Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование параметров крепей горизонтальных горных выработок в сложных геомеханических условиях

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров крепей горизонтальных горных выработок в сложных геомеханических условиях"

На правах рукописи

ФАМ Ван Тхыонг

{Ь

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КРЕПЕИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В СЛОЖНЫХ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ

УСЛОВИЯХ

Специальность 25.00. 22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

г 3 МАЙ 2013

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2013

005060088

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет» на кафедре «Строительство подземных сооружений и шахт»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

ФРАНКЕВИЧ Геннадий Степанович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

АТРУШКЕВИЧ Виктор Аркадьевич зав. кафедрой «Технология подземной разработки рудных и нерудных месторождений» ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»;

кандидат технических наук, доцент КОПЫЛОВ Сергей Иванович доцент кафедры «Геотехнологий и строительства подземных сооружений» ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Ведущая организация ОАО «КузНИИшахтострой» (г. Кемерово)

Защита диссертации состоится 29 мая 2013 года в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д-212.128.05 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан 26 апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Мельник В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основными направлениями развития угольной промышленности Вьетнама на 2010+2015 годы и на период до 2025 года предусмотрено довести добычу угля до 80-85 млн.тонн в год.

Основной прирост добычи будет осуществлен за счёт реконструкции действующих шахт. Ежегодно глубина разработки угольных шахт возрастает: средняя глубина шахт в 2010 г. -100 м; в 2015 г. -300 м; в 2025 г. -600 м. Горногеологические условия, в которых сооружаются капитальные горные выработки, постоянно усложняются (увеличение глубины, изменение прочностных свойств горных пород).

Основными видами крепи горных выработок шахт Хэтамского угольного бассейна являются металлическая крепь из СВП и металлобетон. Ежегодно около 27% от общей протяженности выработок, закрепленных крепью из СВП, деформируются и требуют перекрепления, что приводит к большим экономическим затратам.

В сложных геомеханических условиях, под которыми следует понимать такие условия, при которых при проведении выработок в зависимости от типа вмещающих пород происходят образование значительных областей разрушения или не затухающие во времени пластические деформации породного массива, отмечаются снижение скорости проходки и увеличение затрат на проведение и ремонт выработок, что обусловлено главным образом интенсивной трещиноватостью и смещениями породного массива.

Хэтамское месторождение имеет 17 угольных пластов, в том числе 8

угольных пластов имеют неустойчивые мощности и 14 угольных пластов, в

которых имеются сложные переслаивания, вмещающих горных пород. Эти

факторы осложняют проходку и крепление горных выработок, затраты на

крепление и поддержание горных выработок постоянно возрастают. В

настоящее время вопросы выбора типа и конструкции крепи регламентируются

одним нормативным документом - это альбом типовых сечений, который

разработан для глубины до 200 м без каких-либо методов расчета и методики

1

определения их параметров. Таким образом, обоснование прогрессивных конструкций и параметров крепей, обеспечивающих устойчивость горных выработок в сложных геомеханических условиях, является актуальной научной задачей.

Цель работы состоит в обосновании параметров крепей горизонтальных горных выработок в сложных геомеханических условиях на основе установления закономерностей деформирования системы «крепь-массив» для обеспечения устойчивости горных выработок при снижении материальных затрат на их крепление.

Идея работы заключается в комплексном учете факторов (дилатансии, глубины заложения горных выработок, конструктивных характеристик крепей, физико-механических свойств пород), влияющих на выбор параметров крепей и технологию их возведения при строительстве горизонтальных горных выработок в сложных геомеханических условиях месторождения Хэтам-Куангнинь, на основе изучения взаимодействия крепей из СВП с элементами их усиления и массивом горных пород.

Методы исследования. При выполнении работы использован комплексный метод исследований, включающий методы математической статистики и теории вероятностей, корреляционный и регрессионный анализ, экспериментальные натурные исследования, применение современных методов компьютерного моделирования породного массива, находящегося под влиянием горно-геологических факторов, осложняющих условия поддержания горных выработок.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- установлено, что в исследуемом диапазоне условий напряжения на контакте системы «крепь-массив» увеличиваются в среднем в 2,0 раза, а при напряжениях на контакте системы «крепь-массив», равных (1,0 - 1,5)уН, деформация горных пород происходит без образования зоны неупругих деформаций вокруг выработки;

- установлено, что начальные смещения породного контура до момента

ввода крепи в работу не превышают 43 мм, а максимальные ожидаемые

2

смещения породного контура к моменту установления статического равновесия в системе «крепь-массив» могут достигать 810 мм и стабилизируются через 60110 суток на расстоянии 4-5 радиусов от контура выработки;

- установлено, что с учетом явления дилатансии горных пород в допредельной стадии деформирования, смещения на контуре горных выработок возрастают, но не превышают 20% по сравнению с расчетными смещениями без учета эффекта дилатансии, а в запредельной стадии деформирования смещения возрастают в среднем на 85%, однако при увеличении жесткости крепи общие смещения системы «крепь-массив» снижаются на 35-50%.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

- корректной постановкой задачи и использованием апробированных методов численного моделирования;

значительным объемом экспериментальных исследований по определению смещений контура закрепленных выработок на 9 замерных станциях;

- использованием опыта ведущих зарубежных фирм в области проектирования и расчета крепей горных выработок;

- сопоставлением аналитических результатов исследований с натурными наблюдениями и их совпадением на 85-90%.

Научная новизна работы состоит в установлении закономерностей комплексного влияния факторов (дилатансии, конструктивных характеристик крепей, глубины заложения выработок, геомеханических свойств массива горных пород) на напряженно-деформированное состояние системы «крепь-массив», построении функции величины начальных смещений породного контура в зависимости от основных исследуемых параметров, построении функции прогнозирования ожидаемых смещений системы «крепь-массив» вокруг выработок, позволяющих определить конструктивно-технологические параметры крепей горных выработок в сложных геомеханических условиях месторождения Хэтам-Куангнинь.

з

Научное значение работы состоит в получении зависимостей по определению параметров совместного деформирования массива горных пород и крепи выработок на основе аналитических и натурных исследований в сложных геомеханических условиях.

Практическое значение-работы заключается в разработке "Рекомендаций по выбору конструктивных параметров крепей горных выработок в сложных геомеханических условиях", позволяющих существенно сократить материальные затраты.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанная методика выбора параметров крепей применяется для проектирования горных выработок на шахтах месторождения Хэтам-Куангнинь.

Апробация работы. Основные положения докладывались на международном научном симпозиуме «Неделя горняка-2013», обсуждались на кафедре СПСиШ МГГУ в 2011, 2012, 2013 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 научных работ, из них 4 работы в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобнауки России.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, содержит список литературы из 69 наименований, 52 таблицы, 78 рисунков.

Автор выражает благодарность научному руководителю докт. техн. наук, проф., Франкевичу Г.С. и проф. Пшеничному В.А. за ценные научные консультации и замечания при выполнении работы и преподавателям кафедры СПСиШ МГГУ, работникам проектных и производственных организаций за оказанную помощь при выполнении отдельных исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе проведен анализ условий строительства горных выработок в горно-геологических условиях месторождения Хэтам-Куангнинь и российского опыта крепления горных выработок. Комплексные исследования по совершенствованию технологии проведения и поддержания горных выработок

проведены учеными МГГУ, СПГГИ, ТулГУ, КузНИИшахтострой, ВНИМИ и других научно-исследовательских коллективов.

Существенный вклад в решение проблемы проектирования и расчета крепи горных выработок внесли российские ученые: В.А. Атрушкевич, И.В. Баклашов, Ф.А. Белаенко, Н.С. Булычев, A.B. Быков, В.Т. Глушко, Е.Б. Дружко, Ж.С. Ержанов, JI.M. Ерофеев, Ю.З. Заславский, В.Н. Каретников, Б.А. Картозия, A.B. Корчак, Г.А. Катков, М.В. Курленя, Ю.М. Либерман, В.М. Мостков, JI.H. Насонов, B.JI. Попов, В.А. Пшеничный, М.М. Протодьяконов,

A.Г. Протосеня, A.C. Саммаль, В.И. Смирнов, H.H. Фотиева, Г.С. Франкевич,

B.А. Хямяляйнен, И.Л. Черняк, А.П. Широков и др.

На основании анализа условий строительства горных выработок и

состояния крепей в сложных геомеханических условиях в работе приводятся

некоторые статистические данные о прочности горных пород на одноосное

сжатие, размере горных выработок и глубине их заложения в угольном

Хэтамском месторождении, позволяющие констатировать следующее.

Во-первых, анализ геологических документации показывает, что в

Хэтамском месторождении горные породы в основном представлены

песчаниками, алевролитами, аргиллитами с пределом прочности на одноосное

сжатие от 20 до 50 МПа.

Во-вторых, в настоящее время горные работы ведутся на глубине от 200

до 300 м. В будущем на период до 2025 г. средняя глубина разработки

угольных шахт будет возрастать до 600 м.

В-третьих, на глубине 200-300 м размеры сечения горных выработок в

свету SCB составляют от 7,6 до 12,8 м2, а к 2025 году с увеличением глубины

заложения горных выработок до 600 м ожидается увеличение размеров сечения

горных выработок Scbot 10,4 до 15,4м2.

Анализ опыта строительства горных выработок в России показывает, что

в горно-геологических условиях, подобных описанным выше, при выборе

способа крепления горизонтальных горных выработок рекомендуется

применять крепь регулируемого сопротивления, которая была разработана в

МГГУ под руководством докт. техн. наук, проф., Б.А. Картозия, основанная на

5

дифференцированном подходе к вопросам крепления горных выработок базовыми конструкциями с поэтапным их усилением.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- выполнить анализ горно-геологических условий и состояние крепей горных выработок на шахтах месторождения Хэтам-Куангнинь.

- установить закономерности напряженно-деформированного состояния массива горных пород вокруг горизонтальных горных выработок в сложных геомеханических условиях месторождения Хэтам-Куангнинь, которые характеризуются низкой прочностью горных пород, высокой степенью трещиноватости массива, влажностью атмосферы и т.д.

- обосновать параметры крепей горизонтальных горных выработок и области их применения на основе крепей из СВП в различных горногеологических условиях месторождения Хэтам-Куангнинь.

- разработать методику выбора типа крепи и определения ее параметров на основе аналитических и натурных исследований.

Аналитические и натурные исследования в данной работе выполнялись из условия совместного деформирования массива горных пород и крепи, предложенного Ф.А. Белаенко:

и.,.(р) = и0+Щр), (1)

где иш(р) — смещение породного контура к моменту установления статического равновесия в системе «крепь — массив»;

и0 — начальные смещения породного контура, соответствующие промежутку времени от обнажения участка породного контура до момента ввода крепи в работу;

и(р)- смещения внешнего контура крепи к моменту установления статического равновесия в системе «крепь - массив».

Для изучения напряженно-деформированного состояния массива горных пород вокруг горных выработок на основе метода конечных элементов (МКЭ) выполнены следующие исследования.

В результате лабораторных исследований установлено, что угол дилатансии горных пород составляет 30% угла внутреннего трения, для достоверной оценки влияния дилатансии горных пород на напряженно-деформированное состояние породного массива вокруг выработок в дальнейшем расчете принимается равным 33% (у = 0,33ф).

В табл. 1 приведены основные показатели физико-механических свойств пород, характерных для условий строительства горных выработок в Хэтамском бассейне.

Таблицаї. Физико-механические свойства горных пород

№ п/п Показатель Коэффициент крепости породы по шкале проф. ММ.Протодьяконова f

2 3 4 5

1 Предел прочности горных пород на одноосное сжатие КсЖ ,МПа 20 30 40 50

2 Сцепление, МПа 0,4 0,6 0,85 1,25

3 Модуль деформации Е, МПа 1509 2929 6748 10061

4 Коэффициент Пуассона ц 0,35 0,3 0,27 0,26

5 Объемный вес у, МН/м3 2,4.10"2 2,45.10"2 2,5.10"2 2,55.10"2

6 Угол внутреннего трения ф, град. 21 32 40 43

7 Угол дилатансии у, град. 6,9 10,7 13,2 14,2

8 Остаточная прочность горных пород на одноосное сжатие Ко, МПа 7,0 9,0 11,2 11,5

9 Соотношение горизонтального и вертикального напряжений X 0,54 0,43 0,37 0,35

Для моделирования напряженно-деформированного состояния породного массива, прилегающего к выработке, использовался метод конечных элементов (МКЭ) - версия компьютерной программы "Phase 2". Породный массив моделировался сеткой прямоугольных конечных элементов. Размеры моделируемой горной выработки были определены исходя из расчета сечения выработок в проходке для цели ее эксплуатации.

Таким образом, для получения подробной картины распределения напряжений в приконтурном массиве горных пород, окружающих выработку, назначаются поверхности сгущения сетки элементов до размера 15 мм — по кровле, до размера 300 мм - по почве и до размера 235+280 мм - по бокам выработки. Зона исследования рассматривается на расстоянии 5 радиусов от

7

кромки выработки. В результате разбивки модели на конечные элементы, в соответствии с указанными параметрами сгущения и разряжения сетки, получилось 1989; 2083; 2145 элементов массива треугольной формы и 4060; 4250; 4372 узла.

В результате численного моделирования установлено, что с учетом явления дилатансии горных пород в допредельной стадии деформирования, смещения на контуре горных выработок возрастают, но не превышают 20% по сравнению с расчетными смещениями без учета эффекта дилатансии, а в. запредельной стадии деформирования смещения возрастают в среднем на 85%, однако при увеличении жесткости крепи общие смещения системы «крепь-массив» уменьшаются на 35-50%;

В качестве примера на рис. 1 показаны графики смещений на контуре незакрепленных и закрепленных горных выработок в допредельной (а) и запредельной (б) стадии деформирования массива горных пород при £= 2-5,8^= 13 м2, Н = 300 м.

и, мм

300

б)

... \ "

ч \

"■■•••^Оч.

3 4 5

Крепость горных пород, f

1 Без учета явления дилатансии

3 4 5 2

Крепость горных пород, Г

—— С учетом явления дилатансии — ■ ■ Система «крепь-массив» с учетом явления дилатансии Рис. 1. Графики смещений на контуре незакрепленных и закрепленных горных выработок в допредельной (а) и запредельной (б) стадии деформирования

массива горных пород при £ = 2-5, 8^= 13 м2, Н = 300 м Для исследования процесса деформирования и разрушения массива горных пород исследуемые модели разделяются на 10 стадий, при которых реактивное давление уменьшается от начального напряжения до нуля. В качестве примера на рис. 2 приведены графики распределения напряжения оо в породном массиве вокруг выработок при Ясж = 40 и 50 МПа, 8пр = 13 м2 на

глубине 300 м, которые показывают, что при напряжениях массива горных

8

пород на контуре выработок, равных (1,0 — 1,5)уН, деформация горных пород происходит без образования зоны неупругих деформаций вокруг выработки, ее максимальная величина распространяется до 3,5 радиуса горной выработки.

9' 12

1,45уН 10

уН 6

4

2

О

МПа

1*= 40 МПа

V

■■■■•■»■•■■■■■в

А

сг

1 >

Ш 211 3(1 4!? 51* 6й

Расстояние от контура горной выработки, м

- Стадия 1-ч —»— Стадия 2-0,84 —•— Стадия 3-0,74 —•— Стадия 4-0,64 —Стадия 5-0,54

-Стадия 6-0,44 -Стадия 7-0,04ц---Стадия 8-0,02ч --»—Стадия 9-0,01ч —«—Стадия 10-0

К =50 МПа

- Стадия

- Стадия 6-0,Лц

3(* 4И 5И

Расстояние от контура горной выработки, м

- Стадия 2-0,84---Стадия 3-0,74 ......... Стадия 4-0,64

- Стадия 7-0,044 ---Стадия 8-0,024 —'-Стадия 9-0,014 -------- Стадия 10-0

Рис. 2. Графики распределения напряжения сто в массиве горных пород вокруг выработок при Ксж = 40 и 50 МПа, Бпр - 13 м2 на глубине 300 м в зависимости от величины отпора крепи Р По результатам объемного моделирования различных геомеханических ситуаций (в зависимости от геомеханических свойств массива горных пород, глубины заложения выработок и площади сечения выработок) были построены графики корреляции между ио/Впр и уН/11сж (см. рис. 3), а также получена зависимость начальных смещений породного массива, которая выражается в виде:

9

^1 = 8,238(^Т+5,748.^-0,672, (2)

где у - объемный вес горных пород, МН/м3; Н - глубина заложения горных выработок, м; прочность горных пород на одноосное сжатие, МПа; В„р -пролет горной выработки в проходке, м.

Рис. 3. Графики начальных смещений горных пород на контуре выработок в исследуемом диапазоне условий В качестве примера на рис. 4 приведены графики деформационных характеристик породного массива на контуре горных выработок при 8^=13 м2, Яок = 20 МПа, Н = 300 - 600 м.

и, м 0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

\

од

- • Н=300 м

- • Н=400м

--Н=500 м

...... Н=600 м

Р, МПа

Рис. 4. Графики деформационных характеристик породного массива на контуре горных выработок при Н = 300 - 600 м, ^ = 20 МПа, 8^=13 м2

ю

В результате аналитических исследований получены величины максимальных ожидаемых смещений (им) породного контура горных выработок в различных геомеханических условиях, которые позволяют получить зависимость максимальных ожидаемых смещений породного контура выработок в виде им = Г (у, Н, Впр) (расхождение не превышает ±18,0%):

= А + вЖ-С, (3)

я„„ К«

пр сж

где А = -5,8; В = 254,17;

С — коэффициент, зависящий от прочности горных пород, С = 11,2 при ^ж = 20 МПа; С = 14,4 при ^ = 30 МПа С = 17,9 при Ксж = 40 МПа; С =18,5 при ^ = 50 МПа В рамках диссертационной работы выполнены исследования проявления горного давления в натурных условиях и стендовые испытания крепей.

Для изучения закономерностей смещений горных пород вблизи выработок на трех шахтах месторождения Хэтам-Куангнинь «Дыонгхуй, Донгбак, Хэчам» были оборудованы 9 наблюдательных станций с глубинными реперами анкерного типа. На шахте «Дыонгхуй» оборудованы 4 станции на горизонте +38 м. Две станции оборудованы на шахте «Донгбак» на горизонте +100 м. Три станции оборудованы на шахте «Хэчам». Наблюдательные станции заложены на глубинах от 200 до 300 м в породах с пределом прочности на одноосное сжатие Ясж = 20-47 МПа (объемный вес горных пород у = 0,02350,025 МН/м3, модуль деформации массива Е =1000-^7000 МПа) и площади сечения выработок в свету 8св=7,6н-12,8 м2 . Отсюда видно, что величина отношения уНЛ1дж в местах наблюдательных станций отличается в 2,18 раза, принимая значения от 0,155 до 0,34. Такое расположение наблюдательных станций позволяет установить зависимости смещений системы «крепь-массив» вокруг выработок от глубины их заложения, свойств горных пород и площади сечения выработок, а также прогнозировать ожидаемые смещения системы «крепь-массив» на глубинах от 300 до 600 м.

Анализ результатов натурных исследований показал, что развитие смещений массива в выработку, закрепленную крепью из СВП, носит затухающий характер и стабилизуется через 60-110 суток с момента их проведения. В течение 45-75 суток смещения реализуются на 70-90% при крепости горных пород f = 2 - 5.

По результатам натурных исследований установлена корреляционная зависимость прогнозирования ожидаемых смещений породного контура крепи выработок к моменту установления статического равновесия в системе «крепь-массив» и(р) = 5 (у, Н, ^ж, Впр), которая аппроксимируется выражением

(коэффициент корреляции зависимости равен 0,91):

+ (4)

В„р ^

где Б = -3,1; Б = 222,48

Для количественной оценки несущей способности металлических арочных конструкций были проведены испытания на специально разработанных стендах в институте «КузНИИшахтострой». Испытания крепей проводились по единой методике и одинаковой для всех крепей схеме нагружения, а именно: равномерно распределенная вертикальная нагрузка (по радиусу для арочных крепей) и жесткий горизонтальный отпор.

Основным результатом стендовых испытаний крепи явилось установление работоспособности крепи и определение ее несущей способности в жестком и податливом режимах, а также при переходе в жесткий режим после исчерпания податливости. Для получения достоверных результатов проводили не менее трех испытаний каждой конструкции крепи.

Проведены испытания четырех типоразмеров металлической арочной податливой крепи, изготовленной из СВП-17, СВП-22, СВП-27 сечением в свету 10, 13, 16 м2. Результаты испытаний приведены на графике (рис. 5) и в табл. 3, из которых видно, что фактическая величина податливости крепей составляет от 59 до 83 % от конструктивной, и затем крепь переходит в

жесткий режим работы, а также наибольшая интенсивность роста несущей способности - 80% - достигается при податливости крепи, равной 100-150 см. Таблица 3. Сравнительная таблица результатов стендовых испытаний и справочных данных металлических арочных податливых крепей

Сечение в свету, м2 Номер спецпрофиля Несущая способность справоч./испытан. N5, кН Податливость справоч./испытан. икр, мм

10 17 200/180 300

10 22 260/250 300/240

13 22 260/230 300/179

16 27 290/270 300/220

N3, ки/м

600

500

400

300

200

100

,^-10

2Ч 4

г"—

Примечание: 1 - СВП-14; 2 - СВП-17; 3 — СВП-16; 4 - СВП-22; 5-СВП-27

6 - СВП-22 с замком КузНИИшахтостроя

7 — СВП-22 с удвоенным верхняком длиной Ь = 1740 мм;

8 - СВП-22 с удвоенным верхняком длиной Ь = 2642 мм;

9 - СВП-22 с удвоенном верхняком на полную длину;

10 - СВП-22 в жестком режиме

10 12 14 16 18 Рис. 5. Графики зависимости несущей способности арочных металлических

крепей от размеров поперечного сечения Бсв В результате выполненных исследований разработаны методика и практические рекомендации по выбору параметров крепей горизонтальных горных выработок в условиях месторождения Хэтам-Куангнинь.

Прежде чем приступить к расчету, необходимо оценить область применения данной методики в конкретных горно-геологических условиях. Геомеханические исследования в главах 2 и 3 проводились для диапазона горно-геологических условий, наиболее характерных для угольных месторождений Вьетнама. Диапазон изменения горно-геологических условий при проведении геомеханических исследований представлен в табл.4.

13

Таблица 4. Горно-геологические условия при проведении геомеханических

исследований

№ п/п Наименование параметра Значение

1 Площадь поперечного сечения в свету 5СВ, м2 10,4- -15,4

2 Глубина расположения горных выработок Н, м 300 - -600

3 Прочность горных пород на одноосное сжатие Кя, МПа 20- -50

4 Модуль деформации массива горных пород Е, МПа 1509-10061

5 Угол внутреннего трения ф, град. 21-43

6 Угол дилатансии \|/, град. 6,9-14,2

7 Сцепление С, МПа 0,4-1,25

8 Коээфициент Пуассона ц 0,35 - 0,26

9 Объемный вес у, МН/м3 0,24 - 0,255

10 Соотношение горизонтального и вертикального напряжений X 0,35 - 0,54

На основе выполнения аналитических и натурных исследований разработаны методика и рекомендации по выбору определения параметров крепей горизонтальных горных выработок для различных горно-геологических условий месторождения Хэтам-Куангнинь. Таким образом, можно определить следующие параметры и последовательность их расчета по предлагаемой методике:

1. Определение площади сечения горных выработок в свету и проходке Бсв, Бпр, глубины их заложения Н и физико-механических свойств массива горных пород (у, Е, ср, X, Нсж, Ио, ц,

2. Определения начальных и ожидаемых смещений горных пород вокруг горных выработок ио, им> 1Др) по зависимостям (2), (3), (4).

3. Расчет нагрузки на крепь горизонтальной горной выработки исходя из уравнения совместности смещений породного контура и контура крепи, предложенного Ф.А. Белаенко, по зависимости (1).

4. Выбор типа крепи и определение ее несущей способности по рис. 5.

5. Выбор плотности установки крепи п.

6. Выбор варианта усиления горной выработки на основе металлической крепи в качестве базовой, в случае когда ее несущая способность или плотность ее установки недостаточна.

Пример расчета параметров крепи по предлагаемой методике

Квершлаг сечением 8СВ=10,4 м2 и шириной в проходке В,,, = 4,52 м, проходится буровзрывным способом на глубине 600 м. Вмещающие породы по длине представлены трещиноватым аргиллитом, имеющим предел прочности на одноосное сжатие Ко« = 20 МПа и песчаником с прочностью = 50 МПа. Остальные физико-механические характеристики пород приведены ниже:

Для аргиллита ^ = 20 МПа, = 7 МПа, у = 0,024МН/м3, Е = 1509 МПа, Ф = 21°, у = 6,9°, С = 0,4 МПа, ц = 0,35, X = 0,54.

Для песчаника Ясж = 50 МПа, Я0 = 11,5 МПа, у = 0,0255 МН/м3, Е = 10061 МПа, ф = 43°, V]/ =14,2°, С = 1,25 МПа, ц = 0,26, X = 0,35.

В результате расчета по предлагаемой методике получим следующие параметры крепей горных выработок:

- в породе крепостью f = 5—> и„ = 9 мм , 1Др) = 216 мм, им = 249 мм, Р = 225 кН/м, таким образом, выработка крепится металлической арочной крепью из СВП-22 с шагом установки 0,9 м;

- в породе крепостью £ = 2 —> и0 = 35 мм , 1Др) = 644 мм, им = 733 мм, Р = 671 кН/м в качестве базовой крепи принята пятизвенная металлическая арочная крепь из СВП-22 с максимальной податливостью 700 мм, а в качестве крепи усиления - набрызгбетон толщиной 90 мм. Таким образом, выработка крепится пятизвенной металлической арочной крепью из СВП-22 с шагом установки 0,8 м и набрызгбетоном толщиной 90 мм.

Для снижения стоимости строительства и повышения безопасности горнопроходческих работ оптимальный вариант крепления горной выработки выбирается на основе расчета технико-экономической эффективности. В результате выполненных расчетов разработаны рекомендации по конструктивно-технологическим проектным решениям крепей горных выработок, в частности, месторождения Хэтам-Куангнинь (табл. 5, 6, 7).

Экономический эффект от применения результатов разработанной методики только по статье расходов "материалы" составляет 10355 руб. на 1 м выработки.

Таблица 5. Рекомендации по выбору типа крепи горных выработок в условиях 8СВ=10,4 м2, f =2-5, Н =300-600 м

г Н,м\ 2 3 4 5

300 СВП-22-АЗ п = 1,33 СВП-22-АЗ п= 1,1 СВП-22-АЗ п= 1,0 СВП-22-АЗ п= 1,0

400 СВП-22-АЗ п = 2,0 СВП-22-АЗ п= 1,25 СВП-22-АЗ п= 1,0 СВП-22-АЗ п= 1,0

500 СВП-22-А5,п=1,25 |М250,1 = 7смР £ Ф6, 10x10 см СВП-22-АЗ п= 1,53 СВП-22-АЗ п=1,1 СВП-22-АЗ п= 1,0

600 ;СВП-22^\5, п—1,25: | Ф6, 10x10 см ф СВП-22-АЗ п = 2,0 СВП-22-АЗ п = 1,42 СВП-22-АЗ п = 1,1

Таблица 6. Рекомендации по выбору типа крепи горных выработок в условиях Бсв=12,8 м2, Г =2-5, Н= 300-600 м

2 3 4 5

300 СВП-27-АЗ п= 1,65 СВП-27-АЗ п = 1,1 СВП-22-АЗ п= 1,0 СВП-22-АЗ п= 1,0

400 СВП-27-А5, П=1,25 РМ250, ¡ = '8см| Ж Ф6, 10x10 см й СВП-27-АЗ п= 1,42 СВП-22-АЗ п = 1,25 СВП-22-АЗ п= 1,0

500 СВП-27-А5,11=1,25 ;М250,1 = 9смр \ Ф6, 10x10 см Щ СВП-27-АЗ 11 = 2,0 СВП-27-АЗ п = 1,33 СВП-27-АЗ п = 1,0

600 ЩЯ.сШгп-кь ¿М250,1=10см^ £ Ф6,10x10 см ^ М250,1 = 7см| Ф6, 10x10 см 2 СВП-27-АЗ п= 1,65 СВП-27-АЗ п= 1,33

Таблица 7. Рекомендации по выбору типа крепи горных выработок в условиях 8СВ=15,4 м2, Г= 2-5, Н=300-600 м

2 3 4 5

300 СВП-27-АЗ п = 2,0 СВП-27-АЗ п = 1,1 СВП-27-АЗ п = 1,0 СВП-27-АЗ п= 1,0

400 |'сВГ1-27-А5' п=1,25| ^ М250,1=9см ^ Ф6, 10x10 см СВП-27-АЗ п = 1,65 СВП-27-АЗ п= 1,1 СВП-27-АЗ п= 1,0

500 РЩСВП-27-А5 «М250,1=10см | Ф6, 10x10 см :М250,1 = 7 см г Ф6, 10x10 см СВП-27-АЗ п= 1,42 СВП-27-АЗ п = 1,1

600 ^ЩСВП-27-А5 ?М250,1 = 13 см^ ^ Ф6, 10x10 см ¡М250,1=9 см ; Ф6, 10x10 см СВП-27-АЗ п = 2,0 СВП-27-АЗ п=1,42

Область крепления комбинированной ] Область крепления ^^^ крепью из СВП и набрызгбетона с ' крепью из СВП металлической сеткой

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой решена научная задача по обоснованию параметров крепей горизонтальных горных выработок в сложных геомеханических условиях на основе установления закономерностей деформирования системы «крепь-массив», позволяющих обеспечить устойчивость горных выработок при снижении материальных затрат на их крепление, что вносит вклад в ускорение научно-технического прогресса в шахтном строительстве в условиях месторождения Хэтам-Куангнинь Вьетнама.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Наличие слабых сильнотрещиноватых, обводненных горных пород и высокой влажностью атмосферы, оказывающих влияние на устойчивость горных выработок, позволяет горно-геологические условия месторождения Хэтам-Куангнинь отнести к сложным.

2. Установлено, что в последние годы большинство планируемых к строительству горных выработок в месторождениях Вьетнама имеет площадь сечения от 13 до 18 м2, среднюю глубину заложения от 300 до 600 м, сложено слабыми породами с пределом прочности на одноосное сжатие от 20 до 50 МПа.

3. В исследуемых условиях напряжения на контакте системы «крепь-массив» увеличиваются в среднем в 2,0 раза, а при напряжениях на контакте системы «крепь-массив», равных (1,0 - 1,5)уН, деформация горных пород происходит без образования зоны неупругих деформаций вокруг выработки.

4. Методами численного моделирования проведены геомеханические исследования напряженно-деформированного состояния массива горных пород и выявлены математические зависимости, позволяющие спрогнозировать величину начальных и максимальных смещений породного массива вокруг горизонтальных горных выработок, которые составляют 43 и 923 мм соответственно.

5. Шахтными экспериментальными исследованиями в натурных условиях получена зависимость прогнозирования ожидаемых смещений породного контура крепи выработок к моменту установления статического равновесия в системе «крепь-массив» в зависимости от прочностных свойств горных пород , глубины заложения и размеров поперечного сечения выработок.

6. В условиях больших смещений породного массива и нагрузок на крепь необходимы податливые или жесткие конструкции с повышенной несущей способностью. Наиболее рациональным способом обеспечения устойчивости горных выработок является применение гибких технологий крепления выработок на основе существующих базовых конструкций с возможностью их оперативного усиления в процессе строительства и эксплуатации. В качестве существующих базовых конструкций крепей целесообразно использовать существующие металлические крепи из СВП.

7. Разработанная "Методика..." позволяет при проектировании осуществлять выбор типа крепи и определить ее параметры в сложных геомеханических условиях, а практические рекомендации по креплению горизонтальных горных выработок обеспечивать их устойчивость в процессе строительства и эксплуатации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Фам В. Т. Методика определения параметров крепей горных выработок на глубоких подземных шахтах Вьетнама // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - №6. - С.409-413.

2. Фам В. Т. Определение нагрузки на крепь горной выработки на глубоких подземных шахтах Вьетнама // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - №7. - С.394-398.

3. Фам В. Т. Исследование определения величины зоны неупругих деформаций вокруг горных выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - №8. - С.409-412.

4. Фам В. Т. Разработка рекомендаций по креплению горных выработок в сложных геомеханических условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальные выпуск) - 2013. - №4. - С.3-7.

5. Фам В. Т. Исследование напряженно-деформированного состояния горных пород вокруг выработок численным методом // Научный вестник МГГУ.-2011. - №5,- С. 86-97 (http://vestnik.msmu.ni/files/2/20110527195918.pdfl.

6. Фам В. Т. Определение оптимального давления, крепящего горную выработку в подземных шахтах Вьетнама // Научный вестник МГГУ. -2012. -№4 (25). - С. 66-73 (http://vestnik.msmu.rU/files/2/20120505172237.pdfl.

Подписано в печать. Объем 1 печ. л.

25.04.2013г. Тираж 100 экз.

Формат 60x90/16 Заказ № 1673

ОИУП Московского государственного горного университета Москва, Ленинский проспект, д.6

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Фам Ван Тхыонг, Москва

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Московский государственный горный университет

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КРЕПЕЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В СЛОЖНЫХ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ

УСЛОВИЯХ

Специальность 25.00. 22 - «Геотехнология (подземная, открытая и

строительная)»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: докт. техн. наук, проф. Франкевич Г. С.

Москва 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ................9

1.1. Классификация сложных горно-геологических условий.............9

1.2. Обзор условий проведения и крепления горных выработок месторождения Хэтам-Куантнинь...............................................12

1.2.1. Горно-геологические условия месторождения Хэтам-Куангнинь..............................................................................12

1.2.2. Анализ состояния проведения и эксплуатации горных выработок месторождения Хэтам-Куангнинь.....................17

1.3. Анализ типов крепей горных выработок и условий их применения....................................................................................31

Основные выводы, цели и задачи исследований..................................48

2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-

ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

ВОКРУГ ВЫРАБОТОК НА ОСНОВЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ................................................................................................50

2.1. Общие положения.........................................................................50

2.2. Методика исследований...............................................................53

2.3. Обзор программы «Phase 2»..........................................................54

2.3.1. Общий обзор.........................................................................54

2.3.2. Напряженно-деформированная связь треугольных элементов в программе Phase 2..................................................................55

2.4. Методы решения...........................................................................60

2.5. Результаты расчета.......................................................................66

2.5.1. Исследование влияния дилатансии на напряженно-

деформированное состояние массива горных пород вокруг выработок..............................................................................66

2.5.2. Исследование напряженно-деформированного состояния вокруг незакрепленной выработки в условиях £=2-5, 8^= 13 -18,1 м2,Н = 300 -600 м..................................................72

2.5.3. Исследование напряженно-деформированного состояния вокруг горных выработок в запредельной стадии деформирования....................................................................74

Выводы по главе 2..............................................................................91

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ВЫРАБОТКАХ И СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ КРЕПЕЙ......................93

3.1. Исследования проявления горного давления в выработках в натурных условиях.......................................................................93

3.1.1. Методика исследований.......................................................93

3.1.2. Результаты инструментальных наблюдений......................95

3.2. Экспериментальные исследования работы металлических крепей на стендах........................................................................116

3.2.1. Испытания металлических арочных податливых крепей 124

3.2.2. Испытания металлических крепей с повышенной несущей

способностью......................................................................125

Выводы по главе 3..............................................................130

4. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КРЕПЛЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ХЭТАМ-КУАНГНИНЬ..........................................132

4.1. Общие положения.......................................................................132

4.2. Методика выбора типа крепи и определения ее параметров на основе аналитических и экспериментальных исследований.... 133

4.2.1. Формирование нагрузки в условиях совместного деформирования крепи и массива...............................133

4.2.2. Расчет параметров основной крепи горных выработок в условиях месторождения Хэтам-Куангнинь.....................137

4.2.3. Алгоритм расчета шага установки и типа крепи горных выработок по предлагаемой методике..............................140

4.2.4. Пример расчета параметров крепи по предлагаемой методике..............................................................................141

4.3. Рекомендации по конструктивно-технологическим проектным решениям крепей горных выработок в различных горногеологических условиях.............................................................143

4.4. Технико-экономическая эффективность применения комбинированной крепи из металлической арочной конструкции и набрызгбетона....................................................152

Выводы по главе 4......................................................................................159

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................160

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСПОЛЬЗОВАНИЙ........162

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................167

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Основными направлениями развития угольной промышленности Вьетнама на 2010+2015 годы и на период до 2025 года предусмотрено довести добычу угля до 80-85 млн.тонн в год. [39, 42, 50].

Основной прирост добычи будет осуществлен за счёт реконструкции действующих шахт. Ежегодно глубина разработки угольных шахт возрастает: средняя глубина шахт в 2010 г. -100 м; в 2015 г. -300 м; в 2025 г. -600 м. Горногеологические условия, в которых сооружаются капитальные горные выработки, постоянно усложняются (увеличение глубины, изменение прочностных свойств горных пород).

Основными видами крепи горных выработок шахт Хэтамского угольного бассейна являются металлическая крепь из СВП и металлобетон. Ежегодно около 27% от общей протяженности выработок, закрепленных крепью из СВП, деформируются и требуют перекрепления, что приводит к большим экономическим затратам.

В сложных геомеханических условиях, под которыми следует понимать такие условия, при которых при проведении выработок в зависимости от типа вмещающих пород происходят образование значительных областей разрушения или не затухающие во времени пластические деформации породного массива [31, 52], отмечаются снижение скорости проходки и увеличение затрат на проведение и ремонт выработок, что обусловлено главным образом интенсивной трещиноватостью и смещениями породного массива.

Хэтамское месторождение имеет 17 угольных пластов, в том числе 8 угольных пластов имеют неустойчивые мощности и 14 угольных пластов, в которых имеются сложные переслаивания, вмещающих горных пород. Эти факторы осложняют проходку и крепление горных выработок, затраты на крепление и поддержание горных выработок постоянно возрастают. В настоящее время вопросы выбора типа и конструкции крепи регламентируются одним нормативным документом - это альбом типовых сечений, который разработан для глубины до 200 м без каких-либо методов расчета и методики определения их параметров. Таким образом, обоснование прогрессивных

конструкций и параметров крепей, обеспечивающих устойчивость горных выработок в сложных геомеханических условиях, является актуальной научной задачей.

Автор при выполнении результатов своих исследовании использовал результаты экспериментальных работ ОАО «Кузнишахтострой» в данном направлении. Исследования автора позволили ему определить область применения как известных, так и разработанных новых конструкций крепей и методик определения их параметров для крепления горных выработок в сложных горно-геологических условиях.

Комплекс выполненных автором исследований включает в себя аналитические и натурные исследования, анализ и учет результатов исследований в МГГУ, Кузнишахтострой, ВНИМИ и других исследователей в области крепления горных выработок.

Цель работы состоит в обосновании параметров крепей горизонтальных горных выработок в сложных геомеханических условиях на основе установления закономерностей деформирования системы «крепь-массив» для обеспечения устойчивости горных выработок при снижении материальных затрат на их крепление.

Идея работы заключается в комплексном учете факторов (дилатансии, глубины заложения горных выработок, конструктивных характеристик крепей, физико-механических свойств пород), влияющих на выбор параметров крепей и технологию их возведения при строительстве горизонтальных горных выработок в сложных геомеханических условиях месторождения Хэтам-Куангнинь, на основе изучения взаимодействия крепей из СВП с элементами их усиления и массивом горных пород.

Методы исследования. При выполнении работы использован комплексный метод исследований, включающий методы математической статистики и теории вероятностей, корреляционный и регрессионный анализ, экспериментальные натурные исследования, применение современных методов компьютерного моделирования породного массива, находящегося под влиянием горно-геологических факторов, осложняющих условия поддержания горных выработок.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- установлено, что в исследуемом диапазоне условий напряжения на контакте системы «крепь-массив» увеличиваются в среднем в 2,0 раза, а при напряжениях на контакте системы «крепь-массив», равных (1,0 - 1,5)уН, деформация горных пород происходит без образования зоны неупругих деформаций вокруг выработки;

- установлено, что начальные смещения породного контура до момента ввода крепи в работу не превышают 43 мм, а максимальные ожидаемые смещения породного контура к моменту установления статического равновесия в системе «крепь-массив» могут достигать 810 мм и стабилизируются через 60110 суток на расстоянии 4-5 радиусов от контура выработки;

- установлено, что с учетом явления дилатансии горных пород в допредельной стадии деформирования, смещения на контуре горных выработок возрастают, но не превышают 20% по сравнению с расчетными смещениями без учета эффекта дилатансии, а в запредельной стадии деформирования смещения возрастают в среднем на 85%, однако при увеличении жесткости крепи общие смещения системы «крепь-массив» снижаются на 35-50%.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

- корректной постановкой задачи и использованием апробированных методов численного моделирования;

- значительным объемом экспериментальных исследований по определению смещений контура закрепленных выработок на 9 замерных станциях;

- использованием опыта ведущих зарубежных фирм в области проектирования и расчета крепей горных выработок;

- сопоставлением аналитических результатов исследований с натурными наблюдениями и их совпадением на 85-90%.

Научная новизна работы состоит в установлении закономерностей комплексного влияния факторов (дилатансии, конструктивных характеристик крепей, глубины заложения выработок, геомеханических свойств массива горных пород) на напряженно-деформированное состояние системы «крепь-

массив», построении функции величины начальных смещений породного контура в зависимости от основных исследуемых параметров, построении функции прогнозирования ожидаемых смещений системы «крепь-массив» вокруг выработок, позволяющих определить конструктивно-технологические параметры крепей горных выработок в сложных геомеханических условиях месторождения Хэтам-Куангнинь.

Научное значение работы состоит в получении зависимостей по определению параметров совместного деформирования массива горных пород и крепи выработок на основе аналитических и натурных исследований в сложных геомеханических условиях.

Практическое значение работы заключается в разработке "Рекомендаций по выбору конструктивных параметров крепей горных выработок в сложных геомеханических условиях", позволяющих существенно сократить материальные затраты.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанная методика выбора параметров крепей применяется для проектирования горных выработок на шахтах месторождения Хэтам-Куангнинь.

Апробация работы. Основные положения докладывались на международном научном симпозиуме «Неделя горняка - 2013», обсуждались на кафедре СПСиШ МГГУ в 2011, 2012, 2013 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ, из них 4 работы в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, содержит список литературы из 62 наименований, 52 таблицы, 78 рисунков.

Автор выражает благодарность научному руковадителю докт. техн. наук, проф., Франкевичу Г.С. и проф. Пшеничному В.А. за ценные научные консультации и замечания при выполнении работы и преподавателям кафедры СПСиШ МГГУ, работникам проектных и производственных организаций за оказанную помощь при выполнении отдельных исследований.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Классификация сложных горно-геологических условий

Ученые Московского государственного горного университета классифицирует сложные горно-геологические условия из следующих предпосылок [27, 52].

Условия, в которых осуществляется строительство горных выработок, характеризуются совокупностью переменных природных, техногенных и антропогенных факторов, взаимодействие которых создает множество комбинаций, отражающих специфику требований к способам их строительства, эксплуатации или повторного использования.

Существенное влияние на процесс строительства горных выработок оказывают внешние по отношению к подземному объекту факторы: географо-климатические, горно-геологические (исходное состояние массива горных пород), социально-экономические, экологические, ресурные, сырьевые, финансово-инвестиционные и др.

Многочисленные проявления сложных гидрогеологических (прорывы воды в выработки), геомеханических (проявления вывалообразования, незатухающее пучение почвы выработок) и газодинамических (внезапные выбросы угля, породы и газа, горные удары) условий, сопровождающие строительство горных выработок, несмотря на применяемые технологические меры по их предупреждению, свидетельствуют о необходимости разработки системного обоснования проектирования подземных объектов, учитывающего в комплексе все взаимовлияющие факторы (горно-геологические, горнотехнические, социальные и др).

Сам термин «сложные условия» следует употреблять в увязке с конкретным технологических процессом. Первая попытка полной классификации сложных горно-геологических условий строительства горных выработок сделана в работе [52], где сложные горно-геологических условия подразделяются на сложные гидрогеологические, горнотехнические и

геомеханические. Разработанная классификация строительства и поддержания горных выработок носит качественный характер.

Системное обобщение технологических структур сооружения горных выработок, методов подготовки и способов воздействия на массив, обеспечивающих безопасность строительства, сформулировало базу для выявления соответствия между технологическими процессами строительства горных выработок и методами обеспечения эффективного использования технологий за счёт влияния на состояние массива при строительстве горных выработок [30].

В соответствии с указанным обобщением авторами работы Б. А. Картозия, A.B. Корчаком, В.А. Пшеничным и др. предложена классификация сложных горно-геологических условий [52]. Сложные горно-геологические условия предложено разделять на три класса: сложные гидрогелогические условия; сложные газодинамические условия и сложные геомеханические условия. Для указанных классов предложены методы подготовки и способы воздействия на массив, а также организационно-технические решения при строительстве горных пород. Под сложными гидрогеологическими условиями понимают такие условия, при которых обводненность породных массивов исключает возможность строительства выработок обычными способами. Под сложными газодинамическими условиями понимают такие условия, при которых проходка горных выработок вызывает самопроизвольное разрушение угольного (породного) массива под действием горного давления газа и собственного веса угля (породы). Под сложными геомеханическими условиями авторы работы [52] понимают такие условия, при которых строительство подземных сооружений вызывает образование областей разрушения или незатухающие пластические деформации массива горных пород. Очевидно, что сложность решения проблемы крепления горных выработок в большей степени обусловлена сложными геомеханическими условиями, поэтому более подробно рассмотрим на этот класс сложных горно-геологических условий.

В соответствии с классификацией, приведенной в СНиП П-94-80 [50], сложные геомеханические условия реализуются в породах III и IV категорий устойчивости. Под устойчивостью понимается способность конструкции крепи или вмещающего породного массива сохранять статическое равновесие, то есть неизменность первоначальной геометрической формы, заданной по условиям нормальной эксплуатации выработок.

Основными механическими процессами, формирующими сложную геомеханическую ситуацию, являются:

- пластическое деформирование пород, вызывающее значительные смещения пород кров