Сопряжения стволов с околоствольными дворами: узлы концентрации напряжений

Зоны сопряжения вертикальных стволов с околоствольными дворами являются наиболее ответственными и напряжёнными участками подземных сооружений. Здесь происходит пересечение выработок различного назначения, создающее сложное напряжённо-деформированное состояние, которое часто приводит к преждевременным деформациям и разрушениям крепи.

Причины повышенной напряжённости в узлах сопряжения

При пересечении ствола с горизонтальной выработкой нарушается сплошность массива, и в приконтурной зоне возникают концентраторы напряжений. Основными факторами, усугубляющими напряжённое состояние, являются:

• геометрия сопряжения (угол примыкания, размеры сечения);
• свойства вмещающих пород (особенно при наличии слоистых и трещиноватых структур);
• технология проходки и последовательность возведения крепи;
• дополнительные нагрузки от горного давления и тектонических сил.

В зоне сопряжения напряжения могут превышать средние значения в 2–3 раза, что требует специальных конструктивных решений.

Конструктивные решения для зон сопряжения

Для обеспечения устойчивости сопряжений применяются следующие инженерные решения:

• усиление крепи (увеличение толщины бетонной крепи в 1,5–2 раза, дополнительное армирование металлом, установка анкеров в приконтурный массив на глубину до 6–8 метров);
• разгрузочные мероприятия (устройство разгрузочных щелей и полостей для перераспределения напряжений, установка податливых элементов крепи в зонах прогнозируемых деформаций);
• специальные конструктивные схемы сопряжения (плавные переходы между выработками для снижения концентрации напряжений, арочные или кольцевые конструкции для равномерного распределения нагрузок).

Примеры из практики

На калийных рудниках Верхнекамья зоны сопряжений требуют особого внимания из-за реологических свойств соляных пород. Наблюдения показывают, что при отсутствии усиления деформации в сопряжениях могут проявляться уже в первые годы эксплуатации. Применение анкерной крепи в комбинации с набрызгбетоном позволяет снизить смещения пород в 2–3 раза.

На Талнахском рудном узле (Норильск) сопряжения глубоких горизонтов (более 1500 м) испытывают нагрузки от тектонических напряжений, превышающих гидростатический уровень. В этих условиях применяются многослойные крепи с податливыми элементами и разгрузочными полостями.

На рудниках Кузбасса при пересечении тектонических нарушений в зонах сопряжений применяется комбинированная крепь: анкера + набрызгбетон + металлические арки. Это позволяет сохранять устойчивость выработок в условиях высокого горного давления.

Мониторинг и контроль состояния сопряжений

Для своевременного выявления деформаций в зонах сопряжений используется комплекс инструментальных методов:

• струнные и тензометрические датчики давления в теле крепи и на контакте с массивом;
• замерные станции с реперами для контроля смещений породного контура;
• лазерное сканирование внутренней поверхности сопряжений;
• регулярный визуальный осмотр с фиксацией трещин, отслоений и сколов.

Особое внимание уделяется сопряжениям при изменении технологических режимов (увеличение глубины отработки, переход на новые горизонты, изменение порядка ведения очистных работ).

Зоны сопряжения стволов с околоствольными дворами являются наиболее уязвимыми участками подземных сооружений. Игнорирование особенностей их проектирования и строительства приводит к преждевременным деформациям, нарушению герметичности стволов и дополнительным затратам на ремонт. Применение усиленных конструкций крепи, разгрузочных мероприятий и современных систем мониторинга позволяет обеспечить длительную безаварийную эксплуатацию сопряжений в сложных горно-геологических условиях.

_{Фото: https://urban3p.ru/}