развитие свода давление происходит в направлении по нормали к создавшейся системе трещин.

Установлены основные причины изменения геометрических размеров выработок:

    деформация угля в боках выработок, приводящая к отжиму угля из боков; происходящий постоянно геомеханический процесс сплошного сводообразования. Происходит разуплотнение пород в формирующемся своде равновесия, расслоение пород, отслоение и смещение пород в сторону почвы выработки, при этом расслоение пород выходит за границы ширины выработок. В боках увеличивается концентрация напряжений, нарушается их устойчивость; происходящие процессы образования локальных вывалов пород из кровли.

Установлено, что вывалы происходят чаще всего в местах ослабленных пород, на участках геологических нарушений, в зонах повышенного горного давления. Формирование ослабленных зон в контуре выработок начинается с процесса разуплотнения пород, который вызывает расслоение пород, образование полостей, отслоение нижних слоев пород, последующее их обрушение с образованием вывалов и куполов.

Анализ состояния выработок, попавших в зону взрыва, показывает, что взрывающие статические и динамические нагрузки от ударных воздушных и сейсмических волн не повлияли на прочность закрепления сталеполимерных анкеров в шпурах, когезионные свойства  скрепляющего состава ампул под действием высокой температуры не нарушились. Влияние взрыва испытывают внешние элементы анкерной крепи: решетчатая затяжка, металлическая сетка, иногда подхваты анкерной крепи.

Внешние элементы анкерной крепи (решетчатая затяжка, металлическая сетка, иногда подхваты) испытывают влияние взрывной волны. Решетчатая затяжка сдирается с кровли и боков, наблюдаются разрывы прутков, сетчатая металлическая затяжка часто разрывается. Длинные незакрепленные концы сплошных подхватов из штрипса, швеллера сминаются и изгибаются.

Отслоившиеся породы кровли при сдирании и деформации решетчатой затяжки в период взрыва высыпаются в выработку, а ослабленные породы обрушаются, увеличивая высоту вывалов и куполов. Также ослабленный уголь в боках выработок при сдирании решетчатой затяжки дополнительно разрушается и высыпается, увеличивая ширину выработок, глубину отжимов.

Из общего числа обследуемых выработок часть выработок была затоплена водой. Срок пребывания выработок в затопленном состоянии был разный, изменялся от 6 месяцев до 30 месяцев. Участки, находящиеся в зоне затопления, характеризуются повышенной влагоемкостью пород кровли. Анализ гидрогеологических свойств углей пластов выявляет существенное различие между ними, угли отдельных пластов относятся к категории гидрофобных (пласты 9, 11), признаки угля пластов к размоканию отсутствуют.

Оценка влияния воды в затопленных выработках на состояние пород производилось для пород кровли и боков по величине удельного сцепления скрепляющего состава со стенками шпура и по фактическим значениям усилия закрепления анкеров в шпурах. Установлено, что водонасыщение пород приводит к снижению удельного сцепления скрепляющего состава химических ампул со стенками шпура. Удельное сцепление анкеров АВР-20 со стенками шпура составило 1,7МПа, анкеров АСП-20 - 1,29МПа. В боках выработок удельное сцепление скрепляющего состава анкера АВР-20 с углем составило 0,8МПа. Ожидаемые значения удельного сцепления составляют: для анкеров в кровле 1,7МПа (АВР-20), 1,29МПа (АСП-20); для анкеров в боках 0,8МПа (АСП-20). Видно, что полученные удельные сцепления анкеров со стенками шпуров ниже ожидаемых значений.  По приведенным данным считаем, что затопление выработок и их длительное пребывание в затопленном состоянии вызвало снижение прочностных свойств вмещающих пород и их удельное сцепление с составом химических ампул.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Методика обследования и оценки состояния ранее пройденных и закрепленных анкерной крепью горных выработок, подвергшихся воздействию взрывной волны, температуры и затоплению с учетом их фактических параметров и возведенного крепления в условиях   – Прокопьевск, 2012. Методика обследования и оценки состояния подготовительных выработок, закрепленных анкерной крепью и работоспособности  анкерной крепи по истечении 5 лет эксплуатации выработок – Прокопьевск, 2007. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах. – СПб., 2014. Правила безопасности  в угольных шахтах ПБ, 2013