Зона проявления повышенного горного давления

Если разрабатываемый пласт залегает в свите пластов, из которых ранее был отработан один или несколько пластов и в них были оставлены целики или краевые части, то в разрабатываемом пласте возникают опасные зоны, которые называются зонами ПГД.

Неотработанный участок в вынутом пласте называется целиком, если ширина его меньше 2 l (l – ширина зоны опорного давления) и краевой частью, если ширина его более 2 l (рис. 12).

Причиной возникновения зон ПГД является опорное давление, возникающие в ранее отработанном пласте при оставлении целиков и краевых частей. Зоны влияние опорного давления распространяются вверх в породы кровли и вниз в породы почвы.

На участках разрабатываемых пластов, расположенных ниже и выше ранее отработанного пласта, оказавшихся в зонах влияние опорного давления, возникают зоны ПГД. Различают три зоны ПГД (рис. 12):

а) зону повышенной опасности (ЗПО), которая характеризуется резким снижением устойчивости пород кровли, динамическими явлениями, большим пучением почвы, отжимом угля в очистных выработках;

б) опасную зону (ОЗ), которая характеризуется снижением устойчивости нижних слоев кровли, вывалом пород в очистных забоях;

в) прогнозную зону (ПЗ), которая заметного влияния на лавы не оказывает, но на отдельных участках возможно ухудшение устойчивости пород кровли.

Дальность влияния ЗПО обозначается через N1, дальность влияния ОЗ через N2 и дальность влияния ПЗ через N3 (рис. 12).

Различают два взаимных положения линии подвигания очистного забоя в разрабатываемом пласте и направлением длинной оси целика (краевой части) в ранее отработанном пласте. Если направление длинной оси целика примерно перпендикулярно (с отклонением до 25°) направлению подвигания очистного забоя, то такой целик называется перпендикулярным (рис. 13 а).

 
 

Если направление целика примерно параллельно направлению подвигания забоя лавы в разрабатываемом пласте, то такой целик называется параллельным (рис. 13 б).

Границы зон ПГД определяются графически на вертикальных разрезах, перпендикулярных длинной оси целика (краевой части). Затем эти границы сносятся на план горных работ.

Для построения зон ПГД должны быть известны: глубина залегания (H) и мощность (m) ранее отработанного пласта, в котором оставлен целик; мощность междупластья по нормали к пласту (h); ширина целика (а); ширина зоны опорного давления (l); угол падения пласта (a).

Размеры зон ПГД определяются по дальности влияния N1, N2, N3и углам влияния, которые принимаются равными 60°.

Построение зон ПГД производится в следующей последовательности.

1. По глубине H и мощности пласта m по специальному графику (рис. 14) определяется ширина зоны опорного давления l.

2. По ширине целика а определяется к какому типу относится оставленный участок пласта в ранее отработанном пласте. Если а<2 l, то оставленный участок пласта является целиком, если а>2 l – краевой частью.

Определяем также каким является оставленный целик: параллельным или перпендикулярным. Положим целик параллельный.

3. Определяются по специальной номограмме дальности влияния целика (краевой части) N1, N2, N3 по нормали к пласту в зависимости от того, где находится разрабатываемый пласт относительно ранее отработанного пласта, в котором оставлен целик: под целиком или над целиком. Номограммы составлены отдельно для условий под целиком и условий над целиком (рис. 15). На каждой номограмме приведены три пары графиков: первая пара для определения N1, вторая пара для определения N2 и третья для определения N3. В каждой паре один график относится к перпендикулярному целику, другой к параллельному целику. По горизонтальной оси номограмм откладывается отношение a/l, по вертикальной – отношение N/l. Таким образом, задавшись величиной a/l определяем N/l, а отсюда определяем и .

4. Строится вертикальный разрез перпендикулярно длинной оси целика. В нашем случае строим разрез в направлении падения пласта. На разрезе (рис. 16 а) показывается ранее отработанный пласт l6и оставленный в нем целик шириной а, показываются разрабатываемые пласты l4 и l8.

Для определения зоны ПГД в пласте l8, расположенном выше целика в пласте l6, откладываются по нормали расстояния N1, N2, N3 и проводятся линии параллельно пласту – это будут границы зон ЗПО, ОЗ и ПЗ. От краев целика (точки 1 и 2) проводятся линии под углом 60° к плоскости пласта до пересечения с границей зоны ЗПО –

получаем точки 3 и 4. Из этих точек проводим нормально к наслоению линии 3-5-7 и 4-6-8, которые являются боковыми границами зон ПГД. Согласно этим построениям пласт l8 оказался в зоне ОЗ и точки А и Б являются границами этой зоны. Эти границы сносим на план горных работ (рис. 16 б). Производим подобные построения в пласте l4, расположенном ниже целика. Этот пласт оказался в зоне ЗПО и границы этой зоны в точках В и Г. Эти границы также сносим на план горных работ.

Зоны ПГД являются опасными зонами. Целики в этих зонах не оставляются, но очистные работы в этих зонах необходимо вести с соблюдением особых мер безопасности. Маркшейдерская служба ставит заблаговременно об этом в известность начальника участка для принятия соответствующих мер.

1.9. Опасные зоны под водными объектам
на земной поверхности

При разработке пластов угля под водными объектами на земной поверхности (реки, озера, искусственные водоемы) необходимо обеспечить охрану горных выработок от затопления или увеличения притока воды в количестве, представляющем опасность для людей.

Для предотвращения этих негативных процессов в разрабатываемом пласте строятся зоны опасного влияния водных объектов.

Под зоной опасного влияния водного объекта понимают участок пласта, в пределах которого выемка угля может повлечь за собой недопустимый приток воды в горные выработки, а в отдельных случаях – прорыв воды и затопление выработок.

Границы зоны влияния водного объекта определяются по углам разрыва , и на вертикальных разрезах вкрест простирания и по простиранию (рис. 17). При этом за границу водного объекта на поверхности принимается граница максимального разлива воды во время паводка (точки А, Б, В и Г на рис. 17).

Выемка угля в зонах опасного влияния водного объекта допускается только тогда, когда пласт залегает ниже безопасной глубины разработки (Нб). Под безопасной глубиной разработки под водными объектами понимается такая глубина, при которой зона водопроводящих трещин над выработанным пространством не достигает дна водного объекта.

При определении безопасной глубины все водные объекты делятся на две группы.

К первой группе относятся водные объекты, у которых мощность глин и суглинков в основании водного объекта более глубины водоема (h2– мощность глин и суглинков, l – глубина водоема).

Ко второй группе относятся все остальные водоемы.

Согласно Правилам охраны сооружений для водных объектов первой группы безопасная глубина колеблется от 20 m до 40 m, где m – мощность пласта (более детальные значения Нб приведены в табл. 6.1 Правил охраны сооружений). Для водных объектов второй группы Нб колеблется от 30 m до 60 m.

Горные работы ниже Нб можно производить, но с соблюдением ряда условий:

а) систематическое наблюдение за водопритоком в выработки;

б) улучшение освещения горных выработок и обеспечение надежными средствами связи;

в) инструктаж лиц, работающих в опасной зоне о срочных мерах, надлежащих выполнению в случае резкого увеличения притока воды;

г) своевременная очистка водосточных канав.

Дата добавления: 2015-05-05; просмотров: 3280; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных | ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 10323 — | 7852 — или читать все…

Читайте также:

Источник

7. Горное давление. Виды горного давления.

Горное давление – это силы (напряжения), возникающие в массиве пород, окружающих горную выработку. Проявляется: в виде прогиба кровли, вспучивания почвы, растрескивания, сдвижения, деформации и разрушения пород вокруг выработки, раздавливание и отжиме целиков угля, увеличения нагрузки на крепь, внезапных выбросах угля и газа, горных ударов и пр.
Горное давление зависит от глубины расположения выработки, физико – механических свойств горных пород (трещиноватости, крепости, управляемости, обрушаемости и тд.), мощности и угла залегания пластов, размера поперечного сечения выработки, способов выемки угля, механической характеристики крепи и многих других параметров.
Эффективность и безопасность горных работ в значительной степени зависят от характера проявления горного давления и от умения управлять им.
Управление горным давлением (кровлей) – совокупность мероприятий по регулированию проявлений горного давления в призабойном пространстве очистной выработки и прилегающих к ней подготовительных выработок с целью обеспечения безопасности работ и необходимых производственных условий.

16. Состав и назначение аммонитов.

Аммониты. ВВ в виде порошкообразной механической смеси, состоящей в основном из аммиачной селитры (80 % . . . 89 %) с добавкой нитросоединений – тротила желатинированного нитроглицерина, пироксилина, динитронафталина (5 % . . . 21 %) и растительной муки. Скальный аммонит №1 для повышения мощности и дробящего действия содержит флегматизированный гексоген. Теплота взрыва аммонитов 1,3 МДж/кг . . . 5,5 МДж/кг. В качестве веществ, повышающих водоустойчивость, используют стераты железа, кальция, цинка, мел, крахмал, муку и др. В предохранительные аммониты добавляют хлористый натрий (Na Cl). Выпускают главным образом в патронах, шашках, гранулах, а также в порошкообразном виде.

Аммониты и аммоналы гигроскопичны, при длительном хранении слеживаются и спекаются, снижая при этом детонационные свойства.

Большинство аммонитов выпускается (за исключением прессованных) выпускается в патронах с плотностью 0,95 г/см3 . . . 1,15 г/см3.

Предельная влажность аммонитов при применении в подземных условиях 0,5 % на открытых работах – 1,5 %. Все аммониты и аммоналы при применении во влажных условиях должны помещаться в водонепроницаемые оболочки. Порошкообразные аммониты, содержащие малое количество бризантного ВВ теряют способность детонировать при сильном уплотнении и поэтому перед заряжением должны быть разрыхлены.

22. Средства электрического взрывания.

Электрическое инициирование применяют при большом числе взрываемых зарядов и осуществляют дистанционно, с безопасного расстояния. Средствами электрического взрывания являются электродетонаторы мгновенного или короткозамедленного действия (серии ЭД и ЭДКЗ), провода, источники тока и контрольно-измерительная аппаратура. Электродетонатор — капсюль-детонатор с закрепленным в нем электровоспламенителем. В короткозамедленные электродетонаторы между электровоспламенителем и инициирующим зарядом вводят замедлитель – столбик твердого горючего состава. Источниками тока служат конденсаторные взрывные машинки.

33. Формы сводов обрушения и характер разрушения горных пород над сводами обрушения.

Свод естественного равновесия своими пятами опирается на массив по бокам выработки. При недостаточной прочности боковых пород происходит сползание призм породы шириной т, которые оказывают на крепь боковое давление. При этом полупролет свода естественного равновесия будет больше полупролета выработки на ширину сползающих призм.

Наибольшее распространение получила гипотеза свода, развитая в работах проф. М. М. Протодьяконова. По этой гипотезе при проведении горизонтальной выработки существовавшие до того в породах напряжения перераспределяются, взаимно уравновешиваясь по некоторой сводчатой линии. М. М. Протодьяконов указал, что кривая свода естественного равновесия близка к параболе (рис.1), высота которой или высота свода (м)

b = а/f

где а — полупролет выработки, м;

f — коэффициент крепости пород.

Порода внутри этого свода оказывается неуравновешенной и давит на крепь. Величина давления на крепь определяется весом породы.

Свод естественного равновесия своими пятами опирается на массив по бокам выработки. При недостаточной прочности боковых пород происходит сползание призм породы шириной , которые оказывают на крепь боковое давление. При этом полупролет свода естественного равновесия будет больше полупролета выработки на ширину сползающих призм.

При наличии в почве выработки глин и некоторых глинистых сланцев происходит их выдавливание внутрь выработки. Это явление носит название пучения пород, которое усиливается при набухании пород в присутствии влаги. Для предотвращения деформации выработки, пройденной в таких породах, крепь необходимо устанавливать по всему периметру выработки.

Достаточно точный теоретически обоснованный метод определения величины горного давления на крепь вертикальных стволов до настоящего времени еще не разработан. Проф. М. М. Протодьяконов предлагал определять величину давления на стенки ствола от веса сползающих пород вокруг него под углом естественного откоса с образованием воронки (перевернутого конуса). Механические напряжения в породах вокруг выработок возрастают с глубиной их расположения, т.е. увеличивается напряженное состояние породного массива. В результате на глубине 300—600 м иногда наблюдаются так называемые динамические проявления горного давления в виде стреляния пород, толчков и горных ударов. Стреляние проявляется в отскакивании от напряженного массива отдельных кусков породы, сопровождающемся резким звуком. Толчок или горный удар внутреннего действия — это разрушение пород в глубине массива без выброса их в выработку. Внешние его проявления — резкий звук, сотрясение массива, осыпание породы с поверхности выработки, а при сильных толчках воздушная волна. Горный удар представляет собой быстро протекающее разрушение горных пород, проявляющееся в виде их выброса в выработки с нарушением крепи, смещением оборудования и сопровождающееся резким звуком, образованием пыли, воздушной волной и сотрясением массива горных пород.

Самопроизвольные массовые сдвижения пород представляют опасность при ведении подземных работ. За движением, оседанием и обрушением горных пород под влиянием пройденных в них выработок ведут постоянные маркшейдерские наблюдения.

58Технолгия проведения штреков гидравлическим способом.

Сущность проведения штреков с помощью гидроме­ханизации (рис. 2) заключается в том, что струя воды под давлением 5—10 МПа, выходя из гидромонитора / с ручным или дистанционным управлением, разрушает пласт угля. Отбитый уголь вместе с водой (пульпа) по металлическим рештакам 2 самотеком (уклон 0,05— 0,07) направляется в участковый или общешахтный пульпосборник, откуда углесосами выдается на поверх­ность, где обезвоживается, а вода насосами вновь по­дается к гидромониторам. Цикл работ включает в себя образование горизонтального вруба глубиной 0,3—0,5 м на всю ширину выработки, отбойку угля слоями (I, II, …) снизу вверх, удаление смывом разрушенного угля и крепление штрека. Штреки крепят деревянными неполными рамами, металлическими трехзвенными ар­ками или анкерной крепью после подвигания забоя на 4—6 м. Затем передвигают гидромонитор ближе к за­бою, наращивают трубы напорного водовода, венти­ляции, металлические рештаки и монорельсовую дорогу. Последняя служит для доставки в контейнерах материа­лов и оборудования в забой.

70. Технология выработок большого сечения ( камер) по углю.

Лебедочные, трансформаторные и другие камеры проводят в основном смешанными забоями. В этом слу­чае вначале вынимают уголь на всю длину и ширину камеры с возведением временной крепи (рис. 2,а). За­тем подрывают породу почвы (заходки I, II) и уста­навливают временную крепь большей длины. Далее под­рывают породы кровли в обратном порядке (заходки III, IV), придавая камере необходимую форму, и уста­навливают временную крепь.

Выемку угля и подрывку породы осуществляют с по­мощью буровзрывных работ. Породу грузят погрузоч­ными машинами. Постоянную крепь в неустойчивых по­родах возводят вслед за подрывкой пород кровли, а н устойчивых — после выемки всей породы. В качеств постоянной крепи применяют бетон, сборный железобе тон, а также смешанные и металлические рамы и арки с металлической или железобетонной затяжкой. При неустойчивых породах и на больших глубинах в бетоне оставляют металлическиеарки временной крепи (металлобетон). Иногда крепь усиливают анкерной крепью с металлической сеткой.

При проведении камеры большой длины ее проводят тремя уступами: угольный забой, породный забои по почве и породный по кровле. Угольный забой опере­жает породный на 2-3 м. Организация работ в этом

Источник

Очагами горных ударов являются места повышенной концентрации потенциальной энергии упругого сжатия угля и боковых пород (целики угля, краевые части пласта, особенно выступающие участки, стенки горных выработок, пройденных в массиве угля, и пр.).

На рис. 29 показано расположение зон опорного давления при разных схемах развития горных работ. Ширина зон на различных участках дана в сопоставлении с величинами l — шириной зоны опорного давления, определяемой для конкретных условий по графикам на рис. 30.

К настоящему времени накопилось довольно много сведений о поведении горных пород и угля в зонах опорного давления, о размерах зон опорного давления и о характере распределения в них нагрузок. Имеются, хотя и единичные, случаи замеров опорных нагрузок методом разгрузки и с помощью гидравлических датчиков.

В литературе известны работы с попыткой дать аналитические решения для определения нагрузок в зонах опорного давления впереди очистных работ.

Зона проявления повышенного горного давления

Зона проявления повышенного горного давления

Остановимся в хронологическом порядке на некоторых решениях, касающихся расчета напряжений в зоне опорного давления впереди очистного забоя.

А.Н. Динник, А.Б. Моргаевский, Г.Н. Савин рассмотрели распределение напряжений около прямоугольных выработок с различным соотношением высоты и ширины их, как располагающихся в бесконечном упругом пространстве.

С.Г. Михлин рассмотрел вопрос о напряжениях над угольным пластом, располагающимся в упругом пространстве. Граница породы и пласта остается плоской. Напряжения на границе выработки получились равными бесконечности.

Эти работы явились серьезным вкладом в развитие вопроса о напряженном состоянии в зонах опорного давления и оказали положительное воздействие на дальнейшие работы в этом направлении. Ho они не учитывали реальной обстановки, возникающей в краевой части пласта угля.

В. Д. Слесарев показал, что край пласта впереди очистного забоя не может выдержать высокой концентрации напряжений, деформируется и напряжения передаются в глубь пласта. Это положение принципиально важно, и большинство последующих работ учитывает его.

Г. Л. Фисенко н И.М. Петуховым предложен способ расчета нагрузок в краевой предельно напряженной части угольного пласта, учитывающий влияние механических свойств пласта, его мощности, трения по контактам и защемления пласта боковыми породами.

Зона проявления повышенного горного давления

Г.И. Баренблат и С.А. Христианович применили комбинацию решения С. Г. Михлина для части пласта, находящейся в упругом состоянии, и решения Прандтля — для краевой части пласта, которая рассматривается как находящаяся в пластическом состоянии. Соблюдается баланс сил для дополнительных напряжений.

Б.Г. Гмошинский также разделяет зону опорного давления на две части. Кривая опорного давления строится как пересечение двух экспонент: восходящей в зоне предельного состояния и ниспадающей в упругой зоне. Сделана попытка учесть в решении влияние большинства факторов.

Основной недостаток этого решения — несоблюдение баланса сил, что делает его неприемлемым для практического использования.

В.В. Ходот применил комбинацию упрощенного решения для сыпучей среды в краевой части пласта с решением упругой задачи для сферического или цилиндрического отверстия в бесконечном упругом пространстве. Концентрация напряжений в этом случае не может быть более 2 и изменяется, согласно данным указанной работы, от 1,8 до 1,9. Выполненные в работе расчеты дают реальные данные по ширине предельно напряженной зоны, но величины коэффициентов концентрации, по-видимому, занижены. Концентрация напряжений мало чувствительна к изменению ширины выработки.

Решение Ю.М. Либермана представляет собой плоскую задачу теории упругости, в которой кривая опорного давления рассчитывается исходя из заданного гиперболического закона изменения сближения боковых пород. Для условий больших глубин решение непригодно, так как в нем не рассматривается наличие в краевой части пласта предельно напряженного состояния.

Таким образом, можно заключить, что большинство исследователей, решая задачу о распределении напряжений в зоне опорного давления, разделяют ее на две части: краевую часть, в которой угольный пласт находится в предельно напряженном состоянии, и часть, гораздо большую по размерам, где предполагается, что пласт находится в упругом состоянии. Это разделение на данном этапе решения вопроса оправдано.

Обратимся к результатам экспериментальных и аналитических исследований для характеристики поведения горных пород и угля в зонах опорного давления.

Прежде всего — о размерах зоны опорного давления в плоскости отрабатываемого пласта.

Анализ данных о деформации пород и угля в зоне опорного давления показывает, что ширина зоны существенно зависит от глубины разработки, мощности и угла падения разрабатываемого пласта, прочности угля и боковых пород. Однако дать строгое аналитическое определение размеров зоны опорного давления с учетом всех указанных факторов в настоящее время не представляется возможным. Вместе с тем для решения многих вопросов горной практики, особенно на пластах, опасных по горным ударам, требуется знание величины распространения зоны опорного давления в конкретных условиях. Поэтому необходимо иметь эмпирические решения, хотя и не учитывающие всего многообразия условий, влияющих на ширину зоны опорного давления, однако дающие достаточно приближенные к действительности величины.

Для решения практических вопросов важны не абсолютные размеры зоны опорного давления, а размеры той ее части, где появляются осложнения при проходке или эксплуатации очистных, подготовительных, капитальных и других горных выработок.

При решении вопросов борьбы с горными ударами ширина зоны влияния опорного давления может быть определена по графику на рис. 30. Этот график составлен на основе многочисленных данных по определению ширины зоны опорного давления, проанализированных нами по факторам глубины разработки и мощности отрабатываемого пласта.

При составлении приведенного на рис. 30 графика имелось, конечно, в виду, что ширина зоны опорного давления зависит и от других факторов, в том числе существенно зависит от прочности и угла падения горных пород и угольного пласта. Поэтому, не имея возможности отразить влияние всех факторов, каждая кривая строилась как огибающая по отношению к максимальным значениям соответствующих данных о ширине зоны опорного давления. Поскольку с возрастанием угла падения пластов ширина зоны опорного давления должна уменьшаться, правомерно распространение приведенного способа определения ее ширины на условия с крутым залеганием пластов. Это позволяет решать вопросы борьбы с горными ударами с большим «запасом прочности».

При необходимости, однако, можно ввести поправку и на угол падения пласта. Например, для условий Сучанского месторождения применима зависимость типа:

Зона проявления повышенного горного давления

где l — ширина зоны опорного давления при горизонтальном и пологом залегании.

Применительно к другим бассейнам и месторождениям зависимость ширины зоны опорного давления от угла падения пласта инструментальными наблюдениями не установлена. По результатам моделирования на эквивалентных материалах установлено, что зависимость ширины зоны опорного давления от угла падения пласта в интервале углов 0—65° имеет вид:

Зона проявления повышенного горного давления

Необходимо отметить, что зависимость ширины зоны опорного давления от угла падения пласта будет различной в различных горно-геологических условиях и прежде всего при разной прочности пород, слагающих массив.

В общем случае эту зависимость можно представить так:

Зона проявления повышенного горного давления

где l — ширина зоны опорного давления при горизонтальном залегании;

n — коэффициент, учитывающий влияние угла падения пласта.

Рассмотрим известные положения, принятые в горной науке для характеристики распределения напряжений в нетронутом массиве горных пород. Согласно одному из них, в массиве имеет место гидростатическое напряженное состояние, следовательно:

Зона проявления повышенного горного давления

На графике (рис. 31) такому напряженному состоянию отвечает прямая MK. Это означает, что зависимость ширины опорного давления от угла падения пласта отсутствует.

Если же напряженность распределяется по схеме:

Зона проявления повышенного горного давления

то зависимость ширины зоны опорного давления от угла падения пласта будет существенно определяться величиной коэффициента Пуассона u. Реальные значения р для горных пород, как известно, могут находиться в пределах от 0,1 до 0,5. Для горного массива в целом, принимая во внимание его слоистость и наличие слоев пород с высоким значением u, которые могут оказаться определяющими в выравнивании напряжений, можно считать, что коэффициент Пуассона, особенно на значительных глубинах, будет близок к 0,25—0,5.

Чем крепче породы, слагающие массив, тем меньшее значение u следует принимать. Кроме того, известно, что значение р увеличивается с возрастанием напряжений и, следовательно, с возрастанием глубины разработки.

Зона проявления повышенного горного давления

Исходя из этого, при построении графиков на рис. 31 имелось в виду, что значения o2 при угле падения пласта 90° равны 0,33 уH. 0,5 уH, 0,7 уH и у Н, что соответствует значениям коэффициента р для массива, равным 0,25, 0,33, 0,4 и 0,5. С целью упрощения зависимости n от a, а также сохранения некоторого запаса для обеспечения безопасности при решении отдельных практических вопросов наиболее вероятная зависимость в виде кривых подменяется на графиках прямыми линиями.

Таким образом, пользуясь графиками, приведенными на рис. 30, 31, можно ориентировочно выявить ширину зоны заметного влияния опорного давления для конкретного случая.

С точки зрения раскрытия природы к механизма горных ударов и разработки мер борьбы с ними, особенно интересной представляется зона, в которой уголь находится в предельно напряженном состоянии.

Многочисленными инструментальными наблюдениями установлено, что максимальные нагрузки в зоне опорного давления располагаются обычно на расстоянии, равном 2—5 мощностям пласта впереди очистного забоя. Это расстояние существенно зависит как от глубины разработки, мощности и механических свойств угольного пласта, так и от веса массива пород, зависшего позади очистного забоя.

Для ориентировочной оценки степени влияния перечисленных факторов на характер распределения и величину нагрузок в зоне опорного давления в работе приводится соответствующее решение.

Зона проявления повышенного горного давления

В решении нашли отражение:

— соблюдение баланса сил горного давления после проведения выработки:

— рассмотрение нагрузок в краевой части пласта угля, как находящейся в предельно напряженном состоянии;

— использование для определения граничных условий при решении задачи ширины зоны опорного давления, определяемой экспериментально в шахтных условиях, и данных о сдвижении и деформации подработанного массива пород.

Характер распределения нагрузок в зоне опорного давления показан на рис. 32.

Для характеристики распределения нагрузок на контакте кровли и участка пласта с упругим состоянием угля принимается экспоненциальный закон убывания дополнительных нагрузок:

Зона проявления повышенного горного давления

где: oy — нормальное давление на контакте с пластом угля, находящимся в упругом состоянии, т/м2;

Н — глубина разработки, м;

С — постоянная;

а — постоянная, а>0;

х — расстояние от края пласта, м;

у —объемный вес породы.

Для расчета нормального давления на контакте кровли и участка пласта, находящегося в предельно напряженном состоянии, принимается выражение:

Зона проявления повышенного горного давления

где оу0 — временное сопротивление сжатию края пласта угля, т/м2;

h — половина мощности угольного пласта, м.

Авторы отдают себе отчет в том, что выражение (5) не полностью отражает фактические условия деформирования и нагружения краевой части пласта. Одним из его недостатков является и то, что при определении нагрузок в предельно напряженной области пласта угля не учитывается фактор защемления пласта прогибающимися боковыми породами. Дальнейшее развитие метода расчета нагрузок в предельно напряженной краевой части пласта следует строить на более полном использовании решения, по которому распределение нагрузок в предельно напряженной краевой области пласта угля зависит от механических свойств пласта, проявления сил трения по контактам пласта и пород, а также сил защемления пласта боковыми породами.

Путем решения системы трех уравнений, выведенных:

— из условия совместности величины нагрузок в точке х1 (максимуме нагрузок), получаемых по выражениям (4) и (5);

— из условия, связывающего ширину опорной зоны L с величиной нагрузок в точке х = l;

— из условия статитического равновесия, выражающегося в равенстве дополнительной нагрузки в зоне опорного давления весу зависающих пород Р, тяготеющих к данному участку пласта как опоре, получено трансцендентное уравнение для определения х1:

Зона проявления повышенного горного давления

Максимальный коэффициент концентрации К, а и С определяются по формулам:

Зона проявления повышенного горного давления

Величины оу определяются по формуле (4).

Степень приближения рассмотренного решения, кроме того, существенно зависит от обоснованности установления веса P пород, зависших над краевой частью пласта.

Рассмотрим один из простейших случаев определения веса пород, зависших над выработанным пространством, с. длиной забоя «а» (рис. 33). По условиям тяготения зависших пород к краевым опорам, впереди забоя AB зависает столб пород высотой H с основанием, равным площади треугольника АОВ.

Зона проявления повышенного горного давления

В натуре, конечно, дело обстоит значительно сложнее. В точках А и В краевая часть также нагружается дополнительной нагрузкой от зависших пород. Принимая во внимание данные инструментальных наблюдений за шириной зон опорного давления в шахтных условиях, можно ориентировочно считать, что впереди очистного забоя в точках А и В ширина опорной зоны будет вдвое меньше, чем ширина зоны в средней части лавы. Если исходить из того, что ширина зоны опорного давления зависит от величины нагрузок, то треугольник AOB можно заменить равновеликой по площади фигурой ANKFB. В этом случае над средней частью очистного забоя зависнет столб пород шириной по простиранию, равной отрезку MK. Из соотношения сторон рассматриваемых фигур вытекает, что MK = 2/3 MO.

Кроме того, в большинстве случаев часть пород, попавших в зону полных сдвижений, получает опору на почву отработанного пласта. Для определения веса пород, получивших опору, можно воспользоваться углом 6S откладываемым от горизонта:

Зона проявления повышенного горного давления

где w3 — угол полных сдвижений, меняющийся в пределах 50—60°.

На рис. 34 приведены результаты расчетов, выполненных по описанному способу для ряда случаев при длине лавы а=150 м. При этом глубина разработки H изменялась от 300 до 1000 м, а мощность пласта — от 1 м до 3,5 м. Ширина зоны опорного давления принималась по рис. 30.

Выполненный расчет относится к средней части лавы. Хотя эта схема расчета не является строгой и, по-видимому, не дает точных результатов, она может обеспечить получение сравнительных данных. Приведенные на рис. 34 графики явственно показывают существенную зависимость величины расстояния до максимума нагрузок в зоне опорного давления х1 и максимального коэффициента концентрации нагрузок К от основных влияющих факторов (прочность и мощность пласта угла, глубина разработки, длина очистного забоя), что само по себе представляет интерес при изучении горных ударов и разработке мер борьбы с ними.

Выше нами рассмотрены условия нагружения краевой части массива угля. В случаях, когда применяются системы разработки, предусматривающие передовую нарезку в пласте угля, возникает существенное своеобразие в поведении пород и угля в зонах опорного давления.

Зона проявления повышенного горного давления

Основная кровля над массивом угля, ослабленным нарезными выработками, опирается не на всю площадь отдельных целиков равномерно, а в основном на центральную часть, величина которой зависит от механических свойств пласта, размеров и формы нарезанных блоков и целиков, величины опорного давления и времени его действия. Между образовавшимися «ядрами» отдельных блоков и целиков ограниченных размеров боковые породы получают возможность прогнуться за счет расширения прилегающего массива пород и истечения слабых пород в сторону меньших напряжений, обусловленных проведением выработки.

Эта сложная деформация боковых пород и пласта угля, разрезанного на отдельные блоки, создает условия для крайне неравномерного распределения нагрузок в опорной зоне, вызванной ведением очистных работ. Очевидно, что чем дольше тот или иной блок угольного пласта находится под опорным давлением, тем больше сокращается величина «ядра» и тем большая концентрация напряжений возникает в нем за счет возрастающей реакции со стороны периферийных частей пласта угля, прилегающих к выработке.

Таким образом, в условиях разделения массива угля на отдельные блоки на фоне общего сближения боковых пород, происходящего под воздействием приближающихся очистных работ или стационарного опорного давления от существующих выработанных пространств, возникают местные деформации массива пород. Они проявляются повышенным сжатием их в районе отдельных «ядер» и расширением в зонах, относительно разгруженных проведением нарезных и подготовительных выработок. Такое поведение пород и угля чревато появлением весьма высоких концентраций напряжений и, следовательно, повышает опасность возникновения горных ударов.

При отработке пласта № 13 на шахте № 2-Капитальная горные удары с выбросом угля во все окружающие выработки происходили обычно в момент, когда ширина подэтажного целика высотой 30—35 м между очистными работами и передовым скатом уменьшалась до 15—18 м.

Подтверждением того, что угольный пласт в пределах всего подэтажа может находиться в предельно напряженном состоянии с максимальным сосредоточением напряжений в середине, может служить пример проходки скатов на III горизонте шахты № 2-Капитальная, в целиках ограниченных размеров, длительное время находящихся под опорным давлением. На расстоянии 6—8 м (2—2,5-кратная мощность пласта) от промежуточного штрека скат начинает «разыгрываться», т. е. при работе отбойным молотком систематически возникают толчки и микроудары, приводящие к осыпанию угля, часто до нескольких тонн. К середине подэтажа количество и интенсивность этих явлений возрастает, и в большинстве случаев проходку ската приходится прекращать. Если скат все же удается пройти, то он «разыгрывается» на всю мощность пласта и наибольшую ширину имеет в средней части подэтажа.

Еще сильнее воздействие опорного давления на угольный пласт в случаях наложения нескольких зон опорного давления. Это имеет место в выступающих участках угольного пласта или в целиках, а также при ведении горных работ в районе влияния целиков или края массива угля, раполагающихся на соседних пластах. Установлено, что целики угля, наименьший размер которых (ширина) менее 0,3—0,4 l, могут полностью переходить в предельное состояние. В зависимости от режима нагружения и воздействия производственных факторов такой целик может разрушиться в форме горного удара или постепенно выйти из-под нагрузки за счет пластических деформаций.

Источник