Характерной особенностью проведения горных выработок в настоящее время является значительное усложнение горно-геологических условий. Это объясняется тем, что в настоящее время большая часть легкодоступных месторождений с удовлетворительными условиями уже отработаны. Поэтому все чаще приходится проводит выработки в зонах геологических нарушений, в сильнообводненных породах, в породах подверженных горным ударам, выбросам угля и газа, в пучащих и неустойчивых породах, в зонах повышенного горного давления.
В этих условиях безопасное и эффективное ведение горнопроходческих работ возможно только с применением специальных технологий (способов), предусматривающих мероприятия на исключение возможных отклонений.
Например возьмем вертикальный ствол. Приток воды 6 м3/ч – скорость проходки 150 м/мес., 100 м3/ч – соответственно 13 м/мес. и др.
Специальные способы имеют богатую историю
Зарубежье
Иньекция грунтов- общестроительный метод, впервые начал применяться во Франции в начале Х1Х века. Изобрел его в 1802 г. Бериньи, успешно иньектировав цементные растворы. Широкое применение технологии началось после разработки (1885 г. – докт. Татьене) и теоретического обоснования (1896 г. – А . Франсуа) способа опережающего упрочнения пород.
Признание получил в 1920 – 1930 гг., в связи со строительством плотин.
Замораживание впервые применили в 1883 г. шведский инженер Ф. Петч.
Химическое закрепление и силикатизацию в горно-проходческой практике впервые применил немецкий инженер Г. Иостен в 1920-22 гг.
Проходку под сжатым воздухом впервые применили в 1777 г.
Из зарубежных ученых можно отметить А. Камбефора – работал над иньекционными методами. А. Майер (1938 г.) – глинистые растворы. С.А.Кулон – опусканая крепь и др.
Россия
Российские ученые внесли большой вклад в развитие специальных способов строительства подземных сооружений. Н.Г. Трупак основоположник замораживания горных пород. Б. Ржаницин – силикатизация. Б.П.Шрайбер – битумизация. Цементация – А.Н.Адамович, Д.В.Колтунов, И.И.Вахрамеев, Г.М. Ломизе, Э.Я. Кипко
Нагнетание химических коппозиций – Г.А.Маньковский, В.В.Давыдов, В.В. Кара, Ю.З.Заславский и др. из зарубежных ученых – Ф. Майер, Г. Маурер, Т. Ленц, Х. Хайерман и др.
Цель и задачи изучения дисциплины
Дисциплина «Сооружение горных выработок в сложных горно-геологических условиях» является одной из важнейших в формировании современного горного инженера строителя.
Целью изучения дисциплины является привитие студентам знаний и умений, необходимых для решения задач по технологии строительства подземных горных выработок специальными способами.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать теоретические основы технологии и техники проведения выработок и строительства подземных сооружений специальными способами;
уметь решать конкретные вопросы при проектировании технологии строительства подземных горных выработок в сложных горно-геологических условиях на основе типовых проектов и технологических схем производства работ, нормативных документов, результатов научно-исследовательских работ, патентных материалов на современном научно-техническом уровне.
Дисциплина изучается в 9 семестре. На нее отводится 28 часов лекций, 14 часов практических занятий, 48 часов на самостоятельную подготовку. По учебному плану выполняется курсовая работа и проводится экзамен.
Классификация специальных способов
В зависимости от характера воздействия на горные породы вмещающие выработку специальные способы разделяются на 4 группы:
- I. Группа. Способы не изменяющие физико-механических свойств вмещающих горных пород (забивная крепь, опускная крепь, стена в грунте);
- II. Группа. Способы временно изменяющие физико-механические свойства вмещающих пород на период строительства горной выработки (водопонижение, замораживание горных пород, применение сжатого воздуха);
III. Группа. Способы, изменяющие физико-механические свойства вмещающих пород на период строительства и эксплуатации горной выработки (подземного сооружения) за счет тампонирования в трещины и поры различных вяжущих материалов (смолизация, цементация, глинизация, силикатизация, битумизация и др.);
- IV. Группа. Способы изменяющие физико-механических свойств вмещающих горных пород за счет воздействия на массив физических полей (теплового, электрического, электромагнитного и др.) (электроосмос, электроплавление, термический обжиг).
Классификация сложных горно-геологических условий
В горно-технической литературе термин «сложные условия» используется довольно широко. Однако однозначности в его понимании нет. Применительно к строительству горных выработок под сложными условиями следует понимать такие условия, при которых затрудняется или полностью исключается возможность проведения и эксплуатации горных выработок обычными способами без применения каких-либо дополнительных мероприятий.
Под сложными гидрогеологическими условиями следует понимать такие условия, при которых обводненность породных исключает возможность проведения выработок обычными способами.
При этом неустойчивые обводненные породы, это породы которые при обнажении под действием гидростатического напора приобретают свойства текучего тела (становятся вязкопластичными). Это, в основном, слабосвязанные песчано-глиниствые породы (плывуны).
В устойчивых обводненных трещиноватых породах выработку невозможно пройти из-за больших водопритоков.
Под сложными геомеханическими условиями следует понимать такие условия, при которых проведение горных выработок вызывает образование областей разрушения или незатухающие пластические деформации массива горных пород.
Области руинного (полного) разрушения – это вокруг выработки или ее кровли образуются «купола» разрушенной породы, которые давят на крепь и проводят к ее деформации и разрушению.
Пучащие породы— это за счет пластического течения породы под действием горного давления, сечение выработки уменьшается. Наиболее часто происходит со стороны почвы. (Дать рисунок).
Под сложными горнотехническими условиями проведения горных выработок следует понимать такие, в которых по техническим, экономическим и социальным причинам требуется привлечения нетрадиционных методов разрушения породы (специальных способов).
Зоны геологических нарушений – это зоны заполненные перемятой породой. Их можно пройти и обычным способом, но это дорого и опасно. Поэтому по экономическим, социальным и, часто, техническим причинам лучше применять спецспособ.
Выбросо и удароопасные породы— в основном по социальным причинам требуется мероприятия для предотвращения опасных явлений, как выбросы породы и горные удары.
Температурный фактор ухудшает санитарно-гигиенические условия работы людей и технические условия эксплуатации машин и оборудования.
