Когда в начале 50-х годов возни-кла проблема реконструкции и стро-ительства новых угольных шахт, не-обходимо было решить, какой тип кре-пи применить при сооружении шахт-ных стволов. В довоенный период при-меняли кирпичную, бентонитовую крепь из штучного камня, а также бе-тонную в деревянной опалубке. Эти материалы требовали больших затрат труда и сдерживали проходку стволов. Средние скорости проходки состав-ляли 12--15 м/мес. При этом затраты на крепь в стоимости сооружения ство-ла составляли более 50%.
На конъюнктурной волне примене-ния сборного железобетона в строи-тельстве Минуглестрой СССР с по-дачи институтов ВНИИОМШС и Центрогипрошахт принял решение крепить стволы железобетонными тюбингами, применяемыми в метростроении.
Не разобравшись в назначении железобетонных тюбингов в метро-строении, не отработав технологию применения этой конструкции в ство-лах, а также не изучив влияния буров-зрывных работ на крепь, и, что осо-бенно важно, роли тампонажа закрепного пространства, начали ее широ-комасштабно применять. Не было вы-яснено, почему в метростроении шах-тные стволы крепят только чугунными тюбингами, а тоннели, как правило, железобетонными.
Комплекс этих обстоятельств обус-ловил беспрецедентную аварийность крепи в стволах с человеческими жер-твами и резкое повышение стоимости сооружения стволов.
На старте применения железобе-тонных тюбингов в шахтостроении была сформулирована область использования тюбинговой крепи при сооружении шахтных стволов горных предприятий и, в первую очередь, угольных шахт [1]:
"Применение тюбинговой крепи для шахтных стволов оправдано, когда есть необходимость вступления кре-пи в работу (взаимодействие с пород-ным контуром вмещающих пород) не-медленно после установки ее в выра-ботке, в породах слабых, неустойчи-вых и водоносных".
Принятая технология проходки шах-тных стволов и возведения тюбинго-вой крепи базировалась на буровзрыв-ной разработке породы заходками на два кольца, и по мере выгрузки гор-ной массы на одно кольцо последнее подвешивалось к ранее установлен-ному на болтовых скреплениях, затем производилась зачистка забоя и ус-танавливалось второе кольцо. После бурения и взрывания шпуров цикл пов-торялся.
Тампонажное заполнение зазора между породными стенками ствола и подвешенной тюбинговой колонной в со-ответствии с указаниями ВНИИОМШСа допускалось с отставанием от забоя (высота подвески крепи) до 25 м [2]. На практике эта величина достигала 50 м и более [3].
Для профессионалов-тоннельщиков такая ситуация представляется неве-роятной. В тоннелестроении каждое очередное установленное кольцо тю-бингов должно быть затампонировано, в противном случае проходка запрещается. В вертикальных стволах при тюбинговой крепи ситуация слож-нее, чем в горизонтальных тоннелях, поскольку это связано с пикотажем после установки каждого кольца.
За десятилетний период (1955-- 1965 гг.) железобетонными тюбинга-ми было закреплено более 60 км ство-лов. В ходе выполнения этих работ было зафиксировано 33 случая обры-ва тюбинговых колонн в стволах. Так на шахте N 9 "Велико-Мостовская" (Львовская область) 27.05.1958 г. на глубине 225 м, когда в забое работа-ла бригада из 10 проходчиков, про-изошел обрыв тюбинговой колонны из 25 колец. Все проходчики, находив-шиеся в забое, погибли.
Из 33 зафиксированных обрывов тюбинговых колонн 26 произошли в момент взрывания серий шпуровых зарядов в забое ствола. В остальных случаях обрывы произошли при нали-чии проходчиков в стволе, что представляло особую опасность, были слу-чаи гибели людей и травм с тяжелы-ми последствиями.
При взрывании шпуровых зарядов тюбинговые кольца, установленные впритык к забою, повреждались удар-ными нагрузками кусков породы при разлете во время взрыва, что ослаб-ляло тюбинговые кольца, провоцируя обрывы.
Однако основной причиной обрыва тюбинговых колонн является сейсми-ческое воздействие взрывания шпуров. Разработчики технологии крепления стволов тюбингами, допустив остав-ление без тампонажа до 25 м крепи, проигнорировали фактор сейсмодинамики. Аналогов принятой технологии в мировой практике стволостроения не было ни до, ни после. Так была со-здана ситуация исключительной опас-ности при массовом сооружении шах-тных стволов в угольной промышлен-ности.
По результатам выполненных ис-следований [4] была убедительно до-казана недопустимость применения железобетонных тюбингов для креп-ления шахтных стволов. Однако инер-ция принятого ошибочного решения набрала силу, и для преодоления ее потребовались время и накопление от-рицательных факторов.
Кроме того были выполнены расчетно-теоретические обоснования вли-яния сейсмодинамики на необжатую тампонажную железобетонную колон-ну большой массы сборного типа в состоянии подвески на болтовых скреплениях [5].
Применение железобетонных тю-бингов для крепления стволов явилось серьезной горнотехнологической ошибкой, нанесший крупный экономи-ческий ущерб шахтному строительст-ву. Применение железобетонных тю-бингов вызвало удорожание стоимос-ти сооружения стволов почти в 2 раза [6], а также ухудшило эксплуатацию стволов за счет увеличения аэроди-намического сопротивления ребрис-той конструкции крепи [7].
В рассматриваемом периоде, ког-да было начато применение тюбинго-вой крепи, одновременно отрабатыва-лась технология крепления стволов монолитным бетоном с подачей быстротвердеющей бетонной смеси по трубам с поверхности в инвентарные забойные металлические опалубки [8].Однако понадобилось более десяти лет, чтобы полностью отказаться от ошибочного технического решения.
Литература
1. Абрамсон Х.И. Снижение стоимости проходки стволов и повышения производительности труда проходчиков // Уголь, 1955,N 4. С.16-20.
2. Руководство по проведению последующего тампонажа при проходке стволов. Углетехиздат, 1958.
4. Абрамсон Х.И. Анализ причин обрыва тюбинговой крепи при проходке вер- тикальных стволов шахт. М.. Центральный институт технической информации угольной промышленности. 1960.
5.
Абрамсон Х.И. О сейсмическом действии взрывных работ на крепь ствола // Горный журнал. 1968. N 2. С. 35-40.
6.
Булычев Н.С., Абрамсон Х.И. Крепь вертикальных стволов шахт. М.: Недра 1978. С. 17.
7.
Абрамов ФА, Долинский В.А. Исследование аэродинамических характеристик выработок, закрепленных новыми видами сборной железобетонной крепи // Труды УкрНИИОМШС. Вып. II. М.: Госгортехиздат, 1960. С. 72-74.
8.
Абрамсон Х.И., Наумов А.А. Опыт применения монолитного бетона и желе-зобетонных тюбингов для крепления шах-тных стволов и горных выработок // Сбор-ник статей N 2. Крепление горных выработок угольных шахт. Углeтехиздат. 1958. С. 126-150.
9. Aбрамсон Х.И., Гриневич Л.В. Временная инструкция по подбору и применению составов быстротвердеющих бетонных смесей, транспортируемых по трубам за опалубку для крепления вертикальных шахтных стволов горных предприятий. Госстрой СССР, ЦНИИПодземшахтстрой, М., 1961.