Управление состоянием массива горных пород - Проскуряков Н.М.

Автор: Проскуряков Н.М.

Теги: опасности в рудниках несчастные случаи и травматизм охрана труда и техника безопасности общие вопросы горного дела горное дело геодезия серия высшее образование геодезические науки

Год: 1991

Похожие

Горное дело

Скважинная добыча полезных ископаемых

Горная энциклопедия. Том 4. Ортин - Социосфера

Горная энциклопедия. Том 2. Геосферы-Кенай

Текст

НМТГРОСКУГЯКОН
УПРАВЛЕНИЕ
СОСТОЯНИЕМ
МАССИВА
ГОРНЫХ ПОРОД
ББК 33.14
П82
УДК 622.831 023(075.8)
Рецензенты: кафедра „Механика горных пород" Донецкого ноли техни-
ческого циститу га, д р техн, наук Г. /I. Катков
Проскуряков Н М.
1182 Управление состоянием массив.) горных пород: Учеб,
для вузов. М.: Недра, ИНН. — ,368 с.: пл
ISBN 5-247 0103,3-7
1’nccMoipelil.i горио геолоУичссыи'. гнцро| ео.иогпческне п г,т;одипа-
мнчесын факторы, формирующие структуру, ши и состояние массива
горных пород, вмещающих пластовые месторождения. Описаны фпт-
чсские процессы. (|ригеклющпе в массиве при отработке месторождений
полезных ископаемых. Приведены методы определения напряженного
состояния массива горных пород, опорного i.iBJieiiun в подготовите.1)!,
пых в ОЧНС1ПЫХ выработках Наложены способы управления состоя-
нием массива торных пород при различных системах р;>'.работкв. обе-
cniHiiBaioiiiue безопасность н и|и|)ектнвпост1, ведения торных работ
Для студентов горных ву юн и факультетов.
_2та0_400 _-353 BGK 33.14
1)43(01) 91
ISBN 5-247-01033-7
iC' I! М. Проскуряков, 1!И)1
ПРЕДИСЛОВИЕ
Важное' моего в народнохозяйственной программе страны онзо-
дигся угольной промышленности как основной составляющей
чиерге।нческого баланса страны и калийной отрасли, произво-
дящей минера нные удобрения. Суммарная добыча этих вн гов
минеральных ресурсов превышает 0,5 млрд i в год н обеспечи-
вается, главным образом, за счет подземной разработки полег
пых ископаемых.
Угольные п калийные месторождения относятся к категории
пластовых, для которых необходимо геомехаппчеекое обоспова
шк .эффективных и безопасных способов их разработки па ос-
нове изучения и управления физическими процессами, проге
кающими в недрах при различных технологических схемах
выемки полезных ископаемых
Совершенствование и хиологпп разработки пластовых место-
рождений базируется на комплексной механизации н автоматиза-
ции ирон толстенных процессов, создании и иримснепнп новых
типов очистных и ,проходческих механизированных комплексов,
новых систем разработки При повышении рентабельности
п экономической зффектпвностп угольных шахт шапп тельное
внимание отводится копцен грации горных работ, повыше
шпо нагрузки па очистные забои, у меньшевик) протяженно-
сти поддерживаемых горных выработок Однако обеспечение
высокой технологичности и безопасности всех процессов пог
емной разработки пластовых мес 1оро,кдешп возможно лишь
па базе изучения и управления состоянием массива горных по-
род в зонах влияния горных выработок н ведения горных ра-
бот Проблемы выбора и обоснования эффективных способов
управления сосюяппем маегпва горных пород при подземной
разработке и at юных мег торождепип относятся к одним из
наиболее сложных н ответственных, iiockohi ку должны обес-
печить безопасную н эффективную выемку поле пых иско-
паемых.
Настоящая книга является первым учебником посвященным
управлению состоянием массива горных пород при подземной
разработке пластовых месторождений. Охватит все многочис-
ленные проблемы управления состоянием массива в одном учеб-
нике невозможно. Поэтому основное внимание сосредоточено
па ыких вопросах, как управление состоянием основной и непо-
сретсгвспнон кровли в угольных шахтах, особенноегп проявле-
ний горною давления при отработке свиты угольных пластов,
ведение юрпых работ па больших глубинах и в гонах геологи-
ческих нарушений, способы искусственного уг репления юрпых
пород и отработка месторождений под водоемами. Ввиду не-
цнфпкн горно-геологических условий разработки калийных
3
пласюв вопросы управления состоянием массива ii iai-.пх Mi
порождениях выделены в отдельный раздел.
Меюднческая направленность учебника дао, возможного.
. т\ юнгам не только освоить и приобрести навыки практического
шполыовапня основополагающих, базовых результант lopiioii
па\кн но управлению состоянием магспиа в. различных геоло-
гических и технологических условиях подземного произвол-1в>.
но п вооружав! их методикой формирования н решения про-
блемных вопросов, реально существующих сегодня и i горных
пре щрпятпях.
Специалисты, окончившие вузы, на практике часто сталкн
ваюгся с пен шестнымн им ио учебным и iлиниям, не полностью
решенными горной наукой проблемами (варианты динамических
проявлении горного давления в выработках, шкопомерпостп
и шенення напряженно-деформированного состояния но разрезу
подрабатываемой толщи пород н т. к)
Целевое назначение учебник! — повышение уровня подго-
товленности горных инженеров к работе в непрерывно изме-
няющихся горно геоло! нческн.х условиях с учетом возрастаю
гщ го уровня требовании к безопасности, жопомпчшктп и эколо-
гичности горного производства. I окон подход даст студентам
во можность самое гоятельио построить физические модели раз-
нообразных механических процессов, протекающих в массиве,
и I..I пои основе, для конкретных горно-геологических условий
циник 1СЧНОЛО1 пческпе задачи горного произволе тиа.
Отдельные разделы учебника в первой части паппсапы авто
ром совместно с О. В. Ковалевым (разд. 2), К Е. Андрющенко
(разд. 3), П. И. Дмитриевым (разд. 1), В. П. Зубовым (разд.б).
В. 11. Черняевым (разд. 7), (О. II. Нпсковскпм (разд. 8) во
второй части — совместно с О. В Ковалевым (разд. I -3).
Автор с вниманием и признательностью примет замечания и
ноже 1.1Ш1Я, направленные па улучшение содержания настоя-
щего учебника.
Часть первая
УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА
ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
Разработка угольных месторождений характеризуется мп<-
бра.знем сложных торпо-сеоло! нческнх условии, коюрые
IS, 'ТИО с условиями отработки угольных пластов формируют
sa коном ср ноет и изменения напряженно-деформированного
тояиия порот массива. Выбор и обоснование рациональных,
высокопропзводптельных и безопасных способов разработки
угольных пластов должны базпрова гься па изучении физиче-
ских процессов в массиве и применении аффективных мето тон
по управлению состоянием массива горных пород. Гак, напри-
мер. при планировании горных работ но одному из угольных
плас|ов необходимо учитывать не только влияние выработан-
ного пространства вышележащих или < тежных и i.iciob, 1Ю и
взаимное влияние проектируемых очистных вабоев, перераспре
деление первоначального напряженного состояния, расположе-
ние' ;оп повы|||е11И.)Ю горного ывлеиня и ряд других факторов.
При изложении способов управления состоянием массива
при разработке угольных месторождений в первую очередь рас
смотрены вопросы у правления напряжен но-деформированным
состоянием пород в зоне влияния горных работ и при отработке
свиты угольных пластов. Отдельные разделы ш в |щечы вопро-
сам у правления кровлей и состоянием массива при разработке
угольных ила<то!> в зонах геологических нарушений и гр.
1. ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ УГОЛЬНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
Все угольные бассейны на ieppeгорни СССР обла ijiot весьма
большой изменчивостью структурных условий шлепания уголь
пых и ластов. При атом следует иметь в виду, что угольные ила
en,i ;члегаюг ; retire вмещающих ^боковых'; породных слоен.
Такую свиту leo.iorii sanai :у;о именуют угленосной формацией.
lei тспцпн развития техники и технологии добычи нлаето
вых месторож шний полезных ископаемых в настоящее время
предусматривают широкое использование вьгеоконроп ^водитель
н !"< ivxiiiiKii в сочетании с невысоким уровнем автоматизации
управления гсхно тогнческимн процессами Большая доля
те..чвеческого фактора в процессе принятия управленческих
решений является несомненным тормозом внедрения высокопро
изводи тельных технологий. Это положение в полной мере может
быть отнесено к подземной угледобыче.
Ра шообразне. изменчивость горно-геологической обстановки
в пределах бассейнов, месторождений и отдельных шахтных но-
лей являются понятиями обьек тинными, закономерное!п фор-
мирования которых остаются тля исследователей во многом
cure не изученными.
Внедрение средств автоматизации в принятии управленче-
ских решений применительно к подземной разработке iimcci
смысл, с одной стороны, при условии полной передачи функций
человека машине в системе «горный массив — человек—ма-
шина», а с другой—при реальной возможности моделирования
(прогнозирования) параметров состояния элементов этой ей
сгемы па (остаточно длительный период времени.
Если передача аналитических функций человека машине в
настоящее время представляется делом вполне осуществимым
(с lexnunecKoii точки зрения), то надежное долговременное
прогнозирование параметров гор ilo-геологн ческой обстановки
является краппе проблема тачным.
Рассмотрим некоторые важнейшие причины этого.
Углевмешаюшпн массив (угленосная формация) прпро г
ный объект, имеющий в каждом конкретном случае свою осо-
бую. неповторимую длительную историю формирования. Оса-
дочные по происхождению углевмещающне массивы претерпели
за время своего существования различные внешние и пну грен
нпе воздействия и превращения, в том числе темпера и рные,
большие давления, воздействие выветривания, механические
(текюннчсскнс), физико-химические (воздействие подземных
вод. и газов) н др.
С геологической точки .зрения, причины различного поведе-
ния (устойчивость, обрушаемость) кровель угольных пластов в
обнажениях (горные выработки) определяются следующими об
шенризпанпымп (рак гора мп:
1) генет ические - процессы и условия осадконакопления ор-
ганических и минеральных веществ, которые спустя многие мил-
лионы лет превратились в осадочные горные породы и уготь;
2) лип еш гнчегкпе процессы, относящиеся ко времени,
когда слои осадков под дейс1 пнем геологических процессов по-
। ру (Н.тш ь в ' .тубь темной коры (глубины поря дка 15 20 км)
и испытывали па себе воздействие высоких температур п не
менее высоких давлений Такое тсрмобарпческое («термос*
тепло, «барос» давление) во :денетвпе имело следствием нре
вр-нценш слое!, осадков в горные породы или в уголь, т. с. ме
таморфпланпю. Различие в длительности термобарпческого воз-
действия п его интенсивности дало различный метаморфшм
углей в отдельных угольных бассейнах и месторождениях;
3) ноегпнверспонные— процессы превращения, прсобра «•-
вания пород и угля, происходившие после завершения эпигене
в
тичееких процессов, т. с. н условиях уменьшения относительной
глубины залегания платов или угленосной формации в целом
цо имеющейся в настоящее время < и туацип. Влияние этих про-
цессов, как правило, проявляется в образовании зон выветри-
вания, нарушенпости и греши нова гости и 1. и.
^Эпигенетические пли метаморфические процессы изменения
осадочных голщ как объект прогнозирования изучены наиболее
полно. Причин тому несколько. Во первых, погружение осадоч-
ных формирований происходило в процессе поперечных к слои-
стости движений. Поэтому все изменения согласности залега-
ния пластов угля и боковых пород являются локальными, не
большими по площади и, следовательно, но влиянию (следует
иметь в впту, что число возможных форм нарушений еоглас
нос I и залегания весьма велико).
Во-вторых, в результате проведения большого объема негде
дованнй фп.зико-механнческпх свойств пород и углей установ-
лено с высокой степенью достоверности совпадение степени
метаморфизма углей с уровнем (степенью) вторичной и.'.мепчп
вост боковых пород. Этот факт позволяет прогнозировать угле-
носность пластов угля па больших площадях месторождений
цосгаточно надежно даже при использовании ограниченного
обьема косвенных признаков.
Генетические (условия осадконакопления) факторы, опреде-
ляющие поведение yi лепородиого горного массива в горных вы-
работках, мопсе изучены. Причина здесь обьектшиьт и проблема
ирамическн неразрешима в общем виде, так как осадконакоп
лепис угленосных формаций производилось, скорее всего, в ок-
раинных мелководных частях древних морен н подобных им
водоемов. Береговая линия в большинстве случаев отличается
пзрезаппостыо, подвержена быстрым изменениям при незначи-
тельных (сравнительно) колебаниях уровня вод. 'Гем самым по-
ложение в пространстве зон осадконакопления, их мощность,
другие параметры, связанные с генезисом, имеют высокую из-
менчивость и тем самым практически не поддаются прогнози-
рованию (здесь прогнозирование вот принимается в смысле рас
простраиения знаний об щученных объектах на недостаточно
полно изученные).
1 [спрогнозируемте, имеющие генетическую природу пара-
метры горного массива могут оказывать сущее гвеппот влияние
на состояние' подземных горных вырабоюк. Это, например, по-
ложение плоскостей расслоения слоистого массива над вырабо
тайным пространством. Генетически обусловленное «качество»
снеплспия между слоями осадочных портит, теформпрующихся
над выработкой, определяет мощность пачек слоев, совместно
деформирующихся, шаги обрушения таких пачек (пли отдел!
пы\ слоев) и, следовательно, величину опорного давления на
краевую часть массива, горную крепь и т п.
Получить информацию о положении плоскостей ослаблен-
ного контакта между слоями i массиве до приближения
7
горных работ возможно путем применения различных экспери-
ментальных методов. Однако область эффективного применения
существующих в настоящее время методов дистанционного зон-
дирования весьма ограничена. Причина этого состоит прежде
всею в высокой изменчивости самого объекта наблюдений -
юрною массива.
С голь же затруднительно определение параметров состоя-
ния горного массива, обусловленных воздействием постннвср-
снопных процессов. Постпнверспонными процессами и, следова-
тельно, иостнпверспонпымп изменениями залегания слоистых
осадочных по происхождению массивов называются изменения
(процессы), происшедшие после завершения процесса формиро-
вания угольных пластов и слоев боковых пород. Сюда относят-
ся плпкатпвпая и дизъюнктивная нарушенноегь, трещнпова
гость, метано- и общая газоносность и др. Например, если при
определении положения зон выбросоопасностп угольных пла-
стов знание глубины горных работ и степени метаморфизма yi
лей позволяет прогнозировать наличие потенциальной выбросо-
опасное тв, то конкретизировать положение опасных зон можно
лишь по информации о тектонической обстановке— иаруше
пнях, трещиноватости газопасыщенпоети и др.
В результате движений участков земной коры толща слои-
стых горных порот претерпевала различные изменения — под
вития и опускания, слои сжимались в складки пли, напротив,
разрывались глубинными разрывными трещинами. В окре-
стности больших тек топических разломов пот воздействием вы-
соких давлений п температур осадочные породы претерпев, тп
вторичные физико-химические изменения, а углн, в особенности
бурые, повышали свой метаморфизм. Подво тяшш каналы, со-
единяющие верхние слои мантии е корой, в зонах интенсивного
складкообразования могут являться проводниками магматиче-
ских пород, которые внедряются в породные п угольные слои.
Особи пио мною таких внетрений магматпческпх пли извержен-
ных пород в угленосных формациях Партизанского угольного
месторождения. Внедряющиеся под большим давлением м:ч ма-
гические пороты способны «раздвигать» слои осадочных пород,
переслаивая их.
Осадочные горные породы н уголь по своей определяющей
механической прочностной характеристике являются .хрупкими
телами. Поэтому парушеиность массива трещинами является
одной из существенных характеристик горного массива Как
|'|1.-ншло, трещины в горных породах являются результатом ло-
кальных пзмеиепнн ноля панр.чжшшй в массиве и «нес\ , в
себе, в своих параметрах информацию о причинах своего воз-
никновения. Однако проблема шетапцпопиого определения по-
ложения отдельных крупных трещин остается нерешенной.
Трудное in шключаегся юм, что трещиной является разрыв
сплошное in (пород) без видимого смещения по плоское! и раз-
рыва. С одной стороны, ipcuiHiibi пли их системы формирую!
8
зоны направленного дренирования газон, вод, направленно из-
меняют физико-механические и физико-химические свойства
горного массив.-' а с другой изучение слонегы\ осадочных
структур не может само но себе дать никакой информации
о возможном положении нарушений сплошности пли трещин.
Это о'иш из наиболее наглядных примеров крайней сложности
претворения в жизнь идеи о создании полностью автоматизи-
рованного (робогазированно)о) комплекса.
Проблема прогн'чпрованпя параметров разрывной пару-
Ш01ШОС1П п ж mix иной (природной) трещиноватости примени-
тельно к задаче совсршеш топания технологии подземной угле-
добычи является наиболее актуальной. Однако не меньшее зна-
чение имеет шанш фнзнко механических свойств массива для
выбора правильного способа управления состоянием массива
в гидрогеологическом, жолои! веском аспекте и др.
Закономерности гидрогеологической обстановки ока ываю!
в некоторых случаях онре геляющее влияние на работу не
только машин и механизмов, но if па устойчивость кровель под-
земных выработок. Наличие сштем тектонической трещинова-
тости в сочетании с распространенном водоносных горизонтов
в толще горного массива может сунгеетвеюк затруднить горные
работ ы.
По гн'1рогеялогнчсскпм юобенчостян все. угледобывающие
бассейны различают ,' з.-;вненм"ст и от тектоники и морфологии,
т. с. of генетической классш|тк,щи-1 угленосных массивов.
Однако сравнительно с прогнозом геологической обег-шовкн
но нарушенноеm массивов, по выдержанное! и слот тчти зале
гания осадочных толщ гпдрогсоло'п«сская обстановка считает-
ся менее сложной ч ctvh.ic повышенной тезнпreiрнрованности
среды. Например, в краевых зонах текгочшч кнх платформ, в
зонах складчатое гн, где угольные пласты разбиты системами
тектонических разрывов, собраны в складки, а покрывающие
толщи — не выдержаны по долговременному воздсйсг,шю па
массив, практически отсутствуют гостаточпо мощные водонос-
ны.- горизонты. Каналы взанмо гейетпня поверхностных во тр-
юков е углей.'иными структурам!! отличаются певы .ср;- ап-
иостыо, неустойчивостью. В общем случае в геосииклинальных
(скта гчатых) ip'iriypax oicyei,, юг обыктьвпые условш'для
формирования зон з.ча зте.'и н> к-> ашоси ютн мл’—пва.
Напротив. в платформенных зонах, отличающихся выдер-
жанное ।bio слои.-roc।.и залегания, шестая большое число выс )-
кс.напорных водоносны, гори тон. I(рнрода оеддочпы-. юрпых
порот, содержащих большое количестго ш счано-1. пншетого
м Черпала, предрае.полагаг; к формированию Водоупорных
.'ев. Предварительное осушение та! их участков мееторож-
t |й может ныне ан. с.юж: ост. с" о "ны особ-гпсс' imii
г|>СПМПро13П1'11Я ВОДОНОСНЫ' ТОЛЩ. Однако ИрОГИо., ’ОДО" ''ПОС I II
з общем C.IV1 ‘ с ан с меньшими । ру -uioci.-.Mil н.< ери, ш >:шо
.co; II. ( и I рсщшю!;а I ОСТ и.
I [о мере повышения степени метаморфизма углей и соответ-
ствующей степени вторичной изменчивости вметающих пород
водопроницаемость их снижается. В сочсташш с высокой устой-
чивостью пород в выработках месторождения складчатых или
теосинклппальпых систем представляют собой подходящие оба.
скты для механизации угледобычи.
1\ месторождениям такого типа относятся Кузнецкий, Кара-
гандинский, Донецкий бассейны. месторождения о-ва Сахалин,
Горловское и Партизанское.
Совершенно отличны свойства угленосных то.иц в платфор
меппых областях, сложенных елабомстаморфнзованпыми поро-
дами. Условия их отработки сложны. Примером таких условий
может служить Подмосковный буроугольпый бассейн, буро-
угольные месторождения Приморья и Забайкалья и др.
Все месторождения делятся по степени обводненности, ус-
тойчивости углевмсщающнх порот в условиях водопрптоков. ио
условиям осушения. Составлены соответствующие региональные
ц локальные карты прогноза обно'[ценности и условий зкеилуа
танин углей СССР.
Имеется большое число других горпо-гсологичеекпх харак-
терпстш горного массива, обусловленных особенностями его ге-
незиса (происхождения), предвари тельное определение которых
является необходимым для соз та.чпя модели массива как объ-
екта работы робота зпровапвого выемочного агрегата.
До настоящего времени в общем виде является нерешенной
задачей оперативный (краткосрочный) прогноз локальных на-
рушений регулярное!и строения уюлыюго пласта, г. с. его мор-
фологии К таким морфологическим особенное!ям можно при
числить генетические котеб пшя < .ющ гости утонения и раз-
дувы угольного пласта, замещения угольного пласта глинистым
веществом боковых пород, постппверспонпые изменения рас-
щепления угольных пластов, связанные с внедрением боковых
пород, п размывы их древними водными потоками.
Вее морфологические пзменени i залегания пластов сложны
в нрогно.зпроваинн, главным образом, потому, что не имеют,
как правило, связи с нынешними геологическими структурами
горного массива.
Методы геофи шчеекого прогноза морфологии уюльпых пла-
стов в настоящее время пе тое точно информативны
Приведенные примеры крайней сложности получения па-
дежного геологического прогноза параметров состояния угле-
породпого массива являются пока наиболее сложным препят-
ствием на пути создания высокопроп.чво тигельных автоматизи-
рованных горнодобывающих систем.
Однако признание сложное юй всегда то.чжио служить ба-
зой для постановки задач и разработки решений, в данном слу-
чае решений отдельных .лемеп тон системы «горный массив —
человек - машина».
10
В процессе практической п паучио-исследовасельской дея-
тельности усыновлены многие общие и частные закономерности
состояния горного массива при сооружении в нем горных выра-
боток. К таким основным закономерностям можно отнести воз-
никновение нолей возмущенного (измененного) напряжеппо-дс-
формнрованного состояния (НДС) вокруг горных выработок,
вызывающего разрушение облает массива без непосредствен-
ного воздействия человека, единовременное проявление неогра-
ниченного числа возможных состоянии массива как механнче
CKoii системы с iieoi раничепным чне iom элементов. Например,
в окрестности горной выработки породы могут находиться од-
новременно в разрыхленном, пласIочном, упругом и других со-
стояниях. В процессе деформирования горные породы как
слоистые конструкции подвергаются изгибу, сжатию, разрыву,
кручению. Исследователю необходимо знать такие характери-
стики горных пород, как прочность при ударе, резании, взрыв-
ном ра (рушении и г. н.
Управление состоянием горного массива как область научно-
практической деятельности человека сеть система контролируе-
мых взаимодействий в системе «горный массив человек - ма-
шина». имеющая целью своего функционирования iociH/кепие
оптимального объема добычи полезного ископаемого. (Опти-
мальность в данном случае-—преж те всего экономическая ка-
тегория.)
Роль человеческого трактора в управлении состоянием гор-
ного массива является определяющей и включает прежде всего
сбор, система) изящно п аиалтн горно-геологической информа-
ции о горном массиве в так напиваемом исходном состоянии,
г. е. вне зоны влияния деятельности человека. В настоящее
время отсутствуют средства геологического прогноза (с гребуе.
мой точностью) состояния массива в псхогном состоянии по па-
раметрам трещи нова гос i и (пару шеи пости, морфолот п веским
особенностям строения, удароопясностп и )азопоеностп, по па-
раметрам па и ряжен по-дс(|>ормп|>ова иного состоя пи я, локальной
водоносности н I. гк). В этом случае ведение горных работ
пало возможным лишь потому, что гея тельное гь человека по
отношению к горному массиву основывается на его специфиче-
ской способноегн к анализу больших объемов рассеянной ин-
формации п выработке конкретных технических (управление
скнх) решений. Знания и опыт людей позволили разработать
большое число вспомогательных моделей, описывающих состоя-
ние массива горных пород и отдельных его элементов для
большинства реальных и предполагаемых ситуации. Апробация
умозрительных, фшпческнх н маiемаiнческих моделей в раз-
личных горпо-геологнческпх условиях обеспечила выделение ос-
новных объективных, периодически повторяющихся, т. е. обще
pa iipocip.iiieniibix, мо те чей cocioaimsi горного массива. В соот-
несении! с философскими нормами такие явления подпадают
чо1 определенно законов, однако окудсгвпе общеус га повлеи-
11
ВЫХ СВГ'ЗСЙ MCzk'iy ЯВЛС1ШЯ I’ HO (ВО 1ЯСТ П.-iM говорить лишь
;:i! ономсрностях
Соответственно управление состоянием горного массива под-
рачумев/ег п.зучешк 'нкономерноггеи ;тою состояния в окре-
стности сооружаемых горш,г выработок н использование их
в практической деятельности.
Следует заметить в методологическом плат', чго пока ис-
пили,усмыг нами закономерности по полноте описания связей
между явлениями не станут законами (или пока ие ириблп
зятся к ним), решение задачи создания автоматизированных
систем «машина горный массив» следует считать проблема-
тичным.
Можно сказать, что задача горной науки как специфической
отрасли человеческого шпиня па современном этапе состоит в
том. чтобы па основе комплексного анализа основных закопо
’.’ерностен соетс'.пшя горною мае ива выработать более общие
(но не менее конкретные) методы обнаружения внутренних
зависимостей процессов, происходящих в окрестности горных
выработок для со'.да;шя с.-опин модечк юреого мает ива как
«•б ,л-;т.1 управления.
! I тученпем вопрпе-ш. связанных с получением информации
о г то- н hi массив.) кчшых поре т о начала в ш-м горных ра-
бот, шш.маюпя такие прикладные и фундаментальные, науки,
как геолш пя в нпжд черпая геолоши. гидрогеология, механика
п геомезч;пка, геофизика, и др. Сложность изучаемой среды и
закономерностей се существования породила множество дочер
них науг. таких, как сейсмология, геоакустика, геодинамика,
тек тонофн шка, механика lopiiux пороз, механика подземных
‘-оору/кепнп и др. В каждой в • этих паек работает значитель-
но- чн'.-.'ю высококвалифицированных не'-ледователей-спениали-
стоь. Однако постоянно прош ходящее еуж'-нве области знаний
в -гя. и их углублением приводит i тому, что результаты ис-
следега сельских рзбо1 ока (ыгаются далеки от реальности. По-
левение новых техчнчеекнх и технологических решений по уч
равлепию еосгояши .1 массива горных пород следует ожидать
па стыке наук.
Выбор *। поба управления состоянием горного маеснаа в
каждая сче - . осушествля* гея • ч-новапш! анализа трех групп
([актор- горн: । еологгиес ,н.\. горнотехнических (оргаппза-
ГИ-.,П11.1-гехшг ’скг.х! и ечн в ц знх.
. ..\оло| ни: кие ф.чтицы имеют харягт.-р ограничен! nt об-
.laeii. i.o :мож1гно iip!iMciir:iii:i способов у; рав.-ц ния горным гав-
.iiciiin м (сосгоян'.'.ем массш i).
Экол<1гнчс< кие (1’акюры трад|1цно1П1о включают охрану недр,
окружающей ере гы. природных и apvriix соору лсний н объек-
тов н т. д. Необх' ' имост:. vj аны недр подразумевает полноту
выемки ш>лсз||!.го и-ко” из недр, например, путем при-
менения беси-,лнковых систем разработки. В то ж время бес-
тш.епког система разработки имеет <граипчепную обтагтт
12
примет пня no шиенепвностн проявления горного давления. От-
сюда возникает пеобхо шмость управления горным давлением
при помощи искусственных поддерживающих сооружений. Это
влечет удорожание продукции добывающего предприятия.
Строительство и эксплуатацию шахт следует вести с учетом
возможности последующего использования в народном хозяй-
ство подземного пространства—различных горных выработок.
Это направление представляется весьма перспективным, хотя и
может существенным образом повлиять па экономику добычи
полезных ископаемых.
Снижение сюимостн продукции возможно па основе повы-
шения степени использования полезных ископаемых из недр.
Существенные резервы имеются в применении попутно добы-
ваемых пород |ля нужд сгроителыюй индустрии, в использова-
нии замкнутых и бе тонне гпых схем кругооборота шахтных под,
в охране воздушного бассейна.
Существенная экономическая выгода возможна при комп-
лексной переработке углей для получения синтетического жид-
кого пли газообразного топлива, химических продуктов, при со-
здании композитных материалов па основе высокоуглсродпстых
и мльтраграфнговых продуктов. Промышленный интерес может
представлять содержание в углях серного колчедана, германия,
галлия, урана, скандия, молибдена и других элементов.
В го же время поступление в окружающую среду таких эле-
ментов, а также серы при отработке высокоссрнпетых углей мо-
жет нанести существенный экономический и экологический врет,
что необходимо учитывать нрн планировании. Строительство
специальных предприятий по извлечению из бурых углей сер-
ного колче tana п последующей переработке его специалистами
оценивается как вполне рентабельное.
Экономические методы управления производством и приня-
тие конкретных технологических решений в настоящее время
ппгенепвио внедряются в производственные отношения. Про-
блемы экологического обеспечения работы горнодобывающего
предприятия (угольной шахты) традиционно рассматриваются
как задача определения общественно необходимых затрат на
воспроизводство природной среды (нарушаемой горными рабо-
тами) .
Однако рационально предусматривать задачу охраны при-
родной среды как граничное условие на этапе экономической
оценки возможных способов отработки (управления) части гор
кого массива. Вопросы экономической оценки экологических
последствий инропогсипого воздействия па природную среду
недостаточно разработаны для включения нх в настоящую ра-
боту, посвященную проблемам управления состоянием горного
массива.
Вопросы геологии, i ндрогсологнн, экологии рассматривают-
ся в разделах, посвященных анализу способов управления гор-
ным давлением.
13
Конiрольные вопросы
I В чем сытый основная сложность создания автоматшровлппых си-
стем под cMiioii добычи уьпя?
Какие основные геологические факторы н процессы определяют состоя
ине массива горные пород?
3 Как свя ..ты условия осадконакопления с устойчивое! ыо кровли выра-
ботки?
1 В чем причина различной гидрогеологической обстановки в складча
1Ы\ и платформенные геологических структурах'1
5. Как определяется роль человеческого фактора в управлении сосюя
пнем горного массива?
2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ГОРНЫХ ПОРОД
Состояние горных выработок при разработке любых месторож-
дении полезных ископаемых, включая н рассматриваемые нами
угольные месторождения, предопределено разнообразными ме-
ханическими процессами, обусловленными техногенным наруше-
нием естественного квазнравновсеного состояния вмещающею
выработки породною массива. Такне нарушения проявляются
в статической пли динамической формах: расслоение пород в
различных элементах массива, окружающего выработку (кров-
ле, почве, боках), вывалы пород, горные удары н т. и.
Обобщая, можно сказать, что проявления этих процессов
в выработках в основном связаны с деформациями порот н
крепи, если последняя в выработке установлена. Управление
горным давлением, как правило, сводится к управлению меха-
ническими процессами, протекающими в недрах при разработке
мес юрожденни.
Тля разработки способов управления горным давлением в
выработках необходимы данные о физических (в тайном слу-
чае о механических) свойствах угольных пластов и вмещаю-
щих их порол.
Минимально необходимыми н достаточными (базовыми) для
описания объекта горной ра (работки механическими характе
рис।нкамп являются:
<> крн । сческое одноосное сжимающее напряжение, при
котором порода разрушается (диапазон изменения для горных
пород составляет 10 у 300 МПа);
ГТ,, — критическое одноосное растягивающее напряжение, при
котором происходит разрушение породы (п,, 0 4-20 МПа);
Е-- модуль Юнга пли коэффициент пропорциональности ме-
ж i\ юпствующнмп нормальными напряжениями н соответ-
егвхющнмп нм продольными упругими деформациями (Z? =
= 10’4-3- 10s МПа);
". коэффициент Пуассона, устанавливающий пропорцно-
н,| юность меж iv упругими поперечными и продольными щфор
маниями (it 0,14-0,45).
14
Кроме базовых характерно гик на практике применяют и дру-
гие механические характеристики. Общую классификацию ме-
ханических свойств горных пород обычно представляют в сле-
дующем виде: упругие свойства (модули Юнга Е, сдвига (7,
всестороннего сжатия Л; коэффициент Пуассона р; предел упру-
гости о,); пластические свинства (модули деформации п пла-
стичности £д, /'„л; коэффициент пластичности А,м); прочност-
ные свойства (пределы прочности при сжатии, растяжении,
сдвиге о, Пр, Тен; сцепление А<; угол внутреннего трения р);
реологические свойства (параметры иолтучссгн а, 6; период ре-
лаксации /(1; длительная прочность п, .предел длительной проч-
ности о,ч).
Модуль упругости Е представляет собой коэффнцпепг про-
порциональности между напряжениями п н деформациями г
(в направлении их действия) па участке диаграммы о— г до
предела упругости о,. Для этого же участка отношение попе-
речных деформаций к продольным представляет собой коэффи-
циент Пуассона, т. е. р. = г,, v/r„p. у. Выраженный через пара-
метры Е и р. модуль сдвига (1 определяется известной зависи-
мостью: (i £/|2( 1 + р) |.
Поскольку для горных пород величина ст, может достигаться
при сравнительно небольших значениях напряжений, то их
удобно в области более высоких напряжений характеризовать
иными, отличными от Е, параметрами. Обычно используются
два таких показа юля: модуль полных деформаций п так
называемый модуль пласгичностн 15 отличие от Е эти па-
раметры (в общем случае) не являются константами, это пере-
менные величины.
Ila риг. I. 1 параметр Е /v, = tpа. Параметры Ел и Е,1Л
соответственно определяются как /?ц — о, ж/г\ = (р с/ н Е„,=
— (п, к п/)/(г, f,)=tpcz" (т, —предельная относигельпая
деформация сжатия). Очевидно, что для идеально-пластичной
породы Еип = 0.
При относительных деформациях е ~> е, (вне пределов ли-
нейного деформирования) параметр Z? =/= const и. как правило.
Рис. 1.1. Лисп раммл ст —₽ тля
пластичных горных пород
1Г>
с ростом ^формаций снижается. При практических расчетах
для подземных сооружений обычно используется модуль £'д.
Мо туль L опрс еляется по известным методикам при «ста-
1иче-к.чх» испытаниях, и в 1,1 1,6 раза меньше аналогичных
.икры,uni Г, установленных при динамических испытаниях па
образцах и в массиве. В последнем случае определяется ско
роет7 прохождения в породе упругих ноли ты, связанная с па
/ д -I- 4/ЗТ/) \т,5 Д
pa.McipoM L, в частности V,, = ) где К । _ "
PH— плотность пород.
\низо1роипя юрпых пороI обусловливает различие модулей
(сформацпй в К1ВНС.ПМОСТП от ориентации действия нагрузки
вкрсс г п по паплагзоваппю пород.
На деформационные характеристики пород влияет и вит на-
пряженною состояния. Общая тенденция в этом случае oiне-
част росту моде-ля д< формаций при переходе от напряжеппрго
состояния вида г>1=#0, од — Оз = 0 к напряженному состоянию
вп и О| = съ = о 3 У-0.
На параметре Ел (и С) существенно сказывается изменение
скорости нагружения горных пород. Это влияние, в общем слу-
чае неоднозначное для большинства горных пород, вмещаю
щнх пластовые месторождения, сказывается в увеличении зна-
чений мотулей с ростом скорости приложения нагрузки к ис-
следуемым породам.
В практических шдачах горного производства указанные
особенности определения рассматриваемых деформационных па
рамегров должны уточняться про конкретных испытаниях гор-
ных пороз, проводимых с учетом реальных схем их работы в
гс.\ пли иных элементах горного массива.
II- менее важной деформ щнонпон х н)акгерпс|нкой горных
ь ро 1 является коэффициент Пуассона р, который за пределами
линейного деформирования (при о т, см. рис. 1.1) назы-
Biei -я ко-лрйшцпгнтом поперечной деформации. Коэффициент
I [у.ч'опа величина постоянная, а коэффициент поперечных
1.ефоругацнй .ля горных поро i не равен const п в области на-
пряжений, например, равных о, „, может превышать 0,5.
Модуль деформации в этой области диаграммы 6 ;• также
огре 1 'ляегс',. соотношением £* — Ап'/Де', где — приращение
деформаций в запредельной области, соответствующее измене-
нию : щсь напряжений Ат/ Пр в линейной аппр жепмацпп за
предельного участка /iiiai раммы о >• модуль Г* может быть
определен как Z?* <т'/г/. где а'- величина п-.мспспия напря-
жении от о до напряжений, соответствующих области
«рутинного» ра.шушгпня породы; г' - соответствующие тому же
\ча ! ку деформации пород.
! 1рпп11У’1я >а пач 1ло отсчета точку а (см. рис. I. I), для за-
п,- о З'.днн участка деформирования горных пород значения
ьо»'!1фппне п : поперечной деформации могут бьпт приняты пав
цы ми coiisl.
16
Таблица 1.1
Деформационные характеристики горных пород
Мн чуль деформации Коэффициент Пуассона
Порода при c/K.iTini Е !_•)<> МПа 1*
Аргиллит 1- 1.5 0,17 0,25
Алевролит 1 3 0,2-0,3
Песчаник 0.2 0,1 0,1-0,3
Глинистый сланец I 4 0.22
Песчанистый сланец 1—3 0,15—0,4
Известняк 0,4—0,8 0.27
С.п тует обратить внимание на то обстоятельство, что рас-
смотренная область деформирования требует дальнейшего изу-
чения кик в части выбора мето шческого подхода к эксперимен-
тальным исследованиям по определению характеристик пород
в :апредел1 ной обляг in, так и в части общего континуального
по 1хоза к оценке напряженно-(сформированного состояния
пород.
Деформационные характернстш п некоторых литологических
разностей горных пород, вмещающих угольные пласты, приве-
дены 1ля примера в табл. I I (по В. В. Ржевскому и Г. Я Но-
вику).
Пределы прочности при сжатии и растяжении огж, л,, |акже
являются базовыми механическими характеристиками горных
пород. IIj>ii испытаниях вида с>)#=0, П2 = п,—0 н при напря-
жении <?]= гт, (или оР) происходит разрушение породы, раз-
деление ее па отдельные части. Пределы прочности о, и ог
характеризуют наибольшее сопротивление пород воздействию
внешних нагрузок. На величины рассматриваемых параметров
существенно влияют геологические (в основном структурные)
факторы, а также условия па контакте образец—плиты пресса,
принятая геометрия (соотношение высоты — ширины) обрата,
скорость деформирования образца (или скорость его нагруже-
ния), а । |кжс юс । л точное и. абсолютных размеров принятого
к испытанию образца юрпых поро । (так называемый масштаб
ный эффект).
Влияние тесло! пческн.х факторов на прочностные параметры
поро'1 можег быт,, наиболее обьекгпвпо учтено при их опреде-
лении в натурных условиях (могут определяться как условные
показатели прочности, так в собственно основные механиче-
ские характеристики). В лабораторных условиях но влияние
учитывается при соответствующем отбе ре обратное, подготав-
ливаемых к испытаниям. Во всех случаях пн факторы - четы
каютсч при «и. з а и и р<''щ и 11 и ,, спсрпмеп .а», т. . при оп. д
пенни необходимого. ст;!тистп"ес'<!! пре"1 авптслыюго числа
проводимых замерос щслсуемых парам*, трои. На некоторых
особенностях •.ii.'iaiinpinianiin жсщ-римен i а при определенно
прочностных свойств торных пиро, остановимся ниже
2 II М 11 !•»’« к> i’Hi.nK Г- Л 17
Л
Контактные условия нспыгаппя но данным B1IIIMII суще-
ственно определяют величины пределов прочности пород н вид
разрушения образцов. В зависимости от величины сил сцепле-
ния в кондак тирующей зоне може! возникнуть диагональный,
конусообразный н столбчатый виды разрушения. Нрн лом
имеется в виду, что силы сцепления па контакте снижаются в
направлении последнего вида разрушения — столбчатого, при
котором образец разрушается за счет растя! ивающих усилий.
Они возникают в плоскости, нормальной к линии действия:
<Т[ ттсж. В -лом же направлении снижается и показатель <т.ж,
устанавливаемый при щиыганнях. 11рп первых двух видах раз
рушения в его механизме преобладают деформации сдвига.
Геоме|рнческпе параметры испытуемых образцов в основ-
ном сказываются па снижении параметра о,.ж при росте апаче
ний отношения высоты образца к его поперечному размеру.
Этот фактор исследователями рассматривается совместно с коп
такт нымн условиями.
Влияние абсолютных размеров образца (масштабного фак-
тора) сказывается па ею iipo"iiocin неоднозначно. Исследова-
телями установлено для различных литологических разносюп
горных пород как уменьшение а,.ж, так и его увеличение при
измене инн абсолютных размеров испытуемых образцов. Боль-
шинство исследователей считают, что площадь поперечного сече-
ния образцов должна отвечать условию обеспечения в них па
.шчия большинства трещин, характерных для соответствующего
элемента массива горных пород 11рн исслетоваппн в лабора
горных условиях прочностных харакгернс гик углей средней
прочности (особенно углей нарушенных пачек) площадь попе-
речного сечения образцов должна составлять не менее 25 ем2
Такт* характерце гики прочности могут невольюваться тля
оценки напряженно-деформированного состояния элементов мас-
сива в окрест пости подготовительных выработок, пройденных
по е<>о।зе 1сгвующнм угольным пластам.
Испытания обра шов горных пород, характерных для уголь-
ных меег.-рожTciHiH, показывают существенное влияние- па их
прочностные показатели гкоросп! приложения нагрузки. В об-
щем случае имеется тенденция роста шаненнй параметров <т,.ж
и лГр с увеличением указанной скорости. Однако интенсивность
такого роста неодинакова для пород различных литологических
ра шостен.
Испытания пород иных плаеншых месторождений (напри
мер, калийных) показывают неоднозначность влияния скорости
на|р\/жс1шя на прочное-1ь. Для некоторых норо t прочность п
снижается нрн нарастании скорости nai ружепня. Примеры вс
личин п<-„, и пР, характерных для угольных месторождений,
приведены в табл. 1.2. (по данным В. В. Ржевского н Г. Я. Но-
вика) .
Отметим, что тиачення параметра п,,, определяемые различ-
ными методами (прямое растяжение, бразильский метод, разрыв
18
Т а б л и ц а 1 2
Прочностные характерце гики осадочных горных пород
1 !<>[!'>..'11 >! Предел прочноеtn. МПа Wri>
°с ж "и
Api и i.'iiit средней крепости Г.0 20 3
Антрацит 11есчлп1к: 35 2,1 16,7
перпендикулярно слоистости 1(15,5 1 26,4
пара адельно слоне гостя Каменный уголь; 80 10,4 7,7
перпендикулярно слоистости 14,4 0,28 51.4
napa.'i.'ie.'ibiio слоистости 13,4 0,64 20,9
пуансонами, изгиб б мочек п т. д.), могут существенно (в два
раза н более) отличаться друз от друга. Поэтому в практиче-
ских расчетах желательно использовать тс значения, методика
определения которых достаточно отражает схему работы иссле-
дуемого элемента массива горных пород.
Во многих случаях, особенно при оценке прочностных харак-
теристик угля в выработках разрабатываемого пласта, особый
интерес представляют данные, устанавливаемые в натурных ус-
ловиях. При этом в бо.чьшег) степени, чем при лабораторных
испытаниях, в полученных результатах отражены естественной
влажность угля, его газопасыщсппость, трещиноватость н т. д
ilpoBiiiiMUe с использованием таких результатов инженерные
расчеты и обоснования обладают соответственно и большей
об ьскI явностью.
I’) натуре определяются либо непосредственно основные мс
ханнческне, показатели угля (о . п,, и др.), либо его условная
прочность в массиве, гак как установление in situ основных по-
каза гелей чрезвычайно трутоемко. Между ними определяются
коррт 1яцпоппые тавпспмосhi 1 е. создается экспресс метод на-
хож циня параметров щл, о,, и др.
Для определения в шахте условной прочности углей удобно
псполыова гь метод, предложенный ПГД им Л. Л Скочниского
('. применением прибора устанавливается некоторый показа-
тель //* 100 h*, где //*— отсчет па указанном приборе, мм;
I/ прочное!। угля в массиве, уел. ед.
Для углей Печорского бассейна некоторые' корреляционные
зависимости имеют еле дующий вит <т,,. (//*)'’/((), 3.3-I07) МПа;
о. (АГ)7(21)000-К)7) МПа; Л (//*j5/(86-107) МПа. Пссле.-
тов"л!ные параметры характера л юття наличием тесной тиа-
мот!',’.! ш: высокими значениями теоре гн”ескпх корреляционных
отношений (1Г 0 7) п соответствующими им коэффицнентами
на к /кпостп (и, 8,2).
Экспресс метод удобен применительно к натурным условиям,
но его использование' для получения достаточно об ьск i явных
14
данных о иро-'чосгных свойствах углей во uhiftiio .ниш. при
правильном «.пляпиронаинн кспсримента», т. с. случае про-
ведения is шахк необходимого числа опрела лт i ни величин их
условно!! прочноеги (параметра //*) Задача планирования
эксперимента» характер, а п для забор.-: горных П'иытаипй. По-
этому в сил'/ ее ooiiiiiociH рассмотрим .пн вопрос более об-
стоя сельпо па примере определения in situ значений Н*. Пай-
том такое необходимое число онре -.елси-iii этого параметра, при
котором рассеивание siin!,er!!iii основных мехаипшскнх харак-
теристик углей (о-,к о,,. А',), получаемых по приведенным выше
зависимостям, по превысит такового при лабораторных опреде-
лениях тех же показателей (20 30 %).
Определяемые в шахте зшшення //* можно отнести к слу-
чайным величинам, поскольку от: отражают изменчивость ме-
ханических свойств массива. При м >лы\ пн сервалах намерений
(менее 2 и) изменчивое,ь -эта моя с1 быт» принята независимой
от пространственных координат, т. е. допустимо принять, что
параметр //* представляет собой вещественную однозначную
функцию элементарных событий / множит гва /?, или //* =
И* (F), где /.' i "
С точки зрения вероятной оценки, случайны; параметр А/*
будет описан полностью, если установлены законы его распре
деления и параметры -этого закона. Рассмотрим гипотезу нор-
маль него распределения шачеппн Н*. полученных в натурных
условиях Воркусского месторождения. Принятая оценке вы-
борка значений //*, соответс вующп.х условию //* со-
ставила X —210 и -.мерс>шп и была сгруппирована в одпннад
нать интервалов с ран чигапшш их ширшигм /\1Г 4 при
соответствующей ноинтервальной частоте . что отражено в
I пжеврш’едснпой табл. I. 3.
В качестве критерия '-оооди-твня прщин критерий Пирсона
у2, рассчитанный в еооы.ен рпп' -о значениями вентральных
Т а б а 11 ц а 1.3
Распределение «интерн л частот.-»
r'I'iMcp пн г рн.ии Границ i । нрн ин-к- им Ч VII I1 ’р" -JI.I ie,.i.-ii!iH П //‘ 1 ||1Л ин Ц‘. Чаги» .1 п
1 82 86 81 1
9 78 82 80 22
3 74 78 78 2-1
4 70 74 72 30
г» 66 70 6К 27
6 62 66 ы 31
7 58- 62 во 31
8 51 58 56 20
9 50 5-1 52 8
10 1(> 5<1 18 s
11 42 16 1 I о
2 = 210
20
моменгор случайной величины. П.' нзвесi ним аввспмистям. пе-
нс,.-ik :vii связь пен тральных н начальных momciiiob. рассчиты-
вают необходимые жпнрнчес кие параметры и '.нс юные- харак-
теристики распределения, в частности:
Н - МГ/Г^С,-
т.. S"„ (Л, Г);
/и, 3(л;)л; + 2(//;>31:
///, (\//Т(л;- ^ЛХ + б/гц/г;?
где Н* -оценка центра группирования величины //*; ЛА/*
пшрппа ншервал.,:; Л|, //•, Лз, /ц—ornoeiiie.ii>iiLie начальные мо-
менты; С, значение -ложного нуля»; 5Л—-оценка дисперсии
величины Н' in in.,, ni,\ центральные моменты эмпирию ckoi о
распределения величины //*
Вычисление, mnoi inc и.пых начальных м-ментов удобно вы-
но.нннь в табличной форме (габл. 1.4).
В coo।в;-т< ।вин г приведенными выше формулами значения
/7* п 5’д сответегвепио составляю!: 66,1 и 10.1. Проверяется
гипотеза нормального распределения, поэтому, ;амсняя неизве-
стные параметры центр групнирова ши и i.iicHc.pcino полечен
Т а Г> л в и а 1.4
Относительные начальные моменты
№ ив rfp- B.l’l.l (л редина л и।ернал1 /7, тглъпля середин.! I! 11 I < pll.MI.I У/ i У? 1.
1 34 5 25 125
2 80 4 16 61
3 76 3 9 27
4 72 2 4 8
5 68 1 1 I
6 64 0 0 0
7 60 - 1 1 I
О 56 -2 4 - 8
9 52 —3 9 -27
10 48 —4 16 -64
И Сумм! Обози Обо.ш пых тон Рассч OTIIOC1 пых м 4-1 1 тения су ачения оп 18‘1<1ЛЬНЫХ i таиные гель и ых ОМОН гов ЯМ оентель- момен- зиачення начали- 25 125
1. Ч ь г.- га п 1 п,У1 niA П"? n/vi
625 1 20 100 500 2 500
256 22 88 352 I4D8 5 630
81 24 72 216 618 1 944
16 30 60 120 210 480
1 27 27 27 27 27
0 34 0 0 0 0
1 31 --31 31 -31 31
16 20 - 10 80 — 160 320
81 8 - 24 72 —2IG 618
256 8 —32 128 - 512 2 016
625 2 — 10 50 — 250 I 250
210 130 I 419 1 651 14 876
Х/i 1 -"1 V V ^3 ^4
/1] ft’ лз
0,619 6,75 7,87 70,8
пымп пх оценками //* и S..b в качестве теоретической плотности
вероя । нос i n приближенно можно рассматривать функцию
(II' Ti<r>
--k I 2S~
п (//*, V*, о;) ~ « (II , // , -S ) = ,—— е 1 ,
V ' ’ Ч м - Ч Л/2л ,$\
где г* — теоретический центр группирования распределения ве-
личины //*, о2, дисперсия распределения топ же величины.
Опенка вероя i ikhtii попадания величины !Г в интервал \
i.iBiiciir or выборочных характеристик //* и SI и определяй гея
ннпк пмосгямн:
1\ = J д (Н\ ~Н\ SjdH*
\
НЛП
где , г,+1 — нормированные (выраженные в долях .$ относи-
тельно А/*) координаты границ интервалов; Ф0(г.) - табулиро-
ванные значения нормированной функции Лапласа вида
Критерий соответствия Пирсона оценивается зависимостью
- п1\-)
г те Р, - оценка верояiпости попадания величины условной
прочности Н* в интервал / й группы (/ I, 2, 3, . ... /), па ко-
торые подразделено распределение); т, — частота в интервале;
п общее число определений, равное в нашем случае* 210.
Вычисление крнюрпя Пирсона удобно выполнить в габлнч
нон форме* (табл. 1.5).
Поскольку первые три п последние два шпервала малочис-
ленны, то, как следует из таблицы, uponтведеио объединение
интервалов и для восьми оставшихся рассчитаны нормирован-
ные координаты пх границ — г,-. Координата конца первого ни
юрвала (еоо1вегегве111ю начала второго) определиюя как =
(- — n*)/S = (54 66,4 )/10,1 =— 1,23. Координаты границ
последующих интервалов определяются их длиной Аг (Л< =
14 рассмаIрнваемом случае Аг яг 0,4.
Данные столбца 7 рассчитаны но приведенной выше для Р,
laiinciiMocTH, а столбца 8 -как произведения соответствующих
оценок вероя।ноегп Р, на общее число определении величины
//*, т. с. на п 210. Сумма оценок нопитервальпых математиче-
ских ожиданий часто! соответствует сумме частот по веем ин-
тервалам (столбцы 8 и 3).
Определение надежности вычисления величины Н*
Для начала первого интервала г= Ф (г)=0,3, для i ища постетнего интервала ^Фд[г)= 4-0.:
Критерии coo;ветствня Пирсон;' определяется как сумма
взвешенных к.'.лдраюв отклонений (столбец 9) ч составляет
в каином случае у2 ~ 3,22.
Далее находят число >ieuciiei1 свободы: Лсс - С„ — I,
где /, суммарное число интервалов, полученное после пере-
группирования (/' 8); С„ -число параметров, оцениваемых
по ганпым выборки (С„=2, так как оцениваются параметры
v п бд). Слелова гельно, А — 8 2—I 5.
Ь ц|жан1ие( к уст ановленномч поданным выборки шачешпо
у-’ -3,22 табулированное шачеипе у2 (при A,.L 5) состав-
ляет 1,35 при 50%-ном уровне значимости. Следова гельно, ве-
роягпость получить такие или еще большие значение у2 нрн на-
шей гппоиче составляет более 0,5. Поэтому гипотеза о нор-
мальности генеральной совокупное г и, из которой получена паша
выборка, не противоречит результатам определении условных
пока, лелей прочности Н* в натурных условиях. Оценками па-
раметров акона нормального распределения исследуемой ве-
личины 1Г', таким образом, являются подходящее значение ма-
г<ч'пшеского ожидания условной прочности Н* = (>(),4 п под-
хо едщее значение стандарта Ь’д = 10,1.
Теперь необходимо остановиться на выборе числа п паблю-
Ki.uii, которое обеспечило бы требуемую точность и падеж
пость оценок центра группирования и среднего квадратического
отклонения.
Необходимое число наблюдении п можно выбрать для оп-
реде гения центра группирования v* посредством его оценки
/7* н тта стандарта пп при помощи 5Л.
Остановимся на первом варианте. 15 соотпектвчн с централь-
ной предельной теоремой можно записать
Необходимо, чтобы неравенство \ Н* — v* | < \ц- выполня-
лось с вероятностью не менее и. Параметр Ан* представляет
собой верхний предел ошибки в определении v’ по Н". По
заданной надежности а из уравнения 2'1»11(ги) и находим
величину zu (функция ч>,|(ги) табулирована).
а ,
Решая относительно п неравенство z„—- \ц*, получаем:
V п
и где г/ \;/./о — предельная относительная ошибка
опенки параметра т . Располагая значениями а и г/, можно
установить соответствующее нм значение п.
На практик, поп .ьку п-„озмоя-<'<> установить окончатель-
ные реномен ниш при выборе шачепнн </ для кая'дог конк-
р. , внда । .iC.ioBamiii, поступаю! еле/ующвм образом. Нс
и ш г. я ирисе енпыс зыш корреляционные зависимости .ля
онре.'.с.чеппя, например, т к п гы, п завпелмоеть для п, задаююя
Т а б л п и л I.'
Прочностные характеристики ос)к и о^
Раге ч и >• iiuiue
ПО II' Ч1.1ЧС-
лня прочно-
стных пока-
зателей
углей. Ml 1.ч
0,95
0,95
0 95
0.74
0,42
0,32
7,47
4,24
3,23
50
50
1,89
1,89
1 89
0,06
0,06
О 06
42,53
45,76
46.77
0.991
1,328
I 449
0,022
0,035
0,042
47,6
29,9
23,5
63,3
41,6
30
конкретными значениями п (примем л =30, 15 и 5) и yeiaiian-
лпвяют возможные отклонения оценок рассматрпваемых ве-
личин (п,.ж и о,.) от их испитых .значении.
Результаты таких расчетов приве юны в табл. 1.6.
Приведенные данные показывают, что с ростом числа опре-
делений п снижаются верхние пределы ошибок измерения Ад-
п соответствеппо уменьшается возможный разброс основных
прочностных показаюлеп углей. Так, при одинаковой на юж
пости а = 0,95 увеличение числа испытаний < 5 до 30 снижает
максимально возможный при этом разброс: при определении
гтеж — с 47,6 до 23,5 'Ун, при определении п)(--с 63,3 до 30 'Га
кпм обра юм, обеспечивается разброс, не превышающий тако-
вого ври лабораторных испытаниях, но примененный экепрссс-
мепц в большей мере позволяет \ lecn. фактическое состояние
угля па кромке массива.
Приблизительно аналогичные результаты получаются, если
выполнить выбор числа наблюдений тля обеспечения пеобхо
дпмой точности н надежности при оценке тандарта но вели-
чине S, т е. для гапно, > меюда пеобхо нмо число натурных
определенна /Г не wnee 30.
Сумм 1рная ошибка ткяк но измерения состоит из случайных
п систематических ошибок. Практически . всех результатах
измерении имеются систематические ошибки. Однако если нх
зпачишя несущественны но сравнению со шипениями случай-
ных ошибок, го допустимо принять, что результат такого опре-
деления свобо юн от систематических ошибок. Пеобхо тио, сле-
довательно, установить значимость систематической ошибки
определения условной прочности угля /Г в чабш- при ч ,e.i
испытаний п ’ 30.
T <i б л п ца 1.7
Измеренные значения Н*
n . 1 //* 11 1 II”, t n. 1 H* I
1 09.2 12 66.8 23 66.8
2 80,6 13 77,6 24 65.8
3 69 14 67,6 25 58,4
4 75 1 15 73,6 26 69,6
5 73.8 16 73,2 27 68
6 65,6 17 69 28 64.2
7 69 4 18 50.4 29 59,8
8 76.1 19 68.4 30 47,4
9 63.8 20 62,8 31 77,6
10 82,2 21 68,2 52 71,2
11 61,6 22 64 4 2177.8
С /той целью в тех же натурных условиях определялась
условная прочность угля II*, и из ряда выборок произвольно
отбиралась выборка объемом п 32 Для псе была выполнена
проверка 1ак напиваемой нулевой гипотезы. В частности, была
принята гипотеза v > конкурирующей с которой бу-
дет гипотеза Н>1п =/= Иу Здесь /Ли,— ладонное значение на-
блюдаемого объекта, так как число его определений достаточно
большое, равное 210 (п у 200) а Нх~ подходящее значение
условной прочности по выборке //=32. Очевидно, что положе-
ние центра группирования рассмотренной выше генеральной
нормальной совокупности ишчеппй II* можно считать опреде-
ленным п падежным, так как параметры ее H<v\ = v и о-ло = <S’J(
оценены на основании выборки // _> 100 (в нашем случае несло
довалась совокупность с // =210).
Входящие данные гипотезы конкурирующей с гипотезой ге-
неральной совокупное in, г. с. данные о замеренных значениях
прочности II* при объеме выборки п =32, приведены в табл. 1.7.
Среднее квадратичное отклонение среднего арифметического
Язт 67,9 определится как о/7 - 1,785, где а —
у п у 32
общий нарамец» рассеивания для обоих наблюдений.
В качестве критерия проверки нулевой гипотезы может^быгь
принято приближенно нормальное отклонение средней Нз> от
центр;! группирования v ll-ла, т. е. (Н — v )/<б7*
Чтобы критерий проверки обладал наибольшей чувспянел!
поегыо, в качестве критериальной принимается область боль-
ших по абсолютному шипению отклонений, тогда при 5 % по.м
уровне значимости критерия на область определится но выра-
жению:
<v» Z
P(\IL,2- = dz = l-2<P()f/J = ^ = 0,()5,
где /5—нормированное отклонение. соответствующее 5%-ному
уровню значимости; (|>ц(/5)—интеграл вероятности (табхлнро-
ванная функция).
Решая приведенное выражение, находим шаченне Ф()(/5) =
= 0,475 п, следов псльно, /5 = 1,96
Критическая область будет определена неравенствами:
| > - v I > / "Jl" |7/з- И I» | > С°/7-
Подставляя сюда числовые значения, будем иметь
177;„ — 66,11 > 1,96 1,785 =- 3,5.
Таким образом, полученная по данным выборки (/? =32)
величина 7/( составит 68,05 условных единиц прочности и при-
водит к значению левой части неравенства, характеризующего
критическую область, равному: 168,05—66,4] = 1,65. Последняя
величина нт оiносится к критической области, в связи с чем
по онровергае1ся к пулевая гипотеза, а в iii.ihciiiiii 11^ 68,05
пег основания ожидать наличия систематической ошибки.
Последнее утверждение справедливо при соответствии оире
теляемы.х шачеппГ! Н* условию. //*=//*(/?), где E^R, а
также при соблюдении всех требований по метрологическому
обслуживанию прочпостомера конструкции ПГД нм. А. А. Ско-
чнпского (в части тарировки рабочей пружины прибора, коп
троля геометрии внедряемого в уголь стального конуса и т. д.)
Методическш подходы, использованные при планировании
экспериментов натурного определения показателен п1Ж, ст,, п не
которых друз их, могут быть применены при решении по тобпых
задач по установлению достаточно надежных тначеннн пссле
дуемых механических (и других физических) характеристик
породных образцов п массива.
Для условий Воркутского месторождения оценочные шипе-
ния показателя II* для пластов с различной степенью парушеи-
пость' (либо для различной степени паре шепнот I в пачек, вхо-
дящих в пласты) могут бьнь приняты следующими:
ХирикrcpticTiihii nwra (пачки} по стс- Покапан-г, прочности П', о.ч-
neuit iiapttiiicHHocrii ‘ pi'<)e-iae vhiii к натурных ye lo-
an чх (t/C.l. '•/).)
Угли I II creiieun iiapyineiiliocTii 83.2
Уг.чи II ]\' степени )i.-ipyiiieil>locTii (17,2
Угли IV - V степени Ti.ipyiiieiinocT-ji Ki, I
* I Io iiik j.ir .1.1. IH гергпберг-1 и H. ( .
iiqir-MM гнг (1мор||»1К1Я c itvk r p.i); 11 IV
IIJpytllrtniOl-'T 4
I II УГ.711 npO'III.Jl*; l\ \ ХГЛН
1lpor.u Ж\ ro'inoc I ‘••lilill* yr.1',ii III I’K’lirillt
Coi.iacno приведенной выше классификации механических
свойств горных пород средн прочностных харак1ерпстпк важное
шаненне имеют параметры определяемые понятиями сценте
пня А, и учла внугренпего трепня р.
27
Э.ч параметры получают из паспорт;! прочности горных по-
род, i-.oiojiu'.i! являются огибающие предельных кругов напря-
жении. Тикш огибающие строят на основании представлении
icopnii iipo‘-i:<>< in Мора, наиболее полно согласующейся с опыт-
ными данными о npoHiiociii образцов горных порос Отметим,
чю каждый от ic.'ii пый круг напряжений Мора соответствует
копир гному наиряжеппому юстояшно породы.
Сел лиево этой теории понятие > разрушении породы псо що-
шачно- оно oiipi'д’ляе.ся coin i.onieiiiieM касательных п пор
малы ых напряжений н будет иметь место либо в случае пре-
вышения касательными напряжениями своих предельных зна
пений, либо при прегышеипп нормальными раегш пвающпмп
напряжениями величин о„, когда касс тельные напряжения от-
сутствуют (т - 0). Геометрическое место точек гакмх предель-
ных шачепий -шибающая предельных кручо-з напряжений
обычно описывается параболической зависимоеiыо
с {Мг + о) I ’т,, - 2 у щ.Ц, + <\-J + <тс,.|}'''’
или (па участке вблизи осп т) поймой вина г К |-о к, р, где
т п о— касательные и нормальные напряжения в породе, н.тчо
дящейея в сложиопапряженпом соетояшпг. /х, сцепление по-
род (прочность при с щите при о 0); t^p -коэффициент впу
трепнего i рения порол (р — угол внутреннего трепня).
Имея данные о пределах прочно» тп горных пород ст, к п ст,,
(например, установив их для уплен но натурным определениям
параметра II*), можно, принимая параболическое описание оги-
бающей предельных кругов Мора,опрел?лить парамеция Ас н р:
К,.I)"’5 - 1]ар; р 2 [ aretKAf 15°].
i де
каким образом, зная вид уравнения огибающей для данной
породы (например, приведенный выше — параболический) и
имея для гой же породы данные' о о , н гы, возможно построить
саме предельную кривую, являющуюся паспортом ее прочности.
На базе паспорта прочности могут решаться задачи горной
практики. Вписывая, например различные круги Мора в эту
огпб-ющую, возможно оцепить ра-.личные соотношения пор
; альпых напряжений, действующих на элементарной площадке
л, криво лящнх к на щушенто породы, и оценить величины ожи-
даемых углов разрушения при рассматриваемых соотношениях
напряжений. Можно также по визуально наблюдаемому в на
турных условиях углу разрушения пород (например, пород
кровли) оцепить, но имеющейся чая них предельной кривой,
вы шившие их напряжения.
28
Рис I 2. Паспорт прочности угля I II степени нарушенное in Ворнутского
Mecsopo/хденни
На рш. (.2 приведен;, предельная огибающая кривая (О|/?/>)
V'i.1 прочных углей Воркутского месторождения, полученная но
стандартной меюшке но исходной прочности п, - 11,5 Mila и
гы = 0.(1 Mila, па основании которой могут быть решены обрат
иые та 1ачн. Например: определить напряжения гр (близкие
к вертикальным), если i орнзонталыюе (сжимающее) папряжс
нпе в рассмагрива мой точке со< ганило 1,2 МПа,
Н.ряюк решения будет -ледующим. От точки О пкла гы-
взется величина пл (отрезок ОГ, равный 1,2 МПа). Графически
. .ч-|'я центр (i. О-) круга Мора FBF таким обратом, чтобы
oi-:pv>i.ii.,е11, радиуса О-В, проходя через точку F. касалась пре
дслыын кривой в гичке В. Го1да точка / фиксирует вгличину
ьен гькалыюго давления со ж 25,6 МПа, что может соогветс гво-
вать глубинам разработки около 1200 м (при средней плот
пости пород уо ~ 2,1 4-2,2 т/м3).
Можно решить, как отмечалось, и другую задачу. Например,
устанавливаемый визуально угол разрушения пород в элементе
угольного массива, имеющего прпве генный (см. рис 1.2) пас-
порт прочности, '(/стаг.чяет около 17" (ф 17'). Но ним т.н
ним может быть щ-.-псно предельное состояние угля (о. II п.|),
пычгавике разрушение. 11оеле гов.пелъност. решения следую-
щая. Нз точки О, проводи гея (как пока апо на рис. 1.2) луч
О 1 под углом 2ф ~ ЗГ к осп нормальных напряжений. Нор
м ribiiaa к нему прямая ВС подбирается гак, чтобы опа каса-
л; ь нредельной о’ нбающей (например, в точке £>) 11 точке ка
гания восстанавливается перпендикуляр ВО-,. являющийся ра-
диусом искомого круга напряжений (BBF). Отсекаемые им па
оси п отрезки ОГ. и OF будут co''-гвсп гвонагь: о3 л? 1,2 МПа и
Oi 25,6 МПа. Некоторые усредненные характеристики углей
И)
Таблица 1.8
Прочностные и деформационные характеристики углей
< h linltiriJr IUl.ll’ гы ILnikii илиста (степень нарушен- ное гн VIVI я) Показатели прочное гн ДсфорМ.1Ц1|П11ПЫГ пока ча плп
(,СЖ- МПа %’ МПа к(. Ml 1.1 р. i p.l ц\1- £гр- Mlki "а.
Мощный Прочная (I 11) 13,53 (1,91 3,12 37 1360 0 24
Мощный Нарушенная (IV - V) 0,55 0,06 0,13 35 10 0,21
Тройной Прочная (1 11) 14,1 0 72 3,43 37,4 1470 0,25
Тройной 1Нарушенная (IV V) 0,6 0,1 0,15 30 30,5 0,35
11ятый Прочная (1 II) 10,5 0.8 2 5 36,3 503 0,29
Пя гып Нарушенная (IV V) 2,5 11.12 0.6 39 —
1k-твср гый — 16,72 1,22 3,86 36,1 1740 o.l
I |ерный Прочная (1 II) 17,52 0,88 4,24 37,5
(на примере Воркутского месторождения), подученные по стан-
дар! ным методикам для составляющих пласты пачек различно!!
i i тисни п ipynii иное in, приведены в табл. 1.8,
О1МС1ПМ также, что иногда бывает необходимым прибли-
женно классифицировать вмещающие породы по тому или
иному прочноегпо.му показателю. Одна из классификации пред-
л,т1 ют следующую градацию пород по показателю о(Ж.
1\ тпгсифпкациоппып тип вмещающих Диииалои из менения пара метра
порт) Щ-ж- ЛИ 1а
( лабые........ 25
( редней прочности Ю 80
Прочные 80—120
Весьма прочные > 120
В классификации механических параметров горных порот
и шболес значимой тля практики горных предприятий является
группа реологических свойств, влияющая па закономерности не
равпощспых процессов, про 1 екиющих в элементах массива, т. е.
процессов деформирования поро т, развивающихся во времени.
Такие процессы характеризуются поня тиями ползучести и
релаксации.
Явление пол.ту чести зависит от многих параметров, взаимо-
свя питых между собой, например
Ф (е, с, о, о, 7’°, /) = (),
где г- и ё — деформации и их скорости по времени; оно па-
пря/кт ния и их скорости по времени, 1 —температура; I
время.
Визируясь па ткспсрпме11та.'н.пых данных п принимая (ос
тавляя) в указанной зависимоеiи различные параметры, мож-
но получить варианты гипотез ползучести. Например, не нринн
3(1
Pin I. 3. Графики г =
= 1(1} для песчанистого
сланца:
Е Mrhoi.riin.iM дс<рпрм.ч
цпя <• . г><» М1!л
25t, гут
мая но внимание явное время, но считая, что юмпсратура кос
венно входит в оставшиеся параметры, получают вариант теории
ползучести, именуемый теорией (гипотезой) упрочнения, г. с.
Фт^'.ё, о) 0 Оставляя в общем выражении иные аргументы
(в соответствии с какими либо конкретными апостериорными
резулыатамп), можно получить иные гнпою.зы ползучести
Так, тля гипотезы старения .зависимое и> примет вид Ф(г.ст,/) =
= 0. Могут быта и иные интерпретации этой гипотезы.
Горные породы — материал неоднородный. Поэтому иепо-
epe icTBciiiio для них выполнен большой объем эксперименталь-
ны\ исследовании, в процессе которых изучалось поведение по-
род во времени развитие' в них деформации при постоянной
нагрузке либо изменение (снижение) в породе напряженно при
за million (consi) деформации. Первые отвечают понятию пол-
зучести, вторые релаксации.
Характерные тля горных пород жсперименсальные кривые
полэучестн приведены на рис. 1.3. Деформирование пропето
днг в три стадии: / — пеуста повившейся ползучести; // уста-
новившейся ползучее । и и IIJ прей ресснрующей ползучести,
заканчивающейся pa зру шепнем породы Можно принять, что
общая скорость деформации породы прете 1авляет собой сумму
скоростей упругой ю и пластической гп деформаций: dr/d/
= dm/б/-|-(It-.i/d/. Sri зависимость может быть преобразована
к виду
de/tk do/(Ed/) 4 <т/ц, (I. 1)
поскольку г/ ст//:, а скорость dr„/d/ пропорциональна прнло
с |Ц',| ( X а,
жепным напряжениям, г. е. — — (д ,,(>т ц здесь
понимается коэффициент вязкости порол: ц - Еп/о. где /() по
стоянпая, выраженная в единицах времени. Уравнение (1.1)
пазывае1ся уравненном ползучести. Если в этом уравнении
о- consi (do/dA = 0), то деформирование пород происходит
некоторой скоростью, определяемой уровнем aeiicгвующпх на-
пряжений.
31
Горные породы, как известно, обладают эффектом так щ ты-
в.темой наследственной ползучести. В момент времени t дефор-
мация ползучести горных пород зависит и от предыстории на-
гружения.
Если в момент времени т: действует в течение времени dii
напряжение п(г|), то деформация dc„ к моменту времени I будет
зависеть как от л(т|), так и от функции разности двух пере-
менных (/ - п). Поэтому уравнение ползучести в этом случае
I'piIMCI виз
Е (/) =
I
о (/) + j L (I — -г,) <т (т,) Иг,
о
где <t(ti)—напряжение в общем случае (зависящее от вре-
мени); I, — переменная интегрирования (0 < т, < t); L (/ г) —
ядро интегрального уравнения (ядро ползучести), характери-
зующее скорость деформирования.
Для горных пород обычно принимаются либо степенной,
либо экспоненциальный вид ядра ползучести.
При степенном ядре L{t т() б (z — Т|) ".где fi > 0 и а >
д 0 параметры ползучести. Для основных вмещающих пород
угольных месторождений эти параметры имеют следующие зна-
чения.
Порода
б, си~'
а
Алевролит
0,01
0,7
Аргиллит
0,004
0,7
Песчаник
0,001
0,7
Известняк
0.002
0,7
При экспоненциальном ядре L (I — т) — ас Ь(' где а и
в — параметры, характеризующие ползучесть.
Отметим, что ползучесть горных пород существенно зависит
от ориентации прилагаемой к ним птгрузкп: параллельно пин
перпендикулярно напластованию пород. Обычно во втором слу-
чав деформации ползучести больше, причем разница може! со-
ставлять до 1,5 раза.
Важным при оценке состояния пород является процесс ре-
лаксации в них напряжений. Если в уравнении (i.i) принять
нспзмеияющпмпся во времени деформации (df/d/ = 0), то оно
определит некоторую закономерность изменения во времени па
пряжепип при фиксированных г. т. с. dt»/dZ-- = п//п. Последнее
уравнение и описывает явление релаксации напряжений. Отме
|пм, чю нрн релаксации возникшие при заданных е упругие
деформации со временем переходят в деформации пластиче-
ские, поэтому первоначальная форма образца не восстанавли-
вается после снятия нагрузки и в том случае, если напряжения
при этом ниже предела упругости для испытуемой породы. Для
многих пород экспериментально установленная форма связи
между о и Z имеет согласно вышеупомянутому Источнику вид
<7 = <т11е //г", где (Ти— первоначальное напряжение в образце;
т()— период релаксации, т. е. время изменения <т в породе в с
раз. У скальных пород тп составляет сотни и тысячи лет ( i-’isi
32
cuii.. in.н|ч » in .таксации v такою минерала, i<ai
11 с). Ч.ь г) . । .цепки pc i'км inn •войен pc ।
( и oo-.'iiiix u a'icaiiti i) пени. с. ' ;। ............... и i
пинаемого относительного падения панряже i;i । nope . orp:
жаюшцй a iipi.’i'. "1. епкженш naiipa ,-i lociaronno
poi'iiii pa a <(,'i । iiiiia, <. . Ц." a< . n aip'iMi i
па, ...тр liiM.aiih . . oi I io % (ирп ; If' ” для \i.ic ма-
рон .i'll 1’2, Б I '.Of)T Г.С "<.4;|l( I
lipn oikhik iipici'-ia pa ipyiii'.'i; м':i c. p-
чых пород I’o |..| , .41111 '-iio.'ib veic'i .".iii' наша ii,"
ioi iii lion.»! I‘i (b' lK'Mciio'"ч ii'tcci- )' ii.ia ic такие .тракlepii
( 1 II (',. tilBHIe I IPTi IbllOli lipo'iiiocill) , ’ Известно. Mol VI .'>'.IIi>
'loeipoiiil' hi о. ,e <"-.1но1с|1 yioiuax кривых потзучестп.
паки к fxi..ee '/'iin" отражающей фн шчсекую <yn> npo-u a
P i ipyaieiiH . горных in p (пяртых ic i) iioci.hio a > i-'kiK "i
.’leiii'.'.i рассматриваются u свете нре iciанленчй термофлуктх
n.iHiniioii leopiiii pa.ipyiiieiiii'i. P i (работanna. .ik.ti. С. 11. Жур-
i. him, op । трактует ироц, разрушения хак iie:ipepi.i:.iii.n‘i
процесс нагон.iciiini hoi ;>еион: Hiiii, нрнво ivphih в конке концов
I, н i.'iiiOMV р' .рушению твер loro i.i. В нам (пкишнин нрн-
.!(»i,. iiiiue к телу Инешине сн'1ы (в cooi ., ictbx ioihiiu нм и.'пря-
женик п в нем) .liiiiib сокращают i.'imo.рлюсть его суЩ(с;во-
ванпя в iiepa.ipyiiiviiiioM cocioamiii. Закономерное п> икою о-
ipaiUciiir.i п<» С. II. Жернову онпсываекя -жеи пепппа >иым
(равнением вида
/ /.ехрЦбЛ, —ое)//\7|,
। ic /, некоторая константа, отвечающая по поря тку величии
верно ..у к(i.'ieoaniiii атомов в теле (не hibiiciit от структуры п
химическою состава тела), л 11) 12 с; U- — энергия активации
процесса разрушения, нс зависящая от структуры тела (поря-
док величины 10 Дж); о—активационный объем, за-
висящий ст cipyKiypbi юла п составляющий К)-’— IО4 атомных
оГплмов (порядок величин ла; К) 27, м°); /\1 мера энергии
теп в 1’Ы.х флуктуаций, Дж; К = 1,38-10 23 Дж/К; Т - абсолют
пая температура, Л.
И' кинетического уравненья следует, "io нрет'л прочности
тела определится как о,-— ((Л,- /</'In///(,)/(, г. . швпеп; oi
тнергии актнванпн п актннтцпонно!о обч.ема, температуры п
тп Гетти.'сттI 'ей'-|вня натру н.п.
1х . уже отмеч,1лос1,, (репомепологнчсекпс нс лс '.овачня
также по (тверж taioT поел; тше угверж icinii
Cooiветсгвуюшая определенной длнтелыв’етп i>- ictbu i нс
I рузкп прочносн. пороты и-'.;ы тся ттпг<’лы'оп нрочпоепао
п(„. Параметр одл изменяется от величины о, (предел пр ”
нести при кра।повременном нагружении) до величины , ян
лчкпцейся продетом 1лнтелы1ой прочно- тп (ai iiMiiroroi. i|i\ пк-
цпп п.,, — J(7)).
3 Tl. М П раскури кип
33
Для инженерных расчетов подземных конструкции пдл онре-
теляегся обычно с учетом срока н.\ службы. Для основных
вмещающих пород угольных месторождении п, ~(1,2- 2)оч..
Контрольные вопросы
I Каковы основные нрочносгпые и упругие .характеристики юрпых по
род. их определение.'1
2. Что такое < ширетельное» деформированное состояние горных пород
его хирактерне тики?
3. Ilepcniicjiirie основные факторы, определяющие нрочносгпые и упругие
характеристики юрпых пород при испытаниях и Jiabop.i горных и натурных
условиях.
4. Что такое жт пресс Mero I определения механических характеристик
юрпых пород?
Г>. Каково основное содержание тадачп «планирование эксперимента»?
(>. Что является основными параметрами паспорта про niocni» юрпых
paCioi ?
7. Перечислите основные тадачп, решаемые с псполт.зопапием «паспорта
прочности» пород
N Какие параметры характеризуют неравновесные (развивающиеся ио
времени) механические процессы, протекающие в массиве юрпых
пород?
3. УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ КРАЕВОЙ
ЗОНЫ МАССИВА В ЛАВАХ УГОЛЬНЫХ
ПЛАСТОВ
3.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Краевыми зонами называются прнконтурные части массива по-
род и пласта по всему периметру очистного забоя.
Нод управлением состоянием краевой топы массива в лавах
подразумевается система мероприятии, обеспечивающая пзме-
непш в допустимых пределах и !11ряже!111о-деформ!1рова11но1 о со
стояния пласта (и пород) в очистных забоях.
При проведении горных выработок в массиве происходит из-
менение сто первоначального напряженного состояния. Особен-
но большое изменение напряженного состояния массива вызы-
вает вс теине очистных работ. При »том нарушается исходное
напряженное состояние пород и происходит интенсивное дефор
мпровапне большой области горною массива, вплоть до новерх-
нос гп.
В связи с ним главными задачами управления горпо-геоме-
ханическпмп процессами является либо создание условии, обес-
печивающих надежное сохранение устойчивости -моментов
массива и выработок в течение необходимого срока их сущеетво-
вання, пли, наоборот, создание условии регулируемого дефор
мирона пня пласта и вмещающих пород, их разрушения и сдви-
жения в допустимых пределах в соответствии с требованиями
безопасноегп при ведении горных работ.
31
3.2 . РАЗРУШЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ В КРАЕВОЙ ЗОНЕ ПЛАСТА
Изменение напряженного состояния краевой юны пласта (в ре-
зультате ведения горных работ) приводит к деформированию
и разрушению массива. При этом на основании работы можно
выделить пять масштабных уровнен разрушения.
I. Субмикроекоппческнй, при котором ши разрушением
подразумевается разрыв гтомных или молекулярных связен.
2. Микроскопический, при котором происходиi рашнтие
микротрещин, плоскостей скольжения, приводящее к разруше-
нию отдельных кристаллов п зерен и разрыву связей .между
ними.
3. Субмакросконпческнн, который по.дра тумеваст разруше
пне в отельных обкомах горной породы с образованием
греши п.
3. Макроскопический, при котором р upyiiieiinc рассматри-
вается в масштабе отдельных элемспюн системы (в масштабе'
всего пласта, слоев кровли)
5. Мегаскопический, при котором рассматриваются гене
ральпые разрушения пород (вплоть до поверхности).
Оценить степень деформирования (разрушения) краевой
зоны пласта каким нпб\дь одним универсальным показателем,
как и сопротивляемость горных пород разрушению при юбы
naiiini в краевой зоне пласта, сложно.
Грудноегь в оценке сопротнвляемос i и горных порот разру-
шению каким-либо одним способом н универсальным ее пока-
зателем повлекла за собой изыскание и разработку многочис-
ленных способов и многообразных критериев оценки напряжен
ио-деформнрова иного состояния угля п сопротивляемости его
разрушению при различных формах разрушающего нагружения.
Для успешного решения вопросов, (-вязанных с совершен
ситованием горною прон шодегва, применяется дифференциро-
ванный подход к разным группам задач оценки еопроiпвляе
мости горных пород разрушению, из которых можно выделит
следующие три группы.
I Общая опенка деформаций краевой юны и сопротивляемо-
сти разрушению пород и пласта угля iipiiMeiiine.Tbiio к разнооб-
разным производит венным процессам Такая оценка необхо дима
для выбора общих направлений механн <аппп, технологических
е'ем, для решения многих вопросов при конструировании н
расчете механизированных комплексов и другого обору
новация.
2 Уточненная опенка сопротивляемости разрушению приме
1ШТСЛЫ1О к отдельным процессам. Гакая опенка нужна тля кон-
струирования и расчетов различных горных машин (в первую
очередь, пх исполнительных органов и рабочего инструмента)
для определения рациональных режимов pauoiu машин н целе-
сообразных областей их применения, а также т ш целей гехнн
четкого нормирования.
3* 35
3. Оценка применительно к частным задачам научно ш с
юг польских работ, связанных е разработкой вопросов теории
ра..рушения, созданием новых расчетных мт готов.
Требования к характеристикам свойств пород в краевой зоне
и к методам установления -mix свойств в ка ..дон на неречис-
Кчпых труни не< щпаковьк н cicneri. ionic hi опре . ччшя
различна
Для решения hi дач первой группы примсняс:ся пи рок*.й
набор методов оценки н критериев, . шовными из которых я.,
лякнея с тедующпе: линейные величины гпясптельных смеше-
нии (сближении) кровли н почвы на различных расстояниях
от .111111:11 очистного запоя; величина игр», мешения кромки
пласта н сторону выработанного пространств;* параллельно пло-
ско» in напластонаппя (от/, нм пласта): r.iyoinia, с которой на
чппасгея двп/кеппе угля в вырабо 1 чип. е ирис г ране гво; напря-
жения п деформации угольного пласта нз ра-личном удалеипп
от .ниши очистного забоя; характер разрушений и расслоений
пород вокруг выработок; предел нрочн ста вл сжатие о пру-
де.. прочности in рас I яжепне «<Р. ,ф; пре ул прочности ча сдвиг
(скалывание); предел кгрочпости на н.ипб: твер цк ть; контакт-
ная прочно н, . ip
Задачи установления пока .а гелен сопротивляемости р.пру
шеццю применительно к от гельпым пронзводетвепиым пронес
сам ( ia'iaHH шорой группы) (.тнпмают центральное место нрн
р чете н кепструироваипп машин п пн. ipyментов. Такими но-
ка шгелямь явл-чогея: conpoi ввляемо-ть yi -и ра (рушению ре-
занием габое; крепость, опре гсляемая методом сверления;
энергоемкость ра-.рушения; динамическая твердость; абразив-
ное п, п tp.
ilpn оценке еоетокння горных пород применительно к па-
пам ipeu.cii группы наиболее распространенными пока нпетямп
яв.':я1О|ся гоирогпвлеппс пород разрушению при воздействии
члем-шггарпых i iiipH/Keni.-i'i (сжатия, расi Ш/Кеняя, сцвш а, из-
гиба), модуль yiipxioc।п, коэффициент Пуассона, пластичность,
ползучее 1ь и пр
При изучении ме- отческих харакrepi'ciпк пород, окружаю
щах вырабо!ку, важное значение имеет учет их реологических
с во-ц-1 в.
(.3. ОПОРИОГ ДЛИЛ! пин
О rciiet'ii деформирования краевой юны с\ imi по характеру
ра пре;к цчшя оноршн о (звлепвя
’> краевой части чл -ci ; вблизи опгурч ограбогаг.чон пчо-
Щ.-1 ш образуются <очы повышенных по сравнению с у // ежи
м Ю1ЦНХ панряж! unii. Эти зоны, называемы ими onopnoio
давления, схемлтичио показаны на рис. ! 1 и 1.5.
В среднем сечении впереди л ты, в зависимое гн от величины
iiaiip'i/Ki-inii": в гр.чч.ой паси!, можно вьюелпп. четыре :епы:
36
I 11Г. I. 7. ( .XVM.I p.-irilpC’irJH’l))]': О1Г()П1НИ() ДЦBJk'illlM
Hiii-pc'O! забоя:
1 I. .pun • IIPj r<h • ?
Х II" (MUUldM III 'M il '4 1
I ii'» i горни >.i. । it ip . ।
Д Mi-b'IIH II J litIn I 'I.К i (II.
f'itr. /. H .ojfiiiiiiji nop
мальпыч н«111рнл«||11'.1 'J
.011.1’ опорною '(«'ИМН-ПИЯ
II I lUl.K'l.l (ни
им \ Ьор.н ив.i)
зону h пн.! спим.' и шряжспнй (первая юна) 1; iijiij iioi’j.iiii.'ii-
in.i.x ii.'iiip <ж inii'i b; .зону пониженных i: iiiiinweiiuii (шорая
on; //; ону напри/-1 i.iiii, G/ni.ti-.b ч ’ черной .чы>», Г Ixoiik-
рен распре 1сние jinx .он, в "..•‘•.•тност; цлпчпс "ли oi
С’ - I. I.lop, зоны 11.11111,м ИНЫХ ll.'Hip.1 I'H’l 'al’i ill OI
ciро» i:hh, ro< i.ma и если’к’гва пород.
Распре шленне опорш и явления </ в ср. it-m ceMciniii inie-
pcai: .лапы не craoii.'ibiio, оно <ai<neiir or процессов ;с<|>ормацп11
и pa iiieiinii neiiocpi u riiciuioii и основной KpoB'iii. or > bohcib
a. a, пород почвы. Величины деформa и нii n pa ipyHieiHin в
кр icBoi'i .one определяются птношенпямч niii?' ’чвпосгп опор-
ной. i.-ib.uciihm к механическим характеристикам плаега, уело
। ли па кош :к1 пы.х поверхностях, про ’олжн 1 e.'ii>i’O'-iыо леи-
. > ’.ня нагрузки, етроенп м n.'iairi и многими гругпмп фпкго
рамп.
В сооГ|'.е"тв:1п с и меняющимся напряжеппым состоянием
.храапой .опы под нте-цшем сил бокового ре • >pa иабл1одас1ся
я. шпане пласта в < ropoiiy iii.ip.-PoTai.-jo. о ipoc грапетвл (or-
г. ). Если сопротивление иля в пласте не у ьов.четворяст усло-
। nepa.ipyin icmociii (., cooTBeicrr. iii приведенным!! выше
к орнями прочно- гп), к,- н..стуши. , его j a ipyiiieiiiir. Общий ха-
р r.iep 'letJiopMaHii i лра-сши юны нласга, kpob'iii и почвы п
р । гер р".еире.чс-леп1г ipnoio л.".|’лс1;1!я ni'e’u гчвлепы < хе
ы "Ч<! на рве I. (>.
Когда папря t; » nraioi пре icni.'?. <> шачения о,,
n.'iaiTc разни впючея .ретины отжима, чаше псеп пор
....... К li IOCKDCTH н-П i;'l lOBJIllIM и в основном Пар
< ' ные обнаженной новен ikjciii. Разрушепш yi.-ia пом
‘•.ivnai происходи г в виде осыпания (ра ’.рыхления) laoo'i г 1
в |>н.iH.il.алов кусков различной формы п на н.ш .с О'
ЖИМОМ.
37
Риг. 1.6. Динамика опорного давления при ралданлннакпи краевой зоны
„ласта:
1 3 эпюры опорного 1;1н.чспия <1 до p.Tt длили n:iii им кр.н'иой юны S; после выемки гю.ю-
VI.I угля и после р.*11<длклпнация крдений юны /([ ширина зоны поддержиплемо! о при за-
пойного прог [ранетка; С( ширпил зоны рлзрмиенпя (явного ог/кпма); Со ширина юны
уплотнения: ViR уменьшение мощноегп пласта h при с/клгпп красной юны опор
ним laitJiciiiivM ui снег нччннгпя почвы и опускания кровли соответственно
15 последующей юпе опорного давления деформации не in-
i'пиают предельных значении п уголь в ней не подвергаете»
заметному разрушению. Эта часть и.часта называется зоной
неявного отжима. Однако даже если деформации растяжения
не достигают разрушающих значений (первый масштабный уро-
вень разрушения), то п в этом случае они ослабляю! краевую
юпу пласы, что приводит к умепышчшю энергозатрат на ра з-
рушеиие угля нрп добыче. В зависимости от состояния краевой
зоны пласта изменяется его сопротивляемость разрушению.
Выявить эффективность тех или иных условий, влияющих
па степень •(сформирования, позволяю! аналитические методы
исследования.
Вели рассматривать в качестве юркого массива твердые ело
истые породы, то можно отметить, что опорное давление пере
дастся в направлен!!!! сверху вниз, от слоя к слою, от пачки
с 1оев к. пачке то самого ра эрабатываемого пласта; оно вызы-
вает «’формации iipiiKoii т\ рпой части разраба тываемого пла-
ста и, в конечном счете, пере тасгся на породы почвы. На осно-
ванзп результатов исследований для режима установившегося
движения предложена расчетная схема (рис 1.7) п следующий
поря док расчета опорною давления.
Г рассматриваемых поротак опорное давление является ре
зуль г-ном суммарного действия веса пород покрывающей
loam!! и вращающих momciiiob, создаваемых всеми зависаниями
->тнх пачек и отдельных обособленно деформирующихся слоев.
1хаж (ая вы делившаяся пачка слоев (пли обособленный слой)
38
Рис. 1.7. Рлсчсгиая cxim;i для определения шага оорушеикя оспоинин кров-
ли и режиме установит 1егося движения (по А.А. Ьирпсову)
работает шало! пчпо балке па упругом основании. Но-лому рас
чет опорного давления сводится к суммированию воздействия
всех пачек на разрабатываемый пласт и гаключается в еле
дующем:
а) составляется типовой геологический разрез для данных
условий;
б) па основании исследований и по литературным данным
определяю гея механические характеристики пород;
в) производи гея разделение толщи пород па пачки по же-
сткости слоев. Слои, имеющие значительно меньшую жесткость,
нежели подстилающий, считаются как нагружающие;
i) определяется нагрузка tj, для каждой пачки (слоя);
д) для каждой пачки определяются шаги обрушения L,\
е) для каждой пачки определяются передаваемые преды-
дущим обломившимся блоком на тавпешпй блок сосредоточен
ные силы Р, н плечи
ж) определяются вращающие моменты для каждой пачки:
хлг Л!,,/’,/,;
г) для каждой пачки мощностью //, отдельно расечпты
ваются для четырех-пяти точек напряжения по формуле
(/i v~h7Ti FT’
где
ч = < l/J“ 104 lJ,v + f’AIo(cos (it - sin (it)] +
+ C ' 1(W, *C<’4 P ' * ~ SIU ' ’ 1(J/'
p -
39
Г J, — соответственно модуль упругости и момент инерции
rii( -моста; R — реакция крепи; р— коэффициент Hyactoii.i;
/’ > ocpi loioMei'.i' iH сила lie11<; юшд ii на конщ i.uiieo.iu
кро..ш; А.',, и и iiPaioiinin момеш; г/ , .aKpeii.'iuioni.-is’ па-
ус , которую реке,пси чуется нрнппм т гь па и попапп iiiixi-
пы г,.1о. . । Ч'п । ! ср." ши •• тениям; opiieiiuipor-иных
р.кштах , > у ,//; Г„, нг.п-с юниый мо ,\.н. упругости, он
ре 1 ;емы" и । формулы
Г.т -модуль продольной упругости нла» та.
Расчетный шаг обрушения ка/ ioii иач! он ре.челне i < я и.»
1;ыраж< пня
। е„ - предел прочности слои поро t па и инб.
Если деформируемость краевой зоны платой велика, то рас-
четный шаг обрушения определяется по формуле
। и- фр — параметр, определяемый опытным путем; в расчетах
можно принимать ориентировочно ф„ 0,6 (',7 м’;
н А / -"л -
1 V Wb./’P,
Затем г.о вычисленным значениям т/, строят часгпьк лиоры
опорного ьчвлеппя, еоз тачаемые кажчоп пачкой, но которым
• агем графически потучакм суммарную эпюру опорного дав-
ления для срединного сечения в вертткальн ш плоскости.
3.4. методы И СПОСОБЫ ВОЗД1ИСТВПЯ
ПЛ КГЛ1ВУЮ ЧАСТЬ ПЛАСТА
ILe.'ib управления состоянием краевой и’ны массива в лавах
со,тайпе условий тля безопасной и эффективпой разработки
месторождений полезных ископаемых, т. е. обеспечение такой
||| I H.'pure.l! ' г..' 41 ОЮЦК и yio иного мгц-спва II OHIICTIiOI’O
<ао -я. в ре и льтатх- кот. рой при дапноа технологии будто оз-
: ‘Чы ' лоння 1лч i .н’бо.чее чЬе скiявного разрушения сголь-
ног; массива псполнптет1.нымн органами выемочных машнн н
облспечепа наш' лее высокая нр<н ’ночи гелыюсть бе ••onaeiioi о
гр\ oi.
'» П ' . еяш.ее время проводятся несло чокания и iipaKi пческие
работы, ii'i'BO'inioiiir. выяви!!, тффсктшшосгь тех пли иных еш
"efiiB управления состоянием краевой зоны (массива) птотои.
Ц>
Классификация наиболее pacnpociр'нч-ппы' способов представ
лена на pi,i. 1.8.
'll'),IB1 ll'le ',[)()!.I I ОЧИСТНОМ at;.,- СГОДИТСЯ I ‘ИВЛ(
iinr> muz, г •ичср тсы/’Ч'ои крон. и is при шбопном про-
траг шог, ioii 1 p< ,,.:n ' выработанным i •трап-
пи ।
Ci!' управления крос.ле i M-,zKii(> pa ie.il! гь iri ipn
i p\ n:.r
i л iei i nmie r. lypa-.aniie кровли в выр.1601айном про-
i| । , . • ,n в-. ,-> , , i сне: ' "in.sol in и । • а в’ion i>i
,e.in >в ля (n.’.iei ). P I улпровапш деформаций • роили н
краевой >'ii,i ii.'i.in-i при ecie iBcnnoM • hot lepa-.amiii ос.щс
.-и " ы. ".ром форм размеров очш.гшио простр , на,
ми. ра мер ми и раепо"', aciiiicm не ikob Нрн по > держа-
нии ,;>(,!< in па целиках •'poprc.iiuin (разрушение) краевой юны
'i. I:;ыоя, как правило, вевелпкп.
Обрушснп кровли осуще- тьляетея in вш . площади выра-
бопшного пространств (поли обрхincnii •) пли насгичио па
or,ь.ных участьях (чае 1пчиое обрушеш . ), гнбо опусканием
. р, кровли и почву больших и." чца "ах бе1 разрывов
сплошноегп (плавное опушка и по).
II, пае обрушение is.pi.о.чи ирон но ил периодически по
мере но'вш Н1НЯ очистного забоя ta иди ,елями призабойного
про-Tj г-" Расстояние, ч’р> огерш •поизводи гея нску'. -
( 1чеш 1 p'liieniie, ьазызаеп п: км и 1 . С'Ч'Точщ " крас-
но 'шы при этом свя ано с всли"'Ч1< ’ 1'iar.i посадки
С1\иеш, сформирования краевой soiii-i нлаета при управле-
нии ' [’.селен полным обрушенш м швпши степени погб' чп-
илппч >Bi, по1цп\ пород ; i-ырабоы ш-'i простраи гвс. При
обрепп-ипн пород iiciioepe.ierBciiiiOH кров ли происходи г п.\ pa I-
|'!>Г\ ICII11C, ОНИ могут полное 11,10 1'0,'1.бу ГН 1 Ь породы исобрушпв-
i)ie,’„ я основной кровли. Зависшие породы , сшитой кровли, не
рекрыв.-’.я приз'Поёное простри нс 1 в< . опираются с одной ею
роны па краевую лону пласта, а с другой -на обруш иные
по[)<г|ы непосредственной кровли мощностью hn.,,, уплотняя их
1 и что первоначальны ' объем 'раз,ял сипя обрушенных по
[>о I, ' Moniaiiaeic!i со временем. КолЬфнпнепг |>а,{рыхления об-
рушенных поро', после их у'ло| неппя (oei a to’ihmii коэффи-
циент разрыхления А’,, ,) оире < как отношение обт.ема
уплотненных пород к об нему o6pvni4!',niei оси лоя кровли. Чем
больше тш incline /(„. к//щ , м больше остаточный ко л|>фп
цнеит ра 1[)ыхлепня поро'. юм м •ныне ен’пь деформирова-
ния краевой шы.
Значения кол[)(р|щнепгов ра .рыхления обрушенных поро I. п
и. ситочных коэффициентов можно нрчппм.пт. < эгласно табл. 1.9.
Искусственное поддери пипс i п ыиаегся на спз
Танни искусственных опор выр lai'ii'c. про"i рапесне. Для
-пои выработана ie npo'ipiiic, л i ia>'. пяться [ш.з.ш".
вы ц. tai-; налываемпм'! s.i: г1 । ль, . \i,i i pn.'i i..mb, i оторые,
11
Рис. 1.8. Классификация способов управления состоянием краевой зоны массива в лавах
Т а б л и ц а 1.9
Коэффициенты разрыхления осадочных горных иород
1 |<1рп ! - Ко ^ффннш-н Г р.'ГфЫХ Л1Ч111Я обру 1111*11 пой породи Ос 13Тг>Ч111.гй ко тффпцнент р.чзри члени я
Песок 1.05 1,15 1.01 -1,0.3
Глинистый с танец 1.4 1.10 1,15
Песчаный с.ааиеи 1,60 1,8 1,10 -1,15
Алевролит 1.2- 1,7 1,15 1.20
Аргиллит 1,15—1,55 1.20 1,25
11 есч .вI и к к р еп к и й 1.50 1,8 1,25 1.3
наполнив выработанное пространств, образуют закладочный
массив. Технологии сооружения закладочных массивов искус-
ственных опор весьма разнообразны. Закладка выработанного
пространства также способствует уменьшению смешении кровли
в призабойном пространстве и снижает степень деформирова-
ния краевой гопы.
Hi n.uaciax с ।рудпообрушаемымп кровлями, а также при
недостаточной для по доучивания мощности непосредственной
кровли применение способа управления кровлей полным обру
шепнем вызывает определенные трудности. Первые осадки груд
иообр) шаемых пород происходя 1 при обнажении пород па зна-
чительных площадях, что может вызвать ингепспвиые дефор-
мации в краевой зоне.
В этих случаях применяются специальные мероприятия по
разупрочнению пород.
Увеличение ширины призабойного пространства приводит к
возрастанию опускания кровли п деформации призабойной
части угольного массива, а следовательно, к снижению еопро
iпвляемостп угля резанию. На основании измерений установ-
лено, что с уменьшением ширины призабойного пространства
па I 1,2 м coiipoiпвляемоегь угля резанию увеличивается на
15-20%.
Уменьшение ширины захвата исполни тельного органа ком-
байна, 01 рапнчпвая длину зависающей консоли кровли, приво-
дит к уменьшению величины опускания кровли, глубины п ин-
тенсивное гп О1жпма угля.
Силовые характерце гики крепи влияют на опускание кровли
п, следовательно, на отжим угля. Увеличение жесткости крепи
приводи г к уменьшению отжима. Сопротивляемость угля реза-
нию связана с величиной предварительного распора крепи и
временем ее установки (после прохода комбайна).
Контрольные вопросы
1. В чем состоит основная управления сосшяппем краевой зоны
массива ?
43
K.'.hiiv (ннинпче ipvii:i:i i <>iec»ikii • (и:|>ог.1вляс\юс: ii горных пород
р: «р р.«ссмi pi’« iiojf'i i«. 1 КО1Г«\| • «»’hn rpjil B'-lp.i 1Л11 113
Ml i’\ . hil C(.‘ ((ШИПЯ » ill!.» I ОПГ .К» ' •
i. УСТОИЧИнЮСТ'; HF ПОСИДСТЬ EHНОЙ
КРОВЛИ В ЛАЕ.. <
Он noil проблемой псрпч нстрюванпя рубо.ы м о-
MCXil'i'' ЛНКШЛПНЫУ ОЧИСТНЫХ ,16'iCB якяш u-я беспсч: Ш1С v ioii
чпвосги кроили в пригабонном пространстве.
1м мп нкепы M.'xjnr проваш.ые кр. ни обл 1’"’ю г весьма
' II 11-').’1 приспосабл'г b'lCMOCi ЫГ> К I! >.л.<'11ЯИЧ!1,1МеЯ 'НПО ГН
".('rii1 условиям .Можно ска шть, что нс меры но повыш чано
работоспособно! । и 'm k'iiiii про..иных крепей л ip: члены на ую
v.-r-i-cei oc ii кинем m-'iecKoe упрочнение крен- Kai. пропило,
результате i-аГ под.. егся • |огчнн.'.я ,. iri.eii;bi,i к in HbiiLieiniii
i.ii ia.i.-'iecMKo' 1 г ме' проданных кренен что удорож кон
: ip' «iviio и ус i'.-Ki'iiei yupai I иш ею.
Г ii ,< с ер-ч я i.opviiiein пород в нргз.Дх пюм про--1pan-
ci ока i.iii;'я ii fiocpc.'ieiBe’iiioro (д.1нггивче< K'.’io) ;.o<'(i"’i
<1шгл и ..[ инь, иырх шяег и.in в лае! I. возможным выв. чн'
ши прак'.пч нс. х .Тино', тех по. н -in Heci-oi о процесса выемки
у;. я с i.-.i
I. л)бр::..ов,чп1Я увслнчнвасгея он носи
I р.,1'миров;чп1я горнор. 6ij-.ii . д ромождае1ся при i " liiiiK
нр.п । pai'ci "о, С1ш;жш tc'-i качество ноле >ного ненова мого
it,,.- ...I нож|<| । I!. ч гк । обр'пк ния пород обра
:ук )стн крон. чем 11 ру 'И.'-н гс I iii реднцж. :ие с: к
С Illi 1.1
К iip.i-iiiKi . ii'iiiir очке 1 ны. p.'ifi'ii и управления шым
•in.'i. rii' ! с.'я ю.'пца iioiiii i. .шлс1 ношах над угольным пла-
1'1 р l.'lHl'Il ' i Cilio i'.i 1,1 НО pc IC1 BCIHiyiO II OCHoI пую
кровлю Критериями такого pa деления ш тяются размеры пло
IH.I и щ-е (единого .тонча""' of ."ля синя кровли, еречнпе раз
меры '.'ков (блоке.!'.), па которые разрушается iiopoiiibia c.’ioii
и i.pfi-'H папам тры сплово.о ii KioicM.iгнчеекого взапмотеп
е сц 1О„ ПоГ.'Н (' lipi заб'"'|;г>Н 1-рс,.Ы0 11 Т.
( , и ,ю |и < inc' и - i шт ч'1'i влияет на работт об
к шин п '.к -.uni «мов ,!<< чор-ииленса оборудования и при
, |U), 41 III' Hl < 1.ШЧШЧ1 Г ВЛПЯШ1' о< пов-
iioii ,j ;,i .a oT'ii - ключ.’, юте в елетуютсм:
I) и1,:' оГ rvnie:i; in iioi'pe " "noil кровли сое гав чш г 0.1-
(I,; pi . ,i6p'. i'n пи'-1 л.овш '<р(>1, а в в vc га iiobi। вшемея рч .-киме
обрушения;
'!i T.iT.'iHeei. . ih ichu еторсны зш цсакицих коневлеп
н об1)1г1иаюш,1'х ' "К о'нов но и кровли на при niOoiinyio
к(>епь г 1,2- 3 р ы выше, чрм .давление, (Ьормпрусмое пено
средств' И".оГ< кров, -'i;
14
3) г процессе онуск.’н и я блоков основной кровли возможно
tj oj>MHp' лип динамических ппгру -ок па призабойную крепь,
410 Be.li.-T К ПоВре ЖДС 1111'1 .V i ндр.-ш'шческой системы ИЛИ самой
i- o"<-1 руке ин < скцпн крепи;
<) сравни iv.iihiio большие ра «меры г: вш-.-пощпх консолей ос
ш иной, ереж те 41'сто тру тнообрушаемоч кровли определяют
формирование значительных конценграций опорного давления
ч краевой части угольп.ио пласта н в примыкающей к краевой
части пласта области пород, г. е. в кривой ише. Ilpn -лом р 1i-
рушаетс-. (ра т.н-тпвасгея) краевая часть пласта, формируется
гак называемы,! отжим угля. В то же время разрушение уголь-
ного нлаега как несущей опоры ведет к повышенным опуска-
ниям нижних, наименее прочных слоев пород. В результате
iieiiocpi в'гвенная крозля разрушается от расслоения по
плоскостям панласгош'-нш/. (слоне гос гн) от изгиба слоев в
призабойном. 'данным образом, неподдерживаемом простран-
стве в oi сж.тнг.1 г зон" высокой копнет рации опорного
Д111 . Cllll'.l
I (роис-1,1 развития от им । в пл । тт и опрюиия кровли
в пришв'- пом ноостраш |ш. бысгрощх гскающпе в отличие от
прощ<< постепенного прироста конценграции опорного давле-
ния и;;, к рем ко опоры--х I ольного забоя. Эго различие опре-
деляет характерную форма мелкоструктурного разрушения нс
11ОС| е ,'Ц I . г И1; кровли II круп ПОСТ рукт vpnyio форму разруше-
ния огненно I Крон.111.
4 1. 11ОНЯТИ1 устойчивости непосредственной КРОВЛИ
()ощеф| <ш1с< кое понятие устойчивости, введенное еще Гуком,
можно сформулирован, кик способное и, некоей конструкции
.•охрана и - вое "о то-пше при внешних вооц-й<-гвиях.
В ।орт 1"\-п- ческой практике устойчивость пепосре гсгвеи-
i-piip.'ii олрг ц яется ’ .к функция размера площа i.n 06111
.топы । нов в црнзабойп м iipoeipaWTie
[I; иове ।’коо) по1Х"да разрабогана одна из первых,
а дому наибол"е распространенных 1 лассифнкацпй — кляесп-
(biiK.ni, я • лы' поро । б. 15УГ11, представленная в табл. I. 10.
!!ри' ,-,кя.тя в настоящее время каустификация пепосрет-
ствениой крепли по устойчивости в основе своей разработана
С. Т. I' х '-новым п ире oi.) niauena гя выбора плотное i и ю-
। ,и..и,, hp.-iifi (<:'1Я/ mi) 11.1 \о:.-|егка\ снижения устой-
Ч!1|'О:-111 К'р I' "I
1 -С..М । по,с гойчпвые кровли. Обрушаюгся по"тп
сразу после обнажения. Обнажения площадью то б м2 | (1 I
’(ИЗ ч| устойчивы не более 5 мин. I IpiiMcninoi .штяжку
кров iii и ' 100 %.
(! к, неустойчивые кровли. Допускают обнажения до
<Ч м' )([ 1 2,0) -1 м| в течение 20 мни. Затяжка кровли от
(Ю 70 и !00%.
Т а б лица 110
Классификация боковых пород б. ВУГИ
К лзгс пород irplicrilh.'l ||Оро 1 hpOBJl'l X.ip.iK 1 српстпкл П'»р<*Д ПОЧВ 1.1 Рекомендуемый способ упринлеппя Криплей
1 В пепосре чещенной кровле nijiciac । л(ткообру111лю!цаяся пороча Мощность этой по- роды (состоящей ш одного или нескольких пласгон, на чек) не менее (> 8 кратной мощности разраб.) гываемого угольного и. la с га Срс uicii ycioipip ВОС Гц Полное обрушение
II В HCIIOCpCJICI псиной кровле залегает кинца легкообру НЫ1ОЩ11ХСЯ повод, мощность которых меньше 6 6-крат- Ной мощное i n разрабатыпае мою угольного пласта; в основной кроши труднооб рушземая пороты, которая обрушлетея лишь спустя не которое время после подви- гания очистных работ и об- нажения знача тельной части кровли То же Частичное обруше- ние
III В непосредственной кровле Gi.'icraei более или менее мощный пласт труднообру- шающейся породы, в отделе пых случаях непосредствен пая кровля отсутствует п над пластом залегает основ- ная кровля, которая может бы и» обнажен.1 на .шачн тель- ной плота ДИ Любой уетончнво- с г и Частичная заклад- ка
IV В пепосрсиегвеппоп кровле залегают породы, способные плавно опускаться без зна- чительных разрывов и гре Шин (при мощности пласта IO 0,6- | м) Склонные к пуче- нию Плавное опуска- ние
46
Hi класс крон.in средней устойчивости. Допускают обиа
/Кения от 8 до 50 м2 |(1,4-: 2)25 м) в течение от 20 мни до 2 ч.
Затяжка кроили oi 40 до (>() : 70 %.
IV класс — устойчивые кровли. Обнажения 50 м2 | (J ,4
4-2)25 м| устойчивы в течение не менее 2 ч Затяжка кровли
применяется только у заколов и трещин
V класс- весьма устойчивые кровли. Допускают обнаже-
ния шириной 1,2— 1,5 м по всей длине еабоя (80 120 м) в те-
чение 3 4 ч. Затяжка кровли применяется только у заколов
и трещин.
В основу приведенной классификации положены юхполо
гпческпе признаки состояния кровли в призабойном простраи
стве, чю позволяет использовать ее па ирам икс.
Можно сформулировав определение устойчивости кровли в
призабойном пространстве следующим образом: устойчивость
кров.in очистной выработки — сто способноеп> нижнего слоя по-
род па участке от поверхности забоя до первого ряда стоек при
забойной крепи сохранять свою сплошность.
В . том смысле устойчивость определяется площадью кровли,
сохраняющей не нарушенное сое loanin' в течение условно пор
мпруемою периода времени.
В реальных условиях yiлевмешающнй горный массив имеет
развитую систему так называемой естественной iрс.щпнова госiи
Грещвнамп естественного происхождения называются трещины
в горных породах, возникшие без влияния горных работ или
конкретного анализируемого вида горных работ.
Примешпе-льно к устойчивости кровли очистной выработки
естественной трещиноватостью, рассматриваемой как данность,
называются все трещины или системы трещин, по связанные'
твоим происхождением е' очистной выработкой или е1 происхо-
дящими в ней преш шодствсиными процессами
Все' трещины пли системы трещин, образовавшиеся в боко-
вых породах под влиянием процессов очистной выемки, назы-
ваются технологической пли -жен ч\а гашишной грицинова
тостыо.
Устойчивость кровли в призабойном пространстве' опреде-
ляется сочетанием естественной п эксплуатационной трешипо
витоегп. Конкретная форма разрушения породных слоев в кров-
ле' определяется преобладающим типом грещпновагости (при
прочих равных условиях).
Для падежной оценки устойчивости кровли необходимо тать
пар 1метры i рещпповатосгн
Естественную трещиноватость можно изучать па стадии под-
готовки выемочного участка. Природу происхождения трещин
петеле их формирования оценить весьма сложно Естественная
трещиноватость включает трещины кливажа, тек тоническую
трещи ноши ость. Выбор системы разработки, дина крепи, спо-
соба управления кровлен возможен на основе’ учета естествен
ной (рещпповатосгн.
17
л-.,Ii.'iunoiiiiiiH трещиноватость формируется в процессе
в ><!iiM-)Tciic। воя угольши о пласта п боковых поро ослаблен
пых системами гренши естественного происхождения. В o«pi-
сик iBiizKx иц i оси шбоч в горном массиве горьые порты
1. : e..'io । знакопеременным иапряж.синям пз.пба. сжатая и
р<и । 1/коиии. I орпые породы оса (очного нронсхож тпня паиме-
щч дрочпы при растяжении и наиболее прочны при -капп
Г> процессе деформирования горные поро ,ы и рвои тча ii.nn
по piaioica " а пбу 1 рас чоеппе'.. Нрн -»го-п в ьерхп.н 'i.k ги
н *г.(бающегося короткого слоя ш> шикают pici >пиг-' ощ ie
к> кия, пижие!"' сжимающие Происходит р ка ры тпе
;• " । ,пс(Ц1' ' сстеггьепного проиехож !.пич, к: к нр.н с ч>, и па
и- । • и, порма.н.иом к слоистости. Результирующие еш гемы
пищик будут \ж< чкеилуат аппоипымн. 11редопри।игь p:isp\-
п;е.. (е поро (пых слоев от такою нша ра ioxinaioiajix деформа-
ции можно печем увеличения гикбпон прочш i < 1 пев ’ ш
уменью, пня стрелы прогиба. Нагибная прочное! ь увс.ш'шва *п я
и' гем (.пкерочанпя слоев и химического упрочнения.
! ют опорного давления породные слои no a pr.aioica с/ка-
гп|о нормально , iiaiLiaeroBaiiiiio. При -лом системы ее(•<•<• тнеп
noi'i ipeimiiioBaiucTii развиваются 1лкже нормально к иапл -сто-
иаппю. Oi тельные закрытые трещины развиваются параллельно
uanoojii.iiiiiM главным напряжениям, формируя системы женлуа-
тздпоипоп трещиноватости, называемые осевыми. Разнообра-
з(К (инов влзппкающнх трещин имеет слеи гвпсм разпообра-
зп1 форм кусков ( блоков, иа которые разрушается кровля.
В общем вн (е все типы трещин можно разделить на группы,
г.ре riaiiiiB их в схема(кчпой <|>орме (рис. 1.9):

У
X -
\
у ч /'нс. 1.9. Типы i-pe.r mi neiiocpi'в iiieiiuoii
—X- Кровли
18
I -параллельные цанласк >;iiiur.;
2 нормальные к паилае toiwihho;
- косые i iri n 1,1г ro/a 111110 uiiov in laOoi
/ к iCIJi к Haii.iac к;1 Лино как. oiioVi ( I <або
И рм.ыьиьк к a 1‘OBJiiino n *vii iiii с пара i
H IbllU'JII . ,,.!H .-IO' 'iri-.i;
iiopM.i.ii HI.K и косые । ii.iii inc; она пню;
n<l Kpbiii.ic.iiniec
> ii.ii 'ibiK ii 1 nan ciopaiiiii!)
' к hi r>opa утопив*'
ши.. K.-.iHic nin niaiuin nap 1 imiними ч
кос।: h.iii.'iac: i"'.|..;
Il • .11110' iwe iiepi KpeiiiiiBaioiH.iic.-я трещины.
\ , ... кровли ini аве om rii i ю гея . ушчсстгч ин *:
ко я!>.|-||!1)1' и,*, । выпало •"
/?., /{ -
। iv Л, илот u> iipii.i.iooi'fi ир'х тр.т K i . на k< юром oimc-
,..ei'4 пбрутепи кровли (выв ня .i и ванне), M‘, iSu сум
мирна ii.'iiiimiai. выкатов ври :абоГшом пространстве’, м2;
У1 ill, I bl 11 М I .р-Ц\ 1011LII’ ся нрн вывалооо-
ра юна. ,1ч, м1:
j'.'pn ,оптом • »• । п< пора к'I'T'i ./i (т.н о.с loop 'Зиния)
где /, суммарная протяженное!!, уступов (заколон) пт уча
егк призабойного просгранстна. с уступом (заколами), л; /к
средняя высота уступа (закола), м; /п,,, - вынимаемая мош.
нос । и , го. 11.ПО1Тi плзс: а, м;
i;o-)(|>(l>iiniiei:r(>M трещиноватоеги роили
A’,
г и 2т/, суммарная протяa.eiinociк синимых грещпн па уча-
етк прпзабонпого пространства, охваченном грешвиамп, м.
42. ВЛИЯНИИ НГУСЛОИЧИВОСТИ КРОВЛИ
НА ИХНОЛОГИЧЕСКИ!: ПРОЦЕССЫ В ЛАВЕ
Необходнмостг. установки дополнигельпоп крепи па участках
и ronniiBoii кровли п|)иво шт к снижению скорое!и крепления
в лаве. Наибольшее влияние при -лом отпивается на работу
комплексно-механизированных очистных еабоев. Причина осо-
б'''"1 ч\ BCTi’IITO.'H.llOC'l 1 МС X ппзпр. Ч1 И II И Ы 1 I ОМ ПЛСКСО1 '• неустой-
чивости кровли заключается в низкой приспособляемости меха-
низированных крепей 1 и <мг41еи1но nnio-reoJioi лче ". их vcio-
ннй: большинство типов механизированных кренен со'.т.чпы кия
4 НМ ! jрысьуряш
19
работы в условиях непосредственных кровель средней уетойчп
воетн н устойчивых.
1} зависимости от способа обеспечения устойчивости кровли
снижение скорости крепления, т. с. передвижения секций вдоль
забоя, может быть различным. Например, в случае использо-
вания кренен типа МК н ОКИ со скоростями крепления 2 -
2,5 м/мнн, затяжки деревянными распилами 60 % площади
кровли скорость крепления может снизиться до 1.5 м/мпп. Сред-
нее снижение скорости крепления может достигать 34 %. Ком-
пенсация । коросгп крепления возможна, в гаком случае увели-
чением числа рабочих ио креплению.
•12 1 ОСНОВНЫЙ ПОКАЗАТЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КРЕНИ
С КРОВЛЕН В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ
Гни Ком11лекг11о-меха||||.шрован11<ио оборудования очистного за-
боя и его силовые характеристики в общем случае являются
величиной постоянной для конкретных условий. Различие со-
стояний кровли в призабойном пространстве определяется питом
горно-геологической ситуации, а точнее— показателем типа
взаимодействия крепи с боковыми породами. Такими показа-
телями являются:
I) «состояние кровли» плп удельная нарушенное гь кровли
вывалами ,4>д:
где —удельная площадь, охваченная вывалами; S — пло-
иц|дь испод'U’p/kfiBc'icMoro iipii.Kiooiiiiuru нросiранении mz;
2) вертикальное относи тельное опускание кровли:
полное \/п = \//(щ||.ч/,), п за цикл V!! К/цДщ,,
I те Л/ опускание кровли па границе призабойного простраи
едва. м; \/и опускание кровли на. границе призабойного про-
странства та никл, м; — вынимаемая мощность пласта, м;
ширина захвата комбайна, м;
3) скорость опускания кровли над первым от забоя ря том
стоек крепи средняя относительная ИеР, мм/(чм) и средняя
полная г1,, (мм/ч),
скорость опускания кровли максимальная относительная
Спич, Мм/(МП11-М) II М а КС Н МП ЛЫК1Я 11ОЛ1И1Я Ц,„,!л (мм/М111|), при
выемке угля п передвижках секций крепи;
скорость опускания кровли относительная о‘р, мм/(с-м),
и полная о,/, мм/с, при осадках основной кровли;
4) величина взаимного смещения боковых пород гп — чк/1<,
где ак—взаимное смещение (конвергенция) иород кровли и
почвы за выемочный цикл, мм.
Влияние горио геологических характерце гик на уровень и
характер в.заимодейсiпня крепи с боковыми породами различно
п может проявляться прямо п косвенно:
50
мощность вынимаемая угольного пласта /д|1Л, предел проч-
ность пород почвы па вдавливание ст,,, тяжесть и устойчнвос'1 ь
кроили оказывают непосредственное влияние на вид и харак
гор в !аимо дейе гния;
глубина горных работ //. параметры геологических пару
iiieimn оказывают опосредованное влияние па взаимодействие
крепи н кровли.
Харакюр взапмоденсiвин крепи и вмещающих порот от-
пивается тяжестью кровли Но степени тяжести все кровли
телятся на легкие и (яжслые. Показатель ->roi зависит oi
характера взаимодействия крепи с породами и определяется
ним взаимодействием: породы кровли могут переходить из
тяжелых в легкие и наоборот. Характеристика взаимодей-
ствия не является присущей в отдельности типу кровли пли
типу крепи.
Полная характеристика кровли по взаимодействию записы-
вается трехбуквенным индексом АБВ, где:
А - гни кровли по тяжести проявлений горного давления:
Л легкие, Т—тяжелые. Тяжелые кровли обусловливают тя-
желый режим для жсплуатанни крени при наличии трудно
обрушаемых кровель и недостаточной для подбучпваппя мош
пости непосредственной кровли (менее 3 1-крагной вынимае-
мой мощности угольного пласта) с шагом обрушения основной
кровли 1.г>- 30 м;
Б тин кровли по устойчивости. Выделяется два типа
кровли: У — устойчивые и П неустойчивые1 При наличии ели
яичного обрушения кровли в призабойном пространстве нло-
щз тью более* К) м2 кровля относится к типу П, при меньшей
площади к тину У;
В тип непосредственной почвы по прочности па вдавлива-
ние; прочные II с пределом прочнос ти на вдавливание* <тв
^2 МПа и слабые- С -с пределом прочности па вдавливание
о„ ' 2 МПа.
В результате выделяется восемь union боковых пород: ЛУП,
ЛУС, ЛИП, Л ПС, ТУП. ТУС, ГНП, ТИС. Например, тин ГУС —
тяжелые устойчивые в призабойном пространстве, слабые почвы.
Распространенность пород перечисленных классов различ-
на: слабые почвы имеют 24 % шахтонластов, тип ЛИП
34 ЛУП 16 %, ТУП — 14 %, ТИП 12% (по сведениям
ВНПМИ).
Серийно изготавливаемые типы механизированных крепей
псу ювлегворнтелыи) зкеплуаiируются при кровлях ниже сред-
ней устойчивости. Причины заключаются в шачительпой пло-
щади неподдерживаемого пространства па участке изгиба коп
вейера. значительном времени па передвижку отдельной секции
крепи, отсутствии бе.зразгрузочных способов передвижения
крепи.
Для выбора конкретно!о гни;! механизированной крепи при-
менительно к устойчивости кровли необходимо устапопить
4*
51
основные отлипни во взаимодействии мехапитированных крепей
, устойчивыми неустойчив пип кров ими.
!<тк, при peifcuiiMoii.iНил двухря ии»х крепей приближение
равнодействующей eonpoi нвле "чя стоек । екни г. крени i шбою
н’.ын!.' vcn-i ин” t!> ibib.ib : б <ч-'чсчпо , (и реплешюм)
ир' . . ом прог।'‘.пес।
o.i.uieiiiie площади in ноддсря ивчс кровли неуклонно
'in zK,: г '/i.c.i ii числе oopviiieiii;i n.poi!."’i Установлено, что
уменьшение плеща ди х ::<к :!-.’. лечо .дгржизж мои кровли до 2 м2
! : ч>1 ывалообра amaibic в нон зоне д нуля. От ю, a ipc-
ichii : i-рсач’.. о необходимое.н ш ирепыш” ш -ной цифры.
i 1о пне 1'epi‘K। ы 11;я • кнпп креп" ра ..-в.-иют conpoi пиле-
ние нс)ювномерво крепей почдер-лпв houv'to типа (MS?,
- Д< попе' MRS)?. КЛ70) Щ'Н1Х1.’Ныпе:- соипогивле'.’.пе созданы
I iii i ,:,Ы1 гютн, наиб л< бли > раерл i zi-.i иные к новерх-
i..,.., , и нроисх. ин n.iiiCio'iei' активные процессы
д ,11111'1151 кровли. Можно екчз.згь, чю \ же в конструкции
K.pi ,с| за. окипы 'рнчины ci вес в>в.'в-гв.щнт । иной работы в ус
лозня’ неустойчивых крове.-п
Следует к..бегать применения крепей । выдвижными и нод-
рск ЩНИЫМП ко riMii па пеуетончшых кроил i\. В таких
ИЯХ JIC'IV *1' ПрПМСПЯ 1Ь крепи со сплошными МОИОЛ111 ними
и.-рсьны।и iM'i. Весьма эффективны в таких условиях на нких
пи ‘з.х крепи шит ibohi ниш (1\M!O3, КДЗО и т. а..).
линчте 'ьиое число обрушений кровли происходит , tone
у,1 нрушп '.< перс"BiizKciiii'.i екипй креп1.'. В случае неустойчи-
вых крево.п. яи । с.н- ' <• пи и i!ci н П.1М выв ;'1о<Ч)|)азонаш1ем.
Д"Я f.ciii uicaii'i во 'OzkiKh ' и выкалообпаалнания секции
i.pciiii c.i'. И пере i.iiii ;i; • оста точным и 'пором, г. е. не пре-
кращай по ыо их Ki in r.iK'i ; кровлей
I лисп и : ллообра «овприя ‘ibjihiotc также большие за-
. оры мс/к , . печс1‘рытчям1 сскний крепи. Неравномерность св
. ii’|t; !;•' Ip.-II'IIIB меж IV ПсрСКр Ы 1101 ’’ II II МСЖССК-
ii.'ioiiniJM oib'M р.оро 1 псравпог ериоеть распределения
и и I'i'aioiH' oi1’рм.',,н1.' кровле, чю способствует ра ""Лио
ip.-, in ,п lopiiux вопо’.ах (слоистых). Дчя иреютвва-
ЦЧ- , , / явлечч" 1 сокнщ иные за.юры между пещ ры-
1'ЯМ1' |"'.ог1 cnei'i! । зыо.'ми коробами», и.и ота'-.д ае-
м .< н 1 иргя।пях • ]• .ниЛк скрепляются <• перекрытием
сп '! и. и разт.смними ол юными соединениями.
Чмтт' "счо пыражешг-я • "я ш ме/К.ду сопротивле г|ем
кщ-!Ы и ос линем кровли в, ври забойном пространстве. В с.ту-
ч," , ионного coupon ьл .'пия крени на участке, при уч -ни-
щем щ . •; ц-твенп > к rpy i.u забоя, опускания кровли и >от-
,;ют гш ii.H i'Gaioimie напряжения в нижних слоях ее превы-
inaior <i тцмые Кровля обрушается е образованием вывалов
(куполов).
|' • in. (. |() кривые / г .7 описывают взаимодействие крепи
с кровле-!, устойчивой в призабойном пространстве, а кривые
52
Гиг / Ю .Зависимость относительного
\h
о: VCr. HHI ьро.-лп-В ПрИЛПООИНОМ
I1III
прог ( p.oic гзе <>г соирогпвлепп крепи /'
< пеуетонгнвоi !-.[>.> г Г. и;' ы\ । . ’
ipn-i - ;:ui.ii.\ пому кл." . w • • .
lined или кр'.пыо при мн., ,p.;"ii!,’
Максимальное допустимое дав.к кр, и кровлю
। । (/' несущая ci oeooi "'ii 1 • • i. и tael 'villa;
и' внутреннеi< rpe'ii грату тлпление
iiopi ui \ p< ii.'iii, AM I i;
Qs = ((1 r nip )/J iPs) I)
си ('. спеплеппе г. угле МИ. угол впутрси1!"1 ip шя
vr, градус.
О'-обым, ио весьма распространен, ым ".г чаем нм eii-
ь.рспи и кровли ян. • na. iiH'ii гну noynpan.i ’ой
кроили в ее разповн nociii (*»vy« iin" i 'тсчая
кровля-f-трудпообрушасмая .,ср.о1Ч'зя ров.гя). 1 м нас
треГки анпя к i:pn.i;>6i Гн, 1 крсг' i ,,г' " к|»а не нр'инн >ре
чины: сопротивление кпепн -ч’ но оын. ц< ' о
'Я ере 'о।вращения резких ос 1 к (с >пров ijiniiiiX' рачи-
тельной пригрузкой) огненно < кровли oyoii e'lopoiii.f я со-
противление крепи (давление ни м г.», inj доллпо Гч>пь пс-
1 а"лчным |.1Я ра. < : и г.ачг.ч i1"/., д 1 ишеньно осалб-
л< П"Ы\ слое!' еров. 11- ipyri'il.
В лав;1': ( тру i.iio\ ьр и, К(»< ироГ.тмы , I че-
ння iipi-емлемых условий работу pi н1. ' нг " ivero в на-
правлении недопущения вывал , .бр ч.
У< 1311011.40".! связь между и ц>; ио . г. ’incro нрострап-
сгва, сопротивлением консольных . 1 • реви п ннгед-
спвпостыо вывалооира.зонлпин.
Необходимое сопротивление пр- м - гче 'п ин: гн
гргин, uCrCHi-'iiinaioip.ee нерасслогвп ин..-.г д п, чц-д
егвениой кроили, определяется из выражения
р ________________________ 13(7/ • Hlггч) *Уп, к
1 " ~ I - *>. е ’
। ic conpoiпиление призабойной консоли крени, кН/м2;
И' предельный прогиб основной кровли до потерь ею несу-
щей (погонное1и в пределах поддерживаемого крепью приза
бойкого пространства, м: вынимаемая мощность пласта,
м; у,.. I. — срочная плотность пород непосречсгвеппой кровли,
г/м3; „ ко '||)фп||.пе1Г1 разрыхления пород непосредственной
кровли; р начальный распор крепи, кН/м2; Р„ , — номи-
нальное сопротивление крепи, кН/м2.
Пример. Дано вынимаемая мощность угольного пласта
т 2,3 м; у„. ,.-1,43 т/м3. Определить необходимую вели-
чину сопротивления призабойной консоли крепи ОКИ
13(/Г WhJYh.k 13(0,23 — 2.3)1.43 38,48 кН
' к" I — 1,33 0,506 ’ 3,06 ’ м2
1 “ *’1>ч 7>
' II. I-
4.2.2. СХКМЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ
Площадь неподдерживаемой непосредственной кровли опрелд
лист показатель устойчивости кровли: чем больше нетакренлен-
иая площадь, тем с большей вероятностью и па большей по-
верхности кровли будут возникать обрушения пород или обра
товыватьея заколы
Секции механизированной крепи можно передвигать по раз-
личным схемам (рис I II, о), при >гом площадь обнажения
(неподдерживаемая площадь) будет различной.
Выбор схемы передвижения секций крени определяется кон-
кретными технологическими условиями устойчивостью кровли,
скоростью почвигапня выемочном) механизма и его типом, чис-
лом рабочих по креплению.
При выемке угля комбайнами и невысокой устойчивости
кровли применяется последовательная схема, а при кровлях
средней устойчивоегп и устойчивых — шахматная схема пере-
движения крепи, которая обеспечивает более высокую скорость
крепления лавы.
При выемке угля стругами применяются линейная (фрон-
тальная), шахматная н групповая диагональная схемы передви-
жения секннй (рис. 1. П,б). Наибольшую плотность крепи обес-
печивает шахматная схема пере шнженпя. Наименьшей плот-
ностью крепления призабойного пространства характеризуется
линейная (фронтальная) схема, гак как в лом случае перс-
54
I’nc. I. II. Схемы передвижения Mexanii.'iipoij.iiiiiijx крепей при комбайновой
(и) я струговой (б) выемке:
1 nuv rijn.u.i n- 'ii.ii r.i; 2 iii.ixm.-i I . 3 !-[>•, IIIII'I bi >ui:ir>>lui.4l>ii.'lM. 4 iiiikTbi.bi
движение секции возможно только после отхода всего забоя
па расстояние раздвижное!н домкратов передвижки.
I Ipn с пн же ив н устойчивое! и кровли следует примени ть у мень-
шепне глубины тахвата исполни!единого органа комбайна. Это
позволяет за счет увеличения скороегп подачи комбайна умень-
шить время нахождения кровли в неподкрепленном состоянии.
Большое влияние на устойчивоеiв кровли оказывав! про-
цесс передвижения крепи 11ри полной раз,грузке секции крепи
55
ih зремя ci nep-. mi . eiiiw ре.жо активизируются процессы опу-
ck.i.iiih p;i.ip\пи .и. пл.анх слоев i^pi ли. Устойчивость кров-
ли я.;к f •!.'1‘1чппя выемки угля п нередзпя •.•кпя
г.г -iiii/i-' О . , nine vi. । норещя/кеиия крепи от i.ai-
/,\1': . ОСИ (>OVl JIOB.'i IlBT'l !’ p i.’'1.СЛС1Ш. В пр.н'трапс; не
: ИЫ ПЛ11Я1ШЯ I «ПЖу|Ц‘. I (ШЯ O4IIC 1'1 >Я С1 зябо,! II ,;.'ШЫ В1ПЯШ1Я III*
ре и сипя крепи.
12. ЯТО|)’|||Ц(ЛЬ КРОВЛИ В МЕСТАХ СОПРЯЖЕНИИ
Ге i.’a тп.ччиц иную сложио-ть представляет проблема унрав-
,'i н:га кровле! , сопрч i.eiiiu’. o'HiciibiX и ш >i.:i>e ,ьпы\ нп-
I' . В in ом число o6pyiifeu:i'i кровли у сопряжений очно-
ено ,лч 'i:ic i.i • \ 'брушси.чй i.poB.in в лаг.< гост являет
. , .it <E
e ’ —1 ,o
Обрушения кров.'in происходят па всех участь:х leoMcxaini-
Ч( -Шло В.|11Я1!115> СОПрЯЖСИНЯ: В ПОДГОТОВИТ СЛЫШЛ выработке
впере'.п п I'oi.i iu |.вп>ку111,сШ'я лавы, neiiocpe-iciвечно в створе
с свои, в 1'iiuii, расположенной и охраняемой у сопряжения, па
коииевом участке лавы uaiipoiiin пиши.
Обрушения кровли происходя г при выполнении любых ра-
б, • upon то.кт ,cmioro шила, однако наибольшее число обру-
III а,, кровли coiiyici.syci выполнению основных операций
высх ке yrji-,t и ш редш.жке крепи.
Основные mi 'aiBi'iecKiic причины пониженной устойчи-
вое i и кровли у ео)|ряже1:11Й следующие:
О расслоение лонстых пород, г. с емсныпеипе мощпоеш
пачки одпоро ию храбогшощих» слоев пород;
2) трещинообра.’.ующее влияние буровзрывных работ при
прове.'цинн выработки пл i при выемке пиши;
3) npo'to.'i.-Kiiп'ii.li >< ',1.:хож iv'.'iie б< дьшон площади в пе>а-
креплепном г(1С1О!'1!гп по вр»,мя между отбойкой полосы угля
п скончанием проветривания;
') подрывка кр< в 1 iio.i: лов,цельных выработок.
а.З. IIРО Г Н(»ЗИ ? О В А! J И! У сто М Ч И БОСТ и
Для прей по шроваппя горпогехпологическон обстановки необ-
ходимо опреде,,ь гь с и- lyionuie факторы:
1) параметры : апмод< йегвия машин п механизмов и пород;
устойчивость непосредственной кровли;
обрушаемость основной кровли;
2) горпо-геоло! ическпе п гидрогеологические .характеристики
м.’'.спв.i;
Х'ощпос гь у ьного п 'ги ! а
einoeiiiii ли н |рукгуры породного массива;
цгтснпнс '.шт папушечио н> массива и ориентация систем
кливажа;
, лапеипгч i.i оных пород.
14 v.'lbl'i'i Ы 11| HllO.nip Ik'hlli. 'I .111.1 ОЫП, р'.Ж( “Ь!
пр. работки участка hi.i.iih,.o .i ..-.я (ныемо.
I1' l Г". I Hl J .
Прогноз устойчивости непосредственной кровли в очпспюй
ыр; и че oici оеущ'стьлт >1. и р. Hiro ммп \в т ia-.ii'. >a-
внснмосгн от конкретной геологической обстановки н решаемой
техкологпчс1 гон з; uiuu.
Ila < ;i.:iit ikришиных npe.u твленпй об образовании в кровле
о точной ырзб'икп ено .а обрушс г’. нысказанны< cine в р
ботах Л. ./1; "<-c:i. Ф. 1 Персона бел 30 • I и: I, поtyueiio
большое число ираы пческпх меюдов расчета нагрузки па крепь
однншнюа горной выработки. Особенностью длинных (.чистых
забоев является консольное зависание пороз, в выработанном
пространстве, крупноблочное обрушение, иной, нежели н о ш-
почных выработках, характер атух шя зопс-'-ов . {юрмпро-
ваипч о разрушения пород.
На о нов нр-.-)сттления i p.i’inxci криви..пы .крипты ев , та
ei'iccTBCinioro оо;)\ i.H4iii ' пред.юж ') )учать критерий (онре
.г якнцсе vc-'io'..; . ) утончи пости г.е.ик ре ,- т! С1' .л>й кровли ош|-
. I выработки в внт.е
'к., ' -Л
г те радиус кривизны верпшиы своза обрушения, м; Л
полупролет выработки или вылет консоли обрушаюшп.хся по-
род в выработанном пространстве, м; /1, высота свода об-
рушения или высота обрушения, м.
Поскольку величина г,, . ’.авпепт от Hina пород, примени
тельно к условиям пологих пластов Донбасса определены иначе
пня критерия усiойчпвоеiи i.ri Ki.iiKpeiruix по устойчн
BOi ш пород.
Значения критерия устойчивое!и
кроила выработок г,. v, м
/ни I/O ргн) ЦО ЦГГОН'ПП • III
Несима псу с гопчивис 5
1 |еус 1ОПЧПВЫ1' 5—10
< .'|;п)О\cTon'irHOe 10 15
Cpe'un ii ус тичииос ги 15 2(1
VcToiluiiBi.ir 21) 311
Uecl.Mn vc гпг.чппис 30
Устойчивость кровли в очистных забоях при отсутствии UT-
тоипчг |\ нарушений определяйгся плот ioci.io ipcm.iiii в
кровле, обра..'юш.1 х ’я в нот iciiiibhh норною тлн.|,'ння
Си.’емы ipeiiiiin во.шикают в : >че сжимающих напряжений
в рюулыис iiepi ,>аеиред( пня систем нср|ч,|Щ"алы,ых панря
хдинч в окрест 1!->.1 и движуще гося onncinoro сабля. Такне <11-
стемы Г1К П1.ПИ азываюггя ксплуатацпонны ,ш. I lnia i.cubiio.-ti.
(плотность) iKciL'iyaraiiiioiKioii трещпно aiocrii онредол'' т< я
MHoiinym фак : >рамп, в том "Пеле coniii'-иич!'и-"J иершшлча.ть-
пых напряжений и дополниюльных в окрестности очистною
забоя.
Особые случаи неустойчивости непосредственной кровли мо-
tyr возникаю при не тост а точной шгяжке кровли перекрытием
крепи. Коэффициент затяжки кровли является характеристикой
технологической, определяется как отношение поддерживаемой
площади кровли в призабойном прог 1 ранете к общей площади
кровли призабойного пространства. Различным типам ме.хаип-
шронапной крепи присущ различный коэффициент iaтяжки
кровли. Соответствие коэффициента затяжки кровли показа гелю
устойчивости кровли является условием эффективной работы
комплекса оборудования в призабойном пространстве. В слу-
чае избыточной величины коэффициента затяжки кровли приме-
нение конкретного типа крепи должно быть признано нерацио-
нальным (например, пз-.за повышенной стоимости такой крепи).
При недостаточных величинах коэффициента гатяжки кровли
но шикает явление вывалообразоваиия: кровля интенсивно раз-
рушается п обрушается в призабойном пространстве. Обрушаю
щнеся породы проникают в призабойное пространство через
межсекцнониые зазоры, со стороны выработанного пространства,
а также из пространства между консолями перекрытий крепи и
поверхностью угольного забоя.
В результате осложняется передвижение крепи, загромо-
ждается призабойное пространство, снижается устойчивость
секций крепи, а также повышается опасность травмирования
горнорабочих.
При помощи методов инструментального зондирования мо-
жно определить основные причины возникновения того или
иного типа трещиноватости, установить параметры происходя-
щих в горном массиве процессов и тем самым прогнозировать
устойчивость кровли в призабойном пространстве.
Па рис. I 12 представлена схема проведения измерения раз-
вития трещиноватости кровли при помощи одно- или двухком-
нонептного дсформометра. В комплект входят одно- или двух
компонентный датчик, штанга-досылатель, тепзостапцня и со-
едини тельный кабель.
Рис. I. 12. Схема расположения датчиков при измерениях в кровле:
/ ген «к* ।епщия; 2 1ефирм<>мгТ|>; г - uhijxiiij иынпмлемой полосы угля; tl\—пдчлльпый
дннмс’1 [* скважины
58
Рис. I. 13. Зависимости опус-
кании кровли Л|Н 0 1 шИри-
ны ПрИЗЛбоПИОГО врос I р.III-
егни /н и скорости подвига-
нии комолниa v
Рис. /. //. Схема определе-
нии положения зон влия-
ния основных технологичес-
ких процессов:
I t ioii;i п.шипим it’Ji Mkii угля:
l join влияния иер"'(.нижеипя
k
upciiJi; / лона влияния пере-
дки женим коннейерл; / в hi.)
снижения \ггопчииос гп кров in
Для выполнения измерений из призабойного пространства
очистного забоя во породам непосредственной кровли бурится
шпур пли скважина небольшого диаметра. Глубина бурения
определяется размером .юны отжима в н.таете, расстоянием от
поверхности забоя до максимума зоны концентрации опорного
давления над краевой частью забоя. Продольная ось измери-
тельной (наблюдательной) скважины располагается под мини-
мально возможным углом к плоское!и напластования.
После окончания бурения при помощи штанги досылателя в
скважине устанавливается датчик ДДШ.
Поперечные деформации стенок скважины сообщают двпже
пне чувешнге.тьным элементам датчика, от которых соответ-
ствующие электрические импульсы поступаю! в гензосганцию.
Регистрируемые таким образом радиальные деформации сте
нок скважины на различном расстоянии от движущегося очист-
ного (абом обеспечивают получение представительной ннформа
дни о процессах деформирования и разрушения пород кровли.
Существует однозначная связь между шириной при забойного
пространства, скоростью ш-редвижгипя крепи к величиной
опускания кровли в призабойном пространстве 11а рис 1.13
5!)
iil'ii еделы ые графики опускания кровли для условий 1\а-
рагаидппсш-! v • ,<ч ина. I la рис. I. 13. г/ графически i.ir.iCHMocm
npc'icr । ’..и-: " iiii.p' цы тахвата кд i6.inn.i 1,5 м, па
рис I. 1и ,, 1,2 м и п.। рис г 13,в— ia . г 0,6 л.
CpJ пение1 рафиков а гывает, что с ум -ш.шепнем ширины ш-
\'j.i, i комб, in1 i fia опускания кроглп снна :ется.
Опус ши । | "ii j Mi'iii,iu.iiT<’;i no lie'll' h:i и при ум-чн
ш ii’iri uiii| ины призабойною iipocrpancib:i Современные типы
.. ' an .up' >a г; ikii, in tt । о • rpa • те .?ыГ; огр
д. к 1,11('-11о;1дер>кив;но1Ц|п"!, имеют весьма ма iyio ширину при
i.iO.iiinoro прог।рапстпа.
‘‘Л гопчивость кровли г. призабойном наос гране i не связана с
основными технологическими ирги.тесл мн - выемкой yi.ii ком-
байном, и.ередгшжсши м крепи и Ki-iii.eiiepa, т. с. со временем lia-
•i.a, и .и г i.v ;аг:р' :<лг н.кгг сое'1 i ‘р1.. I.lj.
Опус каппе (усюгрн пости) кровли в при набойном простраи-
( гг" i \ щегтвепно ганнеит от скорости ш-двигания выемочного
механизма (комбайн: । I I к. чго при любом '.ахвате исполнитель
пою органа увеличением скорости подвигания комбайна спя
/кается цели ни;, опускания кровли /г„
4.1. повышениг устойчивости кровли
Вывалообразоваиче имеет миожество причин. Способы повыше-
ния 'устойчивости Кровли ДОЛЖНЫ '1-|бЧр.| I Ь( Я в соответствии с
причинами, вызнавшими обрушение пород в с.; и забойном про
странстве. Наиболее аффективными следует считать нрофплак
гическпе способы и технологические приемы, направленные на
устранение причин, вызывающих вывалообра.зование
O ih.iko । любом случае выбор конкретного способа борьбы
с выва.'1о<.'бра говапчем должен обеспечива гь максимально воз-
можную тффектпвную работу очистного забоя.
В ш птньг условиях применяете'-! большое число ра шооб
разных способов повышения устойчивости кровли, в том числе п
комбинированные способы. 1С|епро.страш.чшость применении ра -
личных способов но бассейнам представлена в таблице I. II.
Сопоставление распространенноеiи применения различных
способов показывает, чю паиболыпее рлспрострапеиие hmcioi
сшуобы нрос ые технологически, т. е. не требующие сшч1пал!.
ново оборудования для своего осуществления. Подавляюще1'
р •< npoeipaiieiiiii- инее затяжка кровли черевом (69 92 %) и
оставтеине подкоовелыюй пачки угля (20,Я 95%). Способы
лп активными че являются.
Причина столь очевидного непроизводитч тьвого принятия
решений о выборе способа борьбы с г,ы1,'1Лообра югаппем проста
и заключается в отсутствии наче кных и эффективных средств п
способов. <п рати иного ирогио а спнжепня устой'шг.остп пород
По .'Тому в случае неярогнозврусмой встречи очист ным забоем
си
ы
Т ч ' л ига 1.12
Классификация типов обрушений пород по их опасности
Класс опас- нее Til । ' Группа о пас ни. етн форма опасности П ,д- группа опасно- ПИЯ формир: 1 П К 1
1 Вывалы угля и вклю- чений в уголь из Моя 1.1 Вывалы угля из забоя лавы в ме- стах шкитш кровли 1.1.1 Вывалы угля в период работы лавы до первого пбр^ТИСНИЯ основной кр< зли
Лавы 1.1.2 То же, после первого обрушения кровли
1.2 Вывалы угля, разрушенного опор- — —
ным давлением
1.3 Выв; т । угля, ослабленного взрыв- ными работами
1.4 Вывалы угля в местах геологиче- ских нарушении
1.5 Вывалы включений в уголь
2 .Местные обрушения неустойчивой кровли 2.1 Обрушение кровли в местах зако лов кровли 2.1.1 Местные обрушения кровли в мес- тах заколов кровли в период рабо- ты тавы до первого обрушения ос- новной кровли
2.1.2 То же, после перво . обрушения кривЛ п
2.2 Вываты nevi гойчпвых пород кров- — —
1”
3 4 Массовые обрушения кровли в призабойном пространстве лавы Массовые обрушения кровли в выработан- ном пространстве 2.3 2.4 3.1 3.2 3.3 3.4 4.1 (допол- нитель- ный) Вывалы включений в кровлю Обрушение кровли в местах геоло- гических нарушений Обрушение кровли в местах боль- ших обнажений кровли Обрушение пород с опрокидыва- нием к поп и Обрушение пород с разрушением крепи Обрушение пород в местах геоло- ги ческп.х нарушении Распространение зоны обрушения и расслоения в призабойное про- странство 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.3.1 3.3,2 Обрушение кровли в при о'шни СПС Обрушение рОВ.’П эслс.1 : BalfX К(,Й уг.тг КОМбиЙНпМ Обрушение крг? Л!1 1П" зн ’ выработками Обрушение кровли в зонах псреста почки крепи Обрушение пор I пи длине . Обрушение . зп, па - щр- женил, лавы с выра; m
учис, . система 1ическим обрушением кровл'1 tvaiiujoiт;ч.'-кис
с iy.-коы maxi для предотвращена । срывов ритмичной работы
.чан iipnii.iMaior к осуществлению наиболее быстро риалнлемыс
способы применением ирос ейшнх материалов, например, де
р I МС1ОЧЫ НрИШИНЯ I С- >М С\<1 > i 1ЧСС I,! I \ решении, ы .
pc j в. .ни i aOuiJii очистною .ноя нс авпечт or 'jkoiiomii'btkii
пока ;d iелей, ие могут нт ;! iос,, врав!. шпыми.
Увеличение роли С1онмосгны\ ник кнелей в принят >ш гео
lexno.iornnecKiix решений неизбежно приводит к умеиыисшно
расхода лесоматериалов н для повышения работоспособности
ме\анн.aipouaивы\ кренен в условиях неустойчивой кровли мо-
жет цосгига Г!» 1,3 м'1 ;а I цикл работ на 100 м длины лавы.
Для выбора конкретного способа повышения устойчивости
кро! лч необходимо знать (определить) уровень опасности. со <
да- eM'.'ii обрушенном кровли (табл. 1. 12).
1.1.1. !!АС( ПВ11Ы1 ( НОСОВЫ ПОВЫШЕНИЯ УСТОПЧИВОс Т11
( 11.1 ЮСРГДС I Bl HHOII КРОВЛИ
I. Ila участках интенсивного нывалообразоваипя применяется
упаковка в межсекцщшных зазорах защитных перекрытий в
форме пластин, коробов и г. и Соединение -них защитных чле
ментов с перекрытиями секций крепи возможно осуществи и»
болтовым или сварным креплением.
2. Увеличение площади выдвижных консолей Козффпцпепг
затяжки кровли нрн я»м может увеличиться в 1,4 - 1,5 раза.
3. Увеличение площади заднего («завального») ограждения
крепи для предотвращения проникновения разрушенных иород.
4. Установка рессорных ограничителей наклона стоек крыш.
1.1.2. ЛКШВНЫГ. ('.НОСОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОПЧ1IBOCTII
КРОВЛИ
В случав систематическою обрушения непосредственной кровли
под вышележащими слоями iрудиообрушаемоп основной кровли
применяется установка опережающей крени.
На рис 1.15 приведены схемы последовательности .схноло
гическнх операций по упрочнению ле! кообруш.-емой пачки непо-
средственной кровли механическим а!!кероваН1!е . применена 1я
на шаще «Г1аш[шлогская».
На первом ггапе (см. psic. 1.15,а) етанагливаегея дополни
тельиа,! крень неносрелствснно в месте вывала кровли. Под ia-
1ЦПТОЙ временной дополнительной кренн осуЩесгь ж егся mi - а-
ннческот ai л’ро;.аи!'е п . i.pen.ieHiie кромки лег' юбрми.ноще
r<v<- с.чоч пород.
На втором rraiie работ (см. рис. 1 15,6) после oip.'iooiKii
".асн! уго :ы!'.: > пласта вод упрочненной кромкой легкообрх
ш .ноше;оса слоя непосредственной кровли устанавливается
«штатная» п.бойная креш. в aoih,.')гнтельнпя при сбойная ю гпь
(И

>
Рис. 1.15 Схемы механически!о анкерования жгсюйчивой кровли
(деревянные или механогидрав. шческие индивидуальные
стоики)
На третьем этапе (см. рис. 1.15,я) при ус1ановившемс i
жиме поддержания кровли в движущемся очистном ; б>
iipii-.абопног" пространства сщчематпчгскп производите С
ннс и уст; иош-.а механических анкеров.
По такой схеме механическое анкерование осх щес (•<л • тел
на веем протяжении юны ослабленной кровли.
При выемке уюльпых пластов сложного строения хи
ияегся способ обеспечения усюнчпвосн) кровли ост.'ь.тенп м
щпгной иодкрсвельиоп пачки угля. Этот способ в отдельны ус
ловпях обеспечивает необходимую работоспособность 061 х io
цапля.
Однако при внимательном рассмотрении механизма от
пяющего» действия ыщнгной пачки угля можно установи. го
эта защитная угольная иодкровел штат пачка (толщиной бо-
лее 0.8- 1 м) не имеет практически никакой несущей сп< •обно-
гти Полому во многих случаях оставление угольной и* ш
достигает поставленной цели Как правило, такое лвлепчт
исходит па угол!,пых пластах простого строения.
При выемке угольных пластов с породными прослой , ми
т. е. пластов сложного строения, следует оставлять в кровле а-
щитпую угольную пачку, «опирающуюся» иа породный щю
слоек. Наличие породного прослойка естественно повыш.ь ч-
сущую способность защитной угольной пачки.
В процессе (геологическом) формирования углепородною
массива по плоскостям контакта угольных и поро щых слоев воз-
никли участки с различной прочностью сцепления. Очевидно, что
чем выше степень сцепления по плоскост и контакта поротного
прослойка и угольной пачки, гем выше прочность (устойчи-
вость) такой «конструкции» в призабойном пространстве.
Кроме того, устойчивость или прочность самого отделив!
породного прослойка зависит от его мощности, текстурных осо-
бенностей и физпко механических (прочностных) характепш-те,
слагающих его пород.
Этот способ повышения работоспособности комплексов
ляется пассивным по отношению к причинам неустойчивости
кровли и обладает рядом существенных недостатков в области
5 Н. М. Проскуряков fir;
применения по факторам строения рольного пласта с пород-
ным прослойком и верхней части, минимальной раздвнжности
крепи вынимаемой мощности пласта с оставлением угольной
пачки, потери угля, особенно недопустимой при углях, склонных
ь иамово я оранию.
Контрольные вопросы
I В 'к м eocinnl особеннее in в инмотенстия непосредственной кровли
•с нр i г.оойноп крепью?
- 4i гнкое непосредственная кровлях- применительно к условиям
-'eiiciBiiii слоев пород кровли в при обойном иространсте?
Какие характеристики состояния кровли в призабойном opocipaiicrue
В11Х1ОДСЙС1В11Ю с крсныо являются основными?
1 Какие основные прочностные и деформ анионные характеристики непо-
средственной кровли учитываются в схемах взаимодействия крепи и кровли?
В чем состоит геомеханическая суть, определяющая условие устойчи-
, i-ровлв очистной выработки?
t Kai, ciiniaiia хсгопчввость непосредственной кровли с основными про-
р т о пенными процессами в лаве?
7 Каковы основы выбора способов управления кровлен по отношению
I ш чинам, вызывающим снижение ее устойчивости?
5. УПРАВЛЕНИЕ, ТРУДНООБРУШАЕМОИ
КРОВЛЕН В ЛАВАХ
Шаг обрушения при первичной и вторичной осадках основной
кровли и мощность основной кровли — основные факторы, опре-
деляющие нагрузку на крепь в очистной выработке.
Нагрузка на секцию механизированной крепи Дс при обру-
шении слоя основной кровли определяется по формуле
~~ У Л- K^-lll/2,
где к — распределенная нагрузка от зависающей кровли,
МП/м2; Lin — шаг первичной посадки кровли, м;
/.1п==3,5 А,.и2//ю/(10Уо.к).
п — предел прочности пород основной кровли на разрыв,
.МПа: — — суммарная мощность обрушающихся слоев основ-
ной кровли, м; у,,, к—плотность пород основной кровли, т/м3.
Граничная минимальная мощность основной кровли и
предел прочности на сжатие <тсж:
> (2,5-т-3)/п1О > 6 м при числе слоев лс = 1Ч-2; оСж >
> 15 4- 80 МПа при пс = 1.
Важной величиной является коэффициент подбучивания ос-
новной кровли т^(. — отношение наличествующей мощности не-
посредственной кровли ft,,. к к мощности непосредственной кро-
вли, необходимой для предотвращения динамических осадок ос-
новной кровли hmi'. Т,п/= Ли. к/лн. к. 11-
66
При Ли. к > Лн к. н возможность динамических осадок основ-
ной кровли считается устраненной.
В целом применение механизированных кренен со значи-
тельными силовыми характеристиками позволяет повысить эф-
фективность управления груднообрушаемымп кровлями ио снав-
ПСИ1ПО с индивидуальными крепями.
5.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ МОЩНОСТИ
НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ КРОВЛИ
Тяжесть осадок основной кровли во многом определяется во*
можностыо свободного перемещения консоли слоя трутнообру-
шаемых пород в выработанном пространстве:
К— Л». К. „/«Ап.
где 11.,. к. <>—мощность обрушающихся слоев непосредственной
кровли, м; in, вынимаемая мощность угольного пласта, м.
^11- - Н К. г>-
где Ар. , - - коэффициент разрыхления пород непосредственной
кроили при ООр\ ILICHHil.
Величина *аполиения полости размером /т„ - т, не
ляется абсолютной, а составляет величину k . п, называемую ко
эффпциентом заполнения:
^3- п — р. К^||. К. о/(^|Г. “И 1^П 0 ^р. K^'b/1 1 Ь
Для улучшения управления кровлен величина I: то.
быть максимально близка к 1.
Для пород типа аргиллитов и алевролитов А’Р, изменяется от
1 до 1.4. В этом случае тяжесть осадок основной кровли и ;ме
пяется в диапазоне 2 А„ 6,5.
Здесь величина Ак определяет мощность слоя кровли, кото-
рый необходимо обрушить для надежного ее подбучивания.
В Печорском бассейне около 25 %, а и Донбассе то 50 е.
очистных забоев работают в условиях труднообрушасмых кро-
вель.
Можно выделить три типа груднообрушаемой кровли (в
Донбассе):
1-й тип мощные слои труднообрушасмых пород залегают в
непосредственной кровле пласта. Обрушаются в выработанном
пространстве прп значительных площадях обнажения (около
16-1034- 18-1Э3 м2). Породы, как правило, представлены песча-
никами с Осж = 80 -ь 190 МПа.
2-й тип — мощные прочные слои труднообрушасмых пород
формируют основную кровлю, залегая на слоях непосредствен
ной кровли, сложенных аргиллитами пли алевролитами с устой
чивостыо от неустойчивых до среднеустойчивых. Мощность не
посредственной кровли не менее чем в 2 раза превышает выпи
маемую мощность угольного пласта. Породы основной кровли
5* е,7
Ptiv. / 16. Схемы разрушения основной кровли
омеют мощность от 5 до 45 м и предел прочности на сжатие
М , = 70 180 МПа.
-ч Tjin—-в непосредственной кровле пласта залегают слои
аргиллита или алевролита мощностью в 2—4 раза большей, чем
вынимаемая мощность угольного пласта. Основная кровля сло-
жена слоями труднообрушасмых пород мощностью 6—40 м и
пределом прочности 70—180 МПа. При таком строении кровли
происходит хорошее подбучпваиие основной кровли разрушаю-
щимися породами непосредственной кровли, а осадки основной
кровли практически не оказывают осложняющего влияния на
работу очистного забоя.
На месторождениях о-ва Сахалин труднообрушаемые кровли
создают зависание до первой посадки, равное 40-100 м, и при
вторичных осадках 30 80 м.
Не< мотря на комплекс осуществляемых мер по улучшению
раб- :ы очистных забоев в условиях труднообрушасмых кровель,
весь?:: велики потери ог наличия ijkhx сложных , правлении
кров. ю СО 66 ". удельно, веса ох всех случаев гавалов
очист-:Ы\ ,боев в Донбассе, потери угля в ноликах. Кроме тою,
ноге"' и ч, а в.'.1 и чес к их еюек крени возрастают в 2- 3 ра ,а.
Ou.i: основной кровли могх г нрсис юлить 15 •' ;щ era щю
(р . I и) п in в две (|Ч1с. I. Н. >>.
И ’b’line • 1 , кносгп в упр сипи кровлей 'каки при
ис| ;;ы\ осадка ,,гнойной кровли.
А ПГ \В.1ГНИГ; СОПРО1 НВЛ1 1ИП М КРГПИ
Yiip еиае (повышение) eoiipoiпрлечпем крепи ио сопрово-
ждаем менепш’м конструкции самой крепи, может сущест-
венно шпиип. управление основной iр\дпообрхтнаемой кров-
лей лк следствие, повысить устойчивость непосредственной
кро 1 I, призабойном пространстве
Пап имер, замена крени типа М87ДН или М87Э с соиротив-
Чгни " 375 кН/м2 на крепь повышенного сопротивления типа
M87I [ с сопротивлением 650 к11/м2 обеспечивает существенное
улушеиие гор ио lex ниш с кон ситуации в габое с кровлями, ело
жепгычи трудиообрушаемыми породами второго типа. При этом
устой -ость кровли может быть обеспечена при смещениях
нпжчп' слоев кровли над крепью не более 220 230 мм. Нсоб-
холимое сопротивление секции крени ZJ„ ,, при заданных пре-
дельны . величинах опускания кровли |;„р и мощности пласта
т диапазоне 1 2 м) определяется в виде
Р„ = 1О245()/(|Зп,ч — 62m,,,,).
По н п величина максимальных нагрузок па одну гидро-
етов mi 'авизированной крепи может достигать 1500—1600 кН.
что щ . вышасг силовые параметры большинства серийно выпу-
скаемых механизированных крепей. Стойки крепи работают в
основном в режиме нарастающего сопротивления, а при резких
осадках основной кровли в режиме постоянного сопротивле
ния. лаже превышающе го поминальное сопротивление.
Повышение сопротивления крепи способствует снижению
времени простоев. Нт рис I. 17 представлена зависимость сред
ш, > г- мрн.1.1 простоев 7', от сопротпг чия крепи Р h (па при
мере крепей М87Э и М87П)
Очевидно резкое повышение ч|)фектпипости работы очнш
него абоя.
Необходимая величина сопротивления механизированной
кпепп, МН/м, может быть определена из выражения
Р U.K = А“| X (0,,р(1 -(- /in <•) — Рпр. x)/(P„p/i„. г),
где —реакция другого типа крепи в аналогичных условиях,
МН/м; |>,. х смещение кровли в призабойном пространстве
69
Рис. I. 17. Зависимость времени простоев'
Тв от сопротивления крепи Р„к:
1 — зажатие секций. 2 — выкладка деревячных кост-
ров; 3—правка секций; 4 — установка опережающей
крепи
при другом типе крепи в аналогичных условиях, мм; ЛР. .— ко-
эффициент влияния сопротивления крепи па уменьшение сме-
щений кровли;
/гв.е = (^-^л)/(/?1тРпр W
Др—уменьшение смещений кровли при применении нового вида
крепи, мм; /?2к — реакция нового типа крепи, МН/м.
Тогда необходимое сопротивление крепи РИ. к определим по
формуле
А,.к= /?•.-,</(/?! лРн. О
где Л сопротивление ранее применявшейся в липло, ачиых
условиях крепи, МН/м2.
Повышение общего сопротивления крепи не обеспечивает ее
успешной работы в условиях трудиообрушасмы.х кровель Для
этого необходимо обеспечить следующее:
соответствие податливости и скорости перемещения выдвиж-
ных частей крепи и максимальных скоростей опусканий ровли
в призабойном пространстве;
надежное перекрытие призабойного пространства при воз-
никновении заколов и трещин в кровле.
В общем случае повышение сопротивления крепи поддержи
вающего типа ведет к увеличению размеров блоков при разру
шсиип непосредственной и основной кровли
Зависимость изменения шага обрушения (при вторичных
осадках) основной кровли I., от длины лавы L и мощности
пласта тпл представлена па рис. I 18, а. Определить шаг обру-
шения основной кровли L(,v от глубины работ Н н от мощности
слоя кровли //,„ можно по номограмме, показанной на
рис. I. 18, б.
В расчетной схеме (рис. I 19) консольная балка (основная
кровля) защемлена над опорой (угольным пластом) и нагру-
жена сверху равномерно распределенной нагрузкой q„ ... На нас
стоянии а от кромки опоры действует реакция крепи R в на-
делке действует момент Мо.
Ра крушение кровли определяется как разрушение балки от
изгиба
[Оизг] = Моп1ах/1Ги,
70
Рис. I. Зависимости шага обру-
чения основной кровли от
длины лавы Z-з, мощности уголь-
ного пласта /«пл, глубины работ
/7 и мощности слоя кровли //о£:
J—/-о =f|£.3) при первой пелакс; 2
£оу = Г'тпл1 прп “грпоП осадке. 3
6Oy=f ('«пл) при пгорпчшпТ осадке:
#—/|V = f(/3) при вторичной осадке;
5 — L^=fyli) при перкой осадке, б
при пеР,,ой осадке; 7
{Hql) пРи вторичной осадке;
3— L efltf) при вторичной осадке
ОСНОВНОЙ кровли
расчетная схема к выбору необходимого
Рис. !. 19. Натурные данные (я) н
сопротивления крепи (б)
где [<7ИП]—„редел прочности материала на изгиб; IFг,— мо-
мент сопротивления площади сечения балки (lFii = Wr/6); Л —
= 1 м — ширина балки; h.—-мощность балки (слоя кровли).
Для консоли балки А длиной /т перед обрушением „од на-
грузкой ^„к.л
Ч,11ах==<7ок.де 9ok.z = vA,;
Кзг| = ?ок.л(ТОт.
отсюда
^2 л/[^ИЗг)/(^?ОК. л).
71
Для консольной балки В перед обрушением при длине балки.'
1в
'Ч пах = ?ок. BZn/2’ ?ок. В " 1 >35V^2;
/д = /?2 Л^[^*^зг]/(,^?ок. в)
(1,35—коэффициент пригрузки вышележащими породами для
частного случая).
Для консольной балки С перед обрушением
Л4 = </ „б2 /8; q г— 1,1 \/i‘
шах “ок. С вк/ * »ок. С 1 1 3*
Д(К 2/г.з 'У' [оизг]/(3г/ок, (;) ,
(1,1 — коэффициент пригрузки вышележащими породами для
частного случая).
Необходимое сопротивление крепи для разлома кровли над
лпппеи крепи (НМ/м)
Д)Н = {<7(Л [2 (LBK — а) — (1.0к + /•> — 2«)] +
+ q, [(2/2 - a) (L - а) - (Р - о)2]} : (2 (Лпк - <П) + Zq„ к (а + </, Д
ч
где = Qoh. с, </2 = </ок. д ~|~ г/оК. о 52*70. к 52 h-a. kYu.k пригрузка
i I
со стороны п слоев непосредственной кровли суммарной мощ-
п
ноегью 52 Ли к 11 средней плотностью у,. h; к — зависание
»-|
непосредственной кровли за крепью, м.
При недостижении крепью необходимых силовых характери-
стик и при совместном режиме работы крепи с кровлей ели-
чина смещений кровли А/с (мм) в зависимости от сопротивле-
ния крепи Р может быть определена (при вторичных осадках
кровли) как
/Ус= 121,04 + 102,15/Р,
где Р— сопротивление крепи, МН/м2.
Величина зависаний кровли в выработанном пространстве
LBK связана с сопротивлением крепи Дсекц зависимостью
Д,к = Д1‘) -8,9ЯссКц.
11а основании производственного опыта, обобщенного ИГД
им. Л. Л. Скочинского. в зависимости от мощности пласта ,”1Пл
определена величина необходимого сопротивления крепи Д- и
сопротивления секции /?сск„ при шаге расстановки секций 1.5 м
при ширине призабойного пространства /„ = 3.8 -5-4 м.
Мощность пласта, м 1 1,5
Сопротивление крепи:
МН/м" .... 0,6-1 0,83
МН/м . . 2,56 3,32
Соиропш теине по посадоч-
ному ряду крепи, МН/м . . 1,28 1,66
Сопротивление секции кре-
пи, МП................. 3,84 4,98
2 2,5 3 3.5 4 4.5 5
0,95 1,05 1,12 1,18 1,23 1,26 1,3
3,8 4.2 1.18 4.72 4.92 5.04 5,2
1,9 2,1 2,21 2,36 2,46 2.52 2,6
5,7 6,3 6.72 7,18 7,38 7,56 7,8
72
Наличие непосредственной кровли, подбучивающей основ-
ную, может обеспечить снижение необходимо!! величины сопро-
тпвлення кренн'
где —коэффициент снижения необходимого сопротивления
крепи; т,п„ — коэффициент подбучпвапия.
В зависимое!и от типа кровли по управляемости (труднооб-
рушаемые кровли относятся ко II п III классам кровель по уп-
равляемости), мощности пласта т п коэффициента снижения
ф,г. можно определить величину необходимого рабочего соиро-
тпвлени/ крепи /?mdX по номограмме, изображенной на рис. 1.20.
Пр!! невозможности обеспечения работоспособности механи-
зированной крепи или для снижения ее металлоемкости и об
.легченк--: управления ею следует осуществлять мероприятия по
Л|>!1еел,ен1!ю трудиообрушаемых кровель в управляемое состоя-
ние:
1) ра упрочнение, в том числе
а) подработка;
б) ув щжиеине основной кровли через глубокие скважины;
в) гидромикроторпедирование:
'Ри<. /. X. К определению необходимого сопротивления крепи поддерживаю-
щего (.и и ограднтельио-поддерживающего (о) типа:
.7— «руличу» paii.iMCMJh крик.-. 4; 2 -гречнрупранлясчия кровля
73
i) передовое торпедирование;
д) взрывогидродинамическая обработка;
2) частичная или полная закладка выработанного простран
ства.
Общепринятых определении труднообрушаемой кровли пет,
но практически для каждого угледобывающею бассейна разра-
ботана собственная классификация гиков труднообрушаемой!
кровли и соответствующий перечень определяющих признаков.
Общепризнанным является утверждение о возможном возник-
новении резких динамических осадок кровли, слон которой за-
висают па значительных площадях в выработанном пгюстран
стве.
Большая часть пластов с груднообрушаемыми кровлями
имеет геологическую мощность от 1 до 2 м.
Имеются сведения, что шаг обрушения основной кровли и
предельная площадь ее обнажения зависят от длины лавы, пои-
чем при увеличении длины лавы более некоторой вели шны и
мощности пласта площадь предельного обнажения кровли
уменьшается.
Влияние осадок основной кровли па работу очистных забоев
называется тяжестью осадок и характеризуется интенсивностью
осадок основной кровли:
/б, = А„/„ (ш„, Л’Р. к).
где ho — мощность основной кровли, м; /о — коэффициент крепо-
сти основной кровли; вынимаемая мощность угольного
пласта, м; Лм.— мощность непосредственной кровли, м; ч’г —
коэффициент разрыхления непосредственной кровли.
.Установлено, что увеличение сопротивления крепи более
800 кН/м2, не изменяя параметров разрушения кровли, обеспе-
чивает падежное удержание блоков кровли. Для успешной от-
работки пластов вынимаемой мощностью менее 2,5 м с трудно-
обрушаемыми кровлями необходимо применение крепей с рабо-
чим сопротивлением не менее 950 1000 кН/м2.
Исследованиями КНИУИ рекомендуется шаг обрушения ос-
новной кровли предварительно оценивать как
Л0 = (т/ +0,39)/0,053,
где у— прогиб консоли, см.
5.2.1. РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ КРЕПИ
ПРИ ОСАДКАХ КРОВЛИ
Давление на перекрытие крени со стороны выработанного про-
странства q> можно определить но формуле
oft1 —- (3/- а — bi) b|<7i
ft, (3F2-2b,)
71
где
=Л?(Л;, -I- —)\[2/ ,/z„ctga+ у/?,,/,,!/,, 4 Л„ etga)],
= 1л + (I + к, + (\ - л') ctg 4
Р /г / f 1_____________-_________/.(/- + A,,ctga)______________।
| I7 +(/'o-/',)ctg«l[/, +(^ + I)-^V^]j
Л' = /«ил -(/г„—1)Л,„
где ша----вынимаемая мощность пласта; йн — мощность непо-
средственной кровли; ho—мощность основной кровли; I» — дли-
на зависающей консоли непосредственной кровли; L—длина за-
висающей консоли основной кровли; bi—длина перекрытия
крепи; —коэффициент трения между основной и непосред-
ственной кровлями; у средняя плотность слоя пород; а —угол
наклон! трещины, рассекающей слой, к плоскости напластова-
ния (трещины разрушения), градус; q\—давление на перекры-
тие со стороны забоя (задастся), МПа; /е„— коэффициент раз-
рыхления обрушающихся пород кровли.
Общее сопротивление крепи
/?сскц — + Z/j) ^|/2-
Коордпната (по оси г) приложения равнодействующей со
против !ения крепи
r (<7| + 2<7>) 1>,
3(91+<7:>
5.3. ГИДРООБРАБОТКХ
Сущность способа состоит в образовании новых и раскрытии
имеющихся в горных породах трещин вокруг пробуренной сква-
жины при создании в скважине избыточного давления воды
(увлажнение) и гидроразрыва.
Давление (МПа), необходимое для гидрора.зрыва
Prp = уД - 0,1 + ар — potnn (2 — щ0),
где о- предел прочности пород па растяжение, МПа; р1(- да-
вление газовой фазы в породном скелете, МПа; /н0—пористость
пород, доли ед.
Гидроразрыв обычно происходит по ослабленным поверхно-
стям механических межслоевых контактов пли в направлении,
нормальном напластованию.
Существенным достоинством гидроразрыва по сравнению с
передовым торпедированием является последующее за разуп-
рочнением с трещинообразоваппем увлажнение с изменением
прочностных характеристик пород. Это в свою очередь ведет к
увеличению радиуса эффективного влияния отдельно взятой
скважины.
75
Радиус эффективного влияния при увлажнении (м;
где общий объем жидкости, введсниой в сьвал-.-о. , mj.
/,j. длина фильтрующей чает скважины, м. ш.ф- ффхктпв-
ная норне гость.
Способ гндрообработкп, широко применяющийся в П-. .ор-
ском и Кузнецком бассейнах, неприменим на месторождениях
с высокой нарушенное! ыо. Эффективность способа в ша-штель
ной степени зависит от проницаемости и пористости пород, сла-
гающих основную кровлю. 13 Донецком бассейне ввиду высокой
плотное) fi высокометаморфи зог.анных песчаников применение
способа краппе проблематично.
Способ гндрообработкп является локальным, осхшествляшся
впереди движущегося очистного забоя. При проникновении воды
в песчаники увеличивается пластичность пород, снижаются кон-
центрации напряжений, происходит их перераспределение, труд-
нообрушаемые слои кровли в зоне изгиба разрушаются блоками
меньших ра шеров. Прочностные показатели пород при ^лаж-
пенни снижаются.
Основными параметрами гндрообработкп являются: высота
заложения на1 метательной скважины над угольным пласт-ш /г<с,
угол наклона к паиластоваиию а, и угол разворота осн сква-
жины р относительно липин очистного забоя, глубина скважины
Л к, расстояние между скважинами Д., параметры нагнетания и
гидроразрыва.
Высота заложения скважины А „ определяется из условия
нахождения загерметизированной (активной) части скважины в
ра.зупрочняемых породах. Расстояние от легкообрушаемого слоя
должно быть не менее 0,6 /?,<],— эффективного радиуса влияния
скважин i,i:
= О,67?,,ф 4- Л„. к + (4 -г- 5) тпл,
где щ„л — вынимаемая мощность пласта, м.
При исключении из уравнения мощности предохранительного-
слоя 0.6 /? ,|, п мощности непосредственной кровли величина
(4ч-5)щнл в точности соответствует мощности слоя легкообру-
шасмых порты, обеспечивающих полное подбучпванпе основной
кровли Гидрообработка направлена не на принудительное раз-
деление грудпообрушаемого слоя па управляемые блоки, а на
создание меньших опусканий основной кровли над призабойным
пространством и устранение ее динамических осадок.
Угол разворота скважин р, зависит от ориентации в про-
странстве линии простирания основной системы третин. Сква-
жина для усиления проницаемости породного массива должна
пересечь возможно большее число трещин. Для этого угол встре-
чи плоскости основной системы трещин и оси скважин должен
быть не менее 50°.
76
I'm . /. 2/. Схема организации
режимов гндрообработкп:
/ расстоянии от запоя i.o j-дча-
н.р
ла раСлл п<> I идрооираооткг /н у
участок пн iKOH.iiiopiioro ув.ижнеппя
I - участок первичного ньк >
в.у
порного увлажнения,
герметизации участки- >р н-
ного пыгежонапкршио от ыжнен. ч
Расстояние между скважинами должно быть равно двоен-
ному радиусу эффектшитого влияния отдельной скважины
В среднем 2R ,,, составляет 20 35 м.
Работы по ।пдрообработке должны начинаться заблзгонре-
меиио — id минимально допустимое время до начала работ г, •
(рис. 1.21):
1 . р/1 •>- 3 Г ' ; -1- /Г1
где /н —расстояние oi табоя до места начала работ по тндэо-
обработке, м; Г. скорость подвигания очистного ,'оя,
м/суг; /, —время на буреипе скважин, суг; h время на ;>ме-
ти ;ацпю скважин, суг.
Иттзконапорпое увлажнение осуществляется при дав тттт т до
2 МПа в течение 5- 7 суг, высоконапорное увлажнение с при-
мепенчем высокоттапориых насосов тина У)IB, VI1-35, УГН Да-
вление при нысокопап чиюм увлажнении I' ’аписиг от м-
пой скорости нагнетания г/ (л/мпн):
д 20л /> J
где /?и. v — коэффициент проницаемости массива, мкм2; v я
кость жидкости, Па-с; Р давление, .МПа.
Давление га юной фазы в породном массиве Р(1 на Вочкут-
ском месторождении составляет около 5 б МПа, на Пптпрском
месторождении около 1.5 3 МПа. Соответственно, давление
гидрора трыва составляет 14- 23 и 8.5—12 МПа (в змтсь мост и
от глубины).
Гидроразрыв может быть определен кик средство се .давня
ориентированных сттстем трещин в тру лиообруптттемы, л- тх
кровли
Для создания систем вертикальных трещин давлс! ж т идро-
разрыва 'МПа)
где ?ъ —р/(1 - р) — ко'зффттииеит боковою распора щ .итдах
ц— коэффициент Пуассона.
Для создания систем расслоений по напластованию давленты
гидроразрыва
Р1Г1.>уД + 0,Зп,.,
77
Схемы размещения скважин могут быть различны: одно- и
двхсгоронпяя по месту заложения устья скважин относительно
выемочного столба, одно- и двухъярусная в зависимости ог тре-
буемого количества разупрочняемой породы и вынимаемой мощ-
ности пласта т, кустовая (рис. 1.22). Двусторонняя схема зало-
жения скважин применяется при длинах лав L более 120 м, а
двухъярусная схема — при мощности разупрочняемого слоя бо-
ле,- 25 м. Кустовая схема расположения скважин применяется
индивидуальной по (готовке выемочных столбов.

/. 21 Схемы расположения скважин при ги цкюбработке:
/л , ипирх I 1Я 6 <1- .прошвы d -ОДНОГ'НфОИИЯЯ дпухь-
ярегпл . i. |орчц-1ин щ.•-\ ъчр$спаи. 1 «л. мкая / ;п*ш нлнцкоипыи пи рек. 2 -кон-
иейгрп..ш impri.
Область применения iидрообрабоiкн определяется дпапазо
ном регулирования давления нагнетания напорных установок.
Необходимость в большом диапазоне определяется сильной из-
менчивостью проницаемости породного массива. Диапазон же
регулирования давления, создаваемого высокоиапорпым обопу-
доваипем, весьма узок.
Недостатком является также невозможность управления про
цессом иатнетання по длине скважины.
В результате применения гидрообработки шаг обрушения
трудиообрх шасмои основной кровли уменьшается в 1,5—1,8 та-
за, нагрузки Hi призабойную крепь уменьшаются в 1,2 1.4 ра а.
Положительным фактором способа является отсутствие ди-
намических воздействий, поэтому его можно применят!, па
стах, склонных к газодинамическим явлениям.
Физические процессы разупрочнения в критической юне л-
вершаюгся примерно через 10 дней после начала нагнетания
воды.
5.4. ПЕРЕДОВОЕ ТОРПЕДИРОВАНИЕ
Метод разработай и внедрен па шахтах Карагандинского бас
ссйна Суп сю сосюит в том, что впереди движущеюся очист-
ного табоя в кровле охрят длинные скважины, в которых взры-
вают большие заряды ВВ. разрушая тем самым слон грудно-
обрушаемой кровли иа блоки. Размер блоков приблизительно
равен шагх' естественного обрушения кровли, не создающей ди-
намических осадок Кроме гою, образование юн трещиновато-
сти облегчает еирав.тепие груднообрушасмой кровлей.
Эффект явность торпедирования а грх дни голыш оценивается
ио следующим параметрам:
снижению нагрузки на секцию и стойки крепи;
снижению скорости смещения пород кровли.
Оптимальное расстояние между рядами скважин в зависи-
мости от типа кровли равно 14 27 м, превышение забоя сква-
жины над угольным пластом 10 20 м, угол разворота осп сква-
жины относительно линии очистного табоя б—17 . Опережение
липни торпедирования над забоем должно быть нс менее 10—
12 м.
При одинаковом расстоянии межд\ скважинами торпедиро-
вания для всех трех типов тр\днообрушаемых порот величина
шага обрушения непосредственной кровли и шага обрушения ос
повиой кровли изменяются различно: шаг обрушения непосред-
ственной кровли уменьшается па 30—Ю %, а шаг обрушения ос-
новной кровли при 1-м типе пород на 10 15 %, при 2 м типе
пород — на 25 30 %, при 3-м типе пород — па 35- 40 и бо-
лее.
По физической сущности передовое торпедирование являет-
ся способом искусственного нарушения сплошности кровли При
74
обнажении очистными работами такого нарушенного участка
кров tn в сочетании с наличием непосредственной кроили возни-
кает интенсивное нывалообра.зование вплоть до полных завалов
ла1 ria шахтах, опасных по гачу и пы in, передовое торпедиро-
вание можно применять только нрн столбовой системе разра-
ботки .
I ! ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕДОВОГО ТОРПЕДИРОВАНИЯ
Расстояние между скважинами равно от 1/3 до 2/3 естествен
ноги шага вторичных осадок основной кровли.
При общем уменьшении опускания кровли в призабойном про
стр HiCTBc наибольшие смещения кровли наблюдаются при пере-
ходе очистным забоем плоскостей торпедирования.
П[ взрывании скважинного монозаряда (торпеды) в мас-
сиве горных пород распространяется взрывная волна Нор-
ма .тьнм к ее фронту происходит сжатие среды, в направлении
касаь иной - растяжение среды. Известно, что горные породы
подобно хрупким телам значительно хуже сопротивляются рас-
тят •гющим усилиям, нежели сжимающим. В результате в ра-
диальном от скважины направлении развиваются трещины. Ра
дпус >ны трещинообра юванпя зависит от количества и типа
используемого ВВ, конструкции заряда, физико механических
свойств горной пороты, других технологических параметров и
и ipa-.'стров волны напряжения.
>с~овие образования радиально ориентированной трещины в
породе в окрестности скважинного заряда запишется в виде
где т - тангенциальное растягивающее напряжение, МПа;
<т, предел прочности на одноосное растяжение пород в мас-
ег МПа; у - удельный вес пород в массиве Н/мя; 11 — глх
бив • горных работ, м
Максима.и.иыо тангсицпальныс растягивающие напряжения
оп[ " гюгся па основании натурных данных нз выражения
где р коэффициент Пуассона; С,. скорость распростране-
ния продольной волны । массиве, м/с; г, —радиус заряда ВВ,
см; • радиус зоны трещинообра зовапия. см.
Д';' определения радиуса эффективного влияния взрывания
скважинного заряда успешно используется электрический каро-
таж. Суть его заключается в оценке изменения коэффициента
трещиноватости С учетом возможности отклонений в строении
пород с наличия спетом естественной трещиноватости определе-
нно । адиуса эффективного влияния отдельного заряда осуще-
стр. I тось по увеличению коэффициента трещиноватости посрав-
80
Pin / 2J. Номограм-
ма определения завп-
симости rt = f (YC1)M;
О|-.м; гз)
нению с исходным нс менее чем в 2 раза. Установлено, что ра
диус эффективного влияния заряда (м) находится в связи с мас-
сой таряда:
/<Ф - 0.2Q,,
где С —масса заряда, кг {Q. ^200 кг).
Распо .ожение скважин при глубоком торпедировании сле-
дует выбирать в зависимости от ориентации главных действую-
щих напряжений в массиве. Рекомендуется располагать сква-
жины параллельно наибольшим действующим напряжениям.
Для определения радиуса зоны трещпнообразования г, реко-
мендует > использован, номограмму ВНИМИ (рис 1 23). Но-
MorpiMM.i рассчитана при следующих натурных параметрах у=
— 20 4- ‘А* к! I/м3; уСр. м = 6 4- 15 Н/ (с • м2); оР. м ф- у Н — 2,5 4-
4- 1з0 МПа, р —0,22 - 0,25; г, = 1,8 4 3 см, тип ВВ — аммонит
скальный марки 'Г 19. При использовании других ВВ получен
пая па номограмме величина г должна быть умножена па ко
эффицненг йпк; при применении в качестве ВВ аммонита (>ЖВ
kn. = 1,1, при ВВ АП-5ЖВ /г„„ = 1,14.
Для определения параметров взрывания по номограмме сле-
дует и . отметки соответствующей принятому радиусу наряда
ВВ, на шкале № I провести горизонталь вправо до пересечения
с вертикалью, восстановленной из отметки па шкале № 2, соот-
ветствующей прочности Ор, м. Затем из точки пересечения прово-
дят диагональ вправо вверх до пересечения с вертикалью,
6 ИМ Проскуряков
81
опущенной ш точки на оси № 3, соответствующей величине
уСр. м. Из точки второго пересечения вправо откладывают >орн
зопталь до пересечения с осью № 4. В точке пересечения гори-
зонтали п осн № 4 считывают значение г,. В примере на рве. I 23,
иллюстрирующем методику пользования номограммой!, приняты
следующие параметры: г3 = 4 см, <тр . м=10 МПа, у „ =
= 9Н/(с м2), искомое гг = 125 см. В случае применения в ка-
честве ВВ аммонита (>ЖВ гт = 125-1,1 = 137,5 см.
Величина оР. м меньше предела прочности образца породы на
растяжение ор в 1,5—2 раза.
Из номограммы, изображенной на рис. 1.23, видно, что при
увеличении горного давления в зоне опорного давления до куН
значение ор. „ = оР. ч 4- /гу// уменьшает величину радиуса трещи-
нообразования вокруг взрываемого скважинного заряда. < )теюда
следует, чго взрывание скважинных зарядов или передовое тор-
педирование должно производиться вне зоны опорного давле-
ния, превышающего действующую в массиве величину у//
В этом случае величина гт будет наибольшей возможной.
Приближение очистного забоя к нарушенной зоне сопрово-
ждается увеличением действующих в массиве напряжений в <>б-
лаетн, охватываемой опорным давлением. Зона искусственной
трещнионатостп, созданная взрывом, подвергается сж.мгю, и
трещины, орвентированные параллельно главным напряжениям,
будут «расти», т. е. будет увеличиваться их длина (в льрытом
состоянии). Поскольку главные напряжения деве!г.уют в плоско-
сти, нормальной к напластованию, го поперечное сечение на тру-
шенной области примет в итого не круговое, а эллиптическое
очертание Большая ось эллипса будет ориентирована прибли-
зительно нормально к напластованию.
В топе влияния краевой части пласта начинают ра щипаться
деформации изгиба в основной кровле. В результате происхо-
дит объединение зон трещиноватости скважин и ра рушение
слоев основной труднообрушаемой кровли в виде образования
блоков плоскостями трешпн. ориентированных приблизительно
параллельно линии очистного забоя и нормально напластова-
нию и в виде расслоения по плоскостям ослабленных механнче
скп.х контактов. Совокупное проявление этих процессов сумеет
вен но облегчает управление кровлей.
5.4.2. СХЕМЫ РАСПОЛОЖЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН
Схема расположения взрывных скважин при передовом торне
днрованпи должна выбираться с учетом мощности слоя трудчо-
обрушаемых пород, числа п мощности отдельных слоев, ее со-
ставляющих, параметров систем естественной трещиноватости,
параметров залегания угольного пласта — его мощности п угла
падения, должна учитываться длина очистного забоя.
По назначению взрывные скважины делятся на основные,
предназначенные для предотвращения зависаний в выработан
82
ном пространстве очистного забоя, и на отсечные, служащие для
устранения опасности локальных зависаний у сопряжений очист-
ной выработки с подготовительной. Отличие отсечных скважин
при передовом торпедировании от способа принудительного об-
рушения кровли с применением шпуровых зарядов состоит в
том, чю {«писания пород у сопряжений возможны по различ-
ным причинам. В одном случае, например, породы основной
кровли, не способные создавать зависания при консольном опи-
рании в выработанном пространстве в средней части забоя,
склонны создавать достаточно устойчивые зависания при опира-
нии на две стороны контура, образуемые поддерживаемой вы-
работкой и плоскостью очистного забоя. Такое явление принад-
лежит к существенной особенности кровли, характеризуется пре-
жде всего повторяемостью с прогнозируемыми параметрами.
В этом случае для предотвращения возникновения аварийных
ситуаций следует выполнять передовое торпедирование отсеч-
ными скважинами.
Возможны случаи зависания у сопряжений с подготовитель-
ными выработками пород в местах замещений и переслоеиий в
Ptic I 21. Схема расположения скважин передового торпедирования при
первичной поса тке кровли;
а— л пл oii.j Hh-uij о щиг гпрпппяя двухъярусная; б тилгона ibii.isi UQvгиршшяя иихьярус-
ная. в nc[ineii uiKV-iHpUdM цкехьярусплп: г с сложением гкнлгннн пл гс<епк<и». / основ-
ная ски 1ЩНН.1, 2 -отсечная скважина; 3 —скважина первого яргез, 4 — скважина нюрою
яруса
6*
83
А-А Б Б
Рт 1.25. Схемы расположения
скважин передового торпедирова-
ния при вторичных осадках кровли:
а — диагональная одиос. •ч,я.. Су-
ди. irona.ц>ная дтгп-роп» мч ft диаго-
нальная •* инх*iGpciiiiiH'/i । ny< tun-. 1 ми
скважинами; г псрнсн/1:> VJUtpuaH
Рис. 1.26. Параметры наложения
скважинных зарядов
кровле, на участках сиравичепных размеров возможен вы\оЛ на
контакт с пластом слоев труднообрушаемой кроили Кроме того,
при значительной изменчивости прочностных свойств груднооб-
рушаемых пород кровли на отдельных ее участках возможны за-
висания по причине повышения механической прочности слоев
на изгиб. Такие явления не являются периодическими, во .ник-
ноиеште их трудно прот позировать, н зависания ликвидируются
способом принудительною обрушения кровли втрывантнм шпу-
ровых зарядов.
При внешней схожести передового торпедирования отсеч-
ными скважинами и принудительного обрушения взрыванием
84
I
шнуровых зарядов в выработанном пространстве — взрыванием
удлиненных зарядов в кровле с целью предотвращения (и.ш уст-
ранения) зависании кровли у сопряжении — способы отличаютя
объектами воздействия, параметрами и средствами реализации.
Схемы передового торпедирования при первичной школке
кровли представлены па рис. I. 24.
Диагональная односторонняя схема применяется при длине
очистного забоя более 120 м Схема перпендикулярная с отсеч-
ными скважинами применяется независимо от длины >абоя, в
том числе двухъярусная — при длине лавы более 120 м. одно-
ярусная— при длине лавы менее 120 м. При залегании ’ ро-
вле слоя .кч кообрушасмых пород и небольшой мощности слоя
труднообрушаемой кровли применяется бурение взрывных сква-
жин из гезенков, специально для ной цели проводимых.
Схемы расположения скважин передового торпеди ючавня
при устаповнвшсмся режиме обрушения основной кровли пред-
ставлены на рис. I. 25, откуда видно, что схемы расположения
и принцип выбора диагональных односторонних, днагона "ьиых
двусторонних, перш кутикулярных с отсечными скважин; ми по-
добны применяемым при первичной и вторичной осадках л пов-
нои кровли.
Схемы с отсечными скважинами ре комен ixioich к . и фи-
лактпческое мероприятие при бесиеликовых способах о чы
подготовительных выработок.
5.4.3. ПАРАМЕТРЫ ЗАЛОЖЕНИЯ СКВАЖИН (РИС I .26)
1. Высота заложения нижнего торца заряда (о, . < 80 МПа)
Л„. т = (!> 6) гт,
где Гт — радиус трещннообразованпя, определяется по >мо-
грамме, показанной на рис. 1.23.
При отсутствии необходимых сведений для вычисления - че
личина Л„. т принимается не менее G—8 м.
Высота заложения нижнего торца скважины (м) Поло-
дах крепостью более 80 МПа
Л„. т = (3 4- 4) гт,
но не менее 4—5 м, причем длина забойки
Ашб = А„. T/COS В.
В случае залегания на контакте с пластом слоя непосредст-
венной кровли высота А„. т должна быть увеличена на моли ость
слоя легкообрушающихся пород Лл<>.
Ап. т (4 о) гт “В А1О,
Величина ft„. т представляет собой запас безопасной толщи
породы и принимается в песчаниках равной 2 м, в алепротптах
и аргиллитах 4—5 м
R5
2 Высота заложения верхнего торца заряда Лв т определяет-
ся т зависимости от вынимаемой мощности угольного пласта
"Г I>:
при шП1^1,5 м Лв.т = (10 4-15)/яП1;
при ///„,> 1,5 м Лв,т = (6 4- 10)тп
При первичной посадке кровли /ти. т не должна быть более
15 м
3. Расстояние между скважинами а определяется в зависи-
мости оз прочности пород на сжатие о,)К:
при оу.Л < 80 МПа а = (16 4-20) гт, но не менее 18—20 м,
при '<* 80 МПа о = (10 4-15) гт, но не менее 14—18 м.
!. .У гол разворота скважин в плоскости пласта )-> опреде-
ляется в «ависпмости от ориентирования основной системы тре-
щиноватости, но не менее 50е.
Угол наклона скважин относительно пласта
0 = arcsin
Нп. т
V/' +(Я„. r/eos<[)
। де //,, т — мощность перебуриваемой толщи пород, м, Г — длина
проекции скважины па пласт, м; q—угол наклона плоскости
трещинообразования к вертикали, градус; q> =20 4-30
Угол разворота скважины относительно оси выработки (гра-
дус)
0 = <pl + ;irclg^HJL
где <], — угол сопряжения плоскости трещинообразования с осями
подготовительных выработок, градус; ipi = 60 4-70".
Глубина скважины (м)
l-eK = 7Zi+(/Zn.T/C0S4'i).2
5 Глубина скважины LCK определяется с учетом необходи
мости оставления неразрушаемой перемычки шириной 10 м ме-
жду проекцией верхнего торца заряда и подготовительной выра-
боткой при односторонней схеме расположения скважин пли
между горцами ближайших скважин при двусторонней схеме
распет, тожения.
Длина /..кх при перпендикулярной схеме расположения
Л1К±> 1,1/f/cosO,
где L\ — шаг первичной посадки основной кровли, м; 0 —угол
возвышения скважины над пластом градус; 0= arctg-р- £—. но
не менее 100 м.
Длину скважины второго яруса следует принимать таким об-
разом. чтобы проекция ее верхнего торца на пласт совпадала
с проекцией нижнего торца скважины первого яруса.
86
6 Диаметр скважин Z)(l, принимается на 20—25 мм больше
диаметра таряда (торпеды, патрона) </.
7. Масса заряда в скважине Q, (кг) определяется длиной за-
ряжаемой части скважины /,ар и уде гьной массой ВВ </ (кг/м)
Удельная масса мряда
Ч 0,025л</'Л,
где (/ -диаметр заряда, см; А — плотность ВВ в заряде, i/см
Масса заряда Q, не должна быть более 300 кг.
8. Расстояние между скважиной и под|отопительной • !.! >а-
боткой /зир при перпендикулярной схеме расположения скважин
должно быть не менее 4 м.
9. Шаг торпедирования (м)
И + hrv А пр Y
' г ’ 9,46 \ у// ) ’
где Н - глубина ведения работ, м; Лтр—-мощность слоя трудно-
обрушасмой кровли, м; пР —прочность труднообрушаемых по-
род на растяжение, МПа; у// — вертикальная составляющая
давления. МПа.
Данная зависимость применима в диапазоне глубин от 400
до 600 м при пределе прочности пород па растяжение п,
4- 10 МПа.
10 Скважины при торпедировании следует pacno.ini зь
вкрест простирания основных систем ccicctbciiiiux трещин.
11. Угол наклона отсечных скважин £>| при диагональной
схеме разупрочнения с отсечными скважинами следует гэини-
мать не менее 25°.
5.4.4. КОНСТРУКЦИЯ ЗАРЯДА ВВ
1. Торпеда — заряд (рис. I. 27, а) состоит нз набора торпед, за-
ключенных в секцию, корпус / которой изготовлен нз отрезка
полиэтиленовой трубы. Длина секции 1500 мм, диаметр ГЮ мм,
толщина стенок 5—7 мм. Секция заполняется патронпрованным
ВВ 2.
2. Монозаряд (рис. I. 27, б) является набором отдельных сек-
ций, заполненных В В. Секция герметизируется после запозне-
Рис. I. 27. Конструкции зарядов
8?'
чин ВВ 1. Длина секции 1500 м. Герметизация осуществляется
подворачиванием свободного рукава 3 секции 2.
3 Инициирование зарядов ВВ в торпеде и в монозаряде
пр >н j.‘ ди гея соответственно торпедой-боевиком и патропом-
бое.’.ики м.
1 Д 1И досыпки торпеды-заряда и монозаряда в скважину
применяются специально изготавливаемые направляющие го
лозк! и хвостовики из дерева пли других инертных материалов
Общие требования:
1 В двухъярусных схемах расположения скважин их заря-
жают- производится поочередно, а взрывание — одновременно.
J Вфыванпе торпед должно осуществляться мастером
вз| ывни ом, располагающимся на расстоянии не менее 600 м на
сгч т.ей стихе.
И г. ->ч ФЕКТИВНОСТЬ ТОРПЕДИРОВАНИЯ
Эффективность торпедирования оценивается коэффициентом
уменьшения шага посадки основной кровли
^11- т Д1- т/^-П'
где L,. г — шаг посадки после торпедирования, м; 1.п— шаг по-
садки без торпедирования, м.
По натурным данным /гп.т изменяется от 0,3 до 0,85 и более.
Для хсловий шахт Карагандинского бассейна при мощности
слог трудпообрушаемой кровли 25—30 м установлено, чго эф-
фективное разупрочнение достигается при расходе 3—4 кг ВВ
на 1 м скважины.
Длина участка разупрочнения в очистном забое (м)
/> — / -р i
р р.1Ч 1 лр’
где хлгша участка разупрочнения, м; /Пр — длина примы-
кагоше о хчастка, м
Длина примыкающего участка /,1р равна шагу вторичной
оса । и корвлп. Длина /,,пп равна расстоянию от монтажной ка-
меры до крайних скважин.
В отдельных случаях среднемесячное подвигание лав увсли-
чи| ся. в 4—6 раз. Затраты на разупрочнение кровли для уе-
ло . Донбасса составляют около 0,30 руб/т угля.
5.5. МЕЖЭКРЛННОЕ ТОРПЕДИРОВАНИЕ
Взрывная волна беспрепятственно распространяется и горном
массиве при отсутствии в нем поверхностей раздела (трещин)
Падающая на поверхность раздела взрывная волна отражается
и преломляется. При этом в породах возникают растягивающие
напряжения перед фронтом падающей волны и перед фронтом
огр а ж л го :це й волн ы.
Риг. 1.28. Схемы расположения скважин при межжрапнчм |ориедир<,а< яма
Установлено, что в зонах наложения прямых и отраженны'
фронтов усиливается дробление породною массива. 1 ели окоп
турить участок массива, намечаемый к разупрочнению, плоско-
стями раздела пли, иначе, отражения (экранами), то обра уетс
возможность более полного использования uiepiiii! изрыв, и
пространстве между экранами. Такой способ разупрочиен но-
сит название межэкра иного торпедирования Р< али те--, он
различными способами.
На рис. I. 28 представлены применяемые схемы меж .л
кого торпедирования.
На рис. 1.28, а изображена схема с расположением всех
скважин в одной плоскости, совпадающей с плоскостью octcci
89
«симой трещиноватости. Для формирования меж-жранного про
странства М осуществляется взрывание скважин /, в результате
иго развиваются трещины, создающие поверхности раздела,—
экраны. Затем производится взрывание основной скважины 2,
осуществляющей дробление в межэкраниом пространстве.
На рис. 1.28,6 представлена схема меж-экраниого торпеди
роваиня с расположением скважин в двух плоскостях, совпадаю-
щих соответственно с твхмя системами естественной трещино-
аатости. Взрыванием крайних скважин 1 в веерах формируются
мсжэкранвые пространства, после чего производится взрывание
основных скважин 2.
На рис. 1.28,6 представлена схема меж экранного торпеди
рования с расположением скважин в плоскости естественного
обрушения пород основной кровли. Поочередное взрывание сква-
жин / и 2 в одной плоскости ирон пюднтся после обрушения по
род предыдущего разупрочпепного участка.
Экранирование обеспечивается па границе юны трещипова
тостн ог взрывания скважин первой очереди /.
По своей физической сути межэкрапнос торпедирование
близко к принудительной посадке кровли.
ЗЬ. 1 ИДРОМИКРОТОРПЕДИРОВЛНИЕ
Фи (Ичсская сущность способа состоит в направленном измене-
нии фпзнко механических свойств горного массива путем нс
пользования эффекта гидроудара при камуфлетном взрывании
небольших зарядов ВВ в скважинах, заполненных водой.
Способ имеет достоинства гидроразрыва и передового торпе-
дирования: использование в качестве рабочего тела воды, что
обеспечивает более полную передачу энергии взрыва горным по-
родам, увеличивает радиус зоны трещпнообразовання С этой
целью для более полного взаимодействия горного массива н ВВ
предварительно осуществляется высоконапорное увлажнение
массива, создающее заполнение пор и пустот в околоскважин
пом пространстве. Параметры взрывных работ определяются в
зависимости <>г необходимой интенсивности разупрочнения —
длины участка трещииообразоваппя, давления при гидрора.зрыве,
местоположения по длине скважины участка разупрочнения, ка-
чества । ермсти.заиип.
Давление гидроразрыва для большинства типов грудпообру-
шаемы- кровель составляет 20—25 МПа. Расстояние между
скважинами при гндроразрыве можно определить как 2/?,ф ио
номограмме (рис. 1.29) в зависимости от длины заряда
Для предохранения запорного оборудования в устье сква-
жины от повреждения при гидроударе и для управления процес-
сом гидроразрыва по длине скважины устанавливаются подат-
ливые перемычки, например, из дерева. Это позволяет скон-
центрировать энергию гпдроудара на участке избирательного
разупрочнения и увеличить ее в 4—6 раз.
90
Рис. 1.29. Зависимости ътвлепия гидроразрыва Р и радиуса эффективного
влияния скважины PJt\, от длины таряда I, при /, = 3 м (а) и при /3 = 5 м (<)
Рис. 1.30. Схема расположения обору сования при гндримикроторпепц i анись
2. .? забоикл: 2 - ыря I. •/ см ukihi.t 5 \ голыш fi пл»ц г- , . д «..шцшме ь>мыи: 7
розатвпр; 0, 10 ип >рн in ннырл i р.г. 1! Bt>icokoii/tlitip]||.ii- ш>лпн 12 ц.ц-пс: П
метр
Разупрочнение гидромикроторпсдированпем осуществляется
впереди движущегося очистного забоя подобно гидрообработке
и передовому торпедированию (рис. 1.30).
5.6.1. ПАРАМЕТРЫ ГИДРОМИКРОТОРПЕДИРОВАНИЯ
I. Высота отложения нижнего торца обсадных труб должна
быть не менее 0,6/?,ф—радиуса эффективного увлажнения от
залегающих иод пластом легкообрушасмых пород. Длина обса-
женной (гсрмегп тированной) части скважины должна быть не
менее 20 м.
2. Высота заложения табоя скважины /.'.. (м) должна быи
такой, чтобы она могла обеспечить неразрушенно легкообрхшас-
мой кровли мощностью //.„., предотвратить ее увлажнение, для
чего оставляется тащнтиая зона размером 0.6/? ,ф, н должна обе
спечить эффективное подбучнвание основной кровли, для чет о
мощность разрушаемого слоя кровли должна быть не менее
5/п,щ (ш|1Л— вынимаемая мощность угольного пласта).
л = Лл„ + 0,6/? ,ф + (1 4- 5) гпц „
01
Рг uivr лрфектпьис!о у влаж iciuih /?„> (м) 1авпсит от про-
иг • ci масон ; и i. люсст! накачанной в скважин; жид
,, / '•>
''J"' Л\/ Л/ф.
i i. общий объем /кндкости, «акачавной и ск.-.джипу, м;;
д.шиа фплырующей части сквзжппы, м; ///„[, -«ффектив-
н.т . ижгоегь, для пород Воркутинского месторождения т |,=
I}. । а 1ля пород liniiuicKoio месторождения tn# (0.15-:-
0.2)т । де in, - открытая пористость, доли ед.
1 :•!<..! ра ворси |! проекции осн скважины к оси иодюго-
। л л.uoii выработки определяется > .iibiiciimoc'I н от положения
। пространстве основной системы седеет венной |ре1Ц1П1Оватостп,
Ии л< *1 нес 50 .
Расстояние между скважинами Р нрн пределе прочности
порол в: одноосное сжатие менее 80 МПа следует принимать
К;' но не менее 20 30 м. При пределе прочносн1 пород на од-
ноосное сжатие более 80 МПа R' следует принимать равным
12г но не менее 16- 25 м. Величину г, следует определить по
соотзетствую1цей номограмме, приведенной на рис. I. 23.
Д шметр п длина скважин. Диаметр скважин принимает-
ся. н. 2“ мм больше диаметра торпеды-заряда, но не менее
75 чу
В сю мах с односторонним расположением скважин расстоя-
ние от верхнего торца скважин до подготовительной выработки
должно бы и. не менее R „(| или не меньше 5 м.
В темах с двуч торотшим расположением скважин расстоя-
ние междх шбоями встречных скважин должно быть не менее
2Р.г
7. Масса заряда в скважине определяется расстоянием от его
ближайшею конца до герметизатора, предельное давление на
который может составить 20—25 МПа. Соответственно при рас-
слои! ни от :аряда до герметизатора 80 м масса заряда может
быть нс более 10 кг, при 50 м б кг, при 30 м — 3 кг. Расстоя-
ине . -аряда ю герметизатора нс может быть меньше 30 м.
Picno тожепче зарядов по длине скважин определяется и
у* 'О максимального «использования» естественных систем
1Ш| vine н <сг" плоскостей контактных ослаблений в пере-
хотим .он,. ... границ слоев:
на мшу пи при нагнетании воды определяются в еоответ-
ствв материалом, и южспным г. разд. 5.3;
и,, I- • ..<• пи я Шапорине (при дав теппп ие более 2 МПа) иа-
II у? пли увл'-жиепш’ осуществляется в течение 3—5 сут;
. ыс ' «напорное чзгне|.шие (МПа) осуществляется иод лав-
чеипеч
Р" 0.6Р,
где - давлепче гидроразрыва, МПа;
Р,. + °|. —
32
удельный пес пород, МН/м3; II глубина всдснн'1 ра-
бот, ст предел прочности перо i нз одноосное растяжение,
МПа, /' - - норовое давление, МП. нервная пористость
пор >д до th ед.
Пор ое давление газа на шахта 1ркгтского мссюрожде-
нп " 5 () МПа, в породах шахт Пип,пск<> > месторожте-
ню .' = 1,3 3 Ml la.
В пн-’ юны влияния 1 ндромнкроториедпроншия °, за-
вис"!' <1 еличины действующих г массиве напряжений, качс
ст . :аж11спня при иапк i лини жпдкоет, пар-илег]'*» (i.tu'v-
"ii >ны трещииос>бра юваипя при простом взрьшашш А’
/^гф !,
где / 9,7 \/д/р; д масса заряда, кг; р — плотность пород,
кг/м , . — коэффициент изменения радиуса влияния от взры-
вай .а.-шсямосги от величины напряжении, действующи г,
массиве:/г„е // — глубина ведения . работ, м; огж—
предел прочности пород па одноосное сжатие, МПа; А1Я — коэф-
фпцпен влияния । п дро.т и па м пчсско! о эффекта при взрывании
ВВ жидкости:
k,n- tfn In-у—
где п число серий взрывания в скважине; /\—радиус сква-
жины, м; i\ — радиус зоны увлажнения, м.
Видна связь параметров увлажнения массива и буровзрыг.
вы . работ с размерами результирующего трещпнообра юваипя.
Нан шме'.т, увеличение радиуса увлажнения rv с одного до Юра
дпусо обеспечивает увеличение радиуса трещинообразования
при г и'’aiiiiii ВВ в увлажненном массиве /?Гф в 2,3 раза.
По' дующая гидрообработка трещиноватых зон способст-
вует \ шчепию радиуса области трещинообразования, обсспе
чи:щ.| la ibiieeuiee снижение прочностных свойств трудпообру
шаемэп кровли.
56 2 РЕЖИМЫ ГИДРООБРЛБОТКИ
Д.1 лщшы устья скважины и нагнетательного оборудования
oi л .оудана нрн взрывании устанавливается противоударная
приставка (рис, 1.30).
Пор .она".'.,,ii.iioe ini жоопорное увлажнение производится вне
реди |боя с расстояния I. около (1,5 ?2,0)i.,4- протяжен-
ность юны опорного давления в направлении подвигания <абоя.
Взрывание тор под-за рядов производится сериями, высокой;
порно? нагнетание жидкости с расходом Q в промежутках мо
жду сериями взрываппп. Расстояние от забоя до начала юны
взрывания составляет (1,5-4-!)/. . (1 (рис. 1.31).
Последующая гидрообработка производится в пределах зоны
опорного давления (0,5 -4- I) Д.,д, по ис ближе 0,3/.., 1(.
93
Р,НПа
Рис. l.-'H. Графики, иллюстрирующие режимы высоконапорпого увлажнения
и взрывания:
/ ныгокопалорног \ влпжпении; 2 —сброс воды л4 скважины пере д в срыванием; 3- заря-
жание и запплиент- скважины водой; / взрывание; 5—сброс воды; Л И И! - «и мер серин
в «рыкания
Гидроразрыв разулрочияемой кровли осуществляется в пело
ередствеииой близости к очистному забою на расстоянии 0,3/. „
контролируя величину падения давления Р (что соответствует
скачкообразному увеличению гидравлической проницаемости
массива — i пдрора трыву) и проникновению жидкости в уголь-
ный плас г или в непосредственную кровлю и призабойное про
с । ранет во.
5.7. ВЗРЫВОГНДРОДИНЛМИЧЕСКИИ СПОСОБ РАЗУПРОЧНЕНИЯ
(ВЗРЫВОГИДРООБРЛБОТКА)
Суп. комбинированного способа, сочетающего элементы пере-
дового торпедирования и взрывогндрообработки, состоит в еле
[уютом.
На расстоянии 30—40 м впереди очистного забоя, т. с. вне
юны влияния опорного давления, в трудпообрушаемык породах
основной кровли бурятся шпуры (скважины) диаметром 42 -
30 мм. Шнуры бурятся под углом 25—30° к линии очистного за-
боя в направлении подвигания. Бурение производится из подго-
товительных выработок па расстояние, обеспечивающее полное
перекрытие длины лавы. Так, например, при длине очистного та-
боя 80 160 м длина шнуров равна 70 80 м. Высота /гп , на
которую бурятся шпуры, определяется из условия необходимо-
сти иодбучнпаипя труднообрушаемой кровли, т с. Л„ , ~(2-4-
-т 4)/н„.., где ш,,.,— вынимаемая мощность пласта, м.
В каждом шпуре размещается и взрывается заряд натрени-
рованного взрывчатого вещества (ВВ). Масса заряда в шпуре
30—50 кт. Расстояние между параллельными шпурами г„. г. оп-
ределяется из условия перекрытия зон трещиноватости, созда-
ли
ваемых при взрывании шрядов ВВ и каждом из шпуров, и равно
3 -5 м.
После взрывания заряда в шнур подается вода под давле-
нием Нагнетание под давлением 0,5- 1,5 МПа осуществляется
в течение 7 ч; расход воды нрн этом составляв! около 60 mj на
I шнур.
Б ре ультак- комплексного воздействия на кровлю взрыва
пня, у. чажнепня и опорного давления при приближении очист-
ного абоя массив груднообрушасмых пород теряет свою енлош-
iiociu. Нижние его ра jyiipoHiiHiouuie слон пору питаются
вырабоюнном пространстве и обеспечиваю! падежное ногбучн
ванне «ависающей основной кровли.
Прс-имущес! вами способа являются его относительная деше
внзпа. простота применяемого оборудования, легкоунравляе
мост!, параметров технологии.
Взрыногидродинамическни способ находит применение в
условк-о- когда труднообрушаемые кровли сложены нссчанн
камн со слабой вторичной изменчивостью. малонричиымп,
о,.,,, — 16 : 32 МПа. Такне породы широко распространены,
в частности, на месторождениях о-ва Сахалин и Приморского
края
Скважины (шпуры) бурятся колонковыми электросверлами
тина ЭБГ-1 или другими станками вращательного бурения.
5.7 1 ПАРАМЕТРЫ ВЗРЫВОГИДРООБРАБОТКИ
Высота заложения ин жнею торца заряда , не менее 5 м Вы-
сота а. 1ОЖСНИЯ верхнего торна заряда (м)
niu.J(kp— 1),
где -t - вынимаемая мощность угольного пласта, м; /гР — ко-
эффициент разрыхления пород (/?,> = 1,15 4- 1,6).
Расстояние между скважинами в ряду
= 2гт,
где г, —радиус зоны грещпнообразовапия, м.
Расстояние между забоями встречных скважин пр!! двусто-
ронней схеме расположения аИ1- принимается равным нс менее
5—10 м.
Длина скважин при односторонней схеме расположения при-
нимаемся такой, чтобы расстояние между подготовительной вы
работкой и проекцией верхнего торца заряда скважины было не
менее 10 м. Длина скважин при двусторонней схеме расположе-
ния скважин определяется из условия предельно наименьшего
расстояния между встречными забоями скважин 5—10 м.
Угол разворота скважин (проекций скважин) относительно
очистного забоя следует принимать равным 60—65° в направле-
нии к очистному забою.
95
Put / 32. к методике определения радиуса
эффективного влияния взрывигилрообра-
ботки г,;
/ при мкм2 п Рп — 0.3 \Па; 2 пр»
А’н с =0.01 мкм2 и /-*п 0,3 МП», 3 при /<н с
0,01 мк.м2 и Р1(—0.5 Ml Li; 4 при А’вс=(1()3 мкм2
и Рп —0.3 МПа; 5 При с=0.03 ю»м2 и Р^
0.5 Ml Id
Для разупрочнения кровли до первичной посадки следует
принять двух вирусную схему заложения скважин (вис .ввсимо-
СТ11 о г прочности пород).
Для разупрочнения кровли при вторичных осадках основной
кровли и пределе прочности пород менее 80 МПа применяется
одноярусная схема расположения скважин, при пределе прочно
стп пород более 80 Ml la — двухъярусная.
Диаметр скважин принимается не менее 42 мм Длина за-
бойки должна составлять не менее 1/3 длины скважины.
Технологические процессы при осуществлении взрьп-огндро-
обрабогки являются традиционными и не требуют специального
оборудования:
бурение скважин впереди .забоя;
заряжание скважин п взрывание нарядов ВВ;
герметизация скважин и монтаж напорного оборудования,
нагнетание жидкости в скважины.
Особенностью взрывогидродппамичсского способа являете-,
двухетаднйность процесса развития зоны ра-.упрочнения вокруг
отдель но й скв а ж ины.
Первичное ра '.упрочнение взрыванием зарядов в шпурах и
последующим ннзконапорным увлажнением обеспечивает про-
никновение воды в массив па расстояние, равное радиусу тре
щинообразоваиия г,. Продолжительность нагнетания воды су
Шественного влияния па размеры зоны разупрочнения в, 'от-
зывает.
Параметры \ рьп’О» пдр.-обработки определяются составом и
(|>н шко мс- uiunecKHMii свойствами пород, количеством ВВ, гад
равлическо! пр. читаемостью пород и пх естественной влаж-
ностью, количеством подаваемой в скважину жидкости. Для оп-
речелепп-! ра nivca зоны разупрочиякицего влияния взрывогид-
рообрабогкп г используется номограмма представленная на
рис. 1.32. Для определения г, вычисляют безразмерную гели
чипу У, для различных г,:
96
где /т текущая координата радиуса увлажнения, м; i }>.
днус скважины. м, —длина фильтрующей части ск а-
жнны, м.
.Затем лире сляют безразмерную величину УЧ для р.
пых г,
У *п. J,[>. '7',Л|
где А*е . с— коэффициент водопроницаемости среды, мкм2: /Л,—
давление нагнетания воды, МПа; - продолжительность на нс
тания, сут, tnr. п —коэффициент трещинной пористости пород
(нт,. и = 0,12 4- 0,2); in, „ = ; аи. -— коэффициент плос-.о-
стпон трещиноватости: р к—коэффициент вяжости жидкости,
Па-с.
Величина коэффициента водопроницаемости k определяется
па основании известных положений титравликп ио обра
керна материала
'ЛИж/ф. Ч
А’ ~ / \1’„
где Qv — расход воды, м°'/с; / — площадь поперечного селения
образца, с.м~; АР,,—падение давления нагнетания Р па ходе
и выходе пт образца, Па
Да.тет па осях номограммы откладывают вычисленные .:
ряда значений г величины параметров }, и ) . Пт точки поле
сечения графиков )’| и У'- опускается перпендикуляр на ось . ос
цисс В точке пересечения перпендикуляра с осью абсцисс (.пре
деляетсч значение радиуса эффективности взрынот пдрообр.,
бот КП
ГУ качестве пример, и, рис. 1.32 при' 'епт метолка pt
деления величины г,, для пяти случае," пепемепной У и постоян-
ной К| в< тнчины.
Применение взрыво! идрообрабогки ио поляет уменьшить шаг
вторичных ОС..ДКОВ и размеры блоков, па которые разруш;
кровля
5.8. ПРИНУДИТЕЛЬНОЕ ОБРУШЕНИЕ КРОВЛИ
Сущность способа таключаете г ра рушении кровли , ь
работ аппом пространстве для исключения больших .-.mute.,
пий, . особенности при первых осадках тру днообручнаюнк не'
кровли.
Для осуществления способа п, подготовительных выработок
параллельно липин забоя бурятся скважины, в которых т .ты
ваются аряды. Параметры взрывания н расположения скв;
жпн определяются в зависимости от допустимой площади 'биа
женим и силовых п'.|раме1ров призабойной крепи.
Наиболее эффективен чип способ в случае необходимое11
обеспечения регулярности шагов обрушения основной крти .
7 II. М Проскуряков П7
Поскольку в ipbinaiiuv ocyuicciнляегся в выработанном про
странст.-... способ осуществим лишь на неопасных но газу и пыли
шахтах
(Ббойка можс! ирон Шони।вся взрыванием скважинных или
шнуровых аря.тов Для бурения скважин нснользукмся станки
вр.'чца .ч льшл о бурения СБГ I м, НКР ЮО, НКР 100м. Бурение
ни ' '>о осу щесгиляегт станками B-45/I00.
В ; ываиие шнуровых ьзря.чов применяется дл i ликвнтацпп
местных швпеанпй ipy цюобру шаемых порол небольшой мощно-
сть у сопряжении ОШ1С1ИЫХ -.абоев с подготовительными выра-
бо| каин.
'К pcoKTinie скважин и шпуров осу щеегвляегся naiроппроваи-
iium:i ВВ или монозарядами (торпедами).
Высота вложения верхнего торн.) , скважины определяет-
ся ш,- ..'H1I1II1 наименьше!о сопротивления (ЛНС) н> ближайшей
нырабонгн или ipyioii свободной поверхности, ио нс менее 10 м.
В породах с пределом прочности иа сжатие менее 80 МПа
си ..жпиы .абу puna.огся в один ярус, в породах с пределом
про л'.осги на с/кагие о 80 МПа - в два яруса.
i .пегояиие между .абоямп встречных скважин следует при-
нимать нс меисе 5- 10 м.
Длина шбопкп должна быть не менее 5 м.
Параметры .аряжлиня и расположения скважин определяют-
ся 1 соогbcictbhii с ра щ. 5.4
5 8 ПАРАМЕТРЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ШПУРОВ
Расстояние от шпура до целика или борта охраняемой выра-
ботки должно быть по менее 2—3 м.
Между первым и вторым рядом шпуров расстояние не более
половины пролета шага обрушения кровли
Расстояние между шпурами в ряду 2 м.
Угол возвышения шпуров 60—65г.
Длина взрывных шпуров (2 — 3)//?,. где /н|1Л - мощность
угольного пласта, но не менее 2 м
Диаметр шпуров 42 50 мм
Количество ВВ п шнуре определяется в соответствии с
разд 5.4.
Бурение взрывных шпуров производится из призабойного
прос1ранства под защитой штатной или усиленной (специаль-
ной) крепи. Заряжание ВВ в шпуры осуществляется после вы-
хода шпуров за линию крепи на 0,2—0,3 м. Заряжание не дол-
жно совмещаться во времени с основными производственными
операциями в лаве. Длина забойки — не менее 0,5 м.
->.!). ПОДРАБОТКА КАК СПОСОБ РАЗУПРОЧНЕНИЯ
Причсреиш лого способа, широко применяющегося на ударо-
н ।ыброеоопаспых пластах, даст хороший эффект, ибо суть
98
его—создание юн трещиноватости в вышележащих слоях по-
род. В Печорском бассейне около 29 всех очистных за-
боев с тр\ двообрушасмымп кровлями отрабатываются с под-
работкой.
Параметры зон влияния при подработке пластов изучены (о
статично полно применительно к решению задачи борьбы с гаю
динамическими явлениями. Существенно менее изученными тв
ляютея параметры влияния подработки из процессы дсформн
ровапия и разрушения тр\днообрушаемых кровель.
Порядок отработки сближенных пластов оказывает влияние
на параметры проявлении горного давления в очишном .абое
породы кровли и почвы приобретают дополпптгльих ю ipciiiHiio
ватость, снижаются натру ikii иа крепь очистной и но.потони
тельных выработок, сопряжении.
Механизм влияния подработки на устойчивость вышележа-
щих горных пород является общим для схем отработки соли
жениых пласгон.
.-Эффект ра (упрочнения <> ио (работки шк.ночш зся >с
слоении мощных слоев грхднообрушаемых кровель, (решииооб
раюнаиип, ради шюшем монолитные слои на мепыиаюшпес ।
но размерам блоки, а также в виде плавного прогиба (опуска-
ния).
Сущее!венным недостатком подработки как способа ра уп-
рочнения груднообрхшаемых кровель является наложение он
влияния опорного давления и> траблiки н юи опорною ,ав
линия вышележащего пласта в глуше неполной подработки
что ведет к резкому ухудшению \c.ioi.nii рабшы очистных
шбось
В зонах полной подработки максимальные нагрузки на сек
цшо крепи снижаются па 20 1Г Снижение шага обрушения ос-
новной кровли при вторичных осадках иропсходпг в 1,6 2 раза
Величина отжима угля oi поверхности забоя уменьшается в 2-
4 раза. Протяженность юны опорного ивлеипя иа подрабаты-
ваемом пласте уменьшается па 20
Область применения подработки - междуплае гье мощиостьк
не более шести мощноеiей подрабатывающего пласта.
Наличие непосредственной кровли под тр\днообрушаемотт
кровлей создаст некоторые особенности применения подработки
как способа управления трудпообрушаемоп кровлей. На подра
боданных участках полностью устраняется отжим угля и:
боя, что свидетельствует об уменьшении интенсивности горного
давления. Но одновременно происходит снижение устойчивое!п
непосредственной кровли в призабойном пространстве, очевидно,
из-за повышенных смещений подработанной толщи. По пому
конкретные параметры применения подработки как средства
снижения отрицательного влияния труднообрушаемых кровель
должны учитывать опасностз снижения устойчивоеги кровли
призабойной зоне лав подрабатываемого пласта.
7* 99
'5.10. ОЦЕНКА ПРАВИЛЬНОСТИ ВЫБОРА СПОСОБА
НН»* В If НИЯ КРОЛЛЕП
М; jun.iii юрп > i со. io. поиски \ ropiioirxiinnecKi условий
в: дояреj.c.iBeT in .можиосю обеспечены»; аффект o-noii |ia-
бо'Ы о пслною .i(5< ! с ;рудиооб| ипасмой кровлей при осуще-
одиою Koiihpi'ino о способа управления кровлей.
Выбор KOHKpCI ШЛО способа .НраВЛсННЯ ГруДПООбрХ Ш ’'“МОЙ
.. ) iiii пли ipyuiibi снос(бон, наиио.п.шей эффектавшктыо
обеспечивающих решение ipon.ieMKi. — сложная 1схн;1ческая и
ж номпчеекая задача.
/•с.'овпс правильное!и выбора - максимальная возможная
чффс.л ивноегь (upon водигельность) работы очистною забоя
Ш'!.' максимальной беюиас.юсiи труда горнорабочих при пер-
вичны п вюричпых осадках основной труднообрушаемий
кроили.
Оисичгь правильность сделанного выбора способа управле-
1110. кровлей можно приблизительно по величине «критерия пра-
вильности выбора»:
/ _ _ Г I *
/vn “ L у//Л„.к(1 +Л,.-к) J
। Д( г - предел прочности на сжатие пород основной кровли,
AUk. 7// вертикальная составляющая горного давления, МПа;
nt —мощность вынимаемого уюлыюго пласта, м; /к, к—мощ-
ность непосредственной кровли, м; /гмощность основной
крепи, м: L „ — шаг обрушения основной крепи.
1 б л и 1 .1 I 13
Выбор способов управления кровлей
11.ШШЫ. I .Cnup.ll KprilJH’llilS), '.К ;111|1'чС1 . , 1-р Illi UUUUlll И)
ироны (сипя М87, М97, M.8I MR. ЦК 75 и ,,
1 In швп он.пыня k|h-hi> с усилении.", пос.1 luunei' мч-пыо. ;<• i-
iri iiipoB.iuiu.ic крени повышенного ciuipoiun и-пия Ч87Л. УКП,
OKU I Miao
Ни ниш пыльные крепи с ,в.ио.ши. •.'ii.uiui крсиыо усиления, уста-
навливаемой и иырабпотпппм пространстве (кускшая крепь
костровая). Чг '-.анп шрпвапиы i.i-iui высок.ио coiipoTiin.iciinil
KMi, КМГ130, ЗУКИ. КМ136, KMI38 Активные способы управ-
ления кровлен с крсиыо по1 мшенного сопротивления
М.ехлнп .шрованньв крени высокого сопротивления Хктнвпые
способы (разупрочнение) управления кроил н
Активные способы управления кровлей Течноло!пческис спо
собы управления кровлей (короткие лавы, тавы камеры, цели
КН-11ОЖН н 1 п.)
По результатам сопоставительного анализа разработана но-
мограмма зависимости величины в от глубины горных работ
// (зис. I 33), а также таблица применяемых технических н тех
нологическнх средств обеспечения работоспособности оборудо
вания в зависимости от уровня взаимодействия kn. n = f(H)
(табл. I 13)
5.11. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ СТРАТИФИКАЦИЯ
Суть способа состоит в расчленении труднообрушаемой кроили
по плоскостям напластования в зонах ослабленных механпче
скп.х контактов. Расчленение достигается путем подачи жидко-
сти под давлением в скважины, пробуренные в трудпообруш ic-
мых породах кровли Размещение оборудования показано m
рис. I. 34
Технология работ предусматривает бурение скважин в кро-
вле нормально напластованию, например, бурение станком
БГЛ 2 скважин диаметром 93 мм. Глубин.i бурения скважин
опреДс .лете । in необходимой мощности обрушения пород ио
ил ио подбу шваиня вышележащих трудпообрушасмых ело :
В и обуренную на проектную убп.чу скважину вводите
мсхапш . кий щелеобр.'!-ователь типа 1ЦП 90. который про,
•г в бока; скважины кольцевую зародыше’учт щель т| ецпп
.сток скважины, непосредственно примыкающий к
ДЫШС юн трещине, гермети шруется. Под давлением, блн шнм к
дав циню гидроразрыва, в скважину ii'>flaeic-i >r I'lK'TTb Ра
впвающиеся при этом в порода ’рещннн шлею! форм,, близ
хук? I. ошв-,л юстп, и располагаю ся г. плоек > . папл 1 оваш: .
101
Рис. 1.34. Схема гидродинамической стратификации:
1—скпажипа; 2 — герметизатор; 3 — зародышевая Гришина, •/ рлпущая 5 —на
сослал установка: б —зола гидроразрыва; 7 будонпя устлш-нка. а маш>чп
В результате перехода области породною массива . зро-
дышевой щелью-трещиной в зону влияния опорною _.,влеиия
очистною ;абоя щель-трещина увеличивается в размера и рас-
секает ра упрочняемый массив. Рост трещины вызываем повы-
шенные копнен грации напряжений изгиба над кромкой очист-
ного забоя и у его сопряжений с подготовительными выработ-
ками. Конечный радиус трещины, развивающейся около огщлыю
взятой скважины, в плоскости напластования loennuei Д1 м
и более. Из этого условия определив гея расстояние хн-ждх сква-
жинами при гидродинамической страiифнкации.
Слияние отдельных трещин в полости, параллельных напла-
стованию, приводит к отделению от монолитного породною мас-
сива одиночного слоя, обладающею меньшей прочностью па из-
гиб, г. е. не создающего значительных зависании и подбучнваю-
щего грудпообрушаемыс вышележащие слон.
В момент гидроразрыва скважина с шродышевой щелью
должна находиться над линией забойного конвейера. Давление
нагнетания должно быть не менее 13 МПа. Начало гидро-
разрыва устанавливается по факту падения давления в заюрме-
тпзнроваппом участке при постоянном темпе нагнетания жидко
сги в скважину. Каждое последующее падение давления сви
дегельст нут "г о развитии трещины. Стабилизация давления в
скважине при постоянном расходе происходит в случае :-ы\ода»
трещины па свободную поверхность или при сбойке с соседними
трещинами.
5 11.1 КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ И ЭФФЕКТИВНОСТИ
СТРАТИФИКАЦИИ
Существует ряд методов оперативного контроля параметров
процесса гидроразрыва при гидродинамической стратификации.
102
1 . Создание разомкнутых электрических цепей в контроль-
ных скважинах, пробуриваемых в разунрочняемых породах па
различном удалении от очистного забоя. По мере развития тре
щипа пересекает контрольные скважины, электропроводящая
жидкость поступает к контактам разомкнутых электрических це
пей, амыкая их. Но изменению электрического сопротивления
в цепи уст аиав.тпвасгся распространение трещины и скорость
ее распространения.
2 Размещение в контрольных скважинах све го-фот одиодиы.х
датчике и окрашивание рабочей жидкости i рлептелями. Спо-
соб рекомендуется к применению в обводненных породах. Изме
неипе сопротивления в электрической цепи с фоюдатчиктми сви-
детельствует о поступлении в контрольную скважину жидкости
с красителем.
3 Ре: пеграция пересечения копт рольной скважины трещи-
ной гидроразрыва датчиком, работающим по принципу сооб-
щающихся сосудов: местоположение щели по длине скважины
определяется ио истечению жидкости через внутренний канал
перемещаемого по скважине поршня или ио истечению жидко-
сти между стенкой скважины п корпусом поршня. В первом слу-
чае щель пересекает скважину выше поршня, во втором — ниже
порши
5.12. ЧАСТИЧНАЯ ЗАКЛАДКА ОБРУШЕНИЕМ НИЖНИХ СЛОЕВ
ОСНОВНОМ КРОВЛИ
Принудительное обрушение нижних слоев основной кровли при
отсутствии достаточной мощности слоев непосредственной кров-
ли осуществляется для создания опорной конструкции—вала
в выработанном пространстве. Принудительное обрушение по-
род д : 1 сотдапия опорного вала осуществляется на высоту
Л.,, О,
1де нц. —вынимаемая мощность пласта, м; /гР— коэффициент
разрыхления обрушаемых пород (для сильно разрушаемых при
обрушении пород непосредственной кровли А’Р = 1,2 Ч- 1,3, для
обрушаемых блоками слоев основной кровли можно принимать
/гр= 1.93).
Бурение взрывных шпуров производится из призабойного
пространства в кровлю в ряд параллельно .'пиши очистного за
боя в соответствии со схемой, представленной на рис. 1.35. Дли
на шпхро", (м) определяется из уравнения
1 > I ^<1- и/ Ли. Ш’
где /ы „ -необходимая высота обрушения слоев кровли, м;
т]и. ш — коэффициент использования шпура (к. и. ш.).
Пример. Вынимаемая мощность пласта /?тпл = 2,() м, коэффи-
циент разрыхления обрушаемых блоками нижних слоев основ-
ной кровли Л’р — 1,98; к. и. ш. т]„. ш = 0,9.
ЮЗ
A-A
Рис. 1.35. Схема принудительного обрушения кровли шпурами
Необходимая высота обрушения кровли:
/1„.в = 2,6/(1,98-1) 2,65 м.
Длина шпуров, буримых в кровлю
/ш= 1,1 • 2.65/0,9 - 3,2 м.
5.13. ЧАСТИЧНАЯ ЗАКЛАДКА ВОЗВЕДЕНИЕМ ИСКУССТВЕННЫХ
ОПОР ИЗ ТВЕРДЕЮЩИХ СМЕСЕЙ
Для предотвращения динамических осадок основной кровли при-
меняется ря i способов с частичной закладкой выработанного
пространства:
1) прерывистые опоры из материала е высоким слом
прочности па сжатие щ « =4,5 4-8 МПа;
2) ленточные опоры со средним пределом прочности на сжа-
тие материала, сооружаемые по простиранию пласта; о ... =
= 2,1 4-3,5 МПа;
3) ленточные опоры со средним пределом прочности мате-
риала па сжатие, сооружаемые ио па енпю пласта; с =
= 2,1 ; 3,5 МПа.
Прочность материала определяется черс . 28 дней после со-
оружения.
Работы ио •акладке выработанного пространства гк.?ю- лот
। яд операций, выполнение которых существенно влияет ни себе-
стоимость полсиюсо ископаемою. Увеличение себестоимости уг
ля if :можио иа 1—3 руб/т. Эго увеличение ссбесгоим юти ком
। .-пспруется приростом производительности труда нрн и ома
лпзации условий управления кровлен.
104
Технология закладочных работ для управления трудпообру-
шаимыми кровлями предусматривает выбор схемы ;акладки в
за Гис -.’00111 ог гор но i оологических условий и способа заклад-
ки. подготовку закладочного материала (сортировка и дроблс
Hilt зк.тадочпого материала), доставку его и формирование за-
кладочного массива. Для формирования закладочного массива
осу щесыляется перемешивание материала с вяжущими и упроч-
няю' очи, отверждающими веществами. Для управления груд
нооб \ шаемымп кровлями со слабыми боковыми породами сле-
дует (.спользовать твердеющий закладочный материал из мест-
но .. сьюья.
5.13 I РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТИЧНОЙ ЗАКЛАДКИ
Эф|{ . । . .пая oipaGoiKa пластов угля с труднообру шаемымп
крон, ми с применением частичной откладки в форме сооруже-
на:- сс!венпы.х опорных полос из твердеющих материалов
во • л ч случае правильного, соответствующего условиям
экс; атацни выбора параметров сооружаемых опорных полос.
Ш 1 ша искусственной опоры (м)
( Из. м а 7 | ,
V п-,у/1 ун г LJ
гдх. . ширина камеры, м; R... „—предел прочности на одно-
осное сжатие такладочпого материала после затвердевания,
МПа: /; —коэффициент тапаса прочности опоры; уН горное
да -нт- МПа; уз — давление от собс-1венного вега соору-
жаемой опоры, МПа; lio... - высота искусственной опоры, м;
L —ширина (длина) очистного ;абоя, м.
Шар.ша искусственной опоры Ь„ определяется также пт уе-
ло?.!: наличия в толще пород кровли неразрушасмого породо-
Mocia единичного пролета
А,,!, - 1,73 у прЛ2/у,
где —мощность слоя иородомоста, м; о(,— предел прочности
Dorio I в массиве иа разрыв. МПа; у — средняя плоиюсгь пород
кр., лк. кг/мх
Отсюда ширина искусственной опоры
/>.. /-..p + ^etgd,
где й— угол обрушения пород, градус.
Расстояние в ряду (м) между опорами определяется из вы-
ражение
/ ,=е 12ф,
зк j. п у t. 1 р. к q}
где еу п — коэффициент снижения устойчивости пролета кровли
вследствие ползучести пород (еу. „ 0,5 : 0,7); /г, — мощность
[05
й
Рис. 1.36. Схемы управления труднообрушаемыми кровлями частичной зак~
ладкой опорными полосами:
а — прерывистые опоры: б —ленточные опоры параллельно линии забоя; в-лонточныь
оппры параллельно наиранюиию ппцвигяння
I
слоя пород, м; <т|1ч.из предел прочности породы на изгиб, МПа;
— распределенная нагрузка на основную кровлю, Н/м~’; </ллк —
распределенная нагрузка, закрепляющая основную кровлю,
11/м\ - (О.К-М),9) г/,,,.,,; f/„i:is (2 3) у/7; ’Ир. „ размерный
параметр, 'И,,. „ = 0,7 м
Пример расчета Дано; ty — 0,7; Л, 10 м; сг|1Ч 113
— 21 МПа; </, 6 МПа, И„. „ -0,7 м‘; q ;1К = 12 МПа.
, , - /ЮО-24 1О .. _ 12 .п с
-0,'д/----к-------12-0,7 — !().6 м.
Длина опоры (м)
, l,5aL!hi + thn>yHl (Li + Z2)
"д ~ I !.5o/i — 1узЛдЯ — уЯ (Z* + /,)) Щ//2 •
где а коэффициент запаса (/ii=2-?-3); /ы коэффициент
влиянии угла падения у, — плотность закладки, т/м3; В — ши-
рина выработанного пространства под одной опорой, м; /2 —
длина выработанною про<трапства над одной опорой, м; I —
расстояние между опорами, м; гг — предел прочности массива на
одноосное сжатие, МПа.
Ширина опор (м)
. ________________п,п.12уН (а + &|)_________
!0«<| 1.15 — 0.15 — [уо/ги + у/У (в + ft,)] я,
где /о ширина обрушаемого пространства, м
Схемы расположения искусственных опор при частичной за
кладке привечены на рис. 1.36. Выбор конкретной схемы опре-
деляете типом механизированной крепи, характером разруше
ния кровли в выработанном прострапствс, стоимостью закла-
дочных работ.
5.14. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
ЗАКЛ ТОЧНОГО МАТЕРИАЛА
Для контроля качества искусственных складочных полос с
иисршым наполнителем весьма эффективно используется метод
ультразвукового прозвучивания.
Связь между скоростью ультразвуковой волны в закладоч
ном материале и временем затвердевания определяется по фор
му ле
1'1,з = «з + Л.1еЛ.
где I/. —скорого» ультразвуковой продольной волны в мате-
риале. м/с; 7/ — возраст закладочной полосы, сут; и-., Ь,-—ко-
эффициенты, зависящие от типа инертного заполнителя.
Таким же образом определяется зависимость между ско
ростыо продольной ультразвуковой волны Грз и пределом проч-
ности пород закладочного массива па одноосное сжатие:
Vp3 = 856 + 54 Ip <тсж.
107
Значения коэффициентов >t, и bt для [..•злачных г.<пов
nut in пого наполнителя
I II ; lire,' ,‘Ч 11 IICi III Illi! IT-1 I i ;.
Порода терриконов ... ЗЗЧ '14
llopoaa терриконов и niaxrii.ni порода I67(> ) 31
।Цахгпая пород.1 . ...... 2ОЗ.> 73
Порода терриконов и uini-ni кирпич 2154 ЮЗ)
1>нтый кирпич . . 2838 47
После выполнения торпедирования изменяются треб' чти
к гыбору параметров механизированной крепи. Поско.п .-. пара-
метры и эффективность торпедирования определяются начи-
гслыюй степени параметрами заложения скважин, выбег.) пени
можно производить с учетом величины опускания кро1 ш и со-
нротш ления крепи:
I .. 37Л3"’
77 I' >".5 ,.1.38'1,76 ’ Rl ' n.'i. 1.ч6 '
4 h .Р | 1 ГЦ I-I.il I |К
|Де 7/р расчетная величина опускания кроили з при., зонном
npocip нет. мм; /?, — сонро!пиление крепи, кН/.м*. юл
пак и .... . . ины, градус; /? - висла заложения сю. ..nd м;
' , б >риедн| уемон скважины, м; ji yi' .i i -ЧП
очг и । линией горне ярованпя гр i р.с; у —' гол
меж । .сцнрг г.анля и. м основны чем
РЧ' । ... а? , г
; !.)• •>• . । . насчет пЫХ ВЕЛИЧИН //. • ••1 ИЫ»". 011
|. . ,1 )О1....Й ' . ' . 1О
в|| я
И > Н - R > /?,
ii . ра .дважнос! i cToei. . мм;
/2 । 1 выбраннс о т>ш;> к! 1/м?
.1 р| , е.ц 1поватосп1 пород по резу лы.ттг.м з-
лп ,о че >т >в в /о; ин мол.ст чссьм i ратлич..-> ы । На-
пример, нагнет пик; воздуха существенно зависит от ... жносги
пор. л. Р.- сч TiriuiT г, ч мспсниях т рещинов.',тосГН Ml па-
гне'.тпч'? т<о лх а и рс нс'рацией уделыюго водой'i юнгеиия
mi । . к-гигать ICO Пр шина лого заключается том, что
в ус го'кость ipciH'Oi .. । лрньг пародах значительно меньше раз-
М'. ггс1ци:1 Бт.ц.шат . к статическая эисргп чрптяже-
нн i.i ш к с . пк.'”’ [.ещпч и пусгот б сиечив ет б опй
хровепь ее пог нцеп : терна
С. 1ел.'.)г.'1"'слы1( , применение нтпгетаипя воздуха в горные по-
роты гля регистра ,ч и и иптеш пг.пос и трещиноватости во можно
только в су';их горных породах пли при неизменной их .важно-
сти. При неизвестной влажности пород лот метод слстх т счи-
тать неприменимым.
Метод нагнетания воды с контролированием удельного водо-
поглощепня считается одним нз наиболее эффективных спосо-
бов исследования трещиноватости пород сравнительно, напри-
108
мер, с определением коэффшшента фильтрации. который дает
удовлетворительные ре iy.ii. . iu лишь сыпучих породе ,лн
грунтах, гак как он сильно 1авнсит от орпшн проиання огш.сп-
тельпо систем грещиновагости и i.iaBiiux секущих трещин, ло-
ме того системы Tpeiliioi не являются сплошными водопровод 1
щпмп каналами, или. iiipoTnn, фильтрационные потоки югут
раишватьс" но стщльпые. здиым раскрытым треп:"
Сущее:'-yioi ра i.iiniibk нисобы нагнетания воды для ш
довапи трещиноватом и пород:
I. !i '! Hei.i'ii'c ограниченного обьема воды. В пом те
регистрируем .лрамерпстика i pemiiiioi итог л и пород сз
диаметр тквива.ц iniioi • > О1верстпя, время падения давлен'
гнетами , ко ирфкцнеп 1 грсшииоватостп и ср. Давление
таиия 0,3 0.5 Ш1а, объем нагнет;.ст--' 10 -15 л. Способ отли-
чаете^ простотой iexiio.ii:'ни и o.MoiKi'oeii.io иеполь i ыя
обычного ни iKoiianopiio o оборудован)! 1х помоста гкам способ;
ОГНОСЯН М -КВ lej! ЦТ'! ВО Г \Оп.1|10.1НеИПЫХ 1 Р'ЧЦ II’
ход ьц 1 hi 1 и мест;. ымлкго
де чей! " . 1111. ।л рпы \ I щи и.
б । >.Т ’ фф| illlv ill.l ' . I \\ I 1
ряд нс г । । а. .ц .-ьчщ I можно
в ’
по 1 б •i.'en
емКС'"г1.,о
' Г • I. 1е<тр 1 I. Г ' > ! Ml
II'. м. • 'll' . !• llillir к ; pi Ml .
С V 11 । oil I . .
породы i to la . i in •
от •• c’i г ч и i a i • i :i ч. .pin . , >... t: t i'; и < • । >
IK Ю. I ’ •
5.11.1 1ЕК1РОГ1РОФП.1ИРОВ ' Ill
( 1Г л i.
1 c ' -.X I ' I • f 1' I a .. . (V, lb 1Ы ! I- Г и . ' pH 'Г M
COlip: I'
И i pe:.i мае a , .. ।. .. .
на'i. *....
Для oexi! . Ill’ pl HCI’ 1 H'.-n
ipll’t ’ I pi ri ’ . . ' . । .
фи 1’ipOB 1ИНЯ C M
ЙК< >п l 1л рис I 17 ’le 1 ’ей;; Щ
Mcneuiia i p< " сит.. । i lei,. p ipo
II Л’ \C> ; 4' 41'; ) 'ICi • Г I> I- ’ > IО j ' •! ! 1Г:'
Uy I\OH.,' l.TIly.' rK’M Halin /..el’tlc I Ml- I 1' 'll ”.м.
электродами M V Ila pile. 1.37.6 npe.icr.', ио
электродов . и iMcpcini i i i/K\iiicn,( • >. >
лення Среды, на рис I. 37, л распределение icKrpt ieei oi
ля между нодиюшими иапояженпе >.текгролями 1 . В
!<1ч
i Схемы измерения гренитивлюстп в массиве электропрофилнро-
Випнем
Чею дикой II (мс|н и mi предусматривается контролирование
и .меисиия кажущегося электрическою сопротивления с увелн-
чс'||| глубины.
! I‘2 TI J1LBI131IOIIIIOE ЗОНДИРОВАНИЕ НАБЛЮДАТЕЛЬНЫХ
СКВ\ЖИН
Ра г.пии секущих 1реЩ1Ш ,, массиве пород копгролируе1СЯ спо-
собом дистанционного ондпроваиия стенок наблюдательной
сю лживы 1ля этою in призабойного пространства бурится
с, , алчна . породы основной кровли такой длины, чтобы было
обо печено пересечение зоны ожидаемою развития трещинова-
тости при ра (упрочнении.
В скважине размешается малогабаритная передающая теле
рп eioHiiaH камера. Поступательное или возвратное перемеще-
нв телекамеры по скважине обеспечивается составными падаю-
щим.! штангами.
Величина раскрытия трещины и ее ориентация в простран-
стве определяются непосредствен по но экрану приемного уст-
poii' Ti а. Сое iiiiieinic uepeiaionieii телекамеры и приемного уст-
ройства осуществляется ио кабелю
ПО
Sil 5 ( Г ИСМОЛКУСТН'П СКНГ1 Ml IO1 от (IKK
ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОРПЕДИРОВАНИЯ
В основе метода регистрация сейсмической активное,и мае
сива в акустическом диапазоне во. ш. Регистрирующая ишапа-
тура, состоящая из геофонов и шукоулавлившощей аппаратуры
ЗУЛ 4, фиксирует информацию в запоминающем устройстве.
Регистрируются импульсы (гчек, щелчки) в массиве при отсут-
ствии основных производственных процессов -выс.мки угля и
передвижения крени
По мерс подвигания очистного забоя в углепородном мас-
сиве пол действием перераспределения напряжений происходи I
трещипообра сование. которое сопровождается сейсмоакустиче-
скими импульсами. Нрн осадках основной кровли и в момтиы,
прсдшестиующис осадкам, плотность iрещипообразоваии-! воз-
растает. ( оо|bcictbcthio увеличивается количество сейсмо'’!
одических импульсов.
Гииичиып график су точной сейемоакустпческой амптоеи!
представлен иа рис 1.38. па котором кривая 1 ограж; ic
предслснис количеств ! \ >ейемических имнмльсов н массиве,
сложенном цткообрушаемымп кровлями, не со .тающими б.» п,-
ншх зависаний в вырабо1аппом пространстве. В этом
краевой юне впереди абоя ниichciibiiocii> 1 рещипообоа :о чнгд
в полом невысока.
Кривая 2 соответствует условиям работы очистною ;абоя <
1 рудиообрх шаемой основной кровлей. (И ici.ibbo выдс ются
зоны иог!.1Щ|'Н11 >й пн।сиеншк сти трещипообра ’.оваии I >иая
среднесуточную скорость подвигания очиенкпо ;абоя шапрп-
мор, I' =6 м/суг), можно по оси / опрсте.инь ере шее рас-
стояние между максимальными всплесками питенсивпости иы-
валообра юваиия В приведенном примере расстояние тип-
шага обрушения оснонпоп кровли
, Ио
Результативность
с е й с м о я к у ст п ч е с ко й
разупрочнения <j, по данным регистрапип
активности определяется как >а шчт1
Рис. 1.^8. Примерный график суточной сейемоакустической актнвиост.ч
ИТ
"I uiireiiviBiiocii ю акустической ^миссии Л\ при трудное.б-
!>уш„емон Kpon.iv пос.ь- разупрочнения (кривая ,’>) и иитснснв-
пост 1 Л, при .ici кообрушаемой кровле в аналогичных усло-
II- (кривая /):
Cf V\7 Л|' 100,
' Л'к
В..личина <( должна стремиться к минимуму. Хотя следует
им т виду, чго ;о’.можно изменение интенсивное:!! сейсмо-
а ivcKoii активности в форме увеличения числа максимумов
ак. иости без су шее I венного снижения интенсивности N в
ка., юм отдельном случаи например, при сокращении шага
осадки основной кровли без соиания дополнительных систем
![ I jiuhobutociи (гидрообрабогка).
I! ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТОРПЕДИРОВАНИЯ
Стотх'осгь работ по передовому торпедированию определяется
>ю -зрму.и
с, 3 J /р,
1 д< общие .arpaibi ио реализации метода передового тор-
iiv.. >онанпя, руб/1()(Ю i; .7,, относительная нагрузка наочпег
• ! абой посте ра 1\ прочиепня труднообрушаемой кровли,
г/ ll'I.Hl т.
3 3, 3 г 3.
। [ общие . Hj зил на бурение скважин, руб/1000 л: -7В—
>. т.-Л'ОГГЬ ВфЫШЬПЫХ ivLIICCIB, pyo/iOGO г; стоимость
, 7 «рыкания. >уб/10()0 л.
3 С /.,,
। 1 ' ciouv'icii. бурения 1 м взрывной скважины, руб.; для
ус ий Карги аидииско!о бассейна л а величина равняется
1G еб/м; / £ - обч1'1я длина и|>ывиы\ скважин, пробуренных
а месяц, м/1000 ।
3 =(2/3)C-7v<;,
I 1 cTOiiMocii 1 ! ВВ, руб/кт; </ удельным расход ВВ,
3 -2С(Л,
1 о- ci Ч1м'>. lb 1 >лектродстонатора, руб.; V — число взры-
Iхт/ых ск ажпи, шт/ЮОО т
контрольные вопросы
I. В чем сос1ия> осипни ।еп к-мнивасние особенности взапмо (ействия
и ' <> iiioi'i крепи с кров-н-и при ir pBiiHuu' п вторичных осадпах основной
2 К.-г ова гсоме.хаинч. скан суть коэфф|'цнен:а ’.аполпенич выработанного
тцм з рапс । ил обрушенными le-poi а ми ?
1!2
J Какими способами можно повысить устойчивость непосредственной
Кровли в условиях труднообрушасмых кровель?
4 Как изменяется схема распределения ьригрузки слоя основной кровли
при и мепеппп глубины ведения торных работ?
5 Каг.не способы управления основной Кровлей сравнительно более jko-
. । old,» и почемуJ
<> И тальку ipj днообрушасмля кровля» принтам технологической
ui,i, I окре ie.uiц> рациональноеп, такой схемы?
6. ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ
В ЛАВАХ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПОЛОГИХ
УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ НА БОЛЬШИХ
ГЛУБИНАХ
Перес горных работ на билес глубокие горизонты сопрово-
ждаегс'1 возрастанием затрат, связанных с вскрытием и отра-
ботки1 шахтных полей. Возрастание татрат вызвано как увели-
чение' обкомов шахтного строительства, так и ухудшением гор-
но-гсо .огических условий отработки пластов.
Пр !кгнческ1Ш опыт свидетельствует о том, что одним из
pe'i. иных путей снижения удельных татра г и повышения аффек-
тивно. угледобычи па больших глубинах является увеличение
тип „к пост и очистных работ на основе широкого внедрения
ере комп г-ксиой механизации и автомата.'.ан,ин очистных
рабо Вместе < гем иепо.п. юваине дорбпхтоящих и высо-
кгшроц юдптельиых механизированных комплексов и связанное
। жышшшс цепы простоев .лав выдвш ict на первый план
: ii.Tiy' обеспечения высокого уровня надежности их безаварпй-
1! ре'з.ы. Одной и, сторон решения данной .адачн шляется
про ' Чечне профилактических мероприятий, исключающих при-
чины не. рои шодн1елы1ых простоев очистных :абое
ti l ВЛИЯНИГ !ЛУКИНЫ ОТРАБОТКИ ПЛАСТА НА СОСТОЯНИЕ
КУОРЛИ В ЛАВАХ
Огре I д.шное влияние глубины па работу комплексно-мехапп-
зг в ы\ лав проявляется п| ежде вено в увеличении шгген
сг нос обрушений пород кровли в призабойном пространстве.
В Vi п х глубоких горизонтов площадь вывалов достигает
56 -GL наблюдаемой поверхности кровли, их средняя высота
состав. т 0,7 I 2 м, высота одиночных вывалов достигает 8 -
10 м 1 более
Продолжительность простоев, связанных с ликвидацией ио-
c.- вывалов, превышает ,50—60 % суммарной продолжи-
тельности нетехпологпческнх простоев лав. Несмотря на по-
сте ша-х проводимые в отрасли конструкторские работы ио
совершенствованию механизированных крепей, дли тельноеть
простоев очистных забоев но данной причине с увеличенном
глу 'г.,пы возрастает.
Ч 1< М 1Т|-'|1-|.угя«.
из
Увеличение интенсивности обрушений пород кровли в приза-
бойном пространстве лав при переходе горных работ на более
глубокие горизонты связано прежде всего с качественными из-
менениями в процессе деформирования и разрушения пород
кровли пласта, основными из которых являются:
1. Изменение природы нарушения пород непосредственной
кровли на участках лав, примыкающих к подготовительным вы-
работкам, трещинами эксплуатационною происхождения.
2. Изменение механизма опускания в выработанном про-
страистве породных блоков, образовавшихся при возникновении
трещин разлома в основной кровле.
3. Изменение формы разрушения пород непосредственной
кровли впереди забоя лавы до обнажения их очистными рабо-
тами.
Следствием отмеченных изменений является увеличение на
рушенноечн иород непосредственной кровли трещинами эксплуа-
тационного происхождения как впереди забоя лавы, так и в се
призабойном пространстве. При увеличении глубины ю иск.ло-
рых предельных величии резко возрастает число вывалов, свя-
занных с разрушением пород непосредственной кровли пне
опорного давления до обнажения ее очистными работами В ус-
ловиях глубоких горизонтов непосредственная кровля как несу-
щая конструкция к моменту выхода ее в призабойное про ipaii-
с ч во практически не имеет несущей способное ч И, обрушение ее
происходит во многих случаях до передвижки крени. Гак, нрн
пенолч.'.овации мсхани лчровзнных комплекс >в чипа К Й ^У-ДН
число вывалов пород и ч кровли происходящих в верно i с мо
менча обнажения кровли то передвижка ч.кцчш крепи, << ч чв-
лясч 15 35 и более от общего числа вывалов ча выемочный
цикл.
При HpiiMcHciiiii: счолбоных систем разработки iiiii.6o.Te- и.
благоприятными, < точки зрения устойчивости кровли, у чащ-
ками лавы являются участки, ирилегающие к подготовительным
выработкам, что свячапо с дополнительным разрушением пород
кровли при образовании в окрестности подготовительных выра-
боток зон неупругих деформаций При бесце. тиковых способах
охраны подготовительных выработок на данных участках завы
происходит до 45 % общего числа вывалов, зафиксированных ио
всей длине лавы.
Повышенная нарушеииоечь пород непосредственной кровли
приводит ч< снижению эффективности выполнения механизиро-
ванными крепями поддерживающего типа призабойных функций
и перераспределению степени влияния отдельных факторов на
инleiiciniiiocTi. обрушенчи'ч пород кровли в лавах.
Основные особенности процесса деформирования пород кро-
14.111, представляющие практический интерес при решении вопро-
сов, связанных с предотвращением вывалов в лавах, отражены
в классификации глубин разработки, в соответствии с которой
выделены:
114
ма ii.ie глубины pa (работки, при которых интенсивноегь об-
рушении пород кроили в призабойном пространстве лав опре-
деляется, главным образом, осадками основной кровли;
средние 1лубниы разработки, при которых интенсивность об
рушений кровли в призабойном пространстве лав обусловлена
в разной степени осадками основной кровли и нарушеннослыо
пород непосредственной кровли впереди забоя лавы трещинами
экса.iya i анионного происхождения;
большие глубины разработки, при которых основной причи-
ной обрушений кровли в призабойном пространстве лав являет-
ся нарушепность иород непосредственной кровли впереди забоя
чавы трещинами эксплуатационного происхождения.
С ущ том существенной зависимости интенсивности и харак
гера проявлений горного давления в лавах от фншко-мсханпче
скн характерце гик пород непосредственной кровли конкрети-
зация глубин произведена по величине коэффициента ц(, про т-
егав 'яющего собой отношение величины напряжений в Негро-
ну гом массиве к пределу прочности пород непосредственной
кров 1" па одноосное сжатие. Допустимость использования коэф-
фщ.неп ;• i|, подтверждается результагамп шахших исследова-
ний, к юрые евн тетельетвуют о наличии достаточно тесной связи
мел г основными показателями интенсивности вывалов в ла-
вах п шачешшми данного коэффициента.
При разработке пластов, непосредственная кровля которых
прелетаleiia ।лппистымп, несчано глинистыми пли песчаными
сланцами, малым глубинам разработки cooiвететвуют значения
коэффициента I), < 0.1, средним глубинам ij. 0,4 ’ 0,6,
большим глубинам ра.’.работки — ц, >0,6.
Условия, аналогичные условиям управления кровлей на боль
шч тхбииах, наблюдаются на малых и средних мубинах при
вс CvHiiiii очистных работ под целиками и краевыми частями
уюльного массива, расположенными в выработанном простран-
стве i б.'ижеииых пластов. По данным В. И Зубова, в периоды
работы лав под целиками, оставленными по вышсрасположен
ным и ’.четам, основные показатели шпенсивиостп вывалов, их
площадь (в процентах от наблюдаемой поверхности кровли)
и высот । возрастают в 1,5 4 раза. В рсчультагс резкою увели
чення продолжительности простоев, связанных с ликвидацией
постедстпий вывалов, скорость подвигания лав в периоды их
работы под целиками уменьшается в 1.5 2 раза и более
При отработке подрабатываемых или падрабатываемых пла-
стов конкретизация глубины (условной) может бы и. иронии-
дона по величине коэффициента т/, представляющего собой от
ношение действующих в подработанной (надработанной) обла-
сти напряжений к пределу прочности пород непосредственной
иронии на одноосное сжатие.
Величины напряжений в данных областях могут быть опре-
делены путем шахтных, лабораторных или аналитических иссле-
дований.
я*
115
Использование в качестве классификационного признака сте
пени влияния факторов, оказывающих наибольшее воздействие
на вероятность появления вывалов в призабойном прост ранете
лав, обеспечивает возможность оценки па стадиях проект;ова-
нпя и оперативного планирования результативности принимае-
мых способов управления кровлей в лавах для копире;им\ лу-
бии ведения очистных работ.
Анализ опыта применения известных традиционных способов
предотвращения обрушений пород кровли в лавах показал, то
их использование в условиях глубоких горизонтов, как правило,
связано со шачнтельными дополнительными затратах;, высо-
кой трудоемкостью работ, а в ряде случаев и с из-
води тельными простоями лав. Все до обусловило прюы >.нис
данных способной преимущественно как вспомогите.п.еы при
переход- гео.'.-; ическпх нарушении, при прохождении ми-
локальных зон е неустойчивыми («ложными») кров, м 1 in
для выхода m-под пусгот, образовавшихся ре гате
। ывалов.
Общим сущее।венным недостатком известных способов ед-
с1",. ;ч1еи:1 1 вы; лов г тавах является также и го, чю "а-
л дам ;п а , • а.1яет у- j.'iii и. пег > а.-н чрншшы •> в
и, бойн.ю нр< -1 тиедче 'в <ч.' 'б и мчх
и : .чынн.х । "бииа- и; е1!си".ио1 о ра'ч_\ hici'h.i >
с -I । ешк-а к и , । рнеге । :аб, . ..
1 । к'.гхгах .к нранп . , гчихн i йот •е-нни и "$
ГЫС т ipc | • Ж ' -ПНС ЫЬ II .' . ' '‘'I
ос г продол.I.’вне » - ' р-'би и.. и.
1*1 !.! >Ш"Ч О""' НЬЮ II ' . X.ei’Glip. I
вык.ттд||'..’!''в терекяипы i ий ". секциями к ,-iih
Особые "‘чп П| г. -пн- । г влей -ппк-лют нрн а >
бон..- ил па б иг: . । тубпн.'.х, ? т’к.ке . пепин п Гюты
Л? I. :ои 1- НО'Ч.'ШСЧПО!'' ГОрИО О ДП1ЛОНПЯ, P.O ВЧКЛИ-.I пол.
"О.Ч'КаЧ! ; |. ...ТС'-.Ь'МП ’’.TCT'IMII ХТОТЫЮГО м.-.е.-и ио 1.1Ш- ' ’C-
1п:лож.-г4|’м ".юнгам П.’1о'ч,ад| ныв"'’-.: лага раб<- -них
! I с | 1Ы . г 1 " • I С ' ’ И- 6.1 о I I
.in • oi, ысот । .ы — б I? '1 и бо ' г
НМ । 'II' об roi-in- :i П'.сн Ш
rip" . '-'б, и . I ’ IH'.I о ч:»б : i И1' В III' ' I-
бо| ; '. 1 । । 1 г ' 'р ; 1: ।1
Ч" I -,н- I -и
Учитывая । ыст’кую ни исш пост выпало. гак й
пос ш> . ;оему горик.ерх и пойнт.чь. поп йен ian 7ь
ньтх пч'сто” на бо.-п-ши- г 1\-бпча чсоб.одчм» оп.т'.-’б • ать
прппнипчально н чьи-епт обн управления кртч’лен в . з-
1-.ОЛЯ1ОЩИ0 создать при .т-чстпой выемке условия, нсключ ющие
основную причину обрхтпеппн пород кровли в при бойном про-
странстве лав, -- высокую степень нарушен пост и пор д "овлн
гпеоедг табоя лавы трещинам1! зкеплузтапш-ппого прощ--о-
ждеиия.
1 !С>
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ОБРУШЕНИЙ ПОРОД КРОВЛИ В Л\В\\
НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ
Сущность разработанных ЛГИ мероприятий заключается ис-
кусственном перераспределен!)и напряжений впереди <абия . вы
н создании в результате этого таких условий деформирования
народ непосредственной кровли, нрн которых их разрушение до
обнаженн ’ очистными работами будет происходить с безопас-
ной интенсивностью пли полностью исключается. То есть дан-
ный способ позволят г устранить одну из главных причин юив-
лепня выг,.1.т<;в в лавах, отрабатываемых на больших глубинах,
а также в юпах повышенного горного давления, с котор< .
зано более об—70 % вывалов от общею их чпелт.
Перераспределение напряжений а впереди забоя ни ы по
изводыся путем изменения степени податливости краевой ы
пласы ч вестнымн темншескнмп средствами, например, ч
нием уг.'ч впереди ,абоя лавы (гндроразрыв. буров .рыню
боты и т. д.), бурением по n.iacry шнуров или ckb'Izmii1
нием в пласте узкой щели.
Рассмотрим схему, представленную на I. 34
эпюра рш п'»стетепчя итпботьчшх i.mnbr и; при з i i и
редн ».аб >я лавы непосредственно hoc. ii""k
ЛОСЫ VI Я Н?И обь. '.ОЙ ТС Не.'ЦН III! О' . -п;;. ,Г
распределен1 бол;.ши 1Лаш1Ь' it > i. ............
билнзаш процесса ра ;рушення п род ьр-ч ч
забоя лавы при об,.|чпой юхноло 1 1 > 1
Pit. 1.39. Схема, поясняющая способ управления кровлей па сре ишх участ-
ках лав при величинах податливости пласта меньше предельных от. .ний
пород кровли над зоной ослабления
< - эпюра распределения наибольших главных напряжении а"'
впереди забоя лавы при проведении мероприятий по ослабле-
нию краевой юны пласы; Х> — глубина зоны ослабления пла-
ста; у 11 уровень напряжений в нетронутом массиве (у—сред-
нее вешенная плотность пород покрывающей толщи; Н— глу-
бин?. юрпых работ), Лц1( — мощность пород непосредственной
кровли пласта; ub, а'Ь' и cd -зоны опасных напряжений, ,ха-
pai терн л 1ощпеся гем, что величины наибольших главных на
пр 'жеппй о', ст" в лих зонах превышают предел прочности по-
род непосредственной кровли па одноосное сжатие оС1к.
В eooiBcrciBiiii с принятой при обосновании способа физиче-
ской моделью процесса разрушения пород кроили трещииообразо-
вание в породах непосредственной кровли на участке, располо-
женном в зоне опасных напряжений происходит под действием
растя! пвающих и касательных напряжений, над юной отжатого
уг породы непосредственной кроили дополнительно ра щу-
шаются путем скола или изгиба.
На рис. 1.39 трещины сдвига I показаны наклонными кри-
выми линиями, трещины отрыва // - штриховыми линиями, тре-
щины скола (изгиба) 111 наклонными прямыми линиями.
Изменение деформационной способности краевой зоны пла-
ста приводит к разгрузке пород непосредственной кровли на
уча -гках, примыкающих к лаве, и перемещению области опас-
ны' напряжений (область «Л) в глубину массива (область cd)
Следствием -лого является увеличение бокового давления в об
пасти, где возможно разрушение пород непосредственной кровли,
а 1 ювательпо, и возрастание общего сопротивления порог
к; ть’ разрушению. Кроме того, перераспределение нагрузок на
бо ьшуго площадь приводит к снижению концентрации папря
ж.ний в зоне опорного давления.
Таким образом, изменение деформационной способности
к' '.ой части пласта, снижая концентрацию напряжений и и
Mei- характер напряженного состояния пород непосредствен
но"1 кровли в области, где возможно их разрушение, ирипци
шштьпо позволяет создать такие условия нагружения порот,
пр । которых пх разрушение впереди забоя лавы от деформаций
сдвига п отрыва происходить не будет.
Основными параметрами рассматриваемого способа, от пра-
вн I.пости определения которых тавпеит его результативность,
являются необходимые глубина %,> и допустимая степень ослаб
лени пласта угля впереди очистного забоя.
Необходимость в ограничении степени податливости пласта
г П[ стелах юны его ослабления связана с тем. что при значе-
ниях податливости пласта, больших предельных опусканий по-
рот непосредственной кровли, возможно разрушение пород над
зоной ослабленного пласта от изгиба пли скола. При этом тре
шипы иипба (скола) возникают изд границей зоны ослаблен
ного угля. Образование трещин разлома приводит к развороту
5 IS
Put. 1.40. Характер разрушения пород нелосречет венной кровли при ник
новенни па границе разрушенной зоны грещнны изгиба или скола
блока непосредственной кровли и снижению бокового давл пн
в зоне опасных напряжений (рис 1.40). В свою очередь, изме-
нение соотношения величин главных напряжений о, и о2 в зоне
опасных напряжений может привести к разрушению порол не
посредственной кровли от растягивающих и касательных иащтя
женин п распространению трещиноватости в глубь массива ( о
на / разрушения от напряжений о', а", а"').
Таким обра юм, максимально допустимые шачепия иодатлп
вости массива угля должны определяться из условия исключе-
ния возможности разрушения пород непосредственной кровли
над зоной ослабленного угля о г изгиба н скола.
Максимальное значение податливости массива угля с учиом
его ослабления при перераспределении напряжений впереди а-
боя лавы определяются предельными деформациями: и птба
слоев непосредственной кровли, если основная кровля пласта
представлена слоями пород с цилиндрической жесткостью, зна-
чительно превышающей цилиндрическую жесткость слоев непо-
средственной кровли;
скола слоев непосредственной кровли, если основная кровля
пласта представлена слоями пород с цилиндрической ж, ст
костью, примерно равной или меньшей цилиндрической жестко-
сти слоев непосредственной кровли.
Задача по определению минимально необходимой глубины
ослабления пласта решается, исходя из следующих положений.
Степень участия отрыва п сдвига в процессе разрешения
пород кровли впереди забоя лавы, находящихся в условиях
119
Hi нимерного всестороннего сжатия, зависит or coooi ношения
i. них напряжений па рассматриваемых участках массиванус-
। й апмодсис! вин непосредственной кровли с пластом н ос
Нч кровлей. При относительно небольшом боковом давлении
и не , ... iiiic.'ii.iiLi влИ1Ч11па\ сил трепня па контактах у верхней
1! сижчей границ непосредственной кровли, что имеет место
во и обнажения, определяющую роль в процессе разрушения
кровли (эпюра напряжений — кривая /) играет отрыв по пло-
щадкам, перпендикулярным направлению минимального глав-
н > напряжения п,. С повышением бокового давления (эпюры
наг чкеиин — кривые 2, 3) или применительно к реальной exe-
м. i увеличением расстояния от рассматриваемой точки до ли-
ни. обоя, вероятность появления трещин отрыва уменьшается,
а ешпп сдвига возрастает, что связано с изменением соотно-
шу чис.id сдвиговых площадок и площадок, по которым воз-
можен отрыв. То есть глубина распространения трещиноватости
нш. забоя лавы определяется глубиной распространения в
маесч трещин сдвига.
В ютвегствпи с обозначениями, принятыми на рис. 1.39. ус-
' предельного напряженною состояния при сдвиге пород
ш родственной кровли впереди забоя лавы, находящихся в
V-. неравномерного всестороннего сжатия, может быть
ашх.ню в. виде
о, =2Cctg(< 1,25л — 0,5р) -|- o3ctg?(0,25л — 0,5р), (1.3)
где о, - максимальное главное напряжение, необходимое для
ра:. ушення; о3 — удельное боковое давление; р, С -соответст-
венно угол внутреннего трепня п сцепление в породах иепосред
стенной кровли.
Д-ч предельного состояния при одноосном сжатии о, = о
ne,==2Cctg (0,25л— 0,5р). (I. 1)
После подстановки (1.4) в (1.3) условие предельною со-
стоит. пород непосредственной кровли по площадкам, парал-
1с ,;ым линии очистного забоя, запишется в вп ie
л, =ocai + <T3ctg-e, (1.5)
где р—угол наклона рассматриваемой площадки скольжения,
cor .зетствующей минимальному значению О|, при котором удо-
в,“..юо”яется условие предельного равновесия с = 0,25л— 0,5<>;
п —предел прочности пород непосредственной кровли на од-
ноосное сжатие.
II (1.5) выражение для определения удельной величины бо-
коного давления запишется в виде
<?з = (<б — otHJ/ctg'2 е. (1.6)
При проведении мероприятий по разгрузке краевой зоны пла-
ста боковое давление </" (рис. 1.39), действующее на границе
120
разгруженной зоны на ненарушенную часть непосредственно!
кровли, создается за счет:
сил трения пород непосредственной кровли на у часы ОХ
трис. 1.39) о пласт F{ и основную кровлю [\
X
FI f пл I** I ( ' 1 “Н \ цЛ||] tl Л ,
II
г

где Л„ мощность пород непосредственной кровли; у„—плот-
ность пород непосредственной кровли; х — ширина разгружен-
ной зоны; О|(х)—закономерность изменения максимальных
главных напряжений в разгруженной зоне, определяемая ..ара-
метрами способа изменения деформационной способности г.лз-
ста (устанавливается с использованием расчетных
шахтными исследованиями или путем моделирования); .—
соответственно коэффициенты [рения по контактам с пластом
осп* г пой кровлей;
чл < те* сгвукнцпх со стороны nopoi. uaxo.t :шнх i.i
крепью;
cii.i сцеп тения по контактам непосредственной крон с ч
новиой кровлей Ft п пластом F
F । - , ^-*111-'•
где С’.,,., СП1 — соответственно сцепление пород neiiocpc.TCi н шоп
Kpoii.ru по контактам с основной кровлей и плас.ом.
Вследствие небольших величин сцепления по контактам ье-
посредс।вепноп кровли с пластом п основной кровлей е.ю-
внях больших г.тебпп разработки возможно расслоение род
по указанным контактам в :оне опорного давления, формирую-
щейся .а пределами разгруженного уч. . и. , '-/тс <'бус.и •* лет
необходимость предварительной оценки возможности нарушено
кошактных связей. Если между слоями происходит рыв
сплошности, то F и Fr, в расчетах следуя принимать р. иным
ну. I ю
У .тельное боковое давление действующее на границе i*a
жеппон зоны
в
п- У
1
С том (ЕЕ) \< огш юйчш , , ан р, i не
посредственной кро ли ла претечамн .>. .. ir. жеы*. ш оны
121
jiliuji-ic ' J’. вп n
> ((Ti"IX - ‘\,1.i/Ct8 6
ИЛИ
/пл $ I"'I < v) + Т„Л„] d V 4- J l('l (41 <J V +
Il II
ьс< с.мх + 7'.|р О7'."" - o.j/ctB'«- c1-7)
L> дальнейшем решение задачи пи определению минимальной
ширины разгруженной зоны связано с решением неравенства
(I 7) ш носигельпо Л.
При использовании рассматриваемого способа предотвраще-
ния обрушений пород кровли в действующих лавах возможны
следующие варианты организации работ, связанных с ослабле-
нием пласта.
ослабление пласта впереди забоя лавы производится не
рподнчсски по мере прохождения лавой расстояний Iравных
p imociii между максимальной глубиной ослабления пласт а /шах
и величиной иссинжаемого опережения /„ ослабленной юны
(рис I. 41, а).
б) увеличение ослабленной зоны производится после выемки
каждой ленты угля на глубину, равную ширине захвата ком
байка л, (рис. 1.41,6).
Эффективность данных вариантов с точки зрения снижения
ши»нснвносги вывалов в лаве практически одинаковая.
При использовании варианта с периодическим ослаблением
пласта (рис. 1.41, о) лаву но ее длине целесообразно делить на
участки, ослабление пласта в пределах которых ирон«водится
при ра'.личных положениях очистного табоя. Число участков, на
которые делят лаву, зависит в каждом конкретном случае от
Рис. 1.-11. Принципиальные схемы перераспределения напряжений в работаю-
щих лавах
122
Р«. 1.42. Схема перераспределения u.iripvokoiinii с раз .елешк-м ив i
учяег|..( и праве leiincM мсропрпяinil по ослаблению пласта н рем
смену
принятой организации работ в очиенюм забое, наличия обору-
дования для бурения скважин, его производительности и । д
В качестве примера па рис. 1. 12 приведена схема с ра Деле-
нием лавы иа три участка и проведением мероприятии, с я ...н-
ных с ослаблением пласта, в ремонтную смену.
В исходном положении (например, в начале ремонтов ме-
ны) фактически имеющаяся глубина о< i |бления пласта пе| ли
забоя лавы в пределах данных участков составляет: /,
делах 1-го участка (/| принимается не менее величины нсспп-
жаемого опережения ослабленной зоны): /2 — в пределах 2 го
участка; /, в пределах 3 го участка.
Глубина ослабления пласта па двух рядом расположенных
участках отличается па величину, равную величине с\г< щечо
подвигания лавы /с.
В течение ремонтной смены производится ослабление пласта
в пределах первого участка па максимальную глубину А
В последующие три добычные смены лава проходи) расс-оя
вне А, в результате чего глубина ослабленном тоны в прете
лях второго участка уменьшается до иннпма.и.пи touvcthmom
Ц Ы В |)> МОИ I ПУК) I '4CIiy HTopbIX CVI< p..'oi.,. ЛЬВЫ
Чhi, я yiu'.ui iii! ic глубины ослаб.-к пит влаги в тором
\ , ,. максимальной глубины
Работа лавы в гечепие следующих трех добычных смен при-
вод к сокращению глубины юны о.лабления на третьем учл-
?г . В ремонтную смену треи.их суток ирон яю/ппсч увс-
щ'Ы’.ые л бины оспаблеппя пласта на третьем учат н> мак-
спмалы.оп глубины /,
В на але ремонтной смены четвертых суток положение на
\ ilikb' будет характеризоваться схемой, приведенной на
рис I. 42. Далее цикл работ повторяется.
В >бщем случае максимальная глубина ослабления пласта
в; . Лепин лавы на участки определяется из выражения
Anax Ai Д"
где —величина несиижаемого опережения ослабленной зоны
вперед» забоя лавы (табл. 1.14); п— число участков, на кото-
рые делится лава; п = Ln/by, где Ьл— длина части лавы, в пре-
делах которой производится ослабление пласта. /д —длина од-
ного участка, па которые разделяется лава.
Длина участка bv в каждом конкретном случае определяется
производительностью применяемого для ослабления пласта обо-
рудования и промежутком времени, выделенным для проведения
мероприятий по ослаблению пласта. Рассмотрим пример опреде-
ления максимальной глубины ослабления пласта при разделе-
нии лавы на участки и ослаблении пласта в пределах каждого
участка в ремонтную смену.
Исходные данные: скорость подвигания лавы Ул = 1,8 м/сут,
мощность порол непосредственной кровли м. Определим
/,:/„== 1,5 м. Величину /nias рассчитаем при числе участков п.
равном 1. 2 и 3.
Т а б л и ц а 1.14
Значения несиижаемого опережения ослабленной зоны /„
впереди забоя лавы, м
i,K IJdh * кор< ги поднигапня ляны V , м/сут При продол- жи ЮЛЬ- ПОСТ и 11DOCTOCL или । Рюлсе 1 * «
1 • '.8 1,81 2.4 ’.41 3 0 3,1 3 6 3.6
17 1.5 1.3 1.2 1.1 1 о
".51 1.8 1.5 1.3 1.2 1.1 I 2,5
'.I 13 О 1 6 1.4 I .«V 1.2 1.2 2,9
6 2.1 1 ч 1.6 1 1 1 3 1.2 3.3
*2 1 ° 5 2.3 1 7 I.5 1.1 1.2 3.5
2.6 3 2.5 2 2 1.8 I Г. 1.5 1.3 3.7
3.1 -3 5 2.6 1.9 J.7 1 5 1.3 3 9
3-, ) V 2 1 2.0 8 1,6 1.1 4
121
П; /7 — 1 3,3 м: при и 2 =5,1 м; при п 3
□ .=' /’ м.
Н " > 'ес эффективно использование рассматриваемого спо-
соб-! , i после продолжительных простоев..
11 п ла. приводя! к \ .сличению врсм ш нахождения
но •<.• 'спосредпBciinoii кровли в области с максимальной кон-
ш не.'! напряжении впереди очистного чтбоя, следствием
*к о ляется потрастаппс шиепспвпостп трещин в породах
к[ • г. глубины распространения области нарушенных; пород
ч । . массппа.
Обычным для болыш: глубин отрицательным проявлением
влияния простоев является резкое снижение усюйчпвости кров-
ли в призабойном пространстве лавы. Именно в первые периоды
работы лав после нх простоев наиболее вероятны случаи шва-
лов лав.
Существенное влияние на интенсивность вывалов при этом
ока ляпает мощность пород непосредственной кровли, причем ха-
ракгс । ее влияния на различные показатели интенсивности вы-
пало неодинаковый. Так, площадь вывалов и частота их по-
явлепи-: с увеличением мощности пород непосредственной кровли
уменьшается, а высота и объемы одиночных вывалов возра-
стают Наиболее значительные изменения площади вывалов на-
блюл потея при увеличении мощности пород непосредственной
кров." до некоторой предельной величины, составляющей обыч-
но 1,5- 2 м. Так, при ведении очистных работ на глубинах 500
700 м и продолжительности простоя лавы, равном 12—18 ч, пло-
щади вывалов, установленные при мощности пород непосредст-
венной кровли 0,5—1,5 м, отличаются более чем в 1,3- 1,4 раза.
Увеличение мощности пород непосредственной кровли с 1,5—
2 м до 2.5--3 м приводит к уменьшению площади вывалов нс
более • м на 10—20 %, дальнейшее увеличение мощности пепо-
сред тонной кровли практически не влияет па площадь выпа-
ло, ' твах.
( пка предельной продолжительности простоя, при преиы-
шешш которой наблюдается снижение производительности лавы
при ло обновлении в ней очистных работ, может быть произве-
ден! "о графику, представленному па рис. 1.43. Из данного гра-
фик 1 < г-дуег, что с увеличением глубины разработки пласта
вреде । чая продолжительность простоя уменьшается, причем
меньшей прочности пород непосредственной кровли соогвстс"
вхет меньшая предельная продолжительность простоя. Так, при
мощности пород непосредст' -иной кровли, равной ! м, и веде
пш о''пстрых работ в условия'', характеризующихся значениями
коэффициента ц, равными 0,3 и 0,5, предельная продолжи гр Л’.
uo.1T, - л:ны сос'.т 1яег соот-н гетвеш1'" 23 и 4.5 ч Пр»
моще ;п порой ж посредственной кровли, равной ° м, предель-
на', продолжительность простоев для п'Ч'смат иигасмь, хулений
.осг । ' 37 и 7 ч.
125
I’n<. I. t'i. Зависимость продельной
продолжительное 1 11 простоя от
условий ведения очистных работ:
1. 2, 3 и 4 при М1»1Ц1пк-гп пород пепосред
ггпгиноП кров.in. p.ii'.iioii <<м>г пек i к» ши
менее 11.5: O.ti 1. [ 1 ?; ?.] 3 м
Par. 1.4-1. Схема перераспределения
напряжении в остановленных лавах:
М.1КГ11М.1.Ч1.П.1Я I lyoiiiid . ii.vHit Hii'i
n.uu*i.i; 1Ц песни>KdvM“e опсрелм .е о- 'i.i6-
лепной join.! (ijivuiiii:i осллблс«;|1м илл та
впереди J.'H’hb] ,1.1 В hl Нисли Прт 1Т,*‘ II 'II । I
пей окне itiijx р;и»|) 1 мсек» n-ijni-i" •
-KJHl.l. /» IHUlO/heillH .111111111 >14111 rmii
<|ОЯ при llpni e IfiillH мероприя Г'Й I- О I.JO
Jieuino ii.'Kicr.i
fIpn проведении мероприятии по перераспределению напря
женин впереди табоя лавы следует различать случайные, не
прогнозируемые и плановые простои Случайные простои лав
свжаны с авариями, плановые регламентируются § 76 «Правил
технической ткеплуагации угольных н сланцевых шахт (ПТЭ)».
В частности, необходимо планировать работу но добыче угля в
о tuy смену в сутки:
при отработке пластов в благоприятных горно-геологических
словпях одною ouiieiuoro забоя нт пяти-шести дейетглюших
при разработке пластов в сложных и изменяющихся горно-
гоологических условиях -одного очистного забоя in ipe'-четы
рех действующих.
При плановых простоях лавы перераспределение напряжений
в непосредственной кровле мощпос1ыо /т„ производится при под
ходе лавы к месту ее остановки ( г. .4 на рис. I 44), па расстоя-
ние Ап, равное 0,5 I вынимаемой мощности пласта т пхтем ос
лаблепня пласта иа глубину, которую определяют из выражения
Lnx^o + Z.,. П-8)
126
[с ... глубина ослабления n.iacia впереди забоя .чаны после
прекращения в ней очистных рабо! Величина . определяется
из I ,10.1. I li.
Нос тс проведения м<ронрпяiнп ио ослаблению пласта н про
хожцпн лавой расс1оянн',' /д, очнсшые работы и пей прекра-
ти
ИЛЫ1Ы11 аффект loculi ается при проведении мере
приятии по ос lau [Синю пласта черс два-три ныемочпы' цикла
нос. садки основной кровли.
I f| 1 прослоях лав, связанных с авариями, с слаблсппе пласта
чрон лися через минимально возможный промежуток вре-
мени поен прекращен'!/! в лаве очистных работ Глубина ослаб
тени n.iacia при лом определяется из выражения (1.8).
к.; ПРЕДЕЛ ВРАЩЕНИЕ ОБРУШЕНИЙ ПОРОД КРОВЛИ
НА КОНЦЕВЫХ УЧАСТКАХ ЛАВ
При. деннып ниже способ предназначен для нс пользования при
столбовых системах ра трабоi кп и пластовой подюгонкс выемоч-
ных столбов
( ущпость данною способа таключастся в искусственном нс
рераепределеннн напряжений в массиве у// на участках высмоч
ны- столбов, примыкающих к подготовительным выработкам,
с нетыо создания условий, при которых исключается переход в
предельное состояние и ра (рушение пород непосредственной
кровчи пласта от превышения их прочности на одноосное сжа-
тие о Ж-
Перераспределение напряжений может быть произведено пу-
тем ослабления пласта одним из известных способов: бурением
скважин по пласту, рыхлением пласта взрыванием в нем камуф
четны’ шрядов пли гндроразрывом н др. Ослабле нный yi ольиый
пласт выполняет роль разтру точного клапана, не [.опускаю
щего возникновения опасной концентрации напряжений в поро
дах непосредственной кровли, расположенных над зоной ослаб
пения. Повышенная же деформационная способность пласта в
этой тоне приводит к перемещению опасных напряжений (об
пасть «б. рис. I. 15) в глубь массива к более жесткой опоре, р.п
положенной за границей зоны ослабления (об,часть а'б'). При
этом и'.меняется вид напряженного состояния пород пепосред
ственной кровли, расположенных в области опасных (о, > о..,,)
напряжений: до ослабления пласта породы находились в двух-
осном напряженном состоянии (ирикоитурпая топа подготовп
тельной выработки), после ослабления пласта в состоянии
близком к объемному сжатию.
Таким образом, перераспределение напряжений к окрестно-
сти подготовительных выработок позволяет создать такие уело
вия нагружения пород непосредственной кровли, при которых их
разрушение впереди очистного забоя происходит с мсиыисн ин-
тенсивностью или полностью исключается. То есть устраняется
127
Гнс. I. ~l.i Схема, иллю-
стрирующая характер u»‘-
рсраспролслепия и аир я-
ЖСНПЙ В окр*. L ПИ»С 111
и.грека при ослаблении
пласта:
I 2 .п Юр ы опорного дат* Л с
•1114 '.Ulf 1«>НТ.1 I 1Г'1)НЯ ПсЗЬЫ.
3. / ГО ЖГ. 11 ' i:e U611M-
гС,1И i.lHl.l; ------------- при
• •«jhiqijfiii технологии нсденпя
р;т(н»г; при <мл«1( п.с-
ш!1! и лас га на гл.» «рг. /(,. /),
,2 глубина рагнр ч 1 priiK i.iiH
Н М.ТГСНН обд.н I II < vnpvr.tx
дсф )рм;|Цпп пр ••личной
।« xiiu.ioi iiii нсдг p.iG^-т
<• ri... -TBfiiiHj ] । • -,«>i и a j
*'ЛН- U.HIHIIHH JI.,
одна из главных причин появления вывалов порот из кровли на
концевых участках лав—повышенная парушепиость нор.< 1 in
посредственной кровли в окрестностях подготовительных вира
боюк до обнажения их очистными работами.
В зависимости от периода времени, в течение которого про-
изводят перераспределение напряжений па участках выемочных
столбов, примыкаю них к ярусным (игрекам, различаю! два >-.а-
рпаига opraiiu тацпи работ: перераспределение напряжении про-
изводят в период подготовки выемочного столба при итог-1.Де-
нни ярусных откаточных штреков, перераспределение на яж.е
пни протвод/. период oipaooiKii выемочного столба.
Максимальная результативность проводимых мерон| нятп.п
достигается при реализации первого из указанных вариантов ор
га низании р- 5 т'горый следует cniiiari. основным.
При бесцеликовоГ; технологии выемки угля (рис. 1. 1b. и) ;.е-
рераспределени гаиря/кепий осуществляется со стороны как па
|ення, так и юсстанпя от ярусных штреков. При охране
ярусных пиреков целиками угля (рис. I 4G, б) перераспределе-
ние напряжений ирон «водится только в частях выемочных
бон, раснолл енц. . <.( стороны падения от ярусиыт unpei он
Ocnoi in 'vn параметрами данных схем являются:
А', глуС шт ослабления пласта со стероны падения от шус-
ных откат того ! пли вепчпляппонного 2 штрека;
X,— гл’бпна ослабления пласта со стороны восстань от
ярусного от: сточного штрека /;
Ь- отставание границы разгруженной топы от забоя ярус
ного откаточного штрека при его проходке.
При перераспределении напряжений в период подготовки
выемочных столбов при прохождении ярусных ин рекой нижние
128
Рис. I -16. Схемы перераспределения напряжений в период подготовки вые-
мочного участка при применении системы разработки длинными столбами в
варианте «лава-ярус»
пределы значении параметров Х| н Х2 определяются в каждом
конкретном случае в зависимости от горнотехнических условий
по номограммам, представленным на рис. 1.47 н 1.48. Па номо-
граммах по осн ЛБ отложены значения коэффициента ц, по осн
CD шачеи я глубины ослабления пласта со стороны падения
Xi пли восстания Х2 от ярусных штреков.
Для определения величин и Х2 из точки на осп Л Б восста-
навливают перпендикуляр до пересечения с кривой, соответст-
вующей мощности пород непосредственной кровли т». к Далее
последовательность построений показана стрелками на номо-
граммах. Искомая величина определяется положением точке Л1
на осн CD.
11а номограмма: приведены примеры определения глубины
ослабления пласта при И 60(1 м, 300 МПа, у 2,5 т/м3,
щ„л—1,5 м, //,, 1,1 м, г>„ = 80 м/мес, 1,1 м.
При уга чанных исходных данных глубина ослабления и.',
со стороны падения от ярусных штреков .¥| 4,5 и, а со сю
ропы воспапия Y 2,6
При определении вели шны отставания границы ослабленной
зоны ui забоя штрека b необходимо учитывать, что с умеиьше
ннсм величины отставания результативность проводимых меро-
приятий повышается. То сеть opi хшнзанпя р: б: т но нрохог.л
штрека и перераспределению напряжений должна приниматься
такой, при которой величина /> будет минимальной.
Наиболее эффективное перераспределение напряжений в ок
рестиости подготовительных выработок достн; тся при ос.щбтс
нии пласта скважинами. При данном способе ослабления ила
ста ширина междуекчажинных перемычек S определяется из вы
ражений:
9 И. М. Проскуряков
129
i/n, п/пес
Рис. 1.47. Номограмма для определения минимальной глубины ослабления
пласта Л', со стороны падения от ярусного откаточного штрека в период
его проходки:
,П|| К М”1ЦП(1С1Ь llrlKK-pCAf riUMIH’ll К]НШ in: tll^ !( МО1ЦВПГ1 l> IIJI.IVT.J. /»н высота ПОчрын-
кп кровли; и rMiporib подии!a:iini
Pin . /./Л’. Номограмма для определения минимальной глубины ослабления
пласта V со стороны восстания от ярусного шьаючного штрека н период
его проходки:
П,ич мощное гь плиг га: ,',/н к мощность iiriiovlJc ц-i hcniioii крнв.-ш; нысош подрыв-
ки кров i-i, и(( ruoporj*. no'utin .iiiiiH липы, п'мгг
при пробуривании скважины во время прохождения подгото-
вигельиых выработок
при 11роб\р11вап1111 скважин в период отработки выемочного
его.тба
.S’ < 3£),
130
где D -диаметр скважин. Диаметр скважин рекомендуется при-
нимать равным 250 -350 м.
Глубина скважин, пробуриваемых со стороны падения пла-
ста А'ь определяется по номограмме, приведенной на pm 1.47,
глубина скважин, пробуриваемы\ со стороны восстания пласта
Х2, — по номограмме на рис. ! 48. Скважины пробуривают па-
раллельно линии очистного забоя и располагают в нижней ча-
сти пласта.
Контрольные вопросы
I. Какие u.iML-iieiuisi происходят в ирбцессс дсформи| овация пород кроили
в лавах при переходе горных paooi пи оолег глубокие горияииы?
2. В чем шклЮ'шются <•«•<< :eiintn-i II управления кровлей па концевых
учаС1ках .лав?
3. В чем .laK.nionneiCH сущпоси. способов предотвращения обрушений по
род кровли в лава- ocnoi.aihiiJ.x па перераспределении напряжении в зонах
опорною miwiciuiu?
4. Кнк <авис|ц интенсивность обрушений пород кровли в лавах <п си
стемы разработки пласта и способа охраны участковых iio.uoiobiiicjibhux
вырабоiок?
7. УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА
ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ РАЗРАБОТКЕ СВИТЫ
УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
В настоящее время в угольной промышленности более 70 %
шахт разрабатывают свиты пологих, наклонных и крутых пла-
стов. При подземной разработке угольных пластов в массиве
горных пород происходят сложные, механические процессы, ко
торые приводят к образованию в подрабатываемой п падраба
тыкаемой толще son опорного давления и разгрузки.
Опыт работы шахт показал, чю ио многих случаях свиты
пластов разрабатываю гея без учета обраюванпя в толще пород
зон повышенного горного давленья и ра'.груженных зон В итоге
возникают горные удары и внезапные выбросы учли и газа1 в ю
пах влияния краевых частей массива и целиков, оставленных па
соседних пластах, опасные обрушения пород кровли в очнешых
забоях, шпалы лап, увелпчнваюгся затраты на поддержание ка
питал!.пых и подготовительных выработок. Рациональная же
разработка свит пластов предусматривает целенаправленное уп-
равление распределением горного давления в массиве горных по-
род для обеспечения эксплуатационного состояния горных вира
боток, для повышения безопасности н улучшения тс-ипко жо
номическнх показа гелей работы шахт
Рассмотрим основные закономерности распределения иапря
женин в топах влияния очистных работ при выемке топких и
средней мощности свит угольных пластов длинными очистными
забоями Они являются основой разработки рекомендации
по расчету и построению границ зон повышенного горного
9*
131
давления, выбору порядка отработки пластов в сини и рацио-
на, плюго расположения полевых и пластовых нодгоювн тель-
ных , ыработок относительно границ очистных работ соседних
плас тов.
7.1. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА
ГОРНЫХ ПОРОД И УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В ЗОНАХ влияния
ОЧИСТНЫХ ВЫРАБОТОК
Шахтными наблюдениями установлено, что в области влияния
очистной выработки в подрабатываемой и надрабагываемой
толщах образуются три характерные зоны напряженного состоя-
ния пород: опорного давления, ра «грузки п уплот нения пород.
В :оне опорного давления происходит сжатие угольных пластов
н пород ио нормали к напластованию и расширение их в зоне
разгру :кн. Величина сжатия подрабатываемых и надрабатывас
мых угольных пластов п пород зависит от их крепости, глубины
разработки, мощности междувластий и может достигать 0,5-
0,7' , мощности пласта при небольших междувластьях. В зоне
пониженного давления расширение угольных пластов н пород
по нормали к напластованию достигает 2,2 % вынимаемой мош
пости пласта В надраб пываемои толще в зоне разгрузки вслед-
ствие упругого восстановления пород во’.можно поднятие мае
сива на величину до 300 мм на глубине разработки около 900 м
По мере увеличения площади выработанного пространства,
вс.тсдетине роста давления подработанных пород крогти па со-
руш< ныл - породы и почву очистной г.ырабоихи в тис вторич-
ного уплотнения угольные пласты и породы вновь подвергаются
сжатию.
Параметры напряженного состояния горного массива в зо-
нах влияния очистных выработок при разработке свит угодьям,
пластов являются функцией тензора напряжений, компоненты
котор. !>. весьма трудно ш’носредствсчшо измерить в т .чще
1С)Г'ИЫ пород. Иоттому огромное значение’ приобретают лхеш-
рн1\ < и ।аль о-аналигичее кие методы псследо! аппя состояния
мзссква горных пород В аналитических (расчетных) методах ис-
следования вопросов механики горных пород для расчета напря-
женного состояния массива в зонах влияния подц-мпых вырз-
бо; < in-по.и, :уются положения теории упругости, нлаегш воств.
но • ечеетп.
Г'азрлбог ншые в настоящее время аналитические методы
р .'-'.ста и шряжешш в зонах влияния очистных работ имеют oi
paiiiint’iiiiyio область применения и используются, главным обра-
ти. на стадии прогнозной опенки горпо-геоло! пчеекпх н гощю
гехническн условий отработки, для выбора способов и средств
управлеч <я горным давлением
Эффею пипость применения аналитически' метйдов висит
г правильной п корректной постановки .задачи и обосн шянио-
гтп принятых расчетных сх< и.
139
Аналитические методы механики сплошной среды приме
НЯЮ1СЯ для расчета напряженного состояния массива горных
пород вне зон обрушений, разломов, расслоения, интенсивных
смещений пород. Зоны обрушений и разломов, как правило, от
сутслвуют в надрабатываемой толще, .за исключением редких
случаев, когда происходят внезапные поднятия и разрушения
пород непосредственной почвы пласта в призабойном ирострап
стне лапы. Зоны обрушения и pa томов не образуются в подра-
батываемой юлще при управлении кровлей в лавах плавным
опусканием и с закладкой выработанного пространства, а также
при la.ierannn в кровле разрабатываемых пластов слоев проч
пых пород, способных создавать зависания в очистных забоях
с ограниченным выработанным пространством.
Сложность расчетов напряженного состояния толщи пород
при разработке свит пластов обусловлена необходимостью учета
взаимного влияния очистных выработок па различных пластах
и неоднородности состава пород междувластии, а также опреде-
ления напряжспно-деформпровапиого состояния массива пород
в окрес।пости капитальных и подгеновнтельных выработок в
зоне влияния очистных работ соседних пластов.
11рп разработке наклонных и крутых угольных пластов усло-
вия плоской деформации соответствуют вертикальным сечениям
на разр' .е г крест простирания, удаленным па значительное рас-
стояние (более 100 150 м) от движущегося очистного забоя.
Это расстояние должно быть не менее длины участка позади за-
боя, ia пределами которого слои горных пород па разрезе по
простиранию .занимают положение, параллельное исходному до
подработки. В любых других сечениях на разрезах вкрест про-
стирания и по простиранию, в том числе и вертикальном сече-
нии, проходящем через призабойное пространство лавы, условия
плоской деформации не выполняются. Следует отметить, что при
расчете напряжений в толще пород па разрезах, которые нахо-
дятся на 1начптсльном расстоянии позади забоя лавы, можно
не .читывать динамику процесса сдвижения подрабатываемых
пород над движущимся очистным забоем.
На рис. 1.49 приведена схема расчета напряженного состоя-
ния массива горных пород в условиях плоской деформации
вкрест простирания пласта. Определяются начальные папряже
пня (/', <т£, т" в нетронутом массиве пород до проведения в нем
выработок, дополнительные напряжения п„,„ ст,,., п,„, вы шин-
ные влиянием очистных выработок, н полные напряжения о,„
о,-, т,„, которые представляют собой суммы начальных и допол-
нительных напряжений:
пл==пл + %(; = < + ",/> Л,
На рис. 1.49 приведена схема к определению напряженно о
состояния толщи пород при взаимном влиянии двух очистим’.
выработок.
133
Рис. / I'1. Схема к определению геометрических параметров взаимного рас-
положения очистных и подготовительных выработок для расчета напряжен-
ного состояния угольных пласгон и пород нрн разработке свиты пластов:
Р’,сс ,ояШ1я цо пл,1.р«Ц|.и 1.||'..1Ю1Ц«т«> и ноцрзо.»гымающсги пластов сиогнитвинно
Для каждой очистной выработки с длиной лав и 2а2 при
пяты прямоугольная и криволинейная системы координат (да-
ваемые конформным отображением). Это позволяет учитывать
влияние мощности пласта и высоты зоны обрушения пород на
напряженное состояние толщи, когда известны форма п размеры
этой зоны. Переход от одной системы прямоугольных координат
Л'*1),;'1) к другой .г(2,//(2) выполняется через
г'21 _ Л(|) _ /и; „с-’) _ /,(н
где. /() н //в- расстояние между центрами О, и 02 очистных вы-
работок соответственно по восстанию (иатешпо) и по нор-
мали к напластованию.
Знаки параметров /<> и /г., определяются относительно начала
координат О,. Положения центров поперечных сечений капп
тальпых и подготовительных выработок определяются в прямо
угольных координатах отпоенгсльно начала координат С,.
Все иапрЯ/К'Ния отнесены к абсолют ной величине вертикаль
напряжения Р. в нетронутом массиве пород в центре при-
нятой та первую очистной выработки на глубине от <емпой
nJ > ии- Пня спокойном .ijie'-aifiiH угольных пластов при-
нято Д, где у — удельный вес толщи пород. В сложных
условиях .залегания угольных пластов и в зонах геологических
нарушений вертикальная составляющая может отличаться
от величины у//.
0 учетом пышен 1ЛОЛ.СННОГО при спокойном залегании уголь
пых пластов компоненты начального (естественного) напряжен
134
кого состояния массива о“, (Т1', т1’ и наклонной системе коор-
динат относительно центра О, первой очистной выработки (см.
рис. 1.49) можно определить ио следующим формулам:
"и/р^ "Ч1 -77TS111 и~77ГС(,ЧаЛ
</р„ — - 7 ( । н 11 а - -/7? cos а);
чч.=- ч1 - -Чsin “ Vos 4 (19)
где р= 0,5(1 + Z) Д 0,5(1— Л) cos 2а; q 0,5(1 -f-Z) - 0,5 X
X(i Z) cos 2а; т - 0,5(1 —7.) sin 2а; а - угол падения свиты
пластов; Л — коэффициент бокового распора в нетронутом мас-
сиве (для осадочных пород значения его можно принять в
пределах 0.7 — I); ,v(l), т/(1) - координаты рассматриваемой точки
толщи пород в наклонной системе координат .\'<1,О11
В условиях горизонтального залегания пластов (а 0 ) на
основании уравнении (1.9) начальные напряжения в нетрону-
том массиве определяются:
< -РД1 -Z/’„.(l -//>'>///,); <„ = 0.
Подставляя в эти выражения вместо Ри - у//|, получим
о'у = —у(//, о1' — 2у(//, — 4, = ()-
На земной поверхности //<'> = //,, и компоненты начальных
напряжений о'', о", т'^ равны пулю.
Расчет компонент дополнительных напряжений оуи, оЛ>, ovy
в толще пород при взаимном влняппп очистных выработок мо-
жно выполнить методом последовательных приближении.
При управлении кровлей полным обрушением д тление под-
работанных пород на почву очистных выработок па разрезе
вкрест простирания (рис. 1.50, а) можно определить по методу
Bill [МП с использованием углов давления и <р2. Углы давле-
ния (|ч н (р2 следует рассматривать не как углы обрушения но
род в кровле пласта, а как геометрические параметры, по.тво-
чяющие аппроксимировать эпюры нагрузок па почву очистных
выработок.
Для условий неполной подработки земной поверхности мак
епмалыюе давление подработанных пород кровли на почву
очистной выработки </9 и координату -V точки, в которой давле
вне является максимальным на уровне среднего сечения пласта,
согласно схеме на рис. I. 50, а мол но определить но формулам:
v - - a (1g ць — tg cpi)/(ig <р> + lg (pi),
где a — половина длины лавы.
135
Рис 1.50. Схемы к определению давления подработанных пород кровли на
почву очистных выработок при управлении кровлен в лавах полным обру
шепнем
В случаях запасания основной кровли у границ выработан-
ного пространства па участках Ц и L2 (рис. I 50, б) макси
малыше давление подработанных, пород кровли па почву очнет
ной выработки б/о и координата х, максимума давления опредс
ляются по формулам:
</o//jb = (а — + X) 1g ф|/^ь
? = [(а - L ) tg <р2 (а — Lt) tg rpj/f.tg (jo + tg cp,).
В реальных условиях учитывать влияние всех слоев горных
пород на напряженное состояние толщи в зонах влияния очист-
ных выработок весьма трудоемко п сложно из-за недосга ro iHoii
надежности определения механических характеристик на кои
тактах слоев. Известно, чго даже если массив горных пород
имеет гонкослоистую структуру, то и в этом случае результаты
расчета напряжений в толще пород с учетом слоистости будут
отличи вся не пачительно от напряжений, рассчитанных дт, од-
нородна чассниа. В связи с том допустимо использовать уп
рощегпые rinieii '.ости, ио ыоляющпе учитывать наличие сидер
.-.'lii.i пес екоь и и щестняков в междувластьях, сложенных
пр а слабыми породами.
Учет влияния неоднородности состава пород междуиластпи
па напряженное состояние толщи и утольпых пластов выпел
нястся по методу эквивалентного слоя, широко применяемому в
механике грунтов. В этом случае па основании расчета опредс
ляется приведенная (расчетная) мощность мсждупластья //’’—
= А’,,/т; Л расстояние между пластами по нормали; /г„ - котф-
13G
фицпент, учитывающий влияние неоднородности мсждупластья
на напряженное состояние пород. Под приведенной //₽ пони-
мается мощность мсждупластья, в составе которого отсутст-
вуют породные слон прочных песчаников или известняков. По-
скольку прочные слои пород подобно экрану способствуют более
быстрому затуханию дополнительных напряжений в толще по-
род, то при залегании в междупластье песчаников и известня-
ков приведенная мощность мсждупластья /Д’ будет больше фак
гн ческой 1г.
Значения коэффициента /г„ вычисляются с учетом содержа-
ния песчаников и известняков в междупластье в процентах ц и
отношения средних значений модулей упругое in прочных пород
и сланцев Е^/Есл-
*..= ,00 П^./£’е.,)П-,9-1]+ !- (1.10)
Отношение Е„/Есл можно заменить па отношение о"к/а^
или на отношение средних значений коэффициентов крепости
прочных пород и сланцев f../Дл- Поскольку имеется большое ко-
личество данных о коэффициентах крепости горныхпород, то для
практического приме пения формулу (I. 10) можно использовать
в виде
— 11+1- (Ill)
И ложеппый метод позволяет выполнить количественную
оценку компонент теп юра напряжений в толще пород для ус-
ловий плоской деформации с использованием ЭВМ как при од-
нократной, гак и многократной падработке н подработке в за-
висимости от глубины разработки, мощности и угла падения
пластов, длины лав, коэффициента боковою распора, мощности
п неоднородности состава пород мсждупластпй п давления под-
работанных пород кровли на почву очистных выработок
7.2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО
СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД И УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
ПРИ ОДНОКРАТНОЙ И МНОГОКРАТНОЙ НАДРАБОТКЕ
И ПОДРАБОТКЕ
Установлено, что влияние давления подработанных пород кровли
на почву очистной выработки выражается в уменьшении нор-
мальных к напластованию напряжений ст„ и параллельных на-
пластованию напряжений о, в зонах опорного давления п в ро-
сте их в зоне разгрузки. С увеличенном давления подработан-
ных пород кровли касательные напряжения т.»7 уменьшаются
как в зонах опорного давления, так и в зоне разгрузки.
На рис I. 51 показано распределение полных напряжений о7
в падработаипом массиве для некоторых горизонтальных сече
ний. Эпюры напряжений построены в долях Рк. Как видно, с ро-
стом максимального давления подработанных пород па почву
137
Рпс. 1.51. Эпюры вертикальных напряжении <ту и патработанной толще пород"
а — при ио=О. Л —ЩО м; б -при ;/0=<>,Ив Ри. t <>: а —при У|) -0,27-Ри. L -ИИ м- г -при
<7о*=О.37 Р]Л. м
очистной выработки с/и и уменьшением пролета зависания пород
L напряжения <т„ в зоне опорного давления уменьшаются, а под
выработанным пространством в зоне разгрузки увеличиваются
Максимальные разности в напряжениях <ту за счет давления
подработанных пород кровли наблюдаются в зоне разгрузки по
главному вертикальному сечению при х=(). При утом влияние
давления подработанных пород кровли па напряжения п7 суще-
ственно уменьшается по мере удаления от почвы очистной вы-
работки.
При наклонном и крутом залегании пластов в оглнчне от го-
ризонтального сила тяжести пород может быть разложена па
две составляющие: ио нормали к напластованию и но направле-
нию паденпя пластов и слоев горных пород. С увеличением угла
падения пластов нормальная составляющая силы тяжести пород
уменьшав гея, а составляющая в направлении падения пластов
возрастает. Это приводит к изменению напряженного состояния
массива горных пород при наклонном и крутом залегании пла-
стов по сравнению с распределением напряжений в зоне влия-
ния горизонтальной очистной выработки.
138
Рис. 1.52. Изолинии полных напряжении <т9//’в в иадрабатывасмом и подра-
батываемом массивах горных пород в зоне влияния горизонтальной очист-
ной выработки
Кик видно из формул (1.9), с увеличением угла падения пла-
стов начальные напряжения <т^ но нормали к напластованию в
нетронутом массиве пород уменьшаются, а напряжения о° по
напластованию увеличиваются. В условиях пегорнзонталыюго за
легация пластов, когда коэффициент бокового распора не равен
единице, в нетронутом массиве пород еще до проведения в нем
горных выработок действуют касательные напряжения на
поверхностях напластования, которые достигают максимальной
величины при угле падения пласгон 45°.
На рис. 1.52 и 1.53 при сс = 0" и а = 60° показаны изолинии
полных напряжении по нормали к напластованию <т„ в долях
Рп. Расчеты напряжений выполнены при коэффициенте бокового
распора Z = 0,7 н отношении половины длины лавы к глубине
от земной поверхности до середины очистной выработки «///, =
= 0,1 для условий, когда давление подработанных пород кровли
иа почву очистной выработки является незначительным н нм
можно пренебречь.
Изолинии напряжений о„ в долях Ри = уН\ позволяют
определить численные значения полных напряжений в
139
Рис. 1.53. Изолинии полных напряжений лв надрабатыкаемом и-подра-
батываемом массивах горных пород в зоне влияния наклонной очистной вы-
работки при и = 60'
надработанпой и подработанной толще пород как в юне влия-
ния очистной выработки, так п за ее пределамп. 11рн глубипеог
земной поверхности до середины очистной выработки П} =
= 1000 м п у = 25 кН/м3 абсолютная величина вертикального
напряжения Рп равна 25 Ml 1а. Тогда толппня, например
о„//->в=1,2, будет соответствовать сжимающим папря/кспням,
равным г>„ = — 1,2РВ =—1,2-25=—30 МПа.
Отметим, что очистные выработки оказывают влияние голь
ко па компоненты дополнительных напряжений. Поскольку пол
пые напряжения п, равны сумме начальных напряжений в нс
тронутом массиве п® н дополнительных напряжений о,/у, то по
изолиниям полных напряжений о„ не представляется шымож
ным определить границы зон разгрузки н опорного давления в
надработанпой и подработанной толще пород.
Как видно на рис. 1. 52, изолинии напряжений ст,,//3,.., равные
- 0,8 и —1, в надработанпой толще под выработанным про-
странснюм имеют ымкпугый контур, в го время как в подра-
ботанной толще они не замыкаются и располагаются в основ
пом в зонах опорного давления над краевыми частями пласта
1 ю
Эго вызвано снижением начальных напряжении о” в нетронутом
массиве, так как но мере удаления от кровли пласта глубина
от земной поверхности до точек подработанной толщи пород
уменьшается.
В подработанной толще над средней частью очистной выра-
ботки образуется зона растягивающих напряжений контур
которой на рис. 1. 52 показан штриховой кривой. Высота зоны
растягивающих напряжений в кровле горизонтальной очистной
выработки составляет около 0,15 длины лавы. При этом растя-
гивающие напряжения в указанной зоне не превышают но вели
чине 0,2 Рн-
Из рис. 1.52 видно, что распределение полных напряжений
о., по нормали к панлас говашно в подработанной и надработан
пой толще пород в окрестности горизонтальной очистной вира
боткн симметрично относительно осп //. Наибольшая конден-
сация напряжений наблюдается в зонах опорного давления у
границ очистной выработки. По мере удаления в глубь массива
от границ очистной выработки концентрация напряжений в зо
пах опорного давления существенно уменьшается, а расстояния
между изолиниями напряжений возрастают. Характерным в рас
пределеппи нанр»желнй ст,, является го, что по мере удаления
от разрабатываемого пласта в глубь массива расстояние до мак
епмума опорного давления oi нормали, проведенной чере гра-
ницу очистной выработки, увеличивается. При ттом максимумы
опорного давления с увеличением расстояний or разрабатывав
мого пласта перемещаются в сторону массива и расположены
под краевыми частями пласта и над ними.
Из сравнения изолиний, приведенных па рис. I 52 и 1 53,
видно, что увеличение угла падения пласта приводит к сущест
венной асимметрии распределения полных напряжений а в над
работапиой в подработанной толще пород как в зонах разгруз-
ки, так и в зонах опорного давления. При этом зона растягиваю
щих напряжении а, г. кровле очистной выработки перемещается
в сторону восстания пласта. Характерно, что по мере увеличе-
ния угла падения пластов размеры зоны растягивающих напоя
женин в кровле очпетпы’ выработок уменьшаются.
В области втияипя очист ной выработки при увеличении утла
падения абсолютные значения полных напряжении <т„ по нор-
мали к напластованию па одинаковых расстояниях от кровли
пли почвы разрабатываемого пласта существенно уменьшаются
как в зонах разгрузки, так и в .зона' опорного давления, осо-
бенно со стороны восстания пласта (ем. рис Т. 52 и 1.53). Это
вызвано уменьшением начальных и щряж-.йв! в петронх ом
м сспвс пород и допо.шительньг' ийпрчжеиив о or i ш.ичя
очистных выработок
Рассмотрим основные «акопомсрност! псрер-счр яеп-чя а
пряжении в массиве горных по;'>д д,1 ус.-ьш-ш т'украы’л"! па д-
работкп и полртбогкн 'тольных р ?''точ ' 1 -.и iHio-.-cpnorTi
141
справедливы и в случае многократной иадработкн и подра-
ботки ).
Па рис. 1.54 приведены дпоры полных напряжений оч,
оЛ н Хху в долях Р„=у/71 нрн однократной и двукратной над
работке угольных пластов. Расчеты компонент напряжений вы-
полнены для следующих условий: коэффициент бокового рае
пора в нетронутом массиве пород Х = 0,7; угол падения пластов
а = 60°, отношение половины длины лавы к глубине разработки
до середины первой очистной выработки а/1Ц =0,1; углы давлс
пия при первичной надрабогке <р;=^54" и <щ = 52°, углы дав-
ления при повторной надрабогке qq 59° и q>' = 57°; мощности
мсждупластпй 0,5а; процентное содержание песчаников в меж-
дупластьях ц =60 %, отношение средних значений коэффициен-
тов крепости песчаников и сланцев /„//сЛ = 2,5. Штриховыми
кривыми показаны эпюры напряжений от влияния первичной
надработкн, а сплошными — от совместного влияния первичной
и повторной падработок. Последовательность отработки пластов
показана арабскими цифрами.
Как видно п : рис. 1.54, взаимное влияние очистных вырабо
ток приводит к сложному перераспределению нормальных и ка-
сательных напряжений в подработанной толще пород. При пер
впчпой падработке п при мощности мсждупластья, равной
половине длины лавы, отношение напряжений па уровне вентиля-
ционного штрека падработапного пласта в зоне опорною давле-
ния составило 1,2<Ту, а в зоне разгрузки на уровне откаточного
штрека 0,52ctJJ. В результате совместного влияния первичной и
повторной падработок отношение напряжений <тр/<т^ в пласте -3
увеличилось в 1,3 раза на уровне вентиляционного штрека в зо-
не опорного давления и уменьшилось в 1,5 раза па уровне отка-
точного штрека. Максимальная разгрузка падработапного пла-
ста .3 в зоне совместною влияния первичной п повторной падра-
боток составила 75 %.
Характерным является то, что при разработке свит крутых
пластов как при первичной, так и повторной надработке полные
напряжения п, в направлении напластования пород изменяются
незначительно (см. рис. I 54). Наибольшие изменения касатель-
ных напряжений происходят в верхней части этажа. При этом
максимальное касательное напряжение тХ(/ в области влияния
первичной надработкн уменьшилось до величины 0,Зу//|, а в
зоне совместного влияния первичной и повторной падработок
тА„ увеличилось в 1,5 раза.
В условиях многократной надработкн перераспределение па
пряжений в подрабатываемом пласте зависит от расстояния до
нормали между подрабатывающими пластами - с одной сто-
роны, н между ближним подрабатывающим п надработаппым
пластами с другой. При увеличении расстояния между под-
рабатывающими пластами / п 2 влияние первичной подработки
на напряженное состояние пласта -3 уменьшается н практически
142
Рис. I 54. Эпюры полных напряжении ву. стЛ- и гУу при однократной (штриховые кривые) и двукратпой (сплошные кри-
вые) надработке пластов:
а — распре lenenne относительных напряжений nltIP^: б -распре.И ючие они : льнах напряжений Пт/^В’ в —распределение отн: сительных
иапряжеппй тЛ.^/Рв
iic оказывается при расстоянии по нормали между илашамп
и 3, равном длине лавы 2а. Однако первичная надработка спо-
собствует увеличению разгрузки пласта 3 при повторной его
падрабогке ближним пластом 2. При незначительном расстоя-
нии между надрабагывающимп пластами 1 п 2 (0,2а и менее)
влияние двукратной падработки пластами / н 2 на напряженное
состояние пласта 3 практически равноценно однократной над-
работкс сю ближним пластом 2. В условиях мши окра гной пад-
работки наибольшее влияние на напряженное состояние падра-
богаппого пласта 3 оказывает ближний к нему пласт 2. При
этом величина разгрузки пласта 3 от повторной надработки его
ближним пластом 2 зависит от уровня разгрузки пласта 3 в ус-
ловиях первичной падработки пластом /. Чем больше уровень
разгрузки пласта при первичной падрабогке, тем меньшее влия-
ние оказывает повторная надработка на напряженное состояние
пласта 3 как в зоне разгрузки так н в зонах опорного давле-
ния. При оставлении на вентиляционном горизонте целиков или
краевых частей нисходящий порядок отработки не обеспечивает
ра я рузку пласгон в верхней части этажа, где образуются юны
повышенного напряженного состояния угля.
Многолетним опытом ведения горных работ установлено, что
наибольшая разгрузка пластов достигается при смешанном по
рядке их отработки (двойная защита). На рис. 1.55 для указан-
ных выше горно-i оологических условий приведены эпюры нор-
мальных к напластованию напряжений г>„ в зависимости от
мощности между пласт ий при однократной надработке (штрихо-
вые кривые) п ог совместного влияния падработки и нодработкп
(сплошные кривые). Арабскими цифрами показана последова-
тельность отработки пластов. Как видно из графиков, отпошс
пне напряжений в зонах опорного давления со стороны падения
при взаимном влиянии падработки и подработки и'меняется не
.'пк.'штельпо по сравнению с однократной подработкой часта.
В то же время в зонах опорного давления со стороны восста-
ния пластов наблюдаются значительные изменения в распреде-
лении напряжений о„. Причем максимум опорного давления от
совместного влияния падработки п подработки смещается в сто-
рону восстания тем дальше, чем больше мощность между-
плаегья. С увеличением мощности междувластья протяженность
зоны повышенно;о горного давления в верхней части ттзжа для
условий однократной падработки существенно возрастает. При
взаимном влиянии падработки н подработки обеспечивается
разгрузка пласта по всей высоте лажа, прием протяженность
зоны разгрузки ув< вшивается с уст лишением мощности между-
властий.
На пче I 56 штриховыми кривыми показаны шюры относи
те. ьвы ' папря/к к". о,,//*,, ь ншнспмосги <п м . цностп межту-
пластнй при однократной подработке пластов, ; сплошными
тошными -от совместного влияния подработки и падработки.
С ростом мощно1 ти междуи.тастпй протяженное . зоны
144
10 И М Проскуряков
Рис. 1,56. Эпюры напряжений оу при однократной подработке (штриховые кривые) и взаимном влиянии подработки и
надработкн (сплошные кривые) для различных мощностей междупл астий:
а при расстоянии между разрабатываемыми пластами ОД а: 6 -при расе i о ял и п между разрабатываемыми пластами а; в - при расстоянии
между разрабатываемыми пластами 1,5 а
повышенных напряжений в ннжпей части этажа при однократной
подработке существенно увеличивается. В условиях взаимного
влияния подработки н надработкн максимум опорного давления
в ппжпей части этажа смещается в сторону падения относи-
тельно максимума опорного давления при однократной подра-
ботке. В зонах опорного давления со стороны восстания кон-
центрация напряжений изменяется незначительно по сравнению
с однократной подработкой. При смешанном порядке отработки
пластов в условиях взаимного влияния подработки и падработ-
ки обеспечивается эффективная разгрузка пластов по всей вы-
соте этажа (см. рис. I. 56).
Количественная оценка распределения напряжений в толще
пород как при однократной п многократной падработке и под-
работке, так и при взаимном влиянии надработкн и подработки
позволяет в конкретных условиях шахт обоснованно планиро-
вать ведение очистных работ в сложных условиях выемки свит
и выбирать порядок отработки, обеспечивающий максимальную
разгрузку пластов от горного давления.
7.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗОН
ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ОТ ЦЕЛИКОВ И КРАЕВЫХ
ЧАСТЕЙ НАДРАБАТЫВАЮЩИХ И ПОДРАБАТЫВАЮЩИХ ПЛАСТОВ
Разработка свит пластов приводи г к образованию в толще по-
род большого числа зон повышенного горного давления (юн
ПГД) от краевых частей массива и целиков, оставленных на со-
седних пластах. Несмотря на широкое применение бесцелнковой
технологии отработки угольных пластов, удельный вес добычи
угля в зонах влияния целиков, краевых частей и створов оста-
новленных лав является весьма значительным и достигает 60 -
70 п/, пл отдельных участках. При разрабонхе свит пластов не-
обходимо оставлять целики для охраны вертикальных стволов,
зданий и сооружений на земной поверхности, под затопленными
горными выработками, у геологических нарушений и технпче
ских границ шахтных полей. В условиях разработки свит не
представляется возможным исключить также образование зон
ПГД от краевых частей падрабатывающих и подрабатываю-
щих пластов.
На угольных шахтах ежегодно выполняется построение около
9 тыс. зон ПГД. В зонах ПГД наряду с повышенной опасностью
проявления линий внезапных выбросов угля, породы п газа и
горных ударов существенно снижается устойчивость пепосредст
венной кровли очистных забоев п вследствие этого увеличи-
вается высота и число вывалов в лавах. Влияние зон ПГД при-
водит также к резкому ухудшению состояния подготовительных
и капитальных выработок при разработке свит пластов. В связи
с этим обоснованное определение конфигурации, размеров зон
повышенного горного давления и напряжений в них имеет
10*
147
большое практическое значение для безопасного н рациональ-
ного ведения горных работ при выемке свит угольных пластов.
Определение границ зон 11ГД на разрезах н планах горных
работ необходимо нс только для решения вопросов управления
горным давлением в очистных и подготовительных выработках,
но п для рационального планирования развития горных работ в
зонах разгрузки, так как границы зон ПГД являются одповре
менно и границами разгруженных юн от горного давления.
7.3.1 ОНРЕД1 ЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗОН ПГД
ОТ ЦЕЛИКОВ, ОСТАВЛЕННЫХ НА СОСЕДНИХ ПЛАСТАХ
При расчетах несущей способности междукамерных и между-
этажных целиков применяются различные методы на основе
теорий упругости, предельного равновесия, изгиба балок и плит
и моделирования эквивалентными материалами. Для определе-
ния параметров зон ПГД нужно количественно оценить влия
нпе целика размером /ц и примыкающих к нему очистных вы-
работок с длиной лав 2п| п 2п2 па напряженное состояние пад-
работанпой и подработанной толщи пород (рис. 1.57).
Границы зоп ПГД можно определить для заданной мощно
сгп междупластья ft„ при подработке пли /;„ при надработке,
если будут известны расстояния /( и /2 от нормали, проведенной
через середину целика до границ зон ПГД. Расчет напряжений
в юпах ПГД выполняется методом последовательных приблн
женин Учет неоднородное! и междувластий осуществляется в
виде корректирующего коэффициента А’,, по формуле (I. 11)
В зависимости от ни iciicubhocth нагружения и ширины це-
ликов в предельном состоянии может находиться весь целик пли
только его краевые зоны. Размеры целиков, оставляемых на со
сединх пластах, как правило, должны быть больше удвоенной
ширины юны предельного состояния угля. Установлено, что при
размере целика 50 м, ширине предельной зоны 4,5 м, мощности
пласт 2 м и прочности угля 10 МПа максимальное расхожде-
ние в вычисленных величинах напряжения п„ в зоне ПГД под
целиком па расстоянии 10 м не превышает 11 % расчетных ве-
личин напряжений бе учета наличия зон предельного состояния
угля в краевых юпах целика. По мерс увеличен!!'! мощности
междувластии расхождения в расчетных величина' напряжений
в зонах ПГД быстро уменьшаются. В связи с этим расчет па
пряжений в толще пород в зонах ПГД с достаточной для прак-
тических целей точностью можно производить без учета нали-
чия юн предельного состояния угля у границ очистных вырабо-
ток.
Как вечно из рис. 1.58, зоны ПГД в толще пород от цетинов
имеют замкнутый контур, что нс противоречит известным поло-
жениям о характере распнострапепня зон ПГД под це-чн-змн в
надрабатываемой толще. Такой метод расчета напряжений поз-
воляет определить конфигурацию и размеры зоны ПГД в толще
148
Рис. 1.57. Параметры зон ПГД or целиков в надрабоглиной и подработанной
толще пород:
AZ| (I \1.,— превышение кицгуром юны III Ц размера проекции целика / выпи ниже
целики c<»oiнос] пенно
пород в зависимости от размеров целиков, угла падения пластов,
длины лав, примыкающих к целику, коэффициента бокового
распора, давления подработанных пород кровли на почв)
очистных выработок в др.
Отметим, что с увеличением угла алегапня пластов асим-
метрия границ зон ПГД относительно нормали, проведенной че
рез середину целика, возрастает. При этом граница юн ПГД oi
целиков в надработапнон толще смещается в сторону паления
пластов.
Как видно и, рис. 1.58, для целиков, рч ;мером 0,Вц и б ice
эпюры напряжений о„, в сечениях вблизи очистных выработок
имеют чва максимума п впадину, которая псч<- ст по мере vi.a-
ления от целика в глубину массива па р.теетоягпе бэ.чч 0.4а
С уменьшением ширины целика коппептрацня напряжении г се
че.нпях вблизи очистных выработок возрастает, а в сечениях
удаленных от целика но нормали на расстояние Не белее О.ое,
наоборот, vмепыпается. Это укачивает па •>, и., иная
144
Рас, 1.58. Эпюры дополнительных напряжений оуу и конфигурация зон ПГД под целиками в толше пород:
а— угол падения пласта
с определенной мощности междувластья, интенсивность прояв
ленпй горного давления в подготовительных и очистных выра-
ботках с уменьшением размеров целиков будет снижаться.
Приведенная мощность междувластья h'' — hklt определяется
с помощью коэффициента /гн, учитывающего неоднородность со-
става пород междувластий. Численные значения коэффициента
/г„ в зависимости от содержания в междувластье песчаников и
известняков ц и отношения средних значений коэффициентов
крепости прочных пород н сланцев /И//Сл можно определить, па
пример, по номограмме, представленной на рис. I 59, а
Для нижней и верхней точек контура зон ПГД соответствен-
но в иадработанпон п подработанной толще параметры Д/| и
имеют шак минус и по абсолютной величине равны 0,5/ц, а рас
стояния /| п 12 согласно рис. 1.57 равны нулю При горизонталь-
ном залегании пластов и для целиков, вытянутых по падению
(восстанию), контур зон ПГД в падработаппой и подработанной
толще является симметричным относительно нормали, проведен
пой через середину целика, и поэтому параметры \/, = А/2 =
= А/.
Для правильного выбора способа управления горным данле
ином в подготовительных и очистных выработках при переходе
ими зон влияния целиков нужно знать не только конфигурацию
и размеры зон ПГД, по п напряжения в лих зонах Колнчест
венное определение напряжений в зонах ПГД выполняется еле
дующим образом
Рис. I. 59. Номограммы для определения коэффициента /г„ по учету неодно-
родности состава пород междупластий («) и нормальных к напластованию
начальных напряжений аие в нетронутом массиве пород (о)
151
Нормальные к напластованию напряжения о” в нетронутом
массиве пород в зависимости от угла падения пластов а и глу-
бины Н до точек зоны ПГД определяют по номограмме, пред-
ставленной на рис 1.59, (5, а полные напряжения в указанных
выше точках зоны ПГД вычисляют по формулам: oj/|=o^|-|-
+ 'W = и %з= ау'’ + <туу2- По известным значе-
ниям напряжении в трех точках можно построить эпюры
дополнительных <т,,„ и полных напряжений щ в зонах ПГД от
целиков, оставленных па соседних пластах.
Поскольку интенсивность проявлений горного давления в
подготовительных и очистных выработках при прочих равных
условиях зависит от глубины разработки, то определение вели-
чии действующих в зонах ПГД напряжений следует производить
по приведенной (эквивалентной) глубине //Р, которая соответ-
ствует глубине разработки пластов как одиночных, вис зон влия-
ния очистных работ смежных пластов. Приведенную глубину Нр
можно определить из отношения
<112)
где // фактическая глубина разработки; <ту — полные напря-
жения по нормали к напластованию в зоне ПГД; — началь-
ные напряжения в нетронутом массиве пород.
При ведении горных работ в .зонах ПГД выбор мероприятий
по управлению горным давлением в подготовительных и очист-
ных выработках следует производить с учетом приведенной глу-
бины, определяемой из соотношения (I. 12).
7.3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗОН ПГД
ОТ КРАЕВЫХ ЧАСТЕЙ НАДРАБАТЫВАЮЩИХ
И ПОДРАБАТЫВАЮЩИХ ПЛАСТОВ
При разработке свит в толще пород образуются зоны ПГД не
только от целиков, но и от краевых частей подрабатывающих
п надрабатывающих пластов.
На рис. 1.60 и 1.61 для се О' и а 60° показаны изоли-
нии пополнительных напряжений о,;, в долях Р,„ рассчитанные
в окрестности очистной выработки при коэффициенте бокового
распора в нетронутом массиве пород X = 0,7 и отношении
а/П\ =0,1, когда давление подработанных пород кровли на
почву очистной выработки является незначительным и нм мож-
но пренебречь.
При горизонтальном залегании пластов (см. рис. I 60) нзо-
шпии дополнительных напряжений а 1Ч/Р„ в толще пород рас-
по io/копы симметрично относительно координатных осей // п х.
В условиях наклонного и крутого залегания пластов за исклю-
чением = 90° возникает асимметрия в расположении изолиний
152
Рис. [.60. Изолинии дополнигсльпых r.-ion- .ii.iii.r-; напр-им-пшТ с11и[Рп п под-
работанной и подработанной толщах nein.i .'.one \ "яппи > 'ршонта.юноп
очистной выработки
дополнительных напряжений о,,,,//<. относи гельно осей у и
(см. рис 1.61). При лом в надработ анион толще в >опе раз
грузки нижние точки изолиний напряжений а,,,,/Рв смещаю'ся
в сторону падения пластов относительно нормали, проведенной
через середину очистной выработки. В зонах разгрузки и опор-
ного давления па одинаковых расстояниях у по нормали or поч-
вы пли кровли очистной выработки абсолютные величины до-
полнительных напряжений о л уменьшаются с увеличение а угла
падения пласгон. Как впдпо ш рис. 1.60 и 1.61, границы зон
разгрузки над вырабошпиым прос гране гном и иод ним по кри-
терию дополнительных напряжений с 0 по представтяют с<
бой замкнутый контур.
Для решения практических вопросов по управлению горшим
давлением высоту разгруженной зопы в кровле и почве очист-
ной выработки следует определять в зависимости от задан
noi'o уровня разработки пластов и пород от начальных пачря
женин.
В зависимости от мощности мсждупластпй границы зоны
разгрузки по критерию нормальных к напластованию дефор
маний е., = 0 могут быть расположены как под выработан-
ным пространством, так и иод краевыми частями массива за
153

Рис. 1.61. Изолинии дополнительных напряжений ауу!1’а но нормали к нап-
ластованию в падработаппой и подработанной толщах пород в зоне влияния
наклонной очистной выработки при а 60"
пределами нормалей, проведенных через границы очистной вы
работки, что не противоречит результатам расчетов дополни-
тельных напряжений гт,,,, в толще пород.
Нрн выборе мероприятий по управлению горным давлением
в капитальных и подготовительных выработках положение гра-
ниц А/, и \1> зон ПГД со стороны нетронутого массива опреде-
ляется по размеру зоны заметных проявлении опорного давле-
ния / па уровне разрабатываемого пласта от надрабатывающего
пласта сто,,,,|,„ и п„„2,„ и подрабатывающего пласта <т„,/2,„ п ст,,„1я,
(рис. I ()2) В конкретных горно-геологических условиях щи
puny зоны опорного давления следует определять на основе
шахтных наблюдений. При отсутствии наблюдений ширину этой
юпы можно определить по и шеетпым эмпирическим формулам
для ра итпчных угольных бассейнов пли по графикам, приведен-
ным па рис. 1.63.
Приведенная методика построения зон повышенного горного
давления н оценки действующпх в них напряжений наиболее
просто может быть освоена при рассмотрении конкретных при
меров различных горнотехнических ситуаций при отработке сви-
ты угольных пластов. Приведенные ниже примеры расчетов поз-
волят определить для конкретных горпо-геологичсскнх условий
необходимые параметры.
154
Рис. 1.62. Параметры зон ПГ/l от красных ч;г пч| падраопгыв.пошнх и под-
рабатылающих пластов:
1,асеtuMiiiiv до игнцкИкп ынлющег п.'кггя: /4)( .• 4ir ю 1г* .1 п I по -ц го
Рис. 1.63. Графики для определения ширины зоны опорного давления / па
уровне разрабатываемого пласта в зависимости от глубины разработки Н
и вынимаемой мощности пласта тп
7.4. ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ ЗОН ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО
ДАВЛЕНИЯ
Исходными данными для построения границ зон ПГД на разре-
зах н планах юрпы.х работ являются: глубина разработки //;
вып 1маем<1я мощность пласта тк, ширина зоны опорного дав-
ления / на уровне разрабатываемого пласта; длина лавы 2«;
размер целика по падению (восстанию) или простиранию /ц,
угол падения пласта а; мощность междувластий при падработке
//„ пли подработке Л„; содержание в междувластье прочных но
род (песчаников и известняков) в процентах ц; отношение сред-
них лишений коэффициентов крепости прочных пород и слан
ЦСВ ] । // ел-
Под целиком для решения вопросов управления горным дав-
лением в очистных забоях следует понимать неотработапнып
участок плмсга с размерами по простиранию или падению (вое
еншпю) 1„ С’ 2/„„, где /„„- ширина зоны опасных проявлении
опорного давления, которую можно принимать равной половине
/,,„ 0,5/ ширины общей юны гаметпых проявлений опорного
давления /, определяемой по результатам шахтных наблюдений
пли по графикам (см. рис. I. 63) в зависимости от глубины раз-
р |ботки и вынимаемой мощности пласта. При построении зон
ПГД учету подлежат целики, наименьший размер которых по
простиранию пли падению (восстанию) превышает 0,1/.
Под краевой частью надраба тыкающего или подрабатываю
щею и часта для решения вопросов управления горным дав.ис
пнем в очистных забоях следует попнман> пеотработапный
участок пласта с ра шерами по простиранию ii.hi падению (вое
стадию), превышающими удвоенную ширину зоны опасных про
явлений опорного давления 2/„„.
Основные параметры для построения границ зон ПГД и ко
лпчествеппой оценки напряжений в них определяются по
табл. I. 15. Количественную оценку напряжений в юпах ПГД
следует производигь по приведенной глубине //„, которая учи
тываег перераспределение* напряжений в массиве горных пород
в зонах влияния очистных выработок. Перед началом опреде
леппя параметров зон ПГД нужно убедиться в надобности их
построения путем сравнения приведенной мощности между-
П,пястья /И с максимальной дальностью зоны ПГД в толще по-
род //т'1'1 Построение юн ПГД необходимо выполнять при
Др /рпзх
Па рис 1.64 в качестве примера показано построение границ
!(1п„ ПГП. и дана количественная опенка напряжений в пей па
р. и, вкрест простирания при падработке от целика, вытяну-
того по простиранию, для следующих исходных данных: размер
целяка ио пачепию /„ = 24 м; глубина от земной поверхности то
сепедпны нолика // = 850 м; наибольшая длина лавы, примы-
кающая к поляку, 2 о—130 м (о =65 м); вынимаемая мощ-
ное н> пласта, па котором оставлен нолик, тн 1 м: угол
157
Рис. 1.61. Пример построения границ зоны Г|| Д u KCMiiPieerBciiii.iH оценки нап-
ряжений и ней от целика при начрабогке на разрезе пкр-.-ст простирания (а)
и иа плане горных работ (о):
1,2 сичтнеп’ии пни нижняя и верхняя 1 р.п; я цы нолик. *?» 4 гоп нпч ci пепин нижняя и
верхняя границы юны III Д
над-, пня п те гор а -58'; мощность междувластья при вадра-
ботке /|п 22 м; породы междупластья на (>0 % (i) fiO %)
вреде 1авлепы песчаниками; огпошепис средних значений ко;ф
фишкиion крепости песчаников н сланцев /„//о, =3.
Находим по номограмме па рис. 1.59, а коэффициент /еи =
— 1,11, учитывающий неоднородноеп> состава пород между
нласч.я. Вычисляем приведенную мощность междупластья /Г-
/.,//„ 1,14-22=25 м.
Вычисляем отношение- h' /а 25/65 0,38. По табл. I. 15
при /„/« = = 0,4 и h''/u 0,4 находим \1\/и 0,18 и А/2/и - 0,1
Расстояния А/| =0,18-65 =11,7 м и \1> =0,1 -65 = 6,5 м. От-
кллдывги-м расстояния \/, и А/2 от проекции границ целика
в стороне выработанного пространства и получаем поло
жсипс । репиц воны ПГД па разрезе вкресг простирания (см
риг. |.(>4, о)
При известных наченнях расстоянии А/, и Д/2 границы зон
ПГД можно н шести непосредственно па планы горных работ
бе< построения вер шкальных разрезов путем отложения от гра-
ниц нолика расстояний [>, и р2, которые вычисляются но фор
м ул а м:
р. А/, cos а — h <in «; р„ = АП cos а-|-й sin а, (I. 13)
где h фактическая мощность междупластья при падработке
или подработке.
При падрабогке расстояния р, и р2 откладываем на плат
горных пород соответственно от нижней и верхней границы це
лика со знаком плюс в сторону выработанного пространства и
со знаком минус в сторону целика. При подработке расстояния
158
pi ii |>2 откладываем соответственно от верхней и нижней гра-
ницы целика.
Но формулам (I. 13) вычисляем при Х/| = 11,7 м, \Р
6.5 м. h 22 м и ос -= 58~ расстояния щ = — 12,5 м, р2
22 м и наносим на план горных работ положение i ранни юп
ПГД, как показано на рис. 1.64,6
На глубине II = 850 м до середины целика абсолютная ве-
личина вертикального напряжения в нетронутом массиве порот
Рв = 27,25 МПа. По габл. 1. 15 при /ц/о = 0,4 п /гт/о=0,1 па
ходим в долях Ри дополнительные напряжения п,;ч в зоне ПГТ.
для следующих точек па расстоянии 0, In 6,5 м в сторону не
лика от нормали, проведенной через его нижнюю (со стороны
падения) границу, а„,1\/Р-л= 0,87 па нормали, проведенной
через середину целика, allll/PK = - 0,92; и на расстоянии 0,1(1
= 6,5 м в сторону целика от нормали, проведенной пере: его
верхнюю (со стороны восстания) границу, о7„2//’:, =- 0,76 Зна-
чения дополнительных напряжений в указанных точках будут
равны: п,11П = 18,5 МПа, о,,,, — - 19,6 МПа н о
= 16,2 МПа.
Поскольку в пределах зоны ПГД глубина до земной поверх-
ности изменяется незначительно, то начальные напряжения
о'’ 16,5 МПа определим нрн средней глубине Н 860 м
и а 58" но номограмме на рис 1.59, Г>. Полные напряжения
но нормали к напластованию в указанных выше точках зоны
Г1ГД будут равны; %| . <т£ Д- лу1/) -35 МПа; п,; о" Д-
=—36,1 МПа п <у1Г, — <Р Д- о-= 32,7 МНа. Ко зффпцпен гы
концы! грации напряжении (>ч/о'ц I Д- (Т,;„/П', будут равны соот-
ветственно 2,1; 2,2 и 2. Максимальное тначенне приведении и
глубины /7р 850 2,2 1874 м.
11а рис. 1.65 покатано построение границ зоны ПГД и дана
количественная оценка напряжений в пей на разрезе вкресг
простирания ог краевой части надрабатывающего пласта по
восстанию для исходных данных примера пос троения i ранни
зоны 11 ГД от целика (см рис 1.64).
Находим по графикам рис. 1.63 шприцу юны опорного дав-
ления 1= 50 м при = 1 м и Н -= 850 м. Протяженность юны
опасных проявлений опорною давления /,„,=0,5/ — 25 м. При
построении юп 111Д от краевых частей принимаем /„ =2/,.
Вычпс тем отношение 2/„ц/и 50/65 — 0,77 и по -лому отно-
шению определяем максимальную дальность юны ПГД hmi /п =
= 1,15 при а = 58‘. Максимальная дальность юны ПГД It"'-'' =
= 1,1.5-65 = 74,8 м. Поскольку /г1’ 25 м меньше It"'-1', то необ-
ходимо строить зону ПГД.
Для построения границы юны НГД со стороны выработан
iioro пространства от краевой части надрабатывающего пласта
но восстанию согласно рис. I. 62 нужно знать расс тояние \/|. По
габл. 1.15 при /,(/« = 2/,,,,/rt = 0,8 п /Щ/о = 0.4 находим
159
Pur. 1.65. Пример построения границ зоны ПГД и количественная оценка нап-
ряжений в ней от краевой части надрабатываемого пласта на разрезе вкрест
простирания (о) и на плаце горных работ (б):
/—граница краевой ч.и-гц надрабатываемого пласта; 2, 3 — соответственно нижняя 1’ верх-
няя границы зоны ПГД
Xli/u 0,12, а расстояние AZ|—0,12-65 = 7,8 м. Построенные
границы зоны ПГД от краевой части па разрезе вкрест прости
рання по значениям Л/|=7.8 м и /„„ = 25 м показаны па
рис. 1.65, о.
Положение на планах горных работ границ зон ПГД от
краевых частей надрабатывающих пли подрабатывающих пла-
стов н створов остановленных лав со стороны выработанного
пространства определяется при помощи расстояний р, пли р2,
щачення которых вычисляются по формулам (I 13). Положение
границ зон ПГД па плане горных работ от краевых частей со
стороны массива можно определить путем вычисления от гра-
ниц выработанных пространств в направлениях, перпендикуляр
пых простиранию пластов, расстояний /' и которые ня'одят
по формулам

- ' h - in а + ZO|| cos a); Z' = Zzsiiia— Zul|COSa. (1.14)
При падработке рассюяипя и Г, со знаком минус откла-
дываем па планах горных работ соответственно от верхней и
нижней границы лавы в сторону массива, а со знаком плюс -
в сторону выработанного пространства. При подработке рас
стояния /' и Z.' откладываем соответственно от нижней и верх
иен границы лавы.
Для значений Д/| =7,8 м, = 25 м, h = 22 м и а = 58 по
первой формуле (Г 13) находим щ -—14,5 м, а по первой фор-
муле (I. 14) вычисляем Z' = — 31,9 м. Откладываем эти рас-
стояния, как показано на рис. 1.65,6, и определяем положения
границ зоны ПГД па плане горных работ.
160
При наложении .юн ПГД от целиков и краевых часки oi не
скольких пластов на один и 101 же участок рассматриваемою
пласта юны ПГД строятся от каждого влияющего пласта, а
тем нроц.'воднгся совмещение на планах горных работ поп ичи-
ных юн IIГД.
Изложенная методика пос троения юи III Д и к.>.
стшинотт оценки панря ксннй hti.x нощоляет, не снижая
опаснееI и ведения горных работ, ;>ai’iri елыто уменьшить ।
траты па управление горным давлением при чьрабош п
плас гоп.
7.5. Д1 ФОРМАЦИИ КАПИ 1АЛЬНЫ\ II ПОДГОТОВИТ ЫЬНЫХ
ВЫ1А;ОТОК ПРИ РАЗРАБОТКЕ СВИТ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
Для решения практических задач по выбору рационального рас
положения капитальных и подготовительных выработок, типа и
параметров их крепи в сложных условиях отработки свиты пла-
стов нужно шать величины ожидаемых смещений пород на он
туре выработок.
При разработке свит пластов смещения пород на контуре
подготовительных и капитальных выработок анис it от раст.оло-
Жсштя I)I посительно iранни очистных работ соседних ьаа-
стов, । тубииы разработки, мощности и неоднородности состава
пород мсждун.тастттй, прочности пород, окружающих выра-
ботки, способов охраны их в собственном пласте, периода вре-
мени щ-жду отработкой соседних пластов н проведением гор
тты' ыраоотек Учесть такое многообразие факторов при ра -
личи >м расположении горных выработок относиic.ii.no ipaiiiiu
пстных работ соседних иласгот то пжо на основе ьмиирпче
скн.х -авчспмостсн но данным шахтных Наблюдений не пред
сгавт.стси возможным, так как весьма трудно дать колпчест
ценную оценку влияния каждого фактора.
тналк. результатов многочисленных шахтных наблюдений
вока тал, что „'•.тичпны смещении па контуре выработок, при
прочих равных условия', определяются напряженным состоя
нием топни пород месте проведения выработки. Поэтому при
проходке выработок в топах ра прутки в ранее ттадработаинон
пли подработанной толще пород смешения шашт телыю меньше
но сравнению со смещениями nop,од на контуре выработок, ;ро-
тодимых в тонах опорного давления (рис. Г 6(5). При -лом от-
ношение ?/п° скорости смещений пород па контуре выработок,
проводимых в той;1. \ опорного давления или разгрузки, к ско
рост ! смещении на контуре выработок при про.ходке их в нетро-
нут м.-сспве коррелирует <• л м<. неттнем копией грации нор-
мальны: к напластованию наиряжсннй сг../а°, в толще пород. Это
позволяет учитывать влияние очистных работ соседних пластов
на смещения пород в подготовительных н капитальных выработ-
ках на основе количественной оценки напряжений в толще
Ii II. М. Проскуряков
161
Рис. 1.66. Закономерное гк изменения ско-
ростей смешении пород на контуре вырабо-
ток, проводимых в падрзботаинон пли под-
работанной толще пород
Рис. 1.67. Графики для определения конеч-
ных величин сближения боков капитальных
и подготовительных выработок при горизон-
тальном залегании пластов
путем определения приведенной (эквивалентной) глубины /7Р
из соотношения (I. 12):
= (,|5)
где // фактическая глубина расположения горной выработки
от земной поверхности.
Физическая сущность приведенной глубины заключается в
юм, что при увеличении концентрации напряжений в подрабо
тайной или надработаинон толще пород приведенная глубина
возрастает и выработка условно перемещается на большую глу-
бину oi земной поверхности по сравнению с фактической глуби
ной. В зонах разгрузки вследствие снижения концентрации на-
пряжений по сравнению с нетронутым массивом горных пород
приведенная глубина меньше, фактической глубины расположе-
ния выработки. При этом отношение приведенной глубины //Р
к фактической глубине выработки Н согласно формуле (I. 15)
численно равно концентрации напряжении о,,/о9 в толще пород
T62
в >опс влияния очноных выработок надрабатывающих и нодра
ба тывающпх платов. Для выработок, проводимых в ikipony
юм массиве вис :он влияния очистных работ, приведенная i.ix
ониа //., равна фактической i.nyoinic //, так как 1.
Следуе! отметить, что изменения напряжений по напласто-
ванию о и касательных напряжений tv» в толще пород в инах
влияния падрабогкн и подработки щачпте.тыю Mi ныне, чем нор
мяльных к паи laeronaiiiHo напряжении п„ (см. рис. 1.64). В свя
Hi с ним для расчета ожидаемых смещений пород в подготови-
тельных и капитальных выработках, проводимых в зонах влия-
ния очистных работ еосе Unix и.i.iciob, следуя г учитывать нре кде
всего перераспределение нормальных к напластованию на
пряжений в надработанпой и подработанной толще порот.
Таким образом, для расчета смещений пород на контуре
нодгоiовитсльны \ и капитальных выработок при разрабоже
свит п.Шегов но приведенной глубине определяемой по фор
муле (1. 15), нужно niaii. полные напряжения л.,. в зонах влия-
ния очистных выработок и начальные напряжения ст1' в нетрону-
том массиве горных пород.
Ожидаемые величины смещений пород па контуре капиталь-
ных и подготовительных выработок, охраняемых массивом по-
род и \ гля с обеих сторон н проводимых в надработаинон или
подработанной толще при разработке свит пластов пологого на-
клонного и крутого падения, определяется с учетом фактора вре-
мени в зависимости oi расположения выработок относительно
границ очистных paooi соседних пласгон, прочности пород, ок-
ружающих выработки, направления прохогкн выработок и их
размеров.
( ближенпе боков (/,,(/), смещение кровли (почвы) но верти-
кали (7,.,,(/) п по нормали к напластованию (/) определяются
из выражений:
б/„(/) = /^/лЛдЖ/гоч U) (1 16)
где /г, - I - ехр!—щ \ щ.к \ / ) - коэффициент, учитывающий
времени / в сутках, месяца и годах соответственно; kri коэф-
фициент, значение которого равно 0,017, 0.093 и 0,325 при
времени / в сутках, месяцах в годах соответственно; /щ—коэф-
фициент, учитывающий влияние угла залегания пород и направ-
ление проходки выработки па смещения контура; /г' — к'очффн
циенг направления смещения пород; (/" —сближение боков вы-
работки при горизонтальном залегании пластов, определяемое
по графикам (рис 1 67) в зависимости от среднего радиуса вы-
работки 1?(| в проходке, предела прочности пород на сжатие и
приведенной глубины /7Р.
При вычислении смещений по формулам (1. 16) среднее зна-
чение о.-ж для образцов окружающих выработку пород следует
II’ 163
I .1 б ,! и ц a 1.1(>
Значения коэффициентов и kn для определения ожидаемых
смещений пород в капитальных и под!отопительных выработках,
охраняемых массивом с обеих сторон
ч 1 l.lllpji.JH-П Л е II]4).\(> U<II liMp.'It'ii) гкп rp.i.lM. 1 kinpari. Я IK прол > 4 k II fil-lplllh» 1
ПО Прог ilpdinuo HKpft r прог in p i III) ъ 1 Ip'H’ lip.lliillO IlkllITT IRiriC I 1 pJUIIM
ки *< A- и // Ii R II k [1 U
1 2,85 0,7 1,8 50 0,65 0,85 (1.25 1.05
3ti II 95 1.8 0,6 1,25 60 0.6 0.6 0,2 1.25
40 0.8 1,25 0,45 1,05 ! >7l) 0,6 0.45 0.15 1.8
онречелжь отдельно для пород кровли, почвы п боков выра-
ботки. Значения коэффициентов /т[Л н /г' находят но табл. 1. IG.
И i.iO/кеннын метод расчета ожидаемых смещений пород на
контуре капитальных и подготовительных выработок нрн разра-
ботке свит пластов но приведенной (эквивалентной) глубине /Л
отражает физическую сущность перераспределения юркого
давления в юпах влияния очистных выработок соседних
пластов.
7.6. ВЫБОР ПОРЯДКА ОТРАБОТКИ ПЛАСТОВ В СВИН
Рациональный порядок отработки пластов в свите должен обе-
спечить уменьшение потерь угля в целиках, эффективное нс
пользование защитных пластов для борьбы с горными ударами
и внезапными выбросами угля п газа, снижение газоносности
угольных пластов за счет естественной дегазации нх при под-
работке и падработке, возможность последующей выемки под-
работанных пласгон, улучшение условий управления горным
давлением в очистных забоях, особенно при труднообрх шаемых
кровлях, рабочее состояние капитальных н подготовительны-
выработок в течение всего срока их службы.
Изложенная методика расчета напряжений в толще пород
пошоляст обоснованно планировать группирование пластов и
выполнить количественную оценку эффективности порядка от-
работки пластов в свите с точки храпения разгрузки их от гор-
ного давления.
При выборе порядка отработки пластов в свите следует учи-
тывать, что в условиях многократной надработкн (подработки)
толщи наибольшее влияние на разгрузку угольных пластов ока-
зывает ближний к ним надрабатывающпй (подрабатывающий)
пласт. Чем больше уровень разгрузки пластов при первичной
надрабогке (подработке), тем меньше разгрузка их при повтор-
ных надработках (подработках). Протяженность юны разгрузки
на разрезах вкрест простирания зависит от взаимного располо-
161
Pm. . ?)iuopi.i напряжении п(/ при iiiicxothuu-.i порядке п беецелнковой
отрг> Tia пластов для горно-геол1п нчесм1\ условии шахты им. А. И. Гаево-
го ГН'- ' Лргемхго.н.» при однокраiuoii (и) и двукратной (б) надрабогке
/Кения очистных выработок на на драбаIывающнх и но трабаты-
ваз . шх пластах.
'[исходящий порядок отработки крутых пластов обеспечи-
ть разгрузку массива пород, ц угольных пласгон но всей вы
сон стажа только при разработке их без оставления краевых
частей и целиков на верхних горизонтах.
На рас. I.G8 приведены -лноры начальных п полных од
напряжений при однократной и двукратной надрабогке крутых
пластов.
Минимальное опережение очистного табоя нижележащею
пласте относительно табоя вышележащего нрн восходящем чо
рядке отработки пластов еле туч1 г принимать, всходя из про юл-
жнт -льности активной стадии процесса сдвижения подработан-
ных пород кровли на основании результатов шахтных наб. но те
пин опыта ведения горных работ в пределах 100—120 м. При
иис.. ) тящем нори т ко отработки пластов минимальное онереже
пне очистного забоя вышележащего пласта относительно забоя
нижележащего следует принимать в пределах 80—100 м. При
таких опережениях выполняются требования инструкций ио
бе опасном) ведению горных работ па пластах, склонных
к । низанным выбросам и горным ударам, и обеспечивается
рабочее состояние горных выработок, проводимых в зонах раз-
грузки..
165
7.7. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНО! О РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОЛЕВЫХ
И ПЛАСТОВЫХ ВЫРАБОТОК ОТНОСИТЕЛЬНО ГРАНИЦ ОЧИСТНЫХ
РАБОТ СОСЕДНИХ ПЛАСТОВ
С увеличением глубины разработки щнеисиниость проявлений
торного давления в капитальных п подгоговпге.ты1Ы\ нырабо!
ках существенно возрастает. 11а больших глубинах даже при
отсутствии влияния очистных работ смещения на контуре выра-
боток, проносимых но слабым поро там, достигают 1200 мм и бо-
лее. В святи с ним полевые и пластовые выработки при ра ра
ботке свит следует располагать в зонах ра.п ру ;кн в рано над
работ аннон или подработанной толще
Выбор параметров рационального расположения нолевых и
пластовых выработок, проводимых н подработанной и подра-
ботанной толще, производи гея па основании расчетов смещений
пород по приведенной iлубипе //,, с учетом применяемой си
темы разр; боткп, способов охраны выработок в собственном
пласте, iipon.ioci п пород н угла падения пласгон ихтгм оптс.те
.тения при тадаппой мощности междуп.тастпн //„ пли //„ таких
гсомш рнческих параметров заложения вырзбоюк, при кош ых
ожидаемые смещения пород па контуре выработок та весь епт»
их службы будут наименьшими.
Последовательность расчетов тля выбора рационального рас
положения магистрального полевого штрека, проводимого по
за тп забоя па траба тываюшей лавы, рассмотрим при следующих
горпо-гсологичсскпх условиях: длина лавы 2а = 200 м; угол па-
дения разрабаiываемого пласта а = 20'; фак гическая глубина
заложения нолевого вы река // 800 м; расстояние но нормали
oi почвы иадрабатывающего пласта до центра поперечного се-
чения штрека 10 м (//>' = 10 м); площадь сводчатого сечения
штрека в проходке. закрепленного трехзвеипой арочной подат-
ливой крепью, S = 12,8 м2; радиус -жвпвалептиого кругового по-
перечного сечения /?„ = 0,56 у 5 2 м; средине значения л,.,1;
для пород кровли, боков п почвы штрека равны cooiвегетвеапо
10, 35 и 30 МПа.
Для указанных выше условии приведенную глубину //,, нахо
дим при №1а — 0,1, а ожидаемые смещения пород кровли, боков
и почвы за весь срок службы полевого штрека определяем при
/,•=]. /гп — 1 н /г'2,85 (см. табл. 1.17) по формуле (1.16)
и графикам, приведенным па рис. 1.67. Численные .значения рас-
четных величин смещений пород кровли U,,,,(/), боков п
почвы (/„(/) па контуре полевого штрека в зависимости от рас-
положения (г") его в зоне разгрузки относительно нижней гра-
ницы надрабатывающей лавы приведены в габл. 1.17. Из таб-
лицы видно, что наименьшие величины смещений пород кровли
(85 мм), боков (50 мм) и пучения почвы (171 мм) для рассмо-
тренных условий соответствуют расположению нолевого штрека
при глубине 10 м от почвы пласта в зоне разгрузки на расстоя
ипи 20 м ог нормали, проведенной через нижнюю i рапнпу над
166
'!' л б л и и .1 1.17
Ожидаемые смещения повод на контуре нолевого штрека
при расположении его в зоне pa n ручки
1 П|и ! ЛЯСМЬ ll.1pjMV.pU х,1/и II'
П I и 2 (} 4 П 8 1
10 2(1 10 60 8(1 100
//,./77 0.13 (1.25 0,36 0,14 0.61 0,72
7/(1. м 311 200 288 392 5I2 5711
при О..к = К) Ml la 0.02 0,015 0,017 0,025 0,035 0,015
L ни, при о . = hl МПа •Th -10 30 31 5(1 70 90
f К|, (.'К ММ 111 35 97 112 200 256
1 " /? нрн оу.m 35 МПа 0.03 0,025 0.027 0.037 0,05 0.065
1 J,, чм, при О' ,h = 3> Ml la по 50 51 74 НЛ1 130
L ,, (/), мм 60 50 51 71 10(1 130
при а,..,. 3d МПа 0.05 0,03 0,015 0.06 0,08 0,1
Г’’. ММ. при (7 ,ж = 30 МНа Н!0 6(1 90 120 160 200
1 , (0. мм 285 17! 256 312 456 570
рабятывшощеп лавы. Для указанных выше еорно-геологических
условии при нроведе!1П!1 выработок в нетронутом массиве вне
зоны влияния очистных работ па глубине КОО м ожидаемые емс
щеиня пород кровли, сближения боков п пучения почвы состав-
ляю! соответственно 485, 240 о 1140 мм. Таким образом, при
проведении полевых выработок в зоне разгрузки смещения по-
род кровли, боков и пучение почвы уменьшаются соответственно
и 5,7; 1,К и 6,7 раза по сравнению со смещениями пород иа кон-
туре выработки, проводимой в нетронутом массиве горных но
род вне зон влияния очистных работ.
Контрольные вопросы
I И чем состоит основное фтпомепплтипчеекое отличие грех нит напри
жени. [сформированного Состояния в области влияния очистной выработки?
2 Для каждой ’.оиы влияния очистных работ возможно применение рас
четной схемы плоскою деформированного состояния?
3 Как формируются юны совместного влияния двух целиков, соосно рас
положенных на сближенных пластах?
4 Как определяется возможность использования предложенной pacnei
noli методики в конкретных горио reojioi ическнх условиях?
Каким обра'.oxi смешанный порядок oip,i6oiKii свиты пластов форми-
рует максимум разгружающего влияния?
167
S. УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА
ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИИ
НОД ВОДОЕМАМИ
8.1 ОБ1ЦИГ ПОЛОЖЕНИЯ
Знача i е.тыыя часп. угольных месюрождепип СССР р..спала
таегся под водными обьсктами.
Нод иодными объемами нодразу.менаклея открытые нон кн
и водоемы (октаны, моря, реки, каналы, озера, пруды, годо--,.а-
пилпща, обводненные балки, .юга, шп.теннис поймы, орошае-
мые территории и оросительные системы), расположении па
icMiioii поверхности, а также мощные аккумуляторы под .емких
вод, находящиеся в массиве пород. нодруеловые потоки, .по-
гребенные долины рек, обводненные понижения в рельеф к<>
репных пород, покровные песчапо галечниковые <ггложеш1 f до
лпн рек, котловни и :а топленные горные выработки.
Эффективность полнены использования недр, е учетом бе ю
нае.иоетп ведения работ и их экономической целесообра nioeiii.
ivciio связана с разрешением upoG.icMi.i извлечения cikuhci щь
рованпых запасов угля под водными объектами п водоносными
горизонтами. Эта проблема в пашен стране на современном о
вне становится весьма актуальной при разработке нс тс о
угольных, но н рудных и россыпных месторождений, тале .но
щих под дном морей н океанов, а также калийных ментор, к де
нпй.
Эффективная работа под сооружениями и водоем
можпа лишь на основе правильного представлен и я о мех.’л ме
процесса сдвижения горных пород. В -нон связи наибольшую
важность имеет определен не бе ишасной глубины ведения р
пых работ Пот безопасной глубиной следует понимать такую
глубину работ, ниже которой и на которой не будут п;.б 'из-
даться повышенные притоки воды в выработки. (' не' < з 'М
ириб тижением безопасная глубина равна предельной :.ьл' те
зоны развития трещинообразовиния над выработанным '
странством, которая, в свою очередь, зависит от литологиче-
ского состава пород и способа управления состоянием масси-.а
В нашей стране имеется опыт отработки предохранительных
целиков внутри шахтных полей действующих предприятии под
мелкими речками п ручьями. Большие площади водоемов подра-
ботаны и бассейнах рек Воркуты и Аяч Яги в Печорском ут г
пом бассейне, реки Апгары в Черемховском угольном бассейне,
на участке поля шахты Амурская» в Приморском угол1 ч-.м
бассейне
За рубежом уже длительное время осуществляется ра. ы-
ботка месторождений под дном океанов и морей. Безопасная
глубина горных работ, как правило, определяется упрощенно на
основе общих такопов сдвижения и распространения трещино
ватостн в массиве до поверхности, по аналогии с ранее отрабо
168
чанными участками горного массива, а также по увеличению
притока воды в нчахче иа предвари1i.ibiioii стадии подработки
водоемов.
V'. ПРОРЫВЫ ВОДЫ И ИГРЫ БОРЬБЫ
Ир разработке месторождении иод водоемами наибольшая
опасность связана с внезапными прорывами воды в горные вы
работки— гидродинамическими явлениями, характеризучощи
мне кат ас I рофическп быстрым (в течение нескольких секунд)
проникновением воды ш >оиы, расположенной в глубине пород
кого массива, или с поверхности водоема и больших масс не
ci а. глинистых частиц, а иногда и хгла в выработанное про
cip.trtciBO лавы или в забои иодготови челычой выработки.
В мировой практике известны случаи прорывов воды с че
к чскимчч жертва ич и зачонлением рудников и шахт нс голь
ко очистных забоях, во и при проведении горных выработок,
lip >ывы воды в подземные выработки имели место в Японии,
Ач 'н.п, Канаде, США чч других странах.
чиныс прорывы могуч происходит|> ИС ЧОЛЬКО ччз ччоверх-
ччо ни-! водоемов и водоносных гори гонгов и плывунов. по чачх
же I: а топленных выработок. Эго особенно опасно при рагра
богчм кругов и дающих пластов, где ч.не чанному прорыв} содей-
c. •». также rpaBiiraiLiKiiiiii.ie силы
Перед upon чьодстч'.ом очистных работ в чаки.х условиях не
об’очгх'о тщательное п течение ч ччдрочеолоч пческочо строения
Мес ^рождения.
Опыт работ под водоемами показывает, что прорывы воды
пр*-и.'одят по системам -жсплхатациоччиочч п тектонической чре
щ1.!.) ччоси. Вочможпые схемы внезапных прорывов воды в
:гччн<. вырабочки претсчавлсны На рис 1.69.
11'>ор|а|вы воды по ->кси.1\а Г.И111ОН11ЫМ трещинам, образую
н меч в подработанном массиве (см. pin !.(>!).«) после выемки
in го пек'И|;чсмо1'о. происходят в том случае, когда гона об-
ручи ьн- чч развития rpeiiiiiiio aiociii досчитает водоема Наблю
тени шахтах пока чывачог. что высота .очи,; обр\ ичеччня и ра
ч . ч >einiiiio!tan.< in можеч развиваться г. широких пределах п
laini" । от и шпиня и водоеме ч.тпнпстых отложений (наносов)
в II ’ ТОГЧЧЧС скоч о строения чолчнчч пород.
(И'олывы во чы но трещинам текгочнщеского происхождения
мочуг происходит:, (см. рис I. G9. •'<) как в чоччах влияния
о' чйтиых рабоч, так I1 при iipoiejeiiiiii капитальны-- и почтою
,ччг- 'Ы1Ы' выработок
Пю'| ;>а чрлботкс пласта :очча скво ион грещ11иочч<ггостн мо-
/|<| т criii’llч. выше . ж чшего слоя водоччроводящих пород, ко
юч1' ч ччдргв.тнческп связан с новерхнос ч иым водоемом и ив
проводником (одного потока. Категорию прорывов через
гю.1 .чг-оводяинче c ion пород и чои\ i>a -bihii.! чрещпчч, обра ч\ ю
'Пч 1 после деформации массива можно отнести к комбччпнро
169
a
Рис. L69. Схемы возможных прорывов:
a череч зону скк«мп<»Г1 грсщпнощпос 111. и - мере < <<>. пц геологического i.-ipynir**
pt Ч чН>11<> 111Г1И1Ы'-* 1Г1р11|,| л .‘HIV ГКИОИЮЙ | р- 1Ц.Ц1|ОВ>'1 1(|С I и
ванной, так как сам водный объект (см. рис 1.69, в) нс подра
ба тыкается и согласно ПБ выемку пласта можно производить с
пору шепнем пород, гак как зона влияния очистною табоя ле
жнт sa пределами зоны влияния охранною целика.
Прорывы воды и: почвы пласта происходят oi действия под
но венных напорных ног. В СССР такие прорывы имеют пап
большее рас врос 1 ранение нрн разработке угольных п тегов
I; Подмосковном бурохтолыю.м бассейне. ОбосНовыв 1Я для
-oi условий во sMO/Книсть разработки угольных пластов ка
мер: мп, было предложено рассматривать в расчетах тащит
ныв стон глинистых пород почвы пласта как балку с заде
лапнымп концами, работающую па изгиб Определенный таким
образом предельный проле соответствует ширине выр 1богкп,
по : за которой является защитным слоем от прорыва нодноч-
BC1! ! ы х од.
Категорию впитанных прорывов воды и: татон.тспных выра
ботов можно разделить па несколько типов.
прорывы воды черт зону скво пюн грещпновагости, обра
тующуюся в подработанной толще, отделяющей подрабаiываю
щпй пласт от вышерасположенных выработок ia ioii.tciiiioi о ю
рп-шта В этом случае’ подработку iaтопленного горизонта ре
коме г ттется нрово цггь без обретения покрывающих пласт
Тюр. д,
..порывы воды в подготовительные выработки через целики
\то.латою пласта при подходе табоя выработки по пласту учла
•топ.тенпомх пространству Особенно это явление on icno па
пластах крутою падения, для предотвращения чего следует вы
работку проходить с опережающим бурением разведочных сква-
жин
Прорывы воды н ; плывунов могут происходи । ь как по тре
щпн iM тектонического происхождения, гак и но системам же
пл агацнонпых трещин. Исследования прорывов вод в плыву
пах. имевшие место на шахтах Донбасса, Кузбасса и Дальнего
Востока, iioKaia.iii, что прорывы воды в подгоговнтельньк вы
работки происходи, in в основном по трещинам тек тонического
прощ -.ожденпя, а в очистные табон также и через трещины
обрушенных пород. Примером могут служить внезапные про-
рывы вод в очистные забои механизированных лап на шахте’
им 'ртсма П О. «Приморскуголь» Прорывы пт линз обводнен-
ны' песков по системам жсп iy атацпопных трещин приводят к
длите а.ным остановкам и необходимости демонтажа мех.тппзп
ров..иных комплексов.
По мере накопления научных исследований н опыта работ
под ’’Одосмамп появилась возможность уменьшения величины
бе iohbchoh глубины подработки водоемов. Безопасная глубина
разработки месторождений под на тмиымн водотоками //,. опре
де .он геи по формуле' II. tnk... Значение коэффициента безо
паеп'чтн /?,, в правилах охраны водных объектов, уточняемых
по мерс- накопления новых фактичсскпх данных по основным
171
угольным бассейнам, составляет: Донецкому — 60, Печорско
му 40; по месторождениям Дальнего Востока: Парен -ко-
му— 60, Артемовскому 50, С чалипекомх 5'ь
fs.3. ОЦЕНКА ДЕФОРМАЦИИ MAU ИВУ ГОРНЫХ ПОРОД
ПРИ ПОДРАБОТКЕ ВОДОЕМОВ
В топе обрушения и в тоне третцниообразоиатшя породы ipe-
тернгнают интенсивное дробление разрыхление. 1\о-м[. ; епт
разрыхления для ни мни слоте пород в -стой зонт возрос.. до
1,8, а для верхних слоев уменьшается до 1,1 1,15. Среде->-о -ле
личину коэффициента ра трыхлення пород до я шахты чин
можно принять равной 1,'>5.
Высота тоны обрушения не превышает 3 4-кратной м гтл'о-
стп вынимаемого пласта. Нрн слабых вмещающих поп.
очистных табоях шахт Приморья ч о ва Сахалин высот шы
беспорядочного обрушения не превышала 2 5 мощностей •ыни-
маемого n.iacia. Гак. вочпегны, табо. - и,а.л .Артт мд-.з, к
сгорождеипя беспорядочное обрушение П зб. иодалос: \
поочередно огс.1.-шва1О1Ц11хся двух-трех слоев неноередг ш
кровли, состоящей пт слабых и грещпноп;. т их алевро.. и
аргиллитов (/г — 1,6 1,8). Дальнейшее обрушение с,'1'
исходило без итанигельвою разрыхления.
Выше тоны обрушения располагается зона грещипоот' л ;о-
ватнтя. Необходимо учитывать, что по мере удаления от -ы ,б
рушения пласты пород, прогибаясь, обрушаются (блок мп).
Размер блоков ганнеит от мощности и прочности и, баю-
щихся пластов. Здесь обратится сквоятые трещины ра ма
но контакту породных блоков. Увеличение объема дефо; >о
ванных пород в этой топе происходи г та счет расслоении но-
родпых слоев ио плоскостям напластования, а также ;а тет
образования трещин ра трыва прогибающихся слоев по норма.чн.
Известно, что по мере удаления от зоны обрушения умснь- шст
ся и коэффициент разрыхления, где его можно назвать ?ф-
фнинетттом увеличения объема деформированных пород ё
Зону скво птой трещиноватости приближенно можно о-
лить ио изменению дебита нагнетаемой в скважины жи.оостн.
Для условий угольных месторождений Дальнего Вост'ка ьг ота
юны сквозной трещииоватосгтт при работах с обрушением т,.,хо-
дится в пределах 12- 20-кратной мощности вынимаемою та-
ста и зависит от его мощности, технологической схемы выег’ки.
лигологнчсет ого состава вмещающих пород, мощности и т. ъ;
chi прогибающихся слоев, трещпиоватостп пород, нархк по-
сти месторож дения и др Быте -юны скво птой трещин»1 с: и
прогиб породных слоев приобретает все более плавный хар, .кр.
Трещины разрыва сплошности породных слоев являются не
сквозными. Образуется гак называемая юна рассрсдото' д ниой
трещиноватости, в которой плоскости трещин выштлежзшт о
слоя не совпадают с плоскостями трещин нижележащих слоев.
172
Кроме гою, -jtii (ретины имею, максимальное раскрытие ме-
стах растяжения породного слоя и .минимальное раскрытие в
местах ежагия слоя, образуя тону мнкрогрещпковатостп. Питен
спвность м икротрещинова гос ги определяет объемы притоков
воды с поверхности.
В c.nic рассредоточенной i рещшюватос гн водопроницаемость
осущесюл-ится но плоскостям напластования пород п мере; гре
Щниы г, стоя?.. При лом в . авнсимосги oi reo.ioi mice но
строения пород трещины разрыва могут кальматпронать
б\ ль от дейеггня воды) Гогда такой слои становится одо-
норным. Подобное свойство присуще, глинистым породам П >д
тверждепнем лому но практике являеюя ю обстоя юльство, <то
в о. де..,пых лапах при подработке р Воркуты после обрсик
пня поро । ера iy наблюдались повышенные притоки воды,
гем по пен leiinii времени приток воды сокращался и ныра-
бо!ки етаноцилнсь сухими ^опа развитая трещинообра то; шия
I B-ipi y ч кое лесюрождеипе) раснросiранясiся в пределах '
2б-кр. ioii мощности пласта для глипиегых .юрод п 40 Л-
кратной мощности пласта гля мощных слоистых пород
весив ков и песчаников
Определим предельную высоту •а.изптпя ;оны грешнно но
chi т. i границу условного п ода i юну я та иного щ ба,
ио Формуле
(Ь - I ittja, «I 17)
где а и !> козффпппенIы, зависящие от фи шко мехашв их
i ойст пород ш— вынимаемая мощность и.-ста, ,м;
коэффициент уиелнчеппя объем пород дли 'О
прогиба.
Для месторождении с преобладанием слоев песчаников :ы-
ше 60' рекомендуется принимать а —0,0011; />=1,031 для
месторождении, сложенных мощными слоями песчаников, । о-лЬ-
фннпеиты а и /> берут из габл. I. 18); к 1,00 f : 1,002
Формула (I. 17) справедлива для массивов порол только. т\
месторождений, мощносп» прочных породных слоев в к iro >ы.\
не превышает 12 кратной мощности вынимаемого пласта.
Т то.пп I 18
Значения коэффициентов а и b
1,'l'IIHT . "Ц,- н>.м HJiOllVii '’lO'HJOtX rr.ipn t Up к н»ю. м J-jll b К 4< 1. .IV Крл 1 n ’• .. np'K 1 p.'IHVHIHi IH-M.l “lb.-.' ГЧГ 1 II l ' i. г и 11 n
1<> 3 i.l 1.П32 2S
• )| 3 io r> 1 1 031 32
От ' до 12 0 s I 03li 42
I р || м I ч.| 1.1 : -И
li.Uli гл. М.
173
Граница условного перехода 3oiii,i 1])ciuiiiioh;hociii в tony
плавною прогиба, определенная но формуле (1.17) для пород
г преобладанием слоев песчаников, лежит в пределах /7
(26 -42)///, а для глинистых пород II (224 24)///, чго со
иасуися с прак111ческ:1мп исследованиями п данными опытен
подработки месторождении под водоемами.
Л ля массива, сложенного слоистыми i .нише гыми породами,
определяем безопасную глубину подработки водоемов (м) в ia
Biiciiv.ocTH oi содержания глин п глинистых сланцев в нокры
плющей толще но формуле
где Н । дубина ра ц/аботкп, м; т - вынимаемая мощность
пллсгз, м; /, /1 суммарные мощности слоев глин и глинистых
сланцев, аргиллитов, шлепающих между водным объектом п
угольным пластом.
Д 1я условий Подмосковного мюльною бассейна, |де в по
врывающей толще преобладают слабые глинистые пороты.
II, 10///+ 31.
Выше юны ।рещшюваюсгп paciio.iai аегея зона плавно о
iipoiuoa. Наличие ной юны характерно для глинистых пород.
В iron юне открыты' трещин нет, но породы -мой юны имеют
повышенную водопроницаемость вследствие того, чго при и и ибо
они претерпевали деформации р /стяжения н сжатия и. с ледова-
тельно, связь Mi жду отдельными частицами в них нарушена.
В битыней crciien’i яо рассуж ц пне можно отнести к пссчаии
кам л в меньшей к глинистым породам. В глинистых породах
коэффициенты филы рации > -тгоп one после подработки могут
снижаться. -)ю ука ывает па процесс с (сжинания и унлогне
ин: 'инистых пород после подработки. Для оценки возможно-
сти подработки водоемов с обру шепнем наибольший шиерсе
вреде।авляет юна iрещппообра юваппя, которая разделяется на
двг оиы: со скво шымп трещинами разлома по контакту по-
ротных блоков; рассредоточенной трешпиоваюсгп. Схема с.дви-
жени пород представлена па рис. I. 70. 1 ели водоем окажется
в от- сквошой । реши нова юс гп, го можно ожидай, прорывы
воды в выработки шахты. Величина развития ?гой .оиы гля
слоп-лых пород, как указыналош нанес, amicnr от геологпче
ско'и строения месторождения, определяемся опьыным путем и
для .лппис/ых порог лежит в ирсде->«•:х (12 Д-20)///.
При. нахож дении водоема в юне расе] сдогочениой трещнно-
ватГ1сг11 слелмет ожидать увеличения притока ноты подюмныс
BbipaooiKii Во (Можпость оц/аботки месторождения г. >юй юне
б\ дег определин>ся киршами на водоотлвв.
Рассмотрим примерный с.гечай определения во;моЖ1!ДС1П б<
зоп । чон Р<1 ;p;i6oi кп ио 1ОГОЮ угольной n.iaci; под р. lleii;-
вестпо;" при следующих условиях: глубина '.алегаипя пласта
171
Pili. l./(> < леыа 1е(|шрмнров.11111я и разрушения no LpiJuoT.fHiioii нич d гор-
ных пород
11 b'.nrl’.l p ill-»! Ill II It | • M’lti'.r J.*I .4 M»11 .)>,< ||B jolILliX v 1Ш- \H -
V-l kit. <><• H I l.ЧИП- |(1BC|I\I|UV > .
If = 63 vi, мощность пласта hi 2 м, в кровле пласта сип iy
вверх i.i.'ieiaioi слои зргпл.ппов мощностью 26 м. песчаников
10 vi и глинистых сланцев 20 м. Коренные породы покрыты гли-
ной мощностью 7 м.
Безопасная глубина подработки водоема но формуле (1.18)
38////, 38-63-2 _ . (
8/+/, +0,31// ““ 8-7 4-211 + 0,34-63 '
Предельная величина юны развития трещиноватоегн по фор-
муле (I 17)
(// —A>v)////// =(1,046 1,0(11)2/0,0018 46.67 м
С учетом необходимоеiп оставления водозащитной потоло-
чины мощностью не менее 2т бе’.опасная глубина paooi
Н,, II ,+ 3/и 16,67 + 6 .12,67 м
Таким образом, бевшаеная глубина работ, yi'i.iiioii. пиан
расчетным путем, меньше фактической 1.тубипы ш.icraiiio: \iоль-
ного пласта, ('ледова 1елыю, подработка р. Неизвестной дан-
ных 1 орно гео.нипчеекпх у юг.пях во’.мо кна Однако оконча-
тельно» решение о готможностп бе'опасной iio.iiiaooi кп
bttoimj может быть принято только по р<ч\.платам так-
тических исследований размеров юны развития трещинова-
тости ч подработанной толще с учетом геологического строе-
ния порол.
8 ! И ХНОЛОГИЧЕСКИ! СХЕМЫ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИИ
ПОД ВОДОЕМАМИ
Отработка месторождении под водоемами с целью повышения
полноты использования недр веделся при применении камерной
системы разработки с удержанием па междукамерных целиках
вышележащих пород. Такая гехполо! пчсская схема выемки ши-
роко применяется за рубежом при разработке угольных место-
рождений нот дном морен и озер, а также при подработке
ручьев н рек. Однако применение камерно-столбовой системы
ра щ..бстки стдает определенные неудобства при неполь..ова-
ции едетв механизации процессов выемки, транспортировании
и с.и:'тянин, приводит к существенным потерям полезного
к ’Копаемо! о ь не трах
i! ’.зестпо, что распространенно п риторы зоны развития ipe
пт...! ша IOCTU при подработке во мпою.м звпеяг oi лшологнче
ск(! и строения месторождения. У'чИ1Ывая геологическое с:рое
ши месторождения и существующие расчетные методы сдвнжх-
IHI город. применяемые при решении вопросов управления
кр< з..сп, можно правильно выбрать технологические схемы нод-
1>; нки водоемов, что по июлиi сократить потери шля в недрах
и ом гневит во iMozKiiocTi. применения средств механизации
ил.члпых работ. 1\ таким примерам совершенствования техно
ЛО' гкой схемы выемки с учетом i eo.’ioi пчсского строения по-
ра ; 'ожно oincL’iH ратрабо!к\ мольных пластов блоками (ка-
ме .л ий) с ос.явлением между б. 13новых опорных целиков,
не > • акн цп' а Норматив массива с обра oi и пнем ск то ,ны
ip атиа. ни кшорым во можеп прорыв воды hi водовзеных го-
ре м!<<н’. Нов !' '.чП| во.юе'’ог. Применение гной те
но.. .ско-’i сх.хп; пь,.М1 об л шиш-тс я галичис" и.
кры 1<ЧЩЙ ОВСЮЙ Прочны Г М< ШЗЮЩВХ МОНО Г|
II-,
\ у и.rail. рабелкн мольных .асюв ь >;т ’.ото •' .ма ко
ка в. ’цоч, до во. можша гь ведения !ориы\ работ на глубинах,
ме ..ц iiiie !МЫ' оиретелястст главным образом, выбором
С1 • лб.ч \ llp.li’ :епня массивом ’ ^Логическим строен!.' -Л ВМС
г \ по1* нт
1 11О.ЮГ11Ч-. I ... I СМЫ I ЫС С . МССЮрОЖ ТсНИЙ 110 I то
сМ 'рис. 1.7!) •>жк.’ ра;дс1иь на схемы. и|>1!воД’.И|11Ц’ 1.
пар щилю .ок.рываюнн н ю.п.тп .. ; и повыше шю . |Д'Шро-
!1И1. мости при управлении кро.лей полным и часишпым <’бру
ин..........схемы . iacT!i4,,i.iM i; д шепнем i.unje.n-. a<;>uicii >.
щи п. ра р .би >< блоками с no i а ржанием пыш-лежа
рол. по ixiiGCTii ог обвешении с помощью породы м-чта.
tai. с полной :ак.т д1 >1’1 гыраоотатюто пространства-, it i схе
мы. 'бс-ш чпвающщ он”, iciвне nai)\ineiinii вышележащей ..>лшп
с г ранением их п.’ре.оначальиых филыраппоппы' свойств.
К угай греп.ш относ тс’, схемы .>азработкн, основшшые нт . ’-
I :1И!П !|'. НСГрСДСГВСВ11ОЙ 1 ОС1.П-1Ш11" l.por. Ilf CCTCC ТВСННЫВ И
I';- I.7i Классификации техно,ютнческнч схем ра (рлбожи mcci-.т>ж (снчб
Под иоЗоеолми
Iici се I иеипымн целиками с возведением или бет во.н'ед .ни, е<
ку. 1 иной кровли из твердеющей закладки. Последит mi годы
:k'oi нашли применение при ра '.работке мощных ;щ
с । слабыми (’.мешающимн породами.
'Де .-об разработки е искусственны мн целиками моя. г бьг
up . ен также при выемке мощных россыпей, ;алег;чош<1 " и
днем ’оря в прибрежном шельфе, когда мощность слшп^ ты
iic i >д, покрывающих пласт, превышает 8 К) м.
оесыпн и пластовые месторождения такого rnu.i алег
пол у 'ом 5 15 'обычно согласно уклону дна моря), «• >г
ры ivio форму 1 ра‘.липну ю м.нцноси. (от 2 > л бо
абогка га.хгх меепшо ;.дшшй подводным, ipncpw
тн моря явятся -и• шо.мн секи неоправданно!'
бо обьема вскрышных раб. я, об'слонлеппы • но
МО(. 1 >CTbio пус1ь1\ вор >д, по ч малым углом ее <'гвс1Ш|' «
кос . пород подводи- м eocTc- iiun. Кроме loro, при ।
ш. те- ecTcci венное сос ояппе ina i\. доем a uu'.io,1" • скс (
окпу К.-НОГ1СЙ ср; (Ы, а 1 Oipai1' кьяч
аве;' ня .'к (оный П'Ч л эд, когоры!’ г > с.
м Р ей составляет сш > .iiiuii- 2 'S мес
1ЩП.1С vc к)Щ|Я криво? г к ;чобходимое!и p.i работки
ко сторож leiiin' пода нным способом с нсноль uhbihipm
>:!он гехно.!огип, учитывающей спсппф ;ку горня геи io
особенное!ей залегания подводных месюрожд япй.
i яа чг'(можпо'о поди-мпого способа ра ipa6oii.ii мо>пио|
ме( жденпя россыиг с исг.ус( гв'.ниой кровлей и чг шкам .
<1 'ющего Ш'т дном моря, пнеicri?.R'ii;i на рнс. I. 72
12 1 ft| нк\ря». 177
Pit' 1.7?. i пион) о гр;пн) i kii мсс юрож кипя hoi шцоечамн
Oi стола пройденного с поверхности, ведут квершлаг 4
oi которого через определенные промежутки проводят участко-
вые (блоковые) снизу вверх восстающие 1 до пласта u in верх
пего слоя месторождения .7. От восстающего 1 в обе стороны до
границы блока проходят транспортный штрек 2, с которого так
Же в обе стороны блока производят выемкх месгорож тек, <а
ходками 6 длиной до 50 м, в которые обратным ходом уклады-
вают твердеющую такладку на полную мощность вынимаемого
пласта пли слоя. После выемки заходкн и заполнения ее >ад
кон но контакту е бетонной закладкой проходят вторую заходку
При этом одним бортом ее является полочное ископаемое, . дру
гпм бетонная закладка. После выемки таким образом полеч
ного Ископаемого в первом слог выработанное пространство >ка
;ыв;)егея полностью отложенным бетонной закладкой.
Выемка второго слоя ведется под потолочиной (нскхсс'веП
нои кровлей), образованной путем полного заполнения г.ыпдбо
। шиого пространства первого слоя твердеющей закладкой, пре
нягсгвующен сдвижению покрывающих пласт пород, обра ова-
пню в них трещин, прорыву воды и являющейся ЮНОЛШПг.’ ным
гидроизоляционным слоем. Ширина заходкн (камер) но ; >ром
нижележащем слое может быть увеличена п будет определяться
устойчивостью искусственной кровли. При разработке гоетьею
слоя выемку следует вести вкресг простирания залежи. U iv
камерные щ hikii щесь уже будут распотягаться под уг.Ц 9()с
к пелпкам в верхнем слое и т д.
Таким образом, ведется отработка всего мощного месторо-
ждения бе । нарушения поверхност и.
178
Рассмотренные выше технологические схемы, метод расчета
uapaMcipou разработки месторождении под водоемами позво-
ляет уменьшить безопасную глубину подработки, значительно
сократить потерн по.тешых ископаемых в недрах, увеличить срок
службы горных предприятии и полпшу использования недр.
Контрольные вопросы
I Как уки п.1вак>1Г', экологические и icxno.4..i ii'Icckiiv прпиппио управле-
ния состоянием горного массива при подраГклм- водоемов?
2 Как iipupuitin ноты увязы впился с 1е\нологичсскпчп параметрами си
сгем разработки?
3 Чь> |акое калима.аппн?
J К и гсомехапическп унятапы п.арамегрм кш pairpyikn и бе i.uaicnoii
..'.iiiij |ориы\ пород -
9. РАЗРАБОТКА УГОЛЬНЫХ
МЕСТОРОЖДЕН И И, ОСЛОЖН ЕН НЫХ
НАРУШЕНИЯМИ
Д. ина нарушенною участка вдоль лавы определяемся углом
нс'рс i липни очистного забоя и линии простирания нарушения.
1 [ренму шественная высота вывалов в кровле, предс i явленной
api. .лигамп, в зонах нарушении составляем 0.6 м. Класс устой
чнвоетн кровли близок к ложной кровле. Для ее упрочнения в
|<ь'.. с парт Шениямп и с ложной кровлей в 160 случаях приме
няс гея химическое анкерование Более чем в 70 очистных -з-
боях для упрочнения кровли осуществлялось нагнетать ь нее
химических вяжущих составов.
.«сличением глубины горных работ па 100 120 м ни ген
cup.i,.ii> (частота) нарушений uoipaviaei па 5 7
В окрестности reo.ioi пческею, и особенноеi и тектонического
пару шепни ра пшьается интенсивная трешппова rociь. Р;1 '.мер
юны такою влияния одиночного теки ннческого нарушения м>
жез дот читать 30 100 м.
1К правильна» ирогпошая оценка юрпо :со.к/гпч скпх 'а
чак ы piicn.K шкладывается стадии crpoiiir. n.ci • п шахт
!‘и . [ 7::. Рас|||Н'дел.‘ПЦ1' чле гоги p.icupovi paiiciiifnciii rinion iiapvuieiiuii п:
4 4ILI|.i. .1 lUlp ill и yl-b’l l..-lj’ 4ii hlp? Г.В-11Л I) l -I.iBri.’l. t U4I-I H.lpylWH II >'.
179
ii в .тальнейшсм может св гзагься на экономически.'; пока атслях
к с-бьеме произволетва не только единичного очистного :Соя,
счесгк, , по и всего предприятия в целом.
На рш . 1.73 представлено распределение расирос.тэ шо-
егп пархшеинй п святи с другими горнотехническими ”а-
меграмн.
В н.кмояще время все работы но повышению уровня -ж
пости ирогио шрованпя юрно геологических -«арак юоист ме
сторо/КДеиии едино! венио основываются ив вероятностном пол
ходе Увеличение ичотиосгп сети скважин не может р’ссмётри
iiao,с1,1 как еиое-)б увеличения информативности reo.’ioi чекой
pa.o.i дки и < та 'воей высокой стоимости
<1.1 КЛАСЧ ИФИКЛЦИЯ НАРУШЕНИЙ
В К', шейком угольном бассейне iраднцпонио геоло, иче<’'- таг
горы, осложняющие paooiy очистных забоен, ио степени
пня дел,поя па четыре группы сложност: 1 группа и стьв.
хслонпя рабсил; 2 средней ело kiiociii, 3 сложные, 1 ч.
ма сложные условия.
Н lao.i. !. 1-> приведены количественные соотношения >а щ<>
страненности ра .личных осложняющих факторов.
9.1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ РАЗРЫВНЫХ НАРУШЕНИИ
Значительную сложность в работе комплексно механнj овин-
ных очистных табоев составляет переход разрывных текк'-пче-
скпх нарушений.
Способы перехода разрывных нарушений, как и тип на уше-
niiii. характеризуются большим разнообразием.
Существует большое число классификаций типов разрывных
нарушений
Та 6.1 .1 I 19
Распространенность факюров, осложняющих работу очистных забоев
\ 1 1,Х1|ЯЮ!ц и, и inc .iiij i'4f4 1 Ф Чш.in ijh Д<
1 р\ шп >б|>\in.н-мая кровля 302 77.8
б >1||Г"'С|.|11 lltlpl lilt ИН’,' 269 ' ‘.3
Самовотгор.тние, пожароопасность 181 -17.1
1 hvciuB'iiniaa пенп-ре ’ihchii, in'iH.l 178 >15,3
11е\епшчнвля in пьеп' |c!'B',iina--i х 11 ЛЯ 117 37.8
I lei гмепп i:i 4oHtii<>:-ti. I-1C. 37 Г.
Мы'’ н;.)я газоносность Ill) L’X 3
I lept-Mciia: ill vre.i ч.| inni 10-1 21 s
Зысогая пн ini'"’и- f>2 1 c.)
I...ICOK e iiijioiiiB.ieinie pn 'нпю уг.;я • Ji
180
Для выбора юхнологическнх приемов перехода нарушенпв
известны упрощенные классификации, использующие наиболее
\ щее I п. лип !< классификационные при шаки:
по \i.iv наклон;: сместителя:
крутые с углом па тения 60 !)() ';
наклонные с углом .'.•цепня б()
пологие с. углом iiaaeinri непсе’ 50
по ео лаепю прост пи; пня плоскости сместителя с просып:
пнем пласта:
продольные с согласным юлшаппсм (отклонение oi со
гласно! >;i ia более 10 1-5 и каж .унт из сторон);
нот речные — простипапие смесннеля нормально прости'
ппю пласта (отклонение oi нормы пе бол • К) 15 );
цп.и опа и.пые плоскости сместителей, la.'ieraiomiie в ди;,
вазоне vi юн от продольных до поперечных;
по со; laeiiio падения плоскости смести геля п падения ла
ста.
coi.iaeiibie -при совпадении направлений патеппя;
нести ласпые при пееонп jaciiiiii направлений падения;
ио псрехо ш мое гп пл <;>uioioi о пару шеи.. комплексами оГ
ру (окания:
пере' олпмые при мошносгп пласта более (милптуды сме
с гп।еля;
пепереходпмые—при мощности пласта менее амплитуды
смеет h i еля.
Высокая нло!поен, мелкоамплп|удпы\ разрывных паруше
iiiiii вы пинает сложности в применении ме.хапи шрованных ком
плексон. Ио плотности нарушений, вызывающей изменение лиг.
ме.хапи тацпи, существует к.inccinpiiKaiiiiH, представ юннат
табл. I 20.
Г .1 б л и и и > 20
Применение мехапитированных комплексов при ратвигой мелкоамплпгудком
нарушенное гп
I PVHII.I С.'1’>ЖЦо- «• 111 111.IX гнг>г» НОЛЯ 1пГ| Ц| >!.<.' ul ГСЛ1- 1,н п.и»1'|. । и . iHiii П.фупн ППч I’ll 1Н,1Х П1«1М\ io.no | [poj Illi Ilf! |O О ! rp,l l ли у :.jfp iH-Hiiii, IV» iw hiji.iii ypuiHTii. MoxaiiP uni Ч1Н П IX [J.'ITO i
1 2 10 .rl X h<nce\lrvl-llUV HpllMHlVIlllr Д(»ЙГ :Г :x мех.nil! mpcjBJlHHJy KOMii.ifKcaH
2 ii0- НО a 15 Oipaiiii'it-iniou npiiiv.viieiiHC добычи < exiniii Hipou.iiiiihi \ i-.амп h-kcim;
3 120 170 15—30 Применение м^хлип tnporuiiiHN.x [i KCou hie параметры разрывного (дизъюнктивно!о) на-
рушения, оказывающие влияние на процессы очистных работ,
сводятся к четырем пока «пеням
форма или тин нарушения;
амплитуда разрывного нарушения но нормали к напласто-
ванию;
протяженное в нарушения в контуре выемочного столба
v ч штка;
орпенгатш нарушения относительно линии очистного забоя
н направления его подвигания.
а I 2. ).|| М1П1Ы РХЗРЫВПОГО I ГОЛО! МИНСКОГО НАРУШЕНИЯ
Работ комплексно механизированного очистного шбоя онре
целятся большим числом горно-i еологнческнх параметров.
Имеются прямые функциональные зависимости между показате
чямв. работы очистного <абоя и параметрами тектонического па-
ре шеиия.
Важ Heil шпм и из них являются (рис. I 74)
// амплитуда разрывного нарушения;
И \ гол интенсивности развития нар)шенпя, характер!! ю
ниш ii iMeiieinie ампли туды нарушения ио его длине;
т вынимаемая мощность уго п.пого пласта у нарушения;
е минимальное шачеппе определяется характеристиками обо-
/’//< /. / /. Элементы гео-
логи lecKoi о нарушения
рудованпя мпиима.нлнш ра ущнжноснио (максимальной) крх
пн и MHHfiMa.ibiioii (максимальной) высотой иг дна пню in
iv.ibiioio органа гысмочпоп машины
а„ угол нс гречи нарушения с лавон;
/„ длина участка нарушения по длине лапы;
Ln д iniia нарушения направлении подвигания лавы;
р угол наклона линии падения паруш<пня к iори.юнi ал и
()рпонтировка плоское 11 и чтперякиней» 1 репинюв i юс 111
юне влияния oiноентельпо основной плоскости ралрыппо
пару Шония мо/Kci быть расшивой. Чаею плоскости 1рсщин и
правлены параллельно основной плоскости нарушения, причем
частота I ;>че> iohi'hc между ।ретинами) трещиноватоеш умы
H.ier но игре- \ la.ieiina 01 нарушения. Снпемы i р iiiihiob.-i ।
ориентированные прпблн ше.н.ип нормально к плоскости пар;,
шепни, имеют меньшую н.кчиость и менее распространены.
В общем случае- ин।енснвпость мелкоамплпгу гной нарушен
Hie'lll о глубиной ВО !р<|С Г<1С г.
В лыпппето мелкой мп ш ту тнь'\ тру Шенин легко перс
димы комплексами, ('.ложность составляют юны мелкоами.111 iу >
ной штрушсипоеги. 11\ высокая плотность способа." ре ;ко спи
жать пион шодн le.ibHoc'ib комплскспо-мечанп .нрова.чны л п>,.
Обобщенный подход к прсипошому определению горпо-к
ки'пческпх факторов на рабоюснособпость очистных забоев при
меинтсльпо к условиям Донбасса может быть коикретн епроган
Например, в табл. 1.21 привечены количественные параметры
горпо геологической обсаповки для условий Донбасса.
T а П и н । 1.21
Осложняющие горно-геологические факторы и их прогнозные, значения
для условий Донбасса
11. П1.1Х юп Т.н- 1.1
Г<>р!И1-Г(‘О’|1>1'11 ЧГС1\ Jh’
Ср’. НИН • и т.1 Гт
Ц|| >г ОМ ( J1 1- 1ОА Hl .
111 I ч ( ’) Ill
Глубина ра ipaooi mi II. 01 то ЧОП поп 600 1000 > 1001)
Т.xiп< p:i 1 \ р 1 4-.1i!1 и. i 2С> 30 то 35 " 35
градус Чиппнк* ь п.। ч 1 п т. м - > 1 1) 2 0.7 1.2 0,7
Угол iiiiiiiiii'd и.iiciа а. >.) 18 18 - Зг> 35- 55 55 -ЧП
IVV rinpuAviiiioriь Du .'Mi.iH.-nni Пь. 5 10 10 20 20
11.1011(3,111) , % Ди : । шик 1 iiKirci пар Villen ><к < 1 1 -2 2- -5 *> ‘ т
n. hiri . , /к . <1/1- VI ‘ I 1.-1.4114 IHV .П)/КПе’|Й ЧрП!’ II! 05 25 50 50 75 75 |П0
п.юща.ш 1 S , Очно пк-пиоен. Ч. 7ч г. 5 10 |о 15 15
Г.г:онос11ое-||, II.. M ’/i ' <) 5 15 15 2 )
Гл ообп.и,по<-||, Г II) 10 15 1.5 25
183
Осложняющие горно-геологические факюры и их влияние па работу лав
Осложняющим фактором усиленного влияния является сине
тайне наличия устойчивой непосредственной кровли и осадок
освоений кровля. 11рп увеличения вылета консоли труднообру
шаемон кровли до величины, или ;кой к предельному нролегу,
концентрация опорного топления над кромкой угольною пласта
шачнгельно возрастает. В результате в породах кровли ра шн-
ваюгея системы -ткснлуарационной трещиноватое 1 и. В сочетании
с повышенными смещениями кровли, приуроченными к осадкам
основной кровли, i го ведет к интенсивному неуправляемому вы-
ва.нюбра юванито.
Институтом Горного дела имени \. А. Скочпнекого разрабо
тана типовая классификация шах топластов по их порежепн.
пн ра тлпчпымн видами ос южняющпх горпо геологически
факторов п степени лого влияния. .'Ьобому ша хтонлас. у
может быть придано мшиобукш иное пнщ-кеное обошаче-
пне типа Л/, Р, У, Т, К, 11, //, О, (}, Г. В, С, 1 в соогвететвин
с табл 1.22.
ha основании данных табл. 1.22 представляшси возможное11
получить предварительный прогнозный паспорт любого выемоч
пою в виде, например: .W2/-*IЛ’47'2/\3//2//IO4Q1Г1В2С4.13.
9 1.3. ИЗМЕНЕНИЕ НАПРЯЖЕНИИ В ОКРЕСТНОСТИ НАРУШЕНИИ
Напряженное состояние массива горных пород вне зоны
влияния горных работ определяется действием силы тяжести,
неоднородностью геоло! нвеского строения в рельефа новерхно
ст и, дсй( тн, ющимп тектоническими движениями массива и на
пишем cncieM 1 co.ioi нческнх нарушений.
Плтность юрных выработок к системам региональных гекто
чнческнх нарушений может в конечном счете существенно сни-
жать устои1 пноегь юрпы . вырабоюк ш счет повышения интен-
сивности проявлений горного давления, вплоть до вомшкповс
пня горных ударов.
Исслсчоватглями \сiанов.icno. что одним из основных щ
шаков блптосгп к вырабонм- тектонического нарушения можеч
служил, фам превышения юрпзопгальпымп составляющими
ген юра напряжений вертикальных составляющих.
Рис. /. 75. Геологическое нарушение в форме мульды погружения
□г .“ со -
185
Специфической формой геологического оарушеинл является
мульда погружения (рис. 1.75). 1\ иарлнспиям гакого рода при
уронены. как правило, зоны, опасные по га тодннампческнм яв-
лениям. Степень опасности газодинамического явления :ainicin
от положения горной выработки относительно границ геологи-
ческого нарушения. При -ггом величина вер!нка.тыюн состав-
ляющей <> изменяется в диапазоне (0.1 ' 0,45)у//, а гл личина
боковой составляющей в диапазоне о„ (1,15 ’ ().8)у//
f). i 3.3. Распределение напряжений в окрестности
ра трывного нарушения
Определение распределения напряжений, действующих в горном
массиве в окрестности тектонического разрывного нарушения,
отличается крайней сложностью. Принцип суперпозиции (после-
довательного наложения) напряжений г. данном случае непри-
меним.
В то же время именно в топах влияния нарушений форма
руются области опасные по шнамнческим проявлениям горного
танлення, прежде всего опасные п<> горным у тарам.
Гсоретпческне и натурные шахтные исследования однозначно
укатываю! на наличие топ копненiрации напряжений в обоих
боках нарушения. Распределение наибольших и вторичных на-
пряжений в каждом конкретном случае является практически
непредсказуемым при существующих средствах итмсрений.
Рис. 1.76. Распределение повышенных напряжений в окрестности разрывного
нарушения
186
Типичное распределение повышенных напряжений в кии
влияния разрывного нарушения представлено на рис. I 76 Кри
пая распре телепня повышенных напряжений впереди движуще
гоея очистного забоя в висячем бокс нарушения представлена на
рис. 1.76, (/, в лежачем бокс нарушения на рис. 1.76,6.
9.2. ПРОГНОЗ TI КТОНИЧ1 ( КИХ НАРУШЕНИЙ
llpoino.i нарушений важная научная н практическая задача.
Наиболее рациональна шб. 1аговремепная разведка выемочною
поля, например, скважинами.
Прогноз пару шейное! и с помощью нодгоювп юльных и на-
резных выработок представляется крайне нерациональным.
Определить положение тектонических нарушений в плоскости
пласта возможно но результатам пересечения плоскости нар\
Шепни скважинами, либо по несовпадению плоскости пласта по
двум соседним скважинам. Эки способ называется косвенным
Он применяется чаше всего ноюму, чю вероятность прямого
пересечения краппе мала
Для определения наличия разрывного нарушения косвенным
способом между шумя соседними скважинами следует онреде
лить ожидаемое различие по высоте \//1Т пересечений пласт!!
скважинами па основании известного положения пласта в про-
странстве Положение пласта в пространстве определяшси «и
местным» палеорельефом в период у i лепи копления и последую-
щими п.тика тинными теформацнямп I елн ((тактическая вели-
чина перепада между пересечениями пласта \Н отличается oi
пропиошруемоп \//„ (в большую пли меньшую сторону), то
до основание < большой вероятностью /’ говорить о пали
чип нарушения в шлепании пласта между скважинами.
Столь очевидная простая логическая цепь рассуждений на-
руш 1егся невысокой вы хержапштеп.ю .залегания каждого от
дельно в иного пласта. Колебания начал!.пых величин иолож.
пня плас।a h от средней про,потирусмой плоскости залегания
пласта определяют минимальную величину прогнозируемой ам
плиту.ц,| \/(,,. Тогда условие возможности прогнозирования раз-
рывного нарушения определяется уравнением
\/?р
где k - -угловой коэффициент зависимости \/z =/(£,); L. -рас
стояние между двумя разведочными скважинами, м b нигер
вал колебании координаты пласта в пространстве.
В табл. I. 23 приведены значения допустимых значений /г и Ь,
при превышении которых не имеет смысла определение АЛ,,.
Наличие разрывных нарушений при их переходе увеличивает
стоимость горных работ в 2—3 раза.
Мелкоамплитудные разрывные нарушения существенно ос
ложияют работу очистных забоев, оказывают отрицательное
влияние на вес звенья техполо!нческого цикла. При этом
187
Предельные значения ft и Ь
'I <1 л 1! ц а I. 23
С crnpIVI !мчн к 1 И 1 1<>.'1<>/КГП1Н типы p.i тс м *чrf ;»1х С1.г» 1>КИ!1 р ", Р ll.'l р "Г,
Л’ А- ь А- ь
X 1(адепне 0.0228 0.7 0.0103 1.1 0,056 1,2
Простирание 0,018 0.5 0,0331 1.6 0.0127 2.2
1> Падение 0,0158 1.2 (1,0225 3,2 0,0263 1.3
11рос тиранне 0,0107 0,3 0,11184 1,3 0,(121 2.1
в 11адеипе (1.0156 0,8 0,023 1.4 0,0288 2.9
Простирание (1.0068 0,5 0.0123 1.4 0.017 1,7
\ велнчивается сгоестоимосiь на нес звенья tcxiio.ioi ичсскеяо
цикла При лом увеличивается себхстоимосн. полезною иско-
паемого. уменьшается производи юлыюсть труда горнорабочего
очистного <абоя и общая натру ша па забои.
Ошибки предварительного прогнозирования fopiio-геологиче-
ской обстановки по данным геологической разведки харамерн-
змогся в общем случае «канительными величинами. В относи
тельных величинах ошибки определения, например, средней мощ-
ности пласта систематически досыпают 30 %-
Переход систем нарушений в различной степени осложняет
работу мехаии шровапных комплексов, в которых применяются
\ .козахватные комбайны нлн струги.
В качестве критерия (определяющего условия) эффективно
chi работы очистною «абоя можно применять скорость его по-
двигания V. При переходе нарушений скорость нодвшалия спи
ждется до величины и,-. Влияние иарушеииосгн на работу лавы
в этом случае можно оценить коэффициентом технологической
парушенностп /г„:
/г„ = Vi/v; Vj = k v.
Для условий Карагандинского месторождения зависимость
длины разрывного нарушения / (м) от ею амилшуды N (м)
имеет вид
1 = 3iM/Vn 4. (1.19)
В процессе но (готовки выемочною столба вырабо!ками раз
рывпыс нарушения зачастую пересекаются ими. Зная амплитуду
разрывною нарушения, при помощи уравнения (I. 19) можно
легко установить протяженность этого нарушения, что обеспе-
чит большую точность планирования очистных и других горных
работ.
После оконтуривания лавы и вскрытия подготовительными
выработками основных систем разрывных нарушений весьма ма-
ловероятно встретить внутри выемочного столба пезапрогнози-
рованное' нарушение значительной амплитуды, которое сможет
существенно .затруднить работу машин и механизмов.
188
lJih. 1.77. Схемы возникновения зон обрушения в окрестности горных вырз-
боил..
I — 1 развития оперяющей грешпиок.! к»,- 1 и 2 ii.itn-k<>cri, p;i ipuinuiro парешеппч
Для условий восточного района Донбасса подобные швисп
мости получены для прогнозирования числа нарушений в вреде
ла \ с ю. i6a.
Переход систем мелкоамилигуднон иарушсиностн считается
невозможным при суммарной амплитуде нарушений более 0,5
вынимаемой мощности пласта, при распространении систем мел-
коамвлпгудпых нарушений па площадях более 180- 200 м2
В окрестности разрывных нарушении снижение устойчивости
кро :лн выработки может проявляться в различных формах: на
границе с разрывным нарушением, непосредствен ио пересекаю-
щим выработку (рис. 1.77, а), в окрестности топ иереслоенпй в
кровле, где наличие ослабленных механических контактов сип
жает общую устойчивость кровли (рис. 1.77,6), при расположу
нии выработки в лежачем боке разрывного нарушения
(рис. I. 77, с?).
189
Риг. 1.78. 11омограммз определения параметров
зон ipeHiiiiiOB.iTocrn в окрестности нарушений
Ptu, /./У. Заннсп.мость b = f(H} для усе пи‘!
Кузбасса
В случае пересечения разрывным нарушением горной сыра
боткп определяем протяженность (м) юны неустойчивых пород
/ „ = 25,88с "
гд сс — угол встречи выработки с плоскостью нарушения, градус
Зона влияния нарушения характеризуется разни гон трещино-
ватостью пород, склонных к вывалообразованпю. Радиус зоны
влияния можно определить но номограмме (рис. I 78). Для
пользования номограммой следует отложить на осп /1 значение-
190
амилыуды сдвига по разрывному нарушению и восстановить
перпендикуляр до пересечения с графиком k коэффнциен la
«юхнвческой характеристики среды» («условий»):
k ¥//.Ч/°с,к.
Tie у средняя плотность боковых пород, т/м1; // глубина
;а.10Жс1П1я выработки, м; о, предел прочности боковых по-
род на одноосное сжатие, Па; g — 9,81 ускорение свободного
падения, м/с2.
Далее параллельно осп А — I нз точки пересечений /V пропе-
ть м . ппшо до пересечения с графиком Л'. II . точки пересечения />
опустим перпендикуляр до пересечения с осью / п определим ве
лш .ну радиуса влияния нарушения.
.циничные ра трывпые нарушения вызывают необходимость
пе)>ехо та с о цюн плоскости пласта па другую, либо г прщ-ечкои
б< .о ы.х пород, либо с полным или частичных! демонтажом
монтажом оборудования в очистном забое.
Однако разрывные нарушения, как правило, совмещаются с
развитием систем вторичной («оперяющей») трещиноватоетп, ко
горая в этом смысле должна определяться как юна влияния
ра пивного нарушения. Для условий Ку шецкого бассейна усга
повлеиа тавпсимость ширины зоны влияния разрывного нару-
шу пня b от величины амплитуды смещения крыльев нарушения
//. которая иречставлеиа на графике, показанном на рис. 1.79.
Пунктирная линия указывает на недостаточную падежное!ь
данных. В пределах же интервала Н—Оа-1 м связь парамет-
ров достаточно надежна и для прогнозирования размеров юны
влияния можно нспользовагь уравнение прямой линии:
b
В случае приближения очистного забоя к плоскоегп разрыв-
ного нарушения, вскрытого, например, подготовительной выра-
боткой, следует определить размеры юны I) п предусматривать
выполнение специальных мероприятий по обеспечению устойчи-
вости нарушенных и спльнотрещпноватых пород.
Для месторождения в целом особую важность имеет опрт
деление критерия возможности отработки по числу систем нару-
шений. Показателем тектонической нарушениоегп месторожде-
ния является отношение
^ = /x„/S,
где ft,,- коэффициент тектонической парушсиностн участка
шахтною поля, м/га; /v — суммарная протяженность линий
разрывных нарушений на рассматриваемом участке шахтного
поля, м; S—площадь рассматриваемого участка шахтного
поля, га.
Величина предельного коэффициента тектонической нару-
шеипости ft,, определяет условие отнесения рассматриваемого
участка шахтного поля к отрабатываемым или к забалансовым.
191
Конкретное nianeiine параметра А.-,, устанавливается па жни
очистных работ и может отличаться от протезируемою ок. ы
пня (например, поданным геологоразведочного бурения) В та-
ком случае описываемые запасы на пинаются пеиодтве сн
пы мн
ч.з. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ очистных ЗАБОГВ
ПРИ ПЕРЕХОДЕ РАЗРЫВНЫХ НАРУШЕНИИ
I. Столбовая система разработки с направлением движения
боя:
по падению -восстании) при расположении плоскости на
рушения в направлении падения пласта;
ио простиранию при расположении плоской и нарушен"
направлении простирания пласта.
2. Разработка паспорта дополни тельных мероирпяп по
обеспечению работоспособноегп оборудования в юпе влияния
геоло! итеского нарушения п при переходе его:
передвижение секций крепи с остаточным подпором;
сокращение гидравлической раздвижное!п секций;
снижение горного давления, например, разупрочнением ое-
но1 2 пой трудиообрх шаемон кровли.
,> Переход нарушения производится в две стадии:
мелкоступенчаi ый разворот в вир шкальной плоскости;
;ворот комплекса в вертикальной плоскости в ш пос-е.д-
ственнон блп ;остп к нарушению;
разворот комплекса в горизонтальной плоскости.
4 Применение па исполины-,ыюм органе комбайна рс ' ,->в
повынн иной прочности.
9.3.1 ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ В ЗОНАХ
ГЕОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИИ В РАЗЛИЧНЫХ
УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ БАССЕЙНАХ СССР
I. Д(Ч дикий бас.-ейп. I к реходи.мымп ечнтаюо и нарушения с м
ялитудон /V ту /и, где т - вынимаемая мощность пласта, п] Ус
.ювип наличия неустойчивой непосредственной кровли.
При отработке участков шахтных нолей с нарушениями ш-
мепяеюя резервирование очистных забоев для компенсации
кой надежности работы лав в жстремальпых условия-,.
[ 1е ватка механизированных- крепей щитопого (огради”-
шло) тина при отработке тонких пластов.
2. 1\-. шечкнй бассейн. Типичные осложняющие факт' ы "а
шахтах бассейна:
увеличение нагреши со стороны кровли на отдельную с. пню
крепи;
ухудшение работы скребковых конвейеров в места' и •: б?.;
вывалообраюваипе в призабойном пространстве;
усиленный отжим угля;
192
неполны."! к-чнакт секции крепи с нарушенной кровлей.
3. Кз] iiijuncKiiii бассейн. Переходимыми cnnraioici ii-yi
шения с V Id 3 2,3)ш Широкое применение опережай ш
хнмическ: ' чнения.
1. Me 'о, .ькщ-шш Дальнего Востока. Mai .шмальни"
nvian пср,,'.,> шлч змплнудз V = 0,92///.
Г>. Ml.’!<),><, к.нння (’ чро BociOMl ( (.Ci’ I it р< HUM!
л.читуды lapyinipiiii V 1.3л
9.1 ПГ !’1 ход юг! ПОВЫШЕННОМ I РЕ1ЦИВОВ \1 О1 1 И
Перечень ciiccooui, >6eeiic'icii рабшогы noiioci । (Р'илпы-
боев в геологических нарушений и повышенной грешппо-
вагосгп кровли приведен г. i.io.i. 1.24.
Очь Ы абон. оснащенные . <К.)гимн комбайн. и
ннднв! , а.ь.ч n't крепью, ti норе i с , > л ическпмп грхДНо-
нере'о ь гпн e.i не.кеообра :но ыi*i 11» но длине
(рис. i.MI)
Д. । г; i щи»pamaeiC‘1 на величине \L после ПиД!’
гавго-
\/\, \/ //\/ .
при р. > in ш между нарушениями : нап| •евлеппи подвш н
ла вы
А/, 1/{п, -1).
где п числе переходимы'. нарушений ; пределах выемоч . .<
учас 'оннон Z. ’ с.111 нарешепня огсую дюг, i. /гп л.
Максимальную амплитуду разрывного iiapyuiciiiiH при ко-
юрой ;можен переход нарушения, можно определить по
табл 1 2 >
В геологических нарушений и ш повышенного горного
давления в надрабо!ашплх участках массива снижение скорости
11ОД1.н' -:1.и я мехзнн шроваиного комплекса, имеющего значнтель-
I’ttc /. А'1 Схема отработки выемочного
участка с сокращением длины забоя;
• пзл<11* с» кратер । пч
ЗаЙ"Я, Hi- ЧЮ1Ц- ’’ llrrii'ACi (||М<»«-in п« ।
I.’jHC-' rw i r«j «и f pvjion.in;r*i; AL । <1» i> ii'icri i •
изменt ши . inn । »ч1н । чей о зеин / 1 |x Hi-
na ги'И'о J.lti'iM ripl! pLl6o •ve.1 rvOJIOJ ПЧ • • • \
нар\ ш.чггй- плцмерьшая i-o 'можиая д.в -
на шик- и -к ..''и» rij/i r>ipzn«' i г x‘jar i i .
геол'th'i г Ionin нарушенья!. , - /лшахч.и
подрнгя1н ?i <«чцг t hoi n lac-ini n j.oiopuM i ’ •
iiMCTi я ишн;» <i‘iit i.oro j<i<.o5.' И'Лпя'
длина уичка п>>дв>11 линя забоя, зи ppi к про-
хождения котором» nr Bo.jjiur.ac> нюСхо и м<ч.цт
пергмол гаж.1 '«^орудования; AZ^— 1 роде» • ; .и -
стояние между передо ’имыми нарушениями
i:)3
13 Н. М. Проскуряков
Т а б л и Ц а I. 24
Способы перехода зон повышенной трещиноватоеги
( 1 ... f h . q.n . ( h nirm .. и применения
применении
Ociu h и шци । noil и. ч кк М/ill II 14-0.2 Vi .hi iir'c.iMoti.i-.гор.-нощиеся; сцепление на контакте более 10 Ml l.i
5а ця*. ССЧ! pO'l.Hl II Н X/nt. o.l 4- 0.3 Ра (Меры о1,.сты|пе.еГ| менее 0.2 X 0.2 X 0.2 м
1 1ере 1.1 ’ / • .11110 кргнн <• 1 . ’I и (пором V/zzz 0.24 0,5 Угол ПЯ'ЮПИЯ трешпи В Кров- л< 0—20”, расстояние между грещннамп больше шага перс- П111ЖКП КрсПК
Он • ’Жачлщч крепление и.। • и,’4, нори i аим v/zzz ' 0.34-0.8 Р.кмеры о.дельностей пород более 0,3 X 0.3 X 0.3 м
р.: м.- с М 1 • Н.ЧНПе ьОМП.Юк •я’цос1п п.ысга V/zzz <0,54-1 X гол встречи нарушения с ла- 1<он менее1 1.7
>.|Г 'НИ ЧНО1ЦИМ .«.I (ере. Hile 1144'101 ППН’НИ >• м пи.шмерпымн J.I мн V/zzi " 0,84-1.5 P.I ’.меры отдельностей пород менее 0,3 X 0.3 X 0.3 м; су- хие вмещающие породы
Цея. .. JiiiiH ipeuiHii V/zzz 0,8 = 1.0 Обношенные вмещающие по- ро (1-1
Про • 11 нырлГ »1 nik опережающей КИ N/in- 1.0—2 Прочие порочы в нарушенной чше
пуго длину, неизбежно. Полому является рациональным на-
сколько возможно уменьшить число секций комплекса, одновре-
менно работающих и зоне нарушенных пород. Это число не дол-
жно быть более 20.
Число секций определяется по условию возможности одно-
временной обработки кровли по длине лавы для обеспечения ее
устойчивости. Могут применяться различные методы — химичс-
Таблица I . 25
Максимальная переходимая амплитуда нарушения
"max (nP« т = 1 м)
Гип механизации выемочных работ Длина наруше- ния вдоль лавы z„. М "jnax’ м Тип мехаиизации выемочных работ Длина Jiapvine- ния вдоль лавы Z„. м Я.пах- м
Струги с индиви- 1 1,6 Струговые меха- 1 0,75
дуальной крепью 6 1.3 визированные 4 0,55
(а = 35°) 11 0,9 комплексы 7 0.4
16 0,5 (а = 35°) 10 0,2
Узкозахватные 1 0,9 Узкозахватпые 1 0,55
комбайны с индн- 6 0,6 комбайны с меха- 4 0,35
видуальной крепью (а = 35°) 11 0,35 иизированной крепью (а = 35°) 7 0,2
194
Рис. 1.81. Схема к расчету параметров перехода геологического нарушения
механизированным комплексом
скос укрепление, установка опережающей или дополнительной
призабойной крепи и т. п.
Частичный разворот или изменение направления движения
механизированного комплекса осуществляется в несколько ста-
дий (рис. 1.81).
1. Определяется угол разворота комплекса а, градус:
a = arcsin (ft//),
где b ширина зоны неустойчивой кровли в направлении дви-
жения забоя, м; /— расстояние по длине лавы, где возможно вы-
полнение работ по обеспечению устойчивости кровли, м.
Расстояние (м), на котором ог зоны неустойчивости кровли
начинается разворот лавы длиной L, находится из условия
а = Lb/l.
2. Длина пути перехода комплексом нарушения (м)
р = (а + b) cos а.
После окончания перехода нарушения комплекс выйдет из
контура лавы па расстояние (м)
f = b (а + b) cos а/1.
13*
195
Б тучао превыше. ..:я расчетами i, imiiiioii / ширины штрека
". рас -тс,шпе от нарушения <м). н.< котором следует начинать
Пр 1 пор : I 1 pi
h =ю//(/> сп< (t).
Наиб .на комплекс.i м). вышедшая из контура
3? !Ы.
<1 -г - Ч-
I ксчяпни. 1!|1<<-.<,д,|\ .д- <омп ксом вне контура лавы,
. • I 4- с + Ь к/ - h).
4. ... обратило ра-.ворота ком. ч-кса для входа его в кон-
тур .ЫсМОЧНОЮ столба
[i = arccos [(/ — q)/L].
Положение точка С полного ...ода комплекса в контур вы-
емочною столба определится на расстоянии от нарушения (м)
(с + (I) Л (sin а 4-sin р).
Данная методик.i расчета пути перехода нарушения является
Пред ipiITC.Iblloli.
В слечае ново :м >/кш-сти допущения выхода комплекса на
влит; яцнонный штрек следует предварительно осуществить вы-
ход комплекса па конвейерный штрек на величину
и Я ~
Б >м с,- чае i а . ci начинать .азворот на расстоянии (м)
И точки О _________
.у = д/и (2/_ — и).
Присе 1ка вентп. '.’.лонного штрека п пространства за ним
становится депо ;можной ? случае работ па границе с рапсе вы-
работанным пространством.
Преимущественным следует считать случай, когда разворот
,;.г ы осуществляется относительно сопряжения вентиляционного
шт) i кт (иа пластах тонких в т. п.). При этом уменьшается объ-
. м работ по выемке ниши у верхнего сопряжения, предназначен-
ной размещения концевой головки конвейера.
И мспепне направления движения очистного забоя или пово-
poi яется технологическим мероприятием и может осущест-
;;лят’.| по различным причинам. Основным достоинством этою
юхчолы ического приема является возможность отработки участ-
ков пласта вне пределов прямолинейного выемочного столба.
На рис. I. 82, а приведен типичный пример полного поворота
очистного забоя для обхода нарушения, нс вскрытого на пред-
варительном этапе разведки, на рис. 1.82,6 — пример частич-
ного поворота лавы у нарушения. Частичный поворот в этом
случае возможен при наличии большого свободного простран-
ства для перемещения очистного забоя.
196
Рис. I. 82. Схема разворота ла-
вы для обхода нарушения
На участках шахтных нолей шачшслыюй парушенпости воз-
можны многократные повороты лав. Технология н.х уже доста-
ючно 01 работ ana.
Пон осуществлении поворотов следуш контролировать пре-
жде сего сохранение прямолинейности очистного забоя; обеспе-
чение устойчивости кровли у венгра разворота; обеспечение на-
дежи >с1н работы транспортного угла v центра разворота.
Наибольшие осложнения bojhikjioi ' :а сильного разруше-
ния кровли у центра разворота. Для предотвращения лого яв-
лении применяется перемещающийся пинр разворота и усиле-
на призабойной крепи у т итра ра i трота.
Дjno.i’iiiгс",,по может снижаться устойчивость кровли при
совпал инн липни очистного шбоя с плоскостями трещин кли-
важа пород. В таки.1 слуая' устойчивость кровли обеспечи-
вает! я традиционными спеннальнымп мероприятиями.
Ojработка шахтопластов с j а жорот.'...п лав широко прпме-
чяС1СГ на шахтах Воркхчского и Кузнецкого бассейнов, в Дон-
бассе. т рубежом па шахтах ФРГ и других стран.
При нарушенное™ угольных пластов выше критической при-
менение комплексной механизации становится невозможным.
.".5. ПГРГХОД РАЗРЫВНЫХ НАРУШЕНИЙ
Опыт работы механизированных комплексов в условиях значи-
тельно нарушенных месторождений указывает, что наиболее аф-
фективным является маневрирование комплекса в вертикальной
плоскости При этом не возникает необходимости перекрепления
подготовительных выработок, которые неизбежно повреждаются
197
Рис. I 83. Счетцы пе-
рехода разрывных на-
рушений с разворотом
комплекса в ел рти-
кальной плоек С7и:
/I -viMivHL перс- *да на-
рушении. Н ал hie.! сту-
пени in-pev’Hi Ln - .ли--
ild 1!Г|Н'\«М.1 Hdt UJt лия;
Н — ампли г\ да ibi-rtiiя;
а —угол наклона лиши*
перехода нар/ г-’Ч’я
при маневрировании комплексов в плоскост и пласта. Гакже нс
возникав осложнений с оформлением сопряжений при сокра-
щении длины очистного забоя для «обхода» нспере.ходнмого на-
рушения при сохранении общего направления движения очист-
ного забоя.
Разворот механизированного комплекса в вертикальной пло-
скости может осуществляться «ступенями вверх» пли -ступе-
ними вниз» (схема, приведенная на рис. 1.83, а, обратима, т. е.
реализуется в обоих случаях). Технология работ предусматри-
вает подрывку кровли или почвы исполнительным органом ком-
байна при оформлении «ступеней вверх» или «ступеней вниз»
соответственно. Крепкие породы разрушаются буровзрывными
работами. Высота оформляемой ступени h определяется про-
дольной устойчивостью крепи, «гибкостью» шарнирных связей
забойного конвейера, высотой регулирования исполнительного
органа комбайна. Важное значение имеют трудозатраты на пе-
реход единичного нарушения.
В случае необходимости ускоренного перехода высокоампли-
тудпых нарушений применяется бесступенчатое маневрирование
(рис 1.83,6). Изменение положения секции крепи (комплекса)
достигается следующим образом. Под верхняк секции крепи
198
•устанавливается опорная стоика 2 (деревянная или металличе-
ская). Сокращением гндростойки крепи достшлется поднятие
(повоцог в вертикальной плоскости) основания секции Обра-
зуют;. си но юс i и между почвой пласта и основанием секции
крсчп апо.П1ЯС1СЯ направляющей опорой 1 (например деревян-
ный бр\с). Дальнейшее движение секции крепи осуществляется
в пан; делении, параллельном плоскости основания секции под
углом а к почве пласта.
Но .о, пп фронтальный поворот комплекса (рис. I 84, и) осу
щсствлясгея при помощи оформления невысоких ступеней в
почве и кровле Высота ступеней h не должна, как правило пре
пытать 0.1 м. Оформляю гея ступени при невысокой крепости бо-
ковых пород исполнительным органом комбайна, при прочных
боковы породах — с помощью буровзрывных работ.
Количество ступеней /I высотой h каждая, необходимое для
выход комплекса па проектную траекторию перс хода под уг-
лом т. определяется:
/? т/ть
где г, лг arctg(/;(I -- k)/r); h— высота уступа, м; /г — коэффи-
циент смятия кромки уступа, зависящий от крепости угля
(к <•: I); г —захват исполнительного орган i комбайна, м, п—
угол поворота комплекса при подьеме па одну ступень высо-
той /1, градус.
После оформления единичной ступени передвигается коп
оейер (без зачистного лемеха), формируя наклон всей базы
Рис. 1.84. Схемы поворота комплекса в вертикальной плоскости
199
комплекса. При после швате.юном передвижении конзещр. нг
п ступеней наклон базы комплекса достигает угла т.
Однако пологий поворот комплекса в вертикально . пло-
скости применяется только п случае заблаговрс :. ге
прогноза амплитуды нарушения и его положения про-
странстве.
При неожиданной встрече с неразведанным нарушением бо-
лее эффективным является крутой поворот комплекса.
На рис. I. 84, б приведена схема организации крутого пово-
рота комплекса на угол г. Технологией работ предусмат! ш зетея
оформление ниши впереди секций крепи. Основание сем. >д-
ннмается домкратом в один прием па угол т, .ля чего ' .
ваттном устанавливается опора. Матерна том для опоры может
служить порода, лес, металлические конструкции.
Для подъема секции на опору под козырек перекрыти ста
навлпвается индивидуальная стопка, упираемая в почну. Н со-
кращенна домкрата раздвижпостп секции происходи! ... м
передней кромки ее основания.
Такая технология поворота секции потможн.т только .
тойчпвой кровле пли при упрочненных неустойчивых
кровли.
9.(>. УЧЕТ ЗОЛЬНОСТИ ПРИ ПЕРЕХОДЕ НАРХШЕНИЯ
Объем прнсечки боковых пород при переходе разрывного •
шепня механизированными комплексами можно рогулин* > . гь.
выбирая траекторию движения комплекса па осповашш mi та,
разработанною Хутнпым Ю. Л., Главным Д. Д. и .4;
вым С. В. Влияние сопротивления ротанию боковых нор . ус-
тойчивости кровли и поверхности очистною забоя нг гботх
лавы не учитывается. В этом случае минимум нрнсечек
ляегся крутизной перехода.
На рис. 1.85 мощность пласта т(т = CD = В.}), амплитуда
нарушения = L'L=\m — Н\\ угол наклона см. ги
теля р.
Рис. Г. 85. Схема раздельной отработки крыльев пластов у дизъюнктивного
нарушения
200
Объем ирисекаемых боковых пород будем определять но вср-
пп-.а :>ному разрезу н п,пощади геометрических многоугольников
и п . роения на плоскости, имея в виду однозначную связь с
объемом.
П<_ ная площадь прнсечки определится суммой площадей
треу'щ ii iiiiKOB ЛС/\/И и AALD:
S\ = S \ ск.и -г S \ .1/ и,
при выборе траектории движения комплекса вверх в пределах
контура ABCD. Амплитуда сброса Н = L"D.
Площадь прнсечки в почве
Sa \ld S \ ~ Sa / l-d ==
и2 i/2 //-
= — ctg т-----g- ctg p = - g- (ctg т — ctg p).
Площадь прнсечки в кровле SA< ь м (м2) определяется из по-
добия \СКМ и ISALD:
,71 ' C1R * Р
Тогда общая площадь прнсечки (м2)
е В2 I * , , л»2с1ц2Р
Ss = -3- (ctg T - Ctg р) + ~г-1--7—777
Д '» *» 1 ' 2. (cig т — Cig р)
Опт мальвой траекторией перехода является та, при которой
опт)!-.' руется соотношение объемов нрнсскаемых пород и
протяженности траектории. Более короткая траектория перехода
по оляет уменьшить потери добычи угля во времени однако
увеличивает объем прпсскаемых пород. Напротив, при удлине-
нии траектории и уменьшении объема прпсекаемых пород удли-
няете срок выхода лавы па проектный у'”'вен1 проп «водитель
ности
У| ' наклона ошимальпоп тр. екторш
тоит = arcctg [{mill Н 1) ctg р].
Со , гствевно площадь нрнеечк!!
S„Iir tf//ictgP.
Полный объем прпсскаемых пород пш . дзяски и.; произве-
ден Д..ИИЫ лавы I из площадь прпсе- к в • ршкалыюм раз-
резе S.
9.7 ОТВМ.ОТКА УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ f ИТ ТХОЦИМЫМИ
Н \ТМИFНИЯМИ
Отработка угольных пласи>в с ти.чкп я расположенном
плоскости сместителя п с ампл1П\д1М.1 делающими нарушения
непепе'одпмыми, осуществляется р >
На рис. 1.86 приведены схемы лгрг боткп выемочных участ-
KOi г. •'•мя встречными очистными забоями.
201
Рис. f.86 Разработка крутого пласта в зоне влияния парушенич с отра'
боткой обратным ходом в лежачем крыле («) и в висячем крыле <б)
Движение очистного забоя в направлении «к нарушению»
является предпочтительным. Преимущество >то заключается в
постоянном уменьшении площади поддерживаемою призабой-
ного пространства по мере приближения лавы к зоне влияния
нарушения.
Для осуществления технологии отработки встречными за-
боями проводится подготовительная выработка -для транспор-
тирования полезного ископаемого Устойчивость наклонной вы-
работки в области влияния разрывного нарушения обеспечи
вается оставлением охранных целиков между выработкой нт
выработанным пространством лавы.
202
Ouk.-ko схемы с отработкой выемочных участков движением
.тан нарушению» зачастую оказываются неработоспособными
исле гипс крайней сложности поддержания наклонной вира
битки Наложение шачнтсльного но величине опорного давле-
ния ог очистного забоя и систем оперяющей трещиноватости в
зо1Ч зияния нарушения вызывает необходимость многочислен-
ны. нодпывок. Транспортирование пород от подрывки должно
осуществляться по той же наклонной транспортной выработке,
что бежно усложняет организацию работ, снижает пропзво
дптсльность транспортной линии.
Онтпмалытоп является схема отработки с движением лав в
одном направлении. При этом существенных различий не отме-
чаете при движении лав лежащего и висячего бока «к наруше-
нию и :п «от нарушения».
[{п г ластах, склонных к динамическим проявлениям горного
давлени следует осуществлять отработку лавами только «от
нарушения», чтобы исключить копие тиранию напряжении в до-
раб.н ывзе мом целике \ нарушения.
9.7 । ПРИМЕНЕНИЕ КАМЕРНЫХ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ
ПРИ ОТРАБОТКЕ НАРУШЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Камерные системы разработки применяются только в тех слу-
чая- кода применение других систем разработки невозможно
по г< о югпчеекнм, экономическим причинам пли по условиям
бе 'Опасности.
Обоснование перехода на камерную систему ра;рабо1кч со-
та тся I тайным геологом и начальником участка вентиля-
ция шт 1ы с приложением необходимых материалов: геологиче-
ской актерисгики нарушения, расчета ожидаемой газообпль-
ности районе нарушения схемы проветривания.
П, оект отработки нарушенного участка камерами утвер-
ждай, главным инженером производственного объединения.
Ти иной системой отработки нарушенного выемочного поля
явлч гс~- система разработки подэтажными штреками
(рис I 8.7), применяемая па мощных крутых пластах.
Нт начальной стадии подготовки выемочного поля по пласту
про . - |Дчтся этажные наклонные п -лажные горизонтальные
(по п- » тиранию) выработки. Высота лапа по падению опре
деляетс" в зависимости от расстояния между системами нару-
шений “ределах 72 120 м.
Затем проводятся подэтажные вентиляционные и откаточные
выр тботкп, являющиеся групповыми для камср-лав. Управление
кровлей при отработке камер лав осуществляется удержанием
на истоках, а при недостаточной устойчивости кровли — полным
обрушением с креплением призабойного пространства ннднвн-
цуальн.оп крепью.
Выемка полезного ископаемого осуществляется проходче
.?к:тм1> комбайнами пли буровзрывными работами.
203
A-A
Pur. l.XK. Зависимость затрат Спер
иа подрывку пород от объема под-
рывки пород V
/ подрынкя комбайновая; 2 — лодрывк*
г. срыванием
Такая технология применяется на шахтах Приморского и
Кузнецкого угольного бассейнов.
Для условий Карагандинского бассейна установлена надеж-
ная корреляционная связь между нагрузкой на очистной забой
и амплитудой нарушения пласта
(? = 8152 -6823Д//Ц,
где Q нагру жа на очистной шбон, т/сут; Н—амплитуда раз-
рывного смещения, м; tn вынимаемая мощность пласта, м
Дани../, зависимость применима при разработке тонких по-
логих пластов.
Соответственно отпишутся тавнснмост н месячной производи
ТСЛЫ1ОСП1 труда i орпорабо нт о очистного табоя (т/мес)
Р т-МЩ/п
и себестоимости добычи угля (руб/т)
С 1,93 + 4,55/7/ш.
204
9.7 2. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ПЕРЕХОДИ МОСТИ С1Н ГЕМ
ГЕОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИИ
В пределах выемочною столба могхт iicipei нться не in
сколько одиночны', разрывных иархшеп и пли даже . м в
рушений. В ном сл\'.и- криюриямп, определяющими
ность перехода систем i и. шенпц без пер мои I ажа обо о
вання, яв.т югея не и н 'о юкие параметры обор; .। .
экономические пока;. ,бо1Ы .ее. > oi.,,ciho •
Пл ив,енснвности ./пения на проп . .одитслышен. ’ - о.о
забоя в< спет мы на: шепни можно ра ыд тп. на три ос1 ' ые
группы:
не та i рудняющпс существенно работ. оборх Д'Н’.зпи
существенно ухудшающие пока ..не 1 и работ оборуд<
требующие перемойI 1жа оборудования.
Затраты (руб.), связанные е переходом i< о.нг лчсс: <и
шения комплексом ОМКТМ, можно определить но фонм'
С CVI г С,,/. -С : .
где С — удельные расходы на подрыта пород < почве, охб-м
V — объем подрывки пород па I м длины лавы, м3/м; I. -длина
лавы, м; СР — удельные расходы по опусканию, по п t мм ели
развороту комплекса, руб/м; С — удельные условные расходы
по сокращению добычи при переходе нарушения, руб/ч; .’ н>-
полпптелыюе время на выполнение технологических on- rift
при отработке нарушенного участка, ч;
V — (ш - h ,ir
’. 't
где V — амплитуда нарушения, м /г,, минимальна,
структп'зная высота крепи, м; , средняя скорость подвигав.!
лавы бет нарушении, м/ч; сре тнш. скорость полшп
лавы при переходе плох тения, м/ч; rJ \ гол иерехо ia па-
сти нарушения, градус
Затраты ил подрывк. ..орот можно онр.. . 'ить
приведенному па рис I. S8.
Нанболт шее влияние па выбо с-по.об; ч.- ода .л<ч
ского п'труппчшя ока’.ыг.ает велнчип'1 i>”.i па noiprapi'’ овод..
Например, подрывка слабых поро моим т осх шегтс i ;
бывшими комбан ками. Haiipoinr ще : парх’шен’
ДНМОСТЫО подрывки KJK 1КП' боковы' поре в ТМО’Ж. <1
применение1 буров ’рывньг работ.
В 4’ох1 случае и: -ковомпческпх еообу женив • 1
лить топх'сгимх'Ю axil!.in । у т, вере'озимо’ aapyineini
CV7 CL Ct "C'J
где \,v ii.iibii расходы ia перемой; оборх’товгиь
лаве, рхб/м. ',. шмя । анемон тая оборх ло|'..,1и:ч. ч
205
Ус ювис необходимости перемонтажа:
С\ L^CpL + Cj„>C'J
Очевидно, что условие перемонтажа однозначно следует из
.невыполнения условия допустимости перехода разрывного нару-
шения.
В случае залегания в кровле н почве выработки боковых по-
ро I । неличной крепости возможность нх подрывки определяется
из с едхияцнх ।ребовапин:
недопустимость односторонней (только в кровле или только
<•: почве) подрывки буровзрывным способом:
двусторонняя симметричная подрывка мягких пород в кровле
и почве комбайном:
двхсторонняя симметричная подрывка крепких пород в кров-
ле и почве буровзрывным способом;
односторонняя комбайновая подрывка при наличии мягких
полот только в кровле или только в почве
9.7 > ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ПЕРЕХОДИМОСТП
НАРУШЕНИЯ
В условиях большой распространенности в Донбассе пластов
тонн' и весьма юнки переход ра срывших нарушений даже со
Таблица I 26
Категории псрехоаимости нарушении
ФирМЛ 'I |руШГП!КН*Т11
1\1С ГI РО-
СТ р«1 пен-
ное гь,
7и
I.ncpi xt! I .
, I I “ llll'. M III ' ' \ |
• ч I с их, il< ।
ч;н iJi'in ii |
поим \: lit iiik t
( nt li пгргм» •
•51.1- " -
I Г IOII: »\!|l ।
.K1.JIIII I C.H.I'm ' •
t.j.i • •<"•%• । illhfJC in. • ।
. i I hnliepi Ml illMbli ,
11 бонны м >
П.1Ч hie 6 tin ’-I
lollo.lllll < lliinn
• ю<к||еннй
Сорос iiMii.iiny imi //>3 m: vk>-
ii.’iiir .кита bi нерабочей мшцно-
111. p.'n I'll l!H< lu llej |бОЧСЙ МО1Ц-
но-тн oi -.ii.iii.ix прослойков пере
o>|o--iii 11 i.n 1 1 с повышенной 1ОЛН
постыо 'i O'-лаб тепнем поро t
I bi ivnu'.'iin iiina сбросов с „ 'или
v 1 : II Ей - 3 м утонение n.'i 1
t. 0 3 (1 I iiepcMHioein
pace io, ,ii'-
I i ipx пи пня hi.1.1 сброс и . .iMB.m
i\ on II 13 ' ЕЗ м: местное
: luii'-ii. в1 0 м; у ю -i к-пне
-hccp . nc.r шванпе
II \hh id!’- ины сбросов с .TMII.III
ill II 0.3 m. Y’loiniiiie 11.11
i lo.iHii-Kiiv (0.1 - 0,1.г1)»1,. местные
lll-pl-МЯ IOC! II ll.I.lCl.l
64,2
13.6
19.7
2,5
206
сравнительно небольшими амплитудами зачастую становится
непреодолимым. ДонУГИ на основании результатов отработки
пластов Донбасса все типы нарушении ра отелены на "сгыре
категории (табл. 1.26), причем учтены и пликатпвные, и .пнъ-
юнктнвные нарушения.
Видно, что по мере увеличения длины L вероятность :-.сг>счп
возрастает.
9.8. ОТРАБОТКА МОЩНЫХ ПЛАСТОВ СО СЛОЖНОЙ
ГИПСОМЕТРИЕЙ
При изменении параметров талегания (гипсометрии) угольных
пластов в значительной степени усложняются производственные
процессы, ухудшается качество ноле итого ископаемого а счет
его разубоживания, снижается устойчивость боковых пород в
работоспособность забойных машин и медаппзмов.
Изменение условий талегания пласта может проявляться в
различных формах
изменение угла падения а в верхней, нижней и средней та
сти очистного забоя ио длине;
изменение вынимаемой мощности пласта т„\
изменение угла простирания пласта у в нижней п - хттеп
частях лавы
изменение угла разворота лавы ц в нижней и верхней частях
лавы.
Следует ттметь в виду что при изменяющейся мощности т.та
ста существует расшиве между вынимаемой ni„ 11 по тс ной /н,
мощностями угольною пласта \гн. причем разность на может
иметь различный итак:
\т тп т1
Пласты тонкие и средней мощности в основном ра б.тты-
ватотся на полную мощность. Или пения (умсит.пн пп< ) г мош
ностн, как правило, сопровождается прнссчкон боковых юрод
Чаще всего на практике встречаются и менения юмет-
рин пласта в комплексе и совместное их осложняющее иге
на добычу из очистного забоя (т/сут):
.7И — kuhy Zr[,
где 7к добыча и; очистною тб<>ч скорректирован!!.' т ; ।
Дп — добыча из очистного ьабоя, планируемая по icxiih' ишм
возможностям оборудования,т/сут; /г£ ко <ффпписнт
пронзводптелытостп забоя в тавнсимостп ог изменения ут па-
дения пласта ct; ky—ко ирфпппоит снижения произвол!
сти забоя в зависимости о г изменения угла простирано тает
у; k„ —коэффициент- снижения производительности табоя
висимостп от изменения угла разворота завы <|.
Для условий отработки мощных пластов со сложной -со
метрней на шахтах Карагандинского угольного бассейна ясп-
207
?.f -киррсмпри аиной производительпости смеет вид
' - 8-18,42- (!,96ЛД 128 2/// — H,.r)iMtl -10.22а,—
- 7,19а; — i),55y2 — 2оу, -j- 13,Bly — 1,13ф12,
. .мина лапы, м; ///„ вынимаемся мощность пласта, м;
а, меисние \гла падения пласта в нижней части лавы, гра-
д.... и вменение угла падения пласта в средней части лавы,
град . <7. — изменение угла падения пласта в верхней части
ла и. 1рад\с; у, - изменении угла простирания пласта в ниж-
ней части лавы, градус; yL, - и<мепенпе угла пространна пла-
ста верхней части лат ы, градус; q изменение угла разворота
л нижней ча ш. граду; у .менеппе угла ра пзорота
лавы верхней часш, граду.
Д г> удобен а по.п> юв;1П11'.| фор.мхлон составлен;! номограм-
м 'нс. 1.80) На нои представлен пример определения Дк при
с.!е. ’ О1ЦН\ исходных па i/a метра'-
/ 115 .. di 3.2 q НИ)’; а. 15;
<1 - 170 , а. - 15 , а 21/ ; у, - 6°; у, —12°.
1! uoMoipa т.мн c.ieicei, ч'о величина Д,, равна 991 т/сут.
ла мтЮДИ1-..1 опр. телепня добычи ;.т.|я из лавы с корректиров-
кой н. и ;мс11Ч11в\ю гппсоMi 1 [>шо пласта применяйся для прог-
по ioi оцепк 1 o]Hi )те siinuecKii х хслошй отработки шахтных
подл, нрп выло, v .'i.inieptia । и ..л,1х .....icckii' п тех иологпче-
ci :;х лиопп’.. 1 •, /ppei inpai ,.п и irip'. тхн па группы
it 1К1НЫ’ iiuoei. in- Io’ Ho 111 т.н 1 i ' )i' г’ОДи I e. il,| ос I в z. Oil-
pel " aei, l.i'> он’ |ны\ ,аГ) , ocuaiii чшы' vtt ани .нронан-
iii.i'’" i -iii.ici oOIxll, 1 KU-SIH
i, ! . in" , .on । । । vi о пшо'о и и мснеппе сто мощ-
н ' и н.п .по ши 1!1Ц| б , ду । швеиером и
I >Н i’li( роМ 11 чСр< АрЫ1 I С( крс'111, (П1
Р/, ' Нимигр.мо шре i- и-пщ
н.ia I v« г коки1 i пглс» \n-rpiL-i.:
L - » . .1 I. • .1 1 , ..
206
.1'1 J-litCr 1 JM И.1 ЛО111ИОМ
Таблица I 27
Значении максимального допустимого изменения профиля почвы
лавы 5, градус, для различных типов оборудования
Комплекс Тип И Т1ШПр.|ЗМСр оборудования 6+ С_
механическая крепь конвейер комбайн
К V. 103 IM103 СП202 к юз 0,75 1
2MI03 К103 0,75 1
к юз 0,75 1
КМК97Д 2МК97Д СП63М 1К 101 1,5 1
1К101У 1,5 1
СП48М МК67М 1,5 1
MC.7M 1,5 1
kmkw МК97 СП202 1К101У 1,5 1
МК67М 1,5 1
МК07М 1.5 1
«Донбасс 2МКДМ. СП202 1KI01 0,75 1
1КЮ1У 0,75 1
СП63М МК67М 0,75 1
МК67М 0,75 1
ЛК 188 1М88 СП87П-02 1К101 0,75 0,75
1К101У 0,75 0,75
2К52М 0,75 0,75
2К.52МУ 0,75 0,75
кмб’.'- ад 1М87УМН СП87 1КЮ1 0,75 0,75
(УМП) (1М87УМ11) 1К101У 0,75 0,75
2К52М 0,75 0,75
2К52МУ 0,75 0,75
2М87УМН 2К52М 0,75 0,75
(2М87УМН) 2К52МУ 0,75 0,75
kmv.vmb 2М87УМВ СП87 ID 1168 0.75 0,75
(У-Г, (2М87УМА)
puKi iu анпе (боковое) сскщг крепи, пагяжсн.1е и разрывы
ценя комбайна.
В комплексе влияние зги\ факюров на прон.я .'дптелыюсть
доГ ||1ыв.-нчся в виде функции ticiu нлекс. по
ф -V '
/г,.— 1/(1- vHTPk'„
где ко ффицненг гоIOBHOCIU комплекса по фаг.г >ру гипсо-
М.1 ; 7 —( ре 01,1 дли IcJil.lloeTb Tp.ni ; л >а
об >р лип по Tpi’Miii’e измен*. । rn icon у 1 iih; —
ср > ь > innii комбайн;1, м/мпп; Р вер bitiiocti. ot-
ic. комплексом участка ; .менчпвои > мп 1 инетрни;
/. — пи сненвшег, превышения допустимы углов плишения
пр • . тг.ы;
I I
рЯ1.|)1
209
где Z.4- и л. - интенсивность соответственно положительной и
отрицательной нелинейности профили лавы, м бк и А —мак-
симальное допустимое по техническим условиям эксплуатации
комплекса изменение профиля почвы лавы, гратус/м (см.
табл. 1.27); а—среднее квадратичное отклонение п<м<пения
профиля угла лавы, градус.
>-+ = п+//л; л_ =
где п, и п - общее по длине лавы число прямолинейных участ-
ков с положи тельным и отрицательным уклоном соответственно:,
/л- длина лавы, м.
= (т.- л-Е
//], — I Z—I
1 = 1
где пР число рештаков конвейера; г, и х — соответственно еди-
ничное п среднее удельное нтмененне наклона участка лавы для
положительной и отрицательной наклонности;
Л'г = - (di н
а, — угол наклона профиля почвы лавы па прямолинейном
участке, равном длине рештака /г> градус; /Р длина тштака.
конвейера, м.
<>.!). ОБЕСПЕЧЕНИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОМПЛЕКСОВ
ПРИ ПЕРЕХОДЕ НАРУШЕНИИ
В «шах горно-геологических нарушений работоспособность ком
плексон оборудования обеспечивается выбором параметрон lex-
но.топических схем пли проведением комплекса специальны« ме-
роприятий по обеспечению устойчивости вмещающих по: од.
При переходе разрывного нарушения важной задачей : чет
ся обеспечение разрушения боковых пород, подрываемы вы
емочиыми механи смами в местах замещений. Слабые горные по-
роды крепостью /’^4 разрушаются исполнительными ор.гагамн
комбайна. Более крепкие породы следует разрушать пп.1 по-
мощи буровзрывных работ.
В «шах перемятых п сплыюгрещниоватых пород в окрест
пости тектонических нарушений проводится укрепление . сш
нлп почвы очистного табоя следующими способами (ряс i !Ю):
увеличением h.ioiпости крепления кровли .за счет прим- •’чин
деревянной затяжки (рис. 1.90,0);
наполнением полостей в кровле в районах вывалов уст ”ов-
кой костровой крепи па перекрытиях секций пли пведея-'-м спе-
циальных искусственных составов (рис. 1.90, б);
установкой опереж'ающен крени пли упрочнением .Неи
пых неустойчивых пород и предотвращением обруше1 я с- г
призабойном пространстве сразу за выемочным органом добыч
пой машины (рис. 1.90, о) ;
210
г
Pi 111 < \еми ооесиечения работоспособности забоя в зоне плняпия иа-
Оу’.нения
про. едением по нарушению опережающей выработки с вре-
менно!! 1 деревянной) крепью п последующим переходом се очпет-
иыч комплексом (рис. 1.90, г). Сооружение такой выработки
рал он !Ы1о (может считаться оправданным) в случае огсут-
стви то гонерноп информации о горнотехнической обстановке
в । пяния нарушения. Кроме сото, и< опережающей выра
6(<Kii in можно осуществить предупредительные мероприятия
по уп 1С11П1О нарушенных пород, например, введение химиче
ских !\Ю1цих веществ в лону трещипов п нт i Волыним
ц> юм такого способа повышения устойчивости поре i
ян.:- пможпоегь размещения крупногабаритного венсмо-
гаТ' .••>» обору 1.ОВ.П111Я, что с :елать в ла,и ninacivio ж в от-
мок по.
На у ветках систематического обрушения неустойчивых но
род < дуст применять мероприятия по обеспечению бе ,опасной
работы под куполами в кровле. Для заполнения нустс: пспо.ть-
зуютс механические средства (рис 1. 91) пли larnvnieniic поли-
мерными ма гериалами
Спи. !осгь осуществления химической обрабоиш (упрочне-
ния) п :руiJieinibix участков следствие шачите.тьных объемов
трещи но агых зон.
11*
211
Рис. 1.91. Заполнение пустот в зонах неустойчивых кровель при *де на-
рушений;
а — шпальным брусом; б -костром; в - пне.-вм'мыллемшмя; г- . лл"||.е 1
1 — шпальный брус: 2 —скоби- 3 цепь; 4 пш*1.-мой.'1ЛЛ<>1Г. 5 нлчгг.ш- i
Невозможность гысикоирогивоАнтелыюй работы очисг о ।
боев на сплыгонарушеины? участка' шахтонл: cion привод- к
снижению ко тффпицепта плече шш шнчс.тг. in.
Оставление цел и ко > учли в 1 раннцах отрабатываемо; о ль-
ного пласта применяется в случае превышения юпустшш п-
чины амплитуды разрывного нарушения II, ориентир'> .г.го
параллельно пли. почти параллельно направлению дзи чия
лавы (рис. 1.92).
Технология работ в -гтом случае предусматривает нрог • „ пе
доиолиигелыюн транспортной (вспнтляшюиной) выраб и ш-
212
Рис. I. 92. Схема перехо-
да нарушения г оставле-
нием целика:
/ —вентиляционный штрс ।
2 — MihUi ЙгрНЫЙ Ш[р('К
Рис. I. l»> С ,емл к рас-
чету шага \с . 1 mini.,
пролета кровли
раллельно основной подготовительной выработке. Дополнитель-
ная выработка соединяется с основной подготовительной выра-
боткой сбойками. Сбойки и дополнительные выработки оформ-
ляются на высоту мощности пласта. Устанавливается временная
индивидуальная деревянная крепь. Дополнительная выработка
оформляется, как правило, «за» движущимся очистным забоем.
Предпочтительнее, очевидно, такую выработку проводить на
полную длину заблаговременно.
На участках шахтных полей с интенсивно развитой трещино-
ватостью в окрестности разрывных нарушений приоритетным
направлением совершенствования очистных работ может ст тть
рациональное планирование движения очистных забоев онюси-
телыто систем трещиноватости.
Устойчивость пород кровли, ослабленных вторичной (опе-
ряющей) трещиноватостью, зависит от скорости движения очист-
ного забоя в юне влияния нарушения. Снижение скорости ю-
двигания, вызываемое чисто технологической сложностью >а-
боты оборудования в условиях изменения параметров залегания
пласта, ведет к увеличению времени нахождения к.шкриною
участка кровли в призабойном пространстве п, как следствие,
213
л снижению его устойчивости. Например, применительно к усло-
111 iM шамы «Распадская» НО «Южкузбассуголь» можно пс-
пользона гь формул}’
Л' = 0,22/щ, +
уде А—интенсивное!ь вывалообразовапия па I м длины лапы;
. , -скорость подвигания очистного забоя, м/cyi.
Можно видеть, что пнтенснвнос1ь вывалообразов пшя при
скоростях подвигания очистного забоя менее 1,3 - 1,2 м/суг рез-
ко во .растает (в данных условиях).
Ни учаечках сочетания мелкоамнлитх щой нарушенное™ и
неустойчивой непосредственной кровли е интенсивной (вторич-
ной) женлуатацпонной трещиноватостью развивается шачи-
ге ibiioe неуправляемое обрушение пород.
В зтом случае следует устанавливать опереж ноту ю крепь.
В качестве опережающего крепления может использоваться ме-
ханическое анкерование и химическое упрочнение.
Спецификой опережающей крепи является ее периодическое
применение на участках возникновения эксплуатационной тре-
щиноватости, приуроченной к шагу обрушения основной кровли.
Особым случаем нарушений работы очистных забоев в обла-
ет ". влияния систем тектонических нарушений является форми-
рование неустойчивы', участков массива между сместителями.
На рис 1.93 представлена схема отрабо1кн участка пласта
, ы емя параллельными системами нарушений. 11а вертикал!.ном
р,. лете .1 —.4 участок горного массива, ограниченный системами
нарушений /, границам!! зоны влияния нарушения 2, плоскостью
к (такта основной н непосредственной кровли .7 п уюльными
п '’тамн -7, представляет собой неустойчивый блок трудноуп-
равляемой кровли. Таких блоков может быть несколько, а в зо-
нах. близких к нарушению, неустойчивые блоки дробятся систе-
мой вторичной (опережающей) трещиноватости. На рис. 1.93
ука ачы блоки 5—в—8—7, 9—10-12 11,8 7 111 -15, 9—10-
// -14.
Предельный пролет кровли, сложенной блоками, ограничи-
вается отрезками (гранью) контакта с пластом и определяется
уг ом г.сгречи нарушения п пласта
Исследованиями ВНИМИ установлена зависимость вели-
чины предельного усюйчпвого пролеia в лежачем крыле нару-
шен ir1’
/, _ '--- [ к COS (Г - а)] .
sin (р —а) I 2 sin р ens у
где предельный устойчивый пролет кровли в зоне влияния
pa рывного нарушения, м; а угол падения пласта (напласто-
вания) градус; р — угол падения плоскости сместителя к гори-
опталп, градус; а полная нормальная мощность зоны нару-
шении'' пород хг поверхности сместителя, м; т,..— мощность
нспосрстсгвенной кновли, м; у — угол между линией простира-
214
ния пласта п линией простирания нарушения, градус; =
= arctg(tgpcosy).
Для висячего крыла нарушения предельный устойчивый поо-
лет кровли
__ и sin (У
в 2 cos у sin р sin (р' — а)
Контрольные вопросы
1. Какова природа вторичной («оперяющей») трещпноваюст пах
влияния TeKioiiiHiccKiix iiapyiwiiinP
2. На какие и-хаологпческие параметры очистной выемки п к ы-
вает влияние наличие тектонических нарушении по пласту?
3. Каковы основные критерии переходимое in 1ек|опическп\ иаруив 1-
4. Как распределяю ,ся напряжения в окрестности 1 оологических су-
шений-1
5. 11а чем основываются применяемые методы про! позирования пар. • --
рои тектонических нарушении?
6. Какие технологические решения следует применить с щ-лью сн
зольности при переходе р i •рывного нарушения ?
7. При каких типах нарушеиностп залегания n.iacia рационально
пение активных п пассивных способов повышения устойчивости бок
род и при отбойном пространстве?
8. Как в ши молебствует опережающая крепь с тек гоиически и.с i
нымн пор> тамп кровли?
10. СПОСОБЫ ХИМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ
ГОРНЫХ ПОРОД
Совершенствование способов и средств механизации пронесло
проведения горных работ, очистной выемки полезного ист оз •
мою и управления состоянием горною массива нредусм , и-
васт необходимость разработки способов и средств обеспечения
эффективного управления слабыми, неустойчивыми породными
массивами.
Во время работы очистных забоев, в процессе перемещения
забоев подготовительных выработок, в зонах взаимодействия
близкорасположенных участков горных работ формируются об-
ласти повышенной трещпповатостн пород н угольною пласа.
Такие области нарушенных, самопроизвольно обрушаюшихся
пород могут иметь также естественное происхождение. Переме-
щающийся в углеиородном массиве забой горной выработки
встречает на споем пути области различных по устойчивое и о-
род. Практически нет устойчивости в сыпучих, пластичных по-
родах, обводненных и . юпах влияния нарушений.
Многообразно форм и проявлений пониженной уетойчивз ти
массива в окрестности выработок, сложность, а зачастую 1 ю-
сто невозможность заблаговременного прогноза места ,,егр> ш
забоя с зоной ослабленных пород вызвали необходимость со .га-
ния способов упрочнения массива, различающихся по тсхь то-
гии и средствам осуществления.
Все способы упрочнения ослабленных участков массива мо-
жно разделить следующим образом.
I. По скорости реагирования па изменение горнотехнологи-
ческой обстановки -на оперативные п профилактические.
Оперативные или краткосрочные способы борьбы с вредным
влиянием низкой устойчивости вмещающн' пород направлены,
глазным образом, на поддержание технологического процесса в
горной выработке в тех случаях, когда изменение горнотехниче-
ской обстановки носит локальный характер, т. е. охватывает
часть выработки и ш ио является систематическим Оперативные
способы могут иметь сравнительно высокую удельную стои-
мость. чю компенсируется п.х разовым применением Иначе опе-
ративные способы можно назвать локальными, так как размеры
участков, на которых они осуществляются, ограничены.
Профилактические или долговременные способы повышения
устойчивости выработок направлены на поддержание техноло-
гического процесса в горной выработке при систематическом из-
менении горнотехнической обстановки, охватывающем значи-
тельные участки массива вмещающих пород. Необходимость
выполнения профилактических долговременных мероприятий
во .пикает в тех случаях, когда подземная выработка в течение
д. 'гю 1 иного времени перемещается и оиа.х низкой свящюстн и
устойчивости пород, когда эти юны охватывают значительные
ибл.те.'.; горного массив*. Ташг способы можно также i jib
рс щшальнымп.
1. По отношен; ю к причинам вошвквовгпия областей пони-
женной устойчивости (повышенной трещиноватое; и) на актив-
ны и пассивные
Активные способы направлены па устранение причин воз-
никновения участков пониженной устойчивости массива—в зо-
на' техногенною перераспределении ноля напряжений и дефор-
маций в окрестности сооружаемых горных выработок: повышен-
ной горного давления, в краевых частя гюльны пластов, па
участках больших обнажений пород и <. д.
Пассивные способы направлены, как правило, на борьбу с по-
с идеи аями во 1шк1.лвення зон техвогенпол перераспределения
। напряжений и ,ц формации в окрестило ч сооружаемых гор-
ны выработок г-згышсииымп деформациями кон ура вырабо-
ток и ;. п.
. По условп; работы крепи горных выработок п зоны уп-
рочненных пород создаваемой окрестности выработки сов
местный и | аллельный режимы работ
' о. ч-стиый режим паботы креп;' горнов выработки н созда-
ваемо’ ,<п1ы \пр чненпых пород предусматривает физическое
(сп нн- -) или механическое взаимодействие двух ->тих видов
< . .ни ; Совместный режим, очевидно, наиболее соотвстст-
vvi г ч бованпя'ч аффективного управления массивом с приме-
нением крени.
216
Раздельный режим работы крени п создаваемой юны ’
ценных пород допускайся, как правило, только при пеобхо 'чмо
сги принятия срочных оперативных мер, локальных по r-б.с" ‘V
1! краткосрочных по продолжительности осуществления.
-I. По принципам взаимодействия пород и упрочпяющи
творов -и.) инъекционное упрочнение н покрытие полнмерш •
пленка ми.
Объемы работ по химическому упрочнению иеус юйчивы
по 1 на ч:ахта\’ СССР высоки: более 400 очистных .абое,
ТП1О1 условиях неустойчивых боковых пород.
В асюяцес время и..но ii.uiei раснрот гр чк-п
способы \ крепления пород в очнегпы 'боях опережающим
мпческнм ’нкерованпем, пагнегаш1см сип готических смол
большим давлением и комбинированные способы Пинбол ш
по греб п’апп-м очистных работ отвечаю! сосгп’ты > гремеш. t
отвердения lie более 10 мин.
Способ химического анкерования представляет собой опт ре
лающее армирование пород крогчп анкерными стержнями. н>-
тооые \ кренляются в шнура -, (скважинах) м.мшц-скпмч /г.
щнмп состава тип
II "нетанио •'хгол под давлением осущес i "лятся в виде inn
екпе । с* ' 1 с отверди гелями в породы.
10.1. ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ
ПОРОД
Все вяжущие сосланы для укрепления нарушенных горны
род делятся па три группы:
водные суспензии тонких частиц;
самоотвсрждающиеся i ели;
синтетические смолы, отвердение которых происходит о>
влиянием специальных отвердителей или катали.-торов.
Водные суспензии гонких частиц— иапбол • простые вегне
ства, включающие водные растворы цемента, глины, смеси 'ли-
пы с цементом и бентонитом или с ускоряющими добавками. Со-
ставы, обра туемые при затвердевании лих веществ, отличаются
высокой механической прочностью, стойкостью к •нмическпм и
другим воздействиям. Основные недостатки водных суспсн ши
топких частиц быстрое оседание частиц вещества (ссдпмен
тат я) । в свя и с чтим значите,пьняя неоднородность конейн<г
состава. Кроме того, и-высока способность полных сусчсиriii
проник ггь по мелким трещинам и порам в 1 чх61 массива
С.амоотверждающпеся ie.ni — силикатные клен. Они шири
применяются при укреплении слабых грунтов и песков н тампо-
нировании обводненных- пород. Главным нх недостатком яг шот
ся большой срок отвердевания.
Синтетически*' смолы с отвердителями имею, р^д существен
ных достоинств, обеспечивающих широкое их распространение
Это возможност:, регулирования всех компонентов состава для
217
vправления длительностью процесса отверждения, высокая про-
никающая способность, регулируемая способность к связыванию
пород и возможность получения веществ с заранее заданными
и ( нюстнымн показателями. Основным недостатком спнтстнчс
ски\ смол, как правило является их токсичность н агрессив-
ность В трещиноватый массив скрепляющие составы подаются
т виде ампул или непосредственным нагнетанием через шпуры.
И>,2 УКРЕПЛЕНИЕ ТРЕЩИНОВАТЫХ КРОВЕЛЬ
ПО.П1УР1 ГАНОВЫМИ СОСТАВАМИ
Ц.., нагнетания в трещиноватые породы в зависимости от ши-
рины раскрытия трещин применяется нормальный или ускорен-
ный полиуретановый состав. 11ормальпып полиуретановый состав
используется для нагнетания в массивы с тонкой трещино-
ватостью. Ускоренный состав применяется для укрепления мае
енвов с широко раскрытыми трещинами. Нормальный полиуре-
тановый состав переходит нз жидкого состояния в гелеобразное
через 20- 30 мин после введения в породы, а начинает отверде-
вать через 90 150 мни. Ускоренный полиуретановый состав пе-
Рис. 1.91. Схема расположения шпуров и нагнетательного оборудования в
очистном забое и подготовительной выработке при укреплении кровли путем
нагнетания полиуретановых составов:
/ — насосная установка; 2 -напорные трубопро оды; 5 —нагнета гельнпе шпуры (скважины);
4 — смеси гель; 5 - герметизатор
218
реходиг в гелеобразное состояние через 1,5—2 мин, а огне.'Де-
вает черен 15- 20 мин.
Технология нагнетания полиуретановых составов заключает-
ся в следующем (рис. 1.94).
В трещиноватых породах, предназначенных для укрепления,
пробуриваются нагнетательные шпуры (скважины) Бурение мо-
жет осуществляться нз нрнйабонного пространства в лавах ли
в боках выработок. Нагнетательная (насосная) установка по-
дает иод давлением но двум трубопроводам раздельно компо-
ненты полиуретанового состава. Перед устьем шпура (сква-
жины) подающие трубопроводы соединяются в смесители, тле
происходит перемешивание компонентов состава, которыт"! далее
подается но трубопроводу в нагнетательный шпур (скважину).
После заполнения шпур (скважина) герметн тируется епеииа. ь-
ным гатвором. Оборудование должно быть итготовлено из стой-
кого к агрессивным средам металла —стали IXI8H9T.
Расход полиурегановото состава при нагревании в тютюны
с большим числом трещин и пустот достигает 200 300 на
одни шпур.
Нагнетание в каждый очередной шпур (скважину) следует
осуществлять в направлении, противоположном движению во :-
душной струи.
10.3. ПАРАМЕТРЫ НАГНЕТАНИЯ УПРОЧНЯЮЩИХ СОСТАВОВ
Технология нагнетания упрочняющих и скрепляющих сост, тор
описывается рядом параметров: длиной п утлом наклона ш: .
ров к напластованию, расстоянием между шпурами в ряду, тлу
бттнон гермегтт тащит пат питательного шпура, давлением нагнета-
ния, расходом скрепляющего состава. Расчетная схема к опре-
делению ориентировочных параметров нагнетания приведена на
рис. I. 95.
Длина шпура (м)
/и, = nlc — R' + D.5,
где п — число суток, па которые подготавливается укрепляемый
участок для подвигания очистного табоя; К - подвигание очист-
Рпс. f.95. Расчетная схема для определения параметров нагнетания скреп-
ляющих составов:
ip — глубина герметизации шпур . R" рчн.пус пршшкч'1 *1*44 >'|;|><*1!Л'.1К»|ц« 1 о с*ч*гл».1 по дли-
не шпура; /J — расстояние между nnivpuMii /?—
219
ного забоя в сутки, м; R'— радиус проникновения скрепляю-
щего состава впереди шпура, м.
Высота заложения устья шпура h определяется ориентиро-
вочно как половина мощности укрепляемого слоя пород /7. Так-
же R ~ 11/2. Потери состава при 1Г — И/2 = R"
I - с,- удельный расход скрепляющего состава, л/м3.
10.1. КМ’БЛМИДНЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ УПРОЧНЯЮЩИЕ СМОЛЫ
Скрепляющие составы па основе карбамидных смол разрабо-
таны для целей опережающего укрепления углепородиых масси-
вов бел присутствия влаги, ослабленных мелкой трещинова-
тостью. Рекомендуемая область применения:
для предотвращения обрушения угля от поверхности забоя
при отработке мощных угольных пластов;
для упрочнения межсловной пачки при отработке пластов
слоями;
для укрепления потолочин и углеспускных печен при отра-
ботке крутых угольных пластов;
для укрепления охранных целиков;
Рис I. 96. Схемы нагнетания скре-
пляющих составов
Рис. I. 97. Схема укрепления угле-
породиого массива путем нагнета-
ния пластифицированного карба-
мидного состава
220
для укрепления неустойчивой кровли в очистных забоях и на
coup жениях с подготовительными выработками;
в зонах влияния геологических нарушений.
Промышленностью карбамидные смолы выпускаются в виде
водного раствора. Для упрочнения угля и горных пород приме-
няйте ; карбамидные смолы марок 1\Ф Ж, КФ-MT, КС-11.
Отвердителем карбамидной смолы является водный раствор
щевеш-вой кислоты или хлорного железа
Карбамидная смола как скрепляющий состав может нагие
татьс'ч в массив по одно и двухкомпонентпой схеме. При одно
компонентной схеме карбамидная смола, отвердитель, модифи-
катор (полпизоциапат) смешиваются в одной емкости п по ма
гнетрали подаются в массив (рис. 1.96, а).
При двухкомпонентпой схеме смола с модификатором и от-
вердителем подаются раздельно п смешиваются непосредственно
у устьа шпура перед нагнетанием (рис. 1.96,6), после чего про-
изводится нагнетание в шпуры (рис. 1.97).
В результате выполнения работ объем обрушений угля сни-
жаете -• на 70 80 %.
10.5. ПРИМЕНЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ СМОЛ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ
УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОД В ВЫРАБОТКАХ
Одной из основных причин пучения пород почвы в выработках
являет воздействие по; темных вод.
Положительный эффект достигается при использовании кар-
бамидных смол в качестве ирогивофпльтрацпошюго средства.
Д.. борьбы с пучением впереди движущегося очистного за-
боя е. вне зоны влиянн;! опорного давления, в почве подгото-
Biii! "ы:ой выработки бурят ряды шпуров. Длина шнуров 1,2
1,5 " расстояние между шпурами 2 3 м В почву выработки
чепе шпуры нагнетают растворы карбамидных смол
(рш 1.98,а). Раствор проникает между отдельными структур
Рис. I.18. Пример нагнетания синтетических смол п почпу выработки для
борьбы с пучением:
д—сучп [, кта ’нч {/ - гиг.дтгчьиый шпур; 2— зонд проникновения смол); б— резулъ
Т1Г4 < ir.i »1.|ч в rpibiiH кой форлн* (/ —конвергенция нырдбогкл бел обработки почвы;
2 —к 1 ч’.ьт 1 >пjp.iooiMi после обработки почвы)
221
ними элементами пород и укрепляет их, предохраняя от воздей-
ствия воды.
Такая схема обработки почвы подготовительной выработки
нс изменяет характера деформирования пород, окружающих вы-
работку, вне зоны развития интенсивного пучения, ио сушествск
нейшим образом уменьшает пучение вблизи очистного забоя на
расстоянии / (рис. 1.98,6). В результате величины деформа-
ции //„ в выработке уменьшаются в 1,8—2,3 раза, в том числе
величина пучения снижается в 3— 4 раза.
1(1.6. ВЛИЯНИЕ НАЛИЧИЯ ВОДЫ НА КАЧЕСТВО УПРОЧНЕНИЯ
Применение химического укрепления пород, главным of[>а:-ом
направлено па обеспечение связности сплыюнарушенных, напри-
мер, трещинами, горных иород на обнажениях В случаях, кот да
к химическому укреплению предъявляется требование обеспе
ченпя прочности обработанных пород, следует контролировать
возможность разбавления смолы водой: по мерт увеличения со-
держания воды в конечном растворе прочность обработанных
пород снижается (рис. I 99).
10.7 ЦЕМЕНТАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Сущность способа упрочнения горных пород цементацией со-
стоит в искусственном шполпеппи пустот и трещин цементирую
щим упрочняющим раствором. Область применения цементации,
гидроизоляция выработок в водоносных породах (предвари
тельная цементация);
укрепление неустойчивых пород вокруг горных выработок;
заполнение пустот и полостей в закрепленном пространстве;
борьба с выделением газов в выработки.
Наилучшего эффекта цементация достигает в породах проч-
ных, скального типа. Пески с размером зерна менее 0,8 мм це
мептацни не поддаются.
Для упрочнения сильнотрещиноватых пород с малым гы; кры
тпем трещин применяется глиноземистый цемент. При цемента
0 /7 /-2 1-3 1-Ц 1-5А
Рис. 1.99. Зависимость предела прочности об-
работанных пород от количества воды в раст-
воре смолы
222
uni пород с наличием напорных вод следует применять бысгро-
гнердеютцпе цементные растворы с химическими ускорителями
отвердевания, повышающими пластичность цементов, стойкость
к aipe спвиым водам и г. д. Для гр.пниортнровтппя цемент
пых ьюворов па большие расстояния по трубопроводам пс-
польтхю' я пластификаторы.
Cf.ohii затвердевания цементных растворов ускоряет хлоро
'тьш кальции СаС1, сода NaOH, хлористые соединения железа,
алюминия пли бария Например, добавление СаС1 в раствор ус-
корят время его затвердевания в 2—2,5 раза.
Цементация считается законченной после прекращения по-
глощения воды скважиной.
Параметры цементации определяются из условия непрелы
шейп I критических величии деформации контура выработки за
время от момента оформления выработки до затвердевания уп-
рочняющего состава
Толщину зоны упрочнения массива вокруг выработки (м)
С = >. — гк, где г„ — радиус зоны пеупругпх деформаций вокруг
выработки; г„— радиус выработки, в зависимости от ширины
выработки / и литотипа пород ориентировочно можно опреде
пить по трафику, изображенному па рис I. 100, а в зависимости
от г убины работ Н, плотности пород у и предела прочности по-
род на сжатие о<ж—по номограмме, представленной па
рис. [. 101.
Ожидаемый расход цементационного раствора (Ц цемент,
В вода) на I м длины выработки определяется по табл. I 28
и 1 29
Предварительная цементация выполняется до проведения
выработки, последующая — во время проведения и после
него
Рис. I. 100. Зависимость С = f (I):
/—для песчаника; 2 — для алевролита, ар-
тиллита; для угля
Рис. /.101. Зависимость С — f (у, //,
Псж)*
/ — при ширине «наработки /=6 м; 2 —при
1=5,2 м; 3 —при /=4.6м 4 при 1—4 м;
5 — при 1—3,4 м
223
Таблица J. 28
Расход компонентов цементационного раствора
при предварительной цементации
Tun пор! 1 |ЛО1ЦЯДЬ гечгн |Я р;1- V” ГК п вчерне, ы Ширин.1 ВЫ рв- бо тки г.чсрис, м* Расход р.к-гнора с соопштеппеч Ц ; В. м ♦ ЧНЦлЬ !МГ М' ‘Л
! : 0,5 I : 1 1 : 2 I : 3 I : 5 *• «ла,
Песчаник Алевролит, аргиллит Уголь К) 13.2 16,9 20.5 И) 13,2 16,9 20.5 10 13,2 16,9 20 5 3,7 1,55 5,45 6,15 3,7 4,55 5,45 6,15 3.7 4,55 5.4, > 6,15 0,04 0,05 0,07 0,1 0,04 0,06 0,08 0,12 0,05 0,07 0 09 0,13 о,об 0.08 0.11 0,15 0.06 0.09 0.12 0.17 0,07 0,10 0,13 0.19 0.1 0,13 0.18 0,25 0,11 0,16 0.21 0,3 0.1 1 0,16 0,22 0,32 0,13 0.19 0.26 0,36 0.15 0.22 0 29 0,42 0.16 0,23 0,32 0,45 0.18 0.26 0,35 0,48 0.21 0,2:1 0,4 0.57 0.22 0.31 0.43 0,61 1.51 •1.71 0 97 1.31 0 57 0.82 1.1 1. 8 0.61 о 0 1 19 1.7 1,17 0 3 O.4I 57 ” 19 135 1.46 '.‘<7 126 1.38 <51 (1,7'3
Г а б л а !' a J. _
Расход компонентов цементационного раствора
при последующей цементации
I 1л<НЦ 1ДЬ LLilipHlI.i Расход рлстнора < сот (.«шепнем Ц : В. м < Си» пн
Тли Пород и 1.1 р.1 в. л ра- нг 1 ГК и
вчерне. м-‘ вчерне, гл 1 : 0.5 1 : 1 1 : 2 1 : 3 1 : 5 pji »-Ч ... м пе- М •. 1 ♦ .1. IA
Песчаник 10 3.7 0,02 0,03 0,04 0.06 0,08 0.23 0.11
13,2 4,55 0,03 0,04 0,07 0,09 0,13 0,36 0.16
16,9 5,45 0,04 0,06 0.09 0,13 0,18 0,5 0 22
20,5 6,15 0,06 0,09 0,15 0,20 0,28 0,76 0.33
Ллевролн г. 10 3.7 (1,02 0,03 0,06 0,08 0,11 0.3 0.12
аргиллит 13,2 4,55 0,04 0,05 0,09 0,12 0,17 0,47 0.2
16,9 5.45 0,05 0,07 0,12 0,17 0,23 0,64 0,27
20,5 6,15 0,08 0.1 1 0,19 0,27 0,36 1,01 0,43
Уголь 10 3,7 0,02 0,04 0,06 0,09 0,12 0,33 0,14
13,2 4,55 0,04 0,06 0,09 0,13 0,18 0.5 0.22
16,9 5,45 0,05 0,08 0,13 0,19 0,26 0.71 0,3
20.5 6.15 0,08 0,12 0,21 0,3 0,4 1.11 0 47
224
10.8 . СИЛИКАТИЗАЦИЯ
При силикатизации в упрочняющий массив последовательно на-
гнетается жидкое стек ю, гидрогель кремниевой кислоты и рас.
шор хлористого кальция Такой способ силикатизации называет
ся двухрастворпым. При однорастворной силикатизации в массив
нагнетается жидкое- стекло с введенным в раствор отвердите
лем (фосфорная или серная кислота). В результате обра syi-тся
у проч и я тощи й кре м н ere. т ь.
В результате силикатизации породы приобретают повышен
ную прочность и водонепроницаемость.
В основном силикататация применяется при укреплении тер-
нистых сред и песков. При силикатизации крупных и средних
песков применяется двухрастворная технология, мелких — одно-
растворная.
< ил икат и тация применяется:
^ля укрепления слабых пород с целью повышения ' . несу-
щей способноегп;
для создания юн, изолирующих выработку от поступления
подземных вод;
для упрочнения слабых зернистых сред при проведении вы-
работок.
Щ.'Т. ЬИТУМИЗАЦИЯ
Растворы битумов получили большое распространение для гам
поппрованвя водонасыщенных пород на калийных рудниках На-
гнетание битумных растворов в породы обеспечивает гп ,роизо
ляцпто выработок. Кроме того, перспективным является приме
неппе битумов для таполиенпя пустот в закрепленном просгран-
стве с целью обеспечения бо.няней эффективности управления
Bjai'Mo.ieiicTBiicM крепи выработки и \ i леиоро тпот о массива.
Гехнолонтя нагнетания битумных составов в горные породы
аналогична технологии упрочнения массива отиокомпош ятпыми
полимерными вяжущими веществами.
1(1.10. УНГИДРИТОВЫ! ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
Упрочняющие составы на основе ангидрита Iгипса) применяют-
ся для повышения устойчивости капитальных и подготовитель-
ных выработок, а также для таполненпя пучот в кровле очист-
ных забоев. Основой раствора является молотый прпро тный
<пгидриг обогащенный тобавками— известью обожженной то-
ломитом, сульфатпыми катализаторами. От типа и количества
добавок в значительной степени зависят физико-механические
свойства конечного вещества, а также время затвердевания со-
става. Существенным достоинством ангидритовых растворов яв-
ляется постоянство объема в течение всего периода от внеде
ния его в породы до затвердевания, возможность длительного
15 Н. М. Проскуряков
225
, пни бе- примет пня снсцпа.;ьпы средою, u высокая cron
Ml* И. ИСХОДНО! U НрОДХКГа, lipocTOia 10X110. 11)1 Illi I! 31 X) IОВЛСНИЯ
p.icii .pa. Технология упрочнения подобии технологии нагнета
ни ’ массиве немейiанионных растворов.
Hi ll X ПРОМИГНИ! 11ЛГ111 МАНИЕМ М ХГНТ ЗИ ХЛ1.НЫХ
(ос г\вов
M; I (к шальное ияж) шеи вещество — неорганическое и cueroui
и .с,да магния ЛАцО п водного раствора хлористого магии,-
МцС.. При смешивании лих веществ происходит oiверждепие
смеси. физикохимические характеристики в время схватывания
которой швпеят от разного рода добавок, привносимых в со
ci.ii;. щелочные осп тошны, латекс, полпвинилацсгатная дне
не;ч чя.
Широкое- применение- на практике iimcioi магнезиальные- ра;
споры ПЛАК-75 п ПЛАК-83. Весовое- соотношение компонентов в
этих растворах (%) п некоторые их механические характери
стики приведены ниже.
Характеристика магнезиальных упрочняющих растворов
P.iciuup . ... . . . НМ К 75 IIMK S3
Водиын раствор (п.клкость 1,25 1.3 г/см ) 35 10 Н
Порошок магиезпговый каустический IIХУК 18 51) 18
Глина бентонитовая . . ... 12—15 8
Латекс i"„ от общей массы ПМ1х) . / роки схвагыиакпа, мни: 1(1 15 10 — 15
начало . . . 63 50
KOril II . . . . . 180 150
Прочность па сжатие (через сутки). МПа . . . 30 10 50 60
Адгезионная прочность к порохе па e.iBin. МПа 1.5 5.5 5 7
Для нагнетания магнезиальных составов используется типо-
вое оборудование буровые- машины п механизмы для бурения
нагнетательных скважин и шпуров, бетоносмесители или рас-
творомешалки, высокоиапорпыс насосы, гибкие- герметизаторы
nai не ।а тельных скважин (шнуров), i рубопроводы. Схема ра ли-
шения оборудования в лаве аналогична применяемой при немец
тацан.
Гехпо.то1 пя упрочнения неустойчивых пород магии шальными
составами предусматривает бурение шпуров (скважин) длиной
не менее 2,5 4 м. Процесс нагнетания раствора контролируется
но манометру па нагнетательном трубопроводе. Прон сводегвен-
ные процессы в или- нагнетания магнешальных составов можно
вести спустя 3—4 ч после нагнетания. Нагнетание производи1СЯ
бригадой (щеном) из пяти человек: два обслуживают оборудо-
вание, два бурят скважину, один обслуживает герметизаторы.
Раствор гоювится непосредственно перед нагнетанием.
N крепление нарушенных горных пород ма> познал иными со-
ставами применяется при опережающем упрочнении неустойчи-
вых пород:
226
при проведении п поддержании капитальных п подготонп-
тельпых выработок;
на сопряжениях лап с под! оювн юльиымн вырабшкамь;
при крепления камерных выработок;
при ведении очистных работ в <<ш.тх reo.ioi ическпх папуше
niiii;
для предотвращения отжима при отработке мощных у.о.чь
пых пластов;
для укрепления uoio.iunnii при отработке мощных крутых
уго.п.пых пластов.
Преимущества магпе шальных вяжущих составов:
высокие прочностные п адгезионные свойсыш;
высокая проникающая способноеIь;
отсутствие усадки при штвердсваппн;
невысокая стоимость компонентов и их индефинитное! ь;
о1сугствпе токсичных веществ в составе;
возможность применения в сухих и обводненных породах.
10.12. ЭЛТ КТРОХИМИЧПСКО! УК Р1 ПЛ1 HHL
В 1809 г. в Московском университете проводились опыты по
научению влияния постоянного электротока на состояние i.aiHH
сты.х водонаеыщеипы.х пород. Установлено, что глинистые по-
роды в результате обезвоживались, уплотнялись п упрочнялись
в результате одновременного проявления электроосмоса (На-
правленное движение молекул воды от анода к каюду) и э.тек
трофореза (направленное движение глинистых частиц) твердого
вещества (от катода к аноду).
Процесс электрохимического укрепления состоит из трех ос
ионных стадии.
I. Электроосмос, сопровождающийся осушением по’ол,
уменьшением ю.тщины пленок воды на минера.пятых час нитах
п повышением сил сцепления между ними частицами. Электро-
форе .
2. Электролит разложение молекул воды.
3. Вторичные химические реакции, сопровождающиеся кри-
сталла тацпен святей между минеральными частицами. В ре туль-
таге формируется новая структура пород, повышается их иноч-
noeib, связность и устойчивость в обнажениях.
Наибольший эффект электрохимического укрепления дости-
гается в глинистых породах с низкими коэффициентами филь-
трации.
Для проведения электрохимического укрепления неволь ует-
ся серийно выпускаемое оборудование - иглофпльтровальные и
специальные электрические установки, насосы для обеспечения
циркуляции электролитических растворов, буровое оборудование
для бурения скважин под установку электродов.
Па рис. I. J02 представлен пример электрохимического укреп-
ления пород почвы в подготовительной выработке для снижения
15* 227
flh I 10- Электрохимические упрочнения пучащих пород в штрзке.
/ — гп ичл мй катод, 2 с <ч>.кис|«.й ищ. 3 «лекi [юпропо ха
инIслитности пучения В почву выработки забиваются стал,
ныс стержни -электроды. К электродам подается постоянный
ток с напряжением 150 В п силой тока 30 Л. Снижение влажно
стп пород на I % потребовало расхода электроэнергии примерно
9,8 кВт-ч/м3. Для повышения эффективности процесса и еппже
ния расхода электроэнергии в породы вводится химический рас-
твор, вытесняющий воду (типа синтетических смол).
Электрохимический способ укрепления пород имеет ограни
ченнос распространение из-за большою расхода электроэнергии
и сложностей его реализации; может применяться для укрепле
нпя бортов карьеров, борьбы с пучением пород в подземных гор-
ных выработках, укрепления стенок скважин
Необратимое закрепление слабых глинистых порот обеспечи-
вается при наличии в них частиц размером менее 0,01 мм в ко-
личестве более 50 %.
Важным параметром электрохимического укрепления являет
ся плотность тока.
10.Н СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ
Термическое укрепление — направленное изменение фнзнко-ме
ханическпх свойств пород (упрочнение, укрепление, уплотнение)
воздействием раскаленных i а зообра зных продуктов горения, по-
ступающих через скважины в пористые (нарушенные) горные
породы за счет конвекции.
Температура газов, используемы в термическом упрочнении,
достигает 700 1000°C, по не должна превышать температуру
плавления пород, так как в лом случае снижается их фильтра-
ционная способность
228
Pu I 1 < (.ПОС1ЙЫ термического упрочнения слабых пород:
/ игр ним хп и» (ijiii о получи. 2 k'lMnpi-i'i1 •)» .? подглрсна гель но*.члхя. 4 нагрева-
цт, . . , ха 5 печь, f> i рх 6014м»под горячего воздуха; 7 ы г нор сьнджнпы: 8 скважи-
на, ,. । । ермичееми о укрепления; If) pmkwii. для жн ikuim шили на. 11 писец- для
t«r:« । «рнчеп» во > is ха н с! iy . /2 i opc.ik.i (<|»орг\пка). /-? t;i i нор г камерой сгоратцтя
Термический способ упрочнения целесообразно применять
дл>- укрепления слабых глинистых грунтов под фундаменты «ла-
ний ’ соор}женин, создания гаю и водонепроницаемоегп отко-
сов карьеров доро, и i и., борьбы с пучением в горных выра
богк; х, х крепления cicko.t скважин.
Технология термического укрепления пород можс! быть ра
лично । в зависимости от решаемой гадачп
I-й способ (рис. I 103, а). Через скважины в глубь массива
под давлением нагнетается горячий воздух (Г (>00 . 800 С),
который проникает в трещины и микропоры в массиве н п.змс
няет фтико механическое состояние пород, упрочняя их.
2-п способ (pin. 1.103,6) В затворе скважины усганшлп
вастся горелка (форсунка). Одновременно с сжиганием горю-
чего г, скважину подается под давлением воздух, обеспечиваю-
щий более высокое проникновение продуктов горения в породы
По лому способу нагнетаемые газообразные продукты могут
обогащаться химическими добавками
В процессе термического укрепления пород следует осущест-
влять непрерывный контроль темпера гуры в скважине, чтобы
преждевременное расп шилсиие пород в ближней от скважины
юне не ограппчп ю проппцаемость пород
10.11. ПОКРЫТИЕ ПОВЕРХНОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
ПЛЕНК AAU1
Пленочные покрытия применяются для нанесения их па поверх
ность горных выработок для предотвращения ра гругпепня их по-
родного контура, для предотвращения трещппообра зоваппя в
породах с коэффициентом крепости до / 8’9. Пленочные
229
покрытия могут II п отапливаться ИЗ полимерных ВСЩССТ ПЛИ
жидкого епкла. Пленочные покрытия прпмен потея как .
стоите.ii.iiwii вид крепи, подобны), пабры и беюпу, и.in г- кичсыс
дополнительной крепи к основной крепи выработки. В кач ,и;е
синтетического полимерного материала применяется карбамид-
ная смола типа МФ ]/ с отвердителем Состав пленочною о
крытая поверхности выработки па основе жидкого стекла еко-
меидуегся в еле сующих весовых пропорциях:
Жидкое стекло: кварцевый песок диабазовая мукаюальк
: вода —= 24,5 :35,5 : 35,5 : 2,25 : 2,25.
Покрытие hi жидкого стекла имеет ряд преимуществ посрав
нению с пабры и бетоном: мешание сроки ia гвер юваипя. ы <
кие адгс тонные свойства, высокие упругие и другие прочнист
пые свойства, сравнительно невысокая стоимость педифпнптных
компопен тов.
Для нанесения пленочных1 силикат пых покрьипй неволь ci
ся оборудование и технология, применяемые при из готов , нчн
пабры и беюппых покрытий. Толщина пленки силикатною по-
крытия составляет 2 -5 мм.
1(1.1.», УКРЕПЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИМИ АНКЕРАМИ
С 3AKPI ПЛЕНИЕМ СИНТЕТИЧЕСКИМИ СМОЛАМИ
Механические анкеры открепляются синтетическими вяжущим))
веществами ио всей длине шнура пли па некоторых его участ-
ках. Преимущества закрепления по всей тлнпе состоят в его вы-
сокой прочности превышающей прочность .закрепления расе, р-
пых анкеров, независимо от квалификации персонала и состава
пород; в обеспечении высокой скорости установки анкеров; в
эффективной скрепляющей работе анкеров, особенно в сильно-
। реши нова гых породах.
Установка металлических или юревяппых анкеров с химиче-
ским их закреплением в шпурах применяется, главным обрати,
для укрепления устойчивых пород в зонах геологических нару-
шений па пологих и наклонных пластах повышения усюичпв стн
сопряжений очистных забоев с поцоговнтельпымп выработками
укрепление нависающих частей угольного забоя при отработке
крутых пластов; предотвращение отжима угля при отработке
мощных п средней мощности пологих и наклонных угольных
пластов; предотвращения пучсппя почвы в подготовительных
вырабо । ках.
Существует много способов закрепления металлических ан-
керов в шпурах. В зависимости от птещ пвпостп нагрузок на
анкерный стержень могут применяться беззамковые анкеры с хи
мпчеекнм укреплением пли сочетающие тиковое распорное
закрепление с химическим. Доставка закрепляющих составов в
шпур может осуществляться различными способами:
нагнетанием твердеющего раствора в шпур с последующей
или с предварительной установкой анкеров;
230
||рсдварп1елЫ1ЫМ ра ;мсщсннем мши окомпопеп I пых распо
put шпуре в одно и.in двухкамерных ампулах, ра ipyniacMых
при г,.,»денпп анкера в шпур. Перемешивание компонента рае
осущес 1 пляс1ся вращением анкера в шпуре при помощи
бу; и поп машины.
in . аварн гельных! размещением ск и т ст пиеской смолы в амну
та шпуре, ра {решаемых при введении в шнур анкера, покры
loo сое।а ном отвердителя.
.акреилеппем спиiегпческпмн вяжущими веществами в шпу
ра металлических анкеров;
yciaiioBKoii j.’iac I пчпы \ баллонных анкеров (х нрочнающнйся
раег-ор шн псгается в шпур, перемещая но шнуру якорь анкера
арматурой н । сп кловолокпа; черет 5 К) мни iioc.iv окончания
нагш чання разрывное усилие анкера достигает (> (>,5 т). Глав-
но. преимущество такого способа огсхтствпе ограничений на
длину анкера;
но ышеппе качества сцепления устанавливаемою анкера с
силы.о птрушенными породами може! быть обеспечено увели-
чена. м радихса нроппкповппя раствора, для чего в шпурах пары
паи.с микро :аря гы ВВ.
Для укрепления поверхности угольною табоя и снижения
интенсивное!н отжима широко применяется установка деревян-
ны анкеров с такреплепнем их в шнурах химическими такре-
ннгелями. Для повышения коррозийной стойкости деревянных
анк. . и и улучшения нх мсхаппчегкп.х ха рак терт гик Maiepiia.'i
анкеров классифицируется. В ретульган прочность на растяже-
ние анкеров н . пласiн(|)1Ш11рованноГ| древесины приближается
к прочности стальных анкеров.
II;' шахтах Донбасса для закрепления стальных анкеров в
шпурах применяется пенополиуретан IIIIX -13п в ампулах
11а рис. I 101 приведена схема укрепления неустойчивых по-
род кров.in в очпечных ;абоя\ при выспи- полостей более или
менее I м. Длина металлических стержней составляй! 1,8 м при
высот полостей мены I м, до 2,5 м —для такрсплення свобод
ного конца анкера при высоте полости более I м. Для укреп.ie
пня стального стержня в шнуре в зависимоегп от его длины рас
хо'.\с(ся от (> то 8 ампул скрепляющего cociana.
Вследствие большой трудоемкости способа его применяют
как локальный способ оперативного устранения последствий
/По . /. h>l. Схемы установки сiаленоапмерных анкеров в местах вывалов при
выс.-о полостей менее I м (а) и более I м (б)
231
Шаг установки химических анкеров «„
Т а б л н п а !. 30
К. iacc порол Срг inre |Ц|ГС lUMHU*' между i р-щппами. м 1 силогическая x.jp.j,.-’। р..т пка иор<«.1 Ut,. ft
1 1,1 Глиннеiыг сланцы енлыкнретнппва i ui. 11ссчун(»-глн1111стыс славны, переслоенные углистым ма i триалом 0,5
11 0.3 Глинистые елейны c.ioiicii.i(\ neciaiiO стыг сжиты c ii|>uc.!<>»!каи нрччпиг.» Ma- rt риала <1.7
III 0.5 и oo.iee Глиинсшс и песчаные сланцы слабос.'шп сгыс. с <ер1хлла\ш гкильжепвя с вертикаль .;ои ipeiitnin-ва юс 11,10 0?)
вывалообразоваппя Укрепление кровли сталсполимсрным1. анке-
рами производится па участках лав по длине от 3 до 30 м или
па сопряжениях очистных >абосв с подготовп юльными выработ-
ками. Параметры анкерования ориентировочно можно опредс
лить по табл. I. 30.
Следует иметь в виду такую особенность закрепления анке-
ров в шпурах химическими составами, как неравномерность та
имодействпя смолы с породами по длине шпура. Адгезия меньше
у устья шпура вследствие меньшей величины давления, чем " ;а
бое шпура. В то же время трещиноватое 1Ь пород наиболее i-
вита именно у усп.я шпура. Этот недостаток присущ па: мсти-
тельному способу доставки смолы в шпур. На графике рис. 1. 103
приведена зависимость прочности шкреилеппя анкера в шпуре
Pi п давления Р2 состава от длины шнура.
Рис. 1.105. Зависимость прочности зак-
репления анкера Р, (/) н давление сос-
тава Р2 (2) <>т длины шпура 1
Рис. 1.106. Конструкции армирующих
стержней
232
Химические закрепляющие составы
Таблица I 31
Комгто 1НЦ11Ч Ком ЦП Н1411 1.1 Время цзча.’!.1 огцердева- 11II я при 20 °C 11 iroToiid 1 ель
Пенополиуре- тановая Компонет А (пшныфпр пая смеси), компонент Ь (кодниин. полив .-oiHiaitai, ToJivonen.iini иишанат) 15—20 мин Специальный цех управления <Jllax- тоспецполнмер крснь1», Донецк
Феиолфор- ( мола СФЖ 1032; смесь Не более ЦЭММ ПО «Про-
ма.’ьдсгидная беизолсульфокпслоты с ортофоефорвон кисло гоп в пропорции I 2,3 2,5 мин копьсвскуголь Прокопьевск
Ф\ pdiH'Kpr- полофлрмаль- дегиднл-л Смола ФФ !Ф (>() % иый вошый paciBop бен io.i сульфокислоты. песок 12 30 с ПО «Средал- уголь»
П[>1 подаче упрочняющего состава в шпур в ампулах невоз
MOzi.no контролировать уровень адгезии ио длине шпура.
Уклонные недостатки устраняются применением нагнета-
тельного способа доставки у нрочняющего состава в шпур с пере
мен'тзанпем компонентов непосредственно в устье шпура.
Хш.ерпые стержни могут иметь различную конфигурацию в
чаш* мости oi решаемой с их помощью задачи. На рис I 106
приведены схемы конструктивного исполнения анкерных стерж
пен.
о) и стали периодического сечения с гайкой;
.') и: стали с муфтой;
и стек.'юилас । пка;
с) и. витого стеклопластика;
o’) из дерева.
Металлические армирующие стержни выпускаются диамет
ром IS- 32 мм, деревянные -диаметром 36- 28 мм.
Химические закрепляющие составы представляют собой ком-
позиции на основе сипгегпческнх смол (табл. 1.31).
Число ампул со скрепляющим составом для закрепления од
гюго анкера
Л =70c/t 7„
где с -диаметр анкерного стержня, мм; длина 1акрепляс-
мой части анкерного стержня, м.
Качество укрепления кровли армополпмерноп крепью можем
быть оценено относительным пока тате.тем надежности армиро-
ван и I
Ч 0,131 (<тф/а„)3-3!,
где фактическое расстояние между анкерами в ряду, м;
«ф X I п/1 П.
233
1‘Ш . I 1(1/ . HoMOip-lMMlI R.I4
niipv имения p<ic 1 • ”1ня
МСЖ IV nilhcp.lUH H p , II pF
.ipVKJjK). lllVirpIKJM ij 14 if»M
t.l) И 1Ну\рЯД1КП1 I lip',4-
ijciiini:
где —Г» семманнын объем вывалов ii;i упрочненном ihcikc
кров.hi, m s Г„ । еммариын обьем nupo i \ iipo'iiirniioi > ciKa
кров.'ш, м3; «о среднее расстояние межд\ апкензмп :>''л\ по
iiiHV пород м; оиреде. 1яется гю гао.!. 1.30.
231
После выполнения анкерования upon шодп ц я сравнение фак
iit'icci.oii вел и ян ш.) пега точного вывалообрановация V'n при
фактической величине r/.i. ,Н1 с показателем опреде шемым рас-
четным путем. При // расстояние между анкерами пряду
i те дует уменьшить.
Рассгояшк между анкерами в ряду и при однорядном и двух-
ря mom анм рованнн можно oiipcicjinib но номограммам, прол-
ета пленным па рис. 1.107.
«Профилактическое мероприятие послт год шипя общей
ioiii.i у нрочиеппя по мт pi подвигания забоя в копире зоны не-
\i оШЧПВОС1 п установка деревянных анкеров < полиуретановым
:н. ыеНПСМ.
Основной способ» — \ нрочпенне пород кровли ме1аллпче-
скпмп анкерами с закреплением нолпу решном. Расхо i: 5 ам-
пул/шнур, с/. - 25 30‘; inai установки анкеров 0,55 м, тлпна
анкера 1.8 м
Па границах уч,пока обрушения \счапавлпваюгся нрофплак
ice । не анкеры. Концы П-апкерог. ciягпваюгся с копнами О ан-
кер')';.
Ры lyiiaioimie копны анкеров О ст ягпвакчття шпальным
б; 1 । i.iiiiioii 3 -3.5 м н толщиной 100 мм с помощью гаек п
ina.i'i В итоге обеспечивается laniiiaiini пород па 3 5 м в вы-
раб ганпом прос I ранстве. ()бр\теине пород происхо ди г после
III ;:е 1Ш1ЖКП КрсНП.
\п мшнекос анкерование рекомендуется применял, как про
фг 1кгнчгское cpeiciBO для у крепления сопряжений iioaioiobii
тельных выработок с очистными (рис. I 108). В качестве вено
могт 1Ы1О1 о (наряде с nai nci а тельным ) способа химическое
in., ропанне рскомен 1уегся применять для повышения усгой'ш-
во<н! гр( щпиова I ых пород впереди движущеюся абоя подгою
io I ной । ыработкн ipi;c I I01)).
Pin [ ID". I.xcm.1 yciain.UKii анкеров с химическим злкреп iciiii. m впереди
боя по и оiiniiii v.naini'i в jp,i6oп
235
Риг. I. 110. Схемы химическою .шкеровлшя
вы ралого к du границе с •wpiliv
и росгране гном
Рис. I. П1. Схема крепления сбойки, подгогопленной к переходу се 31 ilUM
забоем:
— !Лч'УШ-1Я КОНСТРУКЦИИ 'лргии 2 - JIlKCpIluli* Г ГсрЯхПП: 3— 1*1X1».
Эффективным является применение химического анкерова-
ния для охраны подготовительных выработок на границе с очнет
ным забоем, пройденных по пласту (рис I 110, а) или гочне
пласта (рис. 1. 110,6).
Рекомендуется химическое анкерование сбоек, подготетлен-
ных к переходу их очистными забоями — деревянными или стек
лоиластпковымп анкерами (рис I 111).
Химическое анкерование, как правило, является mi го поня-
тием, дополняющим другие способы управления состоянием
массива.
236
В расчетах прочности закрепления сталгполнмерных анкеров
iipiiiiiiM.ieicsi та условие iipoMHOCiii усилие п влечения in ш.лра
чистою стального стержня или с закрепленной на нем смолой
\ дельное сцепление -молы (например, марки ЭФ-5 51Ф)
с породой
А’ 1 ((>() -j- /) --\J j, .
где ! температура пород в массиве', С; Т- продолжит ель
поен, не рдения, мин
дель юс сиенленне см ли со стержнем анкера
/г' HI, 1(55
Сценлсппе смолы с породой
ри ЗОл/Д/,/ (1»0 + с) , Г
(7г -,/д 'V Г + I
[Де1 D диаметр шпура, см, d— шаметр анкерного сдожня,
см и„ - диаметр ампулы со смо юн, см; / глина ампулы со
смолой, см.
Сиюглеине смолы со стержнем анкера:
х 20<)л</(/„Л (55 + 2/) / 2Г
7 3(/>2-</•-) Д/ 2Г + 1
Наименьшие in величии Р" и Р'- являются несущей способ-
ностью сталеполимерного анкера
10.1'i. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ на массив
С ЦЕЛЬЮ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИИ
Изменение коллекторских свойств и фи шко мсхзппческпх ха-
рактеристик массива в необходимых пределах цель фв шко
химического воздействия па массив.
I [аплучшпе результаты в настоящее время дост игаются при
псио.Т! юванин упрочняющих синтетических смол.
Фптпко химическая обработка выбросоопасного угольного
пласта пппводш к снижению его хрупких и упругих свойств, из-
меняет форму разрушения снижается число осевых ipeiiuiii.
Уголь при обработке его полиуретановыми составами обладаем
меньшей склонностью к быстрому разрушению
Су шественное влияние фп шко химическое' воздействие ока-
зывает на газовые свойства выбросооиаспых массивов. 1 елп в
ре$ульт;ые обработки синтетическими растворами, прочность
угля во ;рас тает позначительно, норнеюсть уыя увеличивается
на 20" . то газопроницаемость угля х меныиас гея в 1800 раз.
Газопроницаемость является вал ным фактором, по которому
возможно one пивать гффекиявноегь борьбы с газолин»мяче
скими явлениями.
237
Pin. 1.112. Схема илг негоция сшиегичссьих <:м*м и* вырпГипкн и искрывас-
м*?н выбриссмшасиыи и част:
Л . гн и'* ibiivp: 1 j -pi j't н i« iui г • м<нц1В'СП. пллсы
I Id ioOhu увлажнению, нагнетание синтетических смол в крас
в\1< 1 асп. пласта в очистных табоях обеспечивает снижение кон
Иснтг цпй опорного давления под кромкой табоя в перенос мак
сим1, ма опорного давления в глубь обрабатываемого массива.
Ко ;oii>, как и при реализации трут их способов снятия боль
ко напряжении с кромки .абоя, усграняе.ся отжим угля от по
«. . аостп табои па обработанных участках.
Весьма >(]>(|)ектнвно нагнетание полимерии' веществ в вы
бро.ооттаспый пласт при его вскрытии Па рис. 1 112 приведена
< < . обработки гыбросоопаспо! о пласт;: пере т сто вскрытием,
об тпвяющая полное спяrile выбросоочаспос(и
Дл iipaKTHHiского нрпм.пенит фи итки-химпчсското to лей
си-, па хгольный массив pj ;p;:6.>i;iii норма тинный докучны
*Вр> ментик. руководство к методика вскрытия выбросоопасных
хте пых пластов, с применением составов, и меняющих фа . •
ВТК состояние в норовой структуре хт.тяу
Ф" атко хнми к скос во.(дейстпп( может быть одно и много
ст;: з'йпым. При многое талинном .>о .действии па первом ^гапе
обработки м ес.тва череi скважины, проб)ценные с поверхности
ост ин ст вляется гпдрорасч. ц пспне т'ллста для повыпп пия его
и'опингв’мос।(I На втором ттапс <. пласт накачивается полпмер-
ньн летав, например, мочев11иоформ:,л'.де1 идпая смола с отвер-
ди см. Miioiст > дпйпос во тде'и типе сиижае| пт товы.иление в
<>' (ном .обок па 1й 20 ’’ (’пп/кенис ттронпцаемостп моль-
ного массива происходит та счет уменьптеппя диаметра фплт.
т0".khitji. иоров.ых каналов, хвелтвенн: числа пинтовых пор. а
ini чмой ни оп проницаемоеги хпрочненпото коптломеоага.
М с 1 с бо.тыыи"| пропипаемоетыо иакапли! ici чтс| о ьча
Ч11ТС.1ЫТО бысрее, чем с ни ткой iipoiiiiii.aeMocrino
Ф<,’.ттчеекчй смысл г.от.действпч на выбросоопасиый массив
состоит в п тмсисчип процессов масеопсреиоса ;а с тет енпженття
ег I-г; П'ШаеМОСТ и.
?З.Ч
1(1.17. ВЛИЯНИЕ ОЬРАЬОТКИ (.АМООТВИ’ЖДМОЩИМИ( я
Г1ЛЯЛИ .VIjIM II А ДИНАМИКУ I ап в ЛАВАХ
Растор жидкого сюкла ши iieraeiCH в скважину диамст <>м
(>() мм, пробуренную по пласту \i.ih. Гермет и тацпя обеспечи
ся f>\ рением черс т порошу jo пробку. Расход геля при ii.iiiix.-t;!
пип состав, ше i около 20 ixr'/r обрабатываемого угла А к
.кипы бурят со штрека парад.те.тыю <аб<ио.
Радиус эффективно!о влиянии обработки массива <1еч oil
ре те.тяст ся ио форм уде
//) \/1шб, |/шУ/. 2л1Г (/)] .
(с/(/) радиус распространения геля за время /, м; i. гл\
бона ckb.Izi;м: hi выинм;'-мая мощность ii.iacia, м; е
-эффективная норнеюсть пласта, Н (/) обт.ем .вкачанною в
пласт li-ля, м‘.
Применяемая в качестве профилактического средства (.-‘'та
ботка пласта шля раствором жидкого стекла умсш.шаст но
обильность очнсиюго ;абоя, icm самым снижав! веройi pocti.
во шикионеиия процесса выброса шля и га .а.
Н1.1.Ч. ПРОГНОЗ .УСТОЙЧИВОСТИ УКРЕПЛЕННЫХ ПОРОД
Нагш тая в нарушенные породы горною массива спя илкпощне
составы, можно достигну и. создания моно пиною кош ломе та.
Со (даваемые таким обращу! искусственные (в оышшс oi ,n>ii
родных) конструкции обладают специфическими фпшчес: чми и
мехаипчсскп.мп свойствами. Поэтому особое шапсиие щ кобре
тает шаппе napaxierpoB состояния упрочненного участка мае
сива вблизи горной выработки.
При изучении процессов, происходящих в укрепленны, ,о
родах, используем положения механики грунтов. Как наш i ме
чаинка грунтов и ;учает поведение слабосвя(аных породных об
ра loBaiiiin. ( иекоюрым ппнближсппеУ! с табоусюйч11выс, < иль
нотрешниова I i.ie участки массива можно oaccM.i i piu.m I. к
подчиня1О1циеся (табл. 1.32) положениям щ чаинки гр-, нт-.н
Рассмотрим возможные сгрумурные молелп горших полот:
сплошная нарушенная, блочная и (срипетая. Си кинпая н- i -inc
шейная горная порота нс iixiee4 структурны1 лдечьиосый.
ToiiniBOCT!, в выработках бчочпых структур оппе те. еле тел > ме
годик'- А. \. Бти'неов-|
4.1/.-
« - -
гп- а коэффициент \сюйчпвосiп 'по саб.к 1.32): о,
меры блок ш в cootbcictbi'ii с "не. I. 113; !,ох|>(|шпп
равпомериос। и персдачи усилий, опре ic.iMciea как от п-чн-чше
коэффшшентов перс дачи усилии
•239
Определение высоты вывалообразования
Т а б л и п а I. 3 '2
i ’ I рунтурз кроили Мощноегь непосредственной кровли, м
I 2 J 4 5 6
Сплошная неп.чретненная
< — 0.01 11П.1 Свод (Жид 1,3 1.1 0,9 0,8
I 0.02 Ml la — — — — о.ь 0,4
< 0,3 MHa паи — — — — —
= 0,2 0.5 0.5 0,5 0.5 0,5 0.5
-. — 0.4 (вод 1 1 1 1 1
7 O.ii Свод 1.5 1,5 1,5 1.5 1.5
l) Л . »ep«- чуя Свод Свод Свод 2 2
При величине коэффициента устойчивости d менее 0,2 обиа
жсния кровли следует считать неустойчивыми.
Зернистые среды являются сыпучими и устойчивостью не об
ладаки. Необходимость укрепления неустойчивы.’. пород можно
определись на основе сравнения действующих в реальном мас-
сиве напряжений с условием перехода пород в предельное со-
стояние:
(и, - ох) ’ + ,
(аг+civ + 2cij> р)-’ МП
где о- действующие вертикальные напряжения, МПа; <~>.—
действующие горизонтальные напряжения, МПа; т - - лей
ствующпе касательные напряжения, Mila, р —угол внутреннего
греп.чя поро ты, । ра тус.
Величина сцен.тения пород определяется для пород в диапа-
тощ 0,01—0.05 МПа и характера тует сопротивление образца по
ро’.ы чистому сдвигу. Реальное действу тощее сцепление пород с
опре "елясчся, как правило, по справочникам.
Цля определения необходимости укрепления пород в тависп-
MOCTTi от типа структуры кровли можно носить топиться
таб.I 32.
/'и,. 1 //>. Типы структурных моделей горных пород:
•нм iicn;jp\ in h.i.’ i. (’/ «'» ючиаи. и п-рг; « . <и
21и
Pnc. f.lH. Расчетная
схема к определению
устойчивости упроч-
ненного породного
слоя
I, -р лспредслгнпая ня-
rpv *ьа L - пролет кровли
[Ери вычислении данных табл. 1.32 приняты следующие па-
раметры: р 20 ширина незакрепленного призабойного про-
странства / 0,5 м; поддерживаемая ширина призабойного про
СЕ а ЕС гни L = 5 м.
И; таблицы слфдует. чго при сцеплении С менее 0.02 МПа
в сплошных кровлях возможно начало вывалообразованпя. Ре
а.г.зые же величины сцепления ненарушенных горных порот
100— 150 pa i выше.
В породах, имеющих блочную и аринсгую структур), в
ра матрнваемых условиях обрушение должно iipuiic\-'.ui и.
ш да.
Важными являются задачи об усюйчпвосеи кровли в очист-
ном :.1бое. упрочненной полимерным вяжущим составом.
При нагпегапнп скрепляющею состава ее iieiiocpeaci::eiiHoii
кролле формируется плита, обладающая устойчивое еыо. В рас
че нс11оЛ1>зуется схема (рис. 1. Ill) слоя, закре челспши о о цшм
кое> .ом в массиве другим — па бутовой полосе.
Выполняется расчет эквивалентной балки полоски и; и
гиб Нагрузка на балку рассчитываемся но формуле
Р(х} - А.(л//,-
ГД-' Р, == y//f,//?; у ПЛОТНОСТЬ ЕЕОрОД; 11i МОЩНОСТЬ НСЕЕССреД
ст •' иной кровли; /, длина балки; 11 ширина балки.
Высот;! балки, образованной упрочнением
/т>//,(/Л'О.бу/Уо,,,,)’
где ет|1р— отр(о + С„) — приведенная прочиосп. породного бру
са; ст--0^,,/ет.,, ое ноентельпая прочность укрепленной кровли;
ст,, — предел прочности на сжатие' вяжущего вещества; ом—
предел прочности па сжатие монолитного массива; <тг,,— пре-
дел прочности па сжатие трещиноватого массива; Сл — I 2,5 —
коэффициент’ свойств вяжущего состава.
|6 1* М II роткурячон
211
К1.1Я. ОРГАНИЗАЦИЯ РАКОТЫ ПО XИМИЧI (.КОМУ УПРОЧН1 НИЮ
Нагнетание скрепляющих растворов осуществляется на отле п>
пых участках но длине очистного забоя, где породы ьроелн нс
ус1о|'|чпны. Эю вонючие! оеущес!вляы> рабош по упро'н синю
о (Повременно с выполнением основных производственных про
псссов. 11а рис. I. 115 приведен примерный график орган" .<пп
работы по упрочнении) порог Совмещение рабсы по укрс пню
Hiх< юпчпвоп кровли во(Можно при нетоксичное!и скреп ' i чего
состава. Кроме юго, в любом случае выемку угля н пещ иже
пне крепи c.ie iyei ирон тводип. па участках усюнчпвых п.
но длине лапы.
Кон!рольные вопросы
I (апис какого режима мпмолеГ1с1нпя i ренн и оковы
лшчгч в.< .11.10 проведения профплакпеиекоп обработка J
Как..вы обпше пришиты выбор,. пш.> пяжупкч > eoci ibj .. hi
.тения i opiu.1 \ nopo iJ
3 Каковы основные uiciu'i ii,|ii;i и iie.iix* *..-t I kii карбамит • ci. >.че-
ckii\ Mipo'iiiaioiiuix смо.i?
’ I! чем CoriolIT WVIIIIH I T leK I poMIMICr-ehol , CHOI .. \l-.p ' IOH
НЫХ II po i
15 чем pa i.'iiiHiie mi'\.iiih .mob упрочнения п,и неiанием гкоеи.и'/ици
craiiou и анкеров.вон .1 i чимическим :акр(Ч1.в line .:?
Ii K.-o. ocvillcelH. 1ЯОСЧ выбор еиоеоб.т и ем мы \ прочтч ня '• н ее ел .
ciii oi гппа ii.ipyiiieniiociii горного м.ценна?
2И>
4 <i с т ь в то р а я
УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА
ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ РАЗРАБОТКЕ
КАЛИИНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ
I. СПЕЦИФИКА РАЗРАБОТКИ КАЛИИНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИИ
I ( ОЬШМГ СВ1ДНН1Я
ОбсСНСЧеНИС тффсМНВНОСТН УСЛОВИЙ добычи КОЛИЙНЫХ р}Д НОД-
семным способом связано с решением ряда проблем, являющих-
ся и комплексе специфичными для таких месторождений. Пер-
вая и, >б,1ема связана с определением устойчивого но времени
состояния наиболее ответственных -тлеменгов соляного массива
(Пентон, потолочин камер и др.), породы которых обладают
вы'-аженной склонное 1 ыо к пластическому ючепию и и .mciii.-hiiio
некоо рых деформационно прочностных характеристик ь .аг. ic-и-
м. с гн о. скоростей деформирования ска.апных -лтементов. Вто
ра.1 проблема спя iaua с наличием г. выработках ра -.раб.ттыв-ie-
мы i тнйпы.х пластов газо гипампческнх явлений, опасных ш
жь на горняков о пару тающих юхнологню добычи руды. В гл те
яч явл ‘пня характера.люгся весьма большой интенсив-
но (болея 1(100 т/с), обладают аффектом «пеожи laimocTin»
ппкпонепня по времени и прострапегве и отлпчакися меха-
। ; .гл формирования и протекания от явлений, имеющих мо-
его ; других I орнодобывающпх предприятиях (например, на
\i. г. inaxi ах i; рединках иных месюрож гений). Греи.я
проб |. ма в большей мере обусловлена не решением -.шросон
об , inir у с! овчиною cocioMiiHH выработок и бе.юнасн in
под icuiioi о персона.ri калийных рудников, а предонре leneihi са-
ьичами безаварийной тксплуагании самих рудников целом,
с .-сана с вопросами не ьчтопляемост к рудников, гак как
-Д". г.лощпе породы тко растворимы • поде и ненасыщенных
р.ЬТ1
атропные проблемы характерны тля калийных мс-с.'.р.)
ж I ;”(! и |реб\юг как комплексной, гак я самосо ie и.нон
оно при pcHieiini вопросов выбора конкретных способов ми-
ра i нп>. состояние м калиеносно; • "аеснва с нелып ->ффек i ин
ной и бе юпаспой добычи горнохомического сырья.
' ipaB.ii-iiiic состоянием горною массива, несмотря ни шир
Kiii- ' иекгр рассматрпнаемых вопросов, является самоеi'»••!п н.-
нон (нецнплпнон, кардинально спя .анной. однако, со всем ком-
плексом юрных нас к и прежде всего с 1 ехно.-огией ио'с,емкой
цг ?13
разработки месторождений и механикой торных пород. В> ди
i j iM целесообра шо, рассматривая перспективы развит ка
лпйчш промышленное! п и область применения в пей ио
управлению горным давлением, остановиться на основны ех
оологических моментах добычи этого вида сырья.
Боле, 91)" добычи калийных солей в мире оеущес! вдается
шахтным способом, опальная часы.— бассейновым способ. i и
способом подзема но выщелачивания. В зависимости от ло
1 о ।идро|ео ini пчискнх п горнотехнических условий па месторо
жденпях применяю1ся различные варианты технологии г.ьк мки
K.'i.'iиiiиы- солеи, м.ехани зацпп очистных работ и системы 'ра-
ботки.
При шахтном способе добычи используется техиоло:” иы
емки, основанная на примет инн комбайнов и буровзрьи вы- |>а
бог. При пологом выдержанном залегании калийных пластов в
С( (IP применят1ся комбайновая выемка (Верхпекамское т ла
робипское месторождения) В аи.з.ши нчпых условиях комбайны
применяются в Канаде, Франции, США и Непанни. При ,ж
ной гипсометрии пологих пластов либо при их кругом зале вин
применяется буровтрывноп способ: в СССР (Верх иска мск.о< и
Пре iK.ipiian кое месгорож (сипя). за рубежом в Герм пни.
Великобритании. ([талии. СШ \ и Испаппп Свыше 90" миро
вых тапасов калпйсо гержащего сырья сосредоточено в СССР и
Канг) ie.
В эксплуатации в СССР в настоящее время находятся не
гыре месторождения: Верхиекамское, Ста робп некое. Стсбпиков
скот. Калуш Голыш кое. До 80 % промышленных запас” со-
средоточено в Верхнекамском регионе.
1.2 ПОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
КАЛИЙНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ СССР
Верхнекамское месторождение калийных солен имеет субмери-
диопальное простирание Размеры залежи в направлении се
вера на юг составляют около 150 км, в шпротном направлении—
40 км. Площадь месторождения свыше 3,5 тыс. км2. Ха н<
черные составляющие вер шкального геологического р« оеза
месторождения (сверху вниз) представлены следующими отло-
жениями: четвертичными, iiecrponneiной 1О.пцей, террь'-.пно-
карбонат ной толщен, соля но мер) ел истой толщей, пок;иг .пой
камеппо солевой толщей и переходной толщей чередую.,! 1 ея
слоев каменной соли и карбоизтпо-гппеоглпшичых порол, '-ар-
па.ч л иго-сильвпiiптовой пачкой.
Глубина шлепания кровли карналлнто енльвппнювой i чки
колеблется от 75 до 450 м.
Рабочие пласты спльвппптовоп пачки: «Красный II (4
т 9 м) и 1Б (3 У т -Г' 4 м). Отработка пласт;! /1 Б в», д. тея
на площадях где пласт Б представлен пестроцвегнымп ci чьвн-
ннгамп. ГЕграбатываося н пласт В карналлитового (ш х м)
и сильвнипюного (4 т 5 м) составов.
•244
Средние углы пак,юна пласгон составляю! от 2 до 3. -1
Содержание нерастворимо!о печатка (II. О.) в пластах, I. с
наличие в них примесей lamnicioio вещества, на преобладаю
щеп час!!! месторождения составляет около 2 %, возрастая в
inionuci очном нанрав.к инн до ‘ 8 । н более. lliMeiieiiiie коли
чесгва II. О. в пласта' предопределяет п изменение, их фишко
механических характер нет ик.
11а всех рабочих пластах месторождения имеют место i азо
динамические явления рашнчпы'. к,т;дспфпкац|1'.и1ны\ типов.
Ii гпдрогсоло!нпеском ,..,;iiic особенностью рассмаiрнваемо!о
месторождения являемся обводненность толщи, покрывающей со
ляиую талежь. Мощность подо ыщитных отложений над рабо
ними пластами колеблется на месторождении от 0 до I К) м
В целом Верхьекамскнп калиеносный pci ион характера л етел
сложными ।орио геоло! пческимп условиями ограбитки.
С|;1робпиское месторождение калийных солей leppiiiopiia.u»
по 1яго1еет к районам Со.ннорска н Старобпна, занимая 11.10
щ.'ыь около 350 км2. Мес порождение, в теологическом ст роении
которого основную роль играю! осадочные комплексы палеозой-
ских, мезозойских и к.тйно юйских отложенип, располагается
;ападиой тасгп 1Л;ги1лковекой пашни. Кровля |олщн >a.ici;ci
на глубинах 300 600 м. Мощность толщи наибольшая в центре
месторож (синя (550 800 м). на периферии достигает нулевых
«качений. Падение пластов - северо-восточное с углами до б •
Залежь состоит из чшырех калийных горизонтов — с первого но
четвертый (сверху вниз).
Первый горизонт в основном расположен в центре месторо-
ждения, имеет глубину талегания (по кровле) от 3,50 до 620 м.
Мощность горизонта составляв! 2 7 м. Имеются шачигельпые
примеси глинистого вещества (II. О. составляет 19 -21 %). Oi-
работка горизонта в настоящее время не производится.
В горой горизонт расположен на глубине (по кровле) oi 370
то 700 м. Мощность его колеблется от I до 4,4 м. Глинистого
вещества (И. О.) содержится от 3 до 8 %. Горизонт представ
леи двумя (верхним и нижним) енльвнпптовыми слоями и од-
ним (средним) слоем каменной соли. Верхний спльвипптовый
слой имеет суммарное колебание мощности от 0,4 до 1,2 м (в
среднем 0,7 м). Суммарная мощность нижнего слоя колеблется
от 0,4 до 1,25 м. Средний прослой представлен каменной солью
мощностью от 0,4 до 0.95 м. Горизонт отрабатывается па иол
ную мощность.
Третий калийный горизонт распространяется на всей террн-
тории месторождения и состош ш грех пластов (пачек) верх
него силышннт оттого (с включениями карналлита', среднего i.tii-
нисто-карналлитового и нижнего сильвиинтового. Мощность
верхнего пласта изменяется от 1 до 4,5 м, среднего от 4 до 20 м,
нижнего от 2 ю 8,5 м. Промышленных, является ннжнпн пласт,
состоящий из шести (считая снизу вверх) спльвипитовых слоев,
разделенных слоями каменной соли. На месторождении в
24 г»
.ипопном разрабатываются 11, Hi п IV еилыптнтовыс слон
с суммарной мощностью до 4,5 м (11 О. or 2 до 10%).
Кровля рабочего нижнего сильвиннгового пласта третьего
тори гонга ;алегаег на глхбппе от 350 до 12(10 м, во (растающей
в hocio'iiiom направлении. Средние глубины :а.1сгаппя cocian-
ляк>1: для первого рудника 585 м, второю 620 м. третьего
780 м, четвертого 800 м.
Галопелнговые прослойки в пределах третьего калийного го
рн юнга имеют мощности от долей миллиметра до 20 мм (ино
г.та то 100 мм)
Устойчивость кровли выработок снижается (до елабоусюй
чиной) при их расположении в направлении к кровле нижнего
си.щвпннтового пласта третьего гори юта. В укатанном направ-
лении возрастает и ra.ioiiacbiiiieiinocib пород кровли.
В пределах третьего гори.юнта широко распространены гак
на :ываемые «мульды погружения», являющиеся выбросоопас
пыми очагами при проведении горньг выработок
Четвертый калийный юрнзот (по кровле) находится на глу
бонах 600 1335 м.
Предусмотрена доразведка четверило гори юта совмесию
,• но гстплающей ею каменной солью.
Расстояние между рассмо1ренными калийными iори юнгами
различно: меж д\ I и II от 61 го 76 м, междх II и II! от
128 до 19!) м, междх 111 и 1\ от 15() до 190 м Вметающие их
породы представлены в основном каменной солью с включения
мн ряда других литологических ра пюсгей.
11ад соленосной толщей месторождения па мубине 90 200 м
leiaioi глинисто мергелистые отложения мощностью в сред
in 200 550 м Верхняя часть лой толщи ( — 56 /0 м) п вы
пкрасположенные отложения, включая чегнер!вчиые обра.юва
пая, обводнены. При ном ввиду огеутсюия здесь прогтране.
ьепно выдержанных водоупорных слоги воды чегвер i ичиых, ipc
11ЧПЫХ. меловых н верхнедевопскп' отложений i ь драв.iiihci kii
с ..шмосвя ;апы, образуя единый водоносный комплекс. Водь
обп.н.пос।к глинист мергслпсюй толщи (ГАГГ) iie.niaHirru.'ibiiaa
(Ьчрхняя ее часть) н ре ;ко уменьшается с глубиной Общая iл\
1/ШШ проникновения вод на месторождении coci являет 170
2(4) м. ниже породы ГМ Г практически бе -.водны
В 11ре гкарпатеком pel ноне (Львовская, 11вапо-Фрапковская
области) расположены месгорождепия соляных пород, представ-
ленных в основной Лаш бейшпо-каниитовыми и i .'типовыми ми
щ ря.шми.
la.iei пощис i.i.eci, Ciебнпковское, Калуги I олыпеко, н Ч.ом
бровское моеюрождепия харакири дюк-я небольшими (по нло
щ:. ш) ра (мерами и сложным геологическим (в том числе
it ।лоинческим) счросппем. A\oni.iiocn. нласго ко.тгб.'н к я
о. 2,5 го 70 м. Углы падения и •.меияюп я. от наклонных до
крх । ы\.
21(i
Мощные соляннс формации содержи! Прикаспийская вил
lini.i болт 2(И)() m, которые jiaeiipocip.ineiii.i на oo.ii.iiiii\ n.io
щадях.
В I \ркмещ-кой Ci I1 расположены Карлюкское и Карабин,
скос месгорож цшня i в.пашни ювых и карнал hi юных руд. Vom
иосп. соленосной толщи состав iaer SOO ООО m.
!„>. ИХНОЛОГИЯ ведения 1ОРИ1.1Х РАНО! II A КАЛИЙНЫХ
ПЛАСТАХ, II ОБУСЛОВЛЕННОСТЬ СТРОЕНИЕМ ВМЕЩАЮЩЕГО
МАССИВА И СВОЙСТВАМИ (OJIHIihIX ПОРОД
Основу такой iexно.кв пи соеiявляет порядок ведения нодюгови
тельных и очистных работ, в ;анмоувя тапный в пространен, я
времени Аки процесс предопределяется прими! icmhmii снеге
мамн разработки, которые ;авнся! oi i co.ioi пческпх условии
[ля калннпых Mi сторо/к.ц пип выбраппьв системы ра.зработк
io.i/кны ощенить не только пре дьявляемым к ним ipc6oi>aini ix<
(безопасность работ, минимум подготовки на 1000 i добычи, ми-
нимум еебестоимост и, максимум механизации выемки и ipaiic
портирования, минимум ноюрь сырья в недрах н т. д). по н обе
снечш ат ь ык-ке решение i ihhihIhihci них проблем, сватанных
леи?н"| рас i ворн моет ью о.чей " ax h.i.ic ’ ическими в
с 1 ва мп.
Правильно выбранные способы управ,чеппя соеюянпем соля-
ного массива н его /.темен iов, отраженные в параметрах прння
тых hi практике систем разработки, пошоляю! \ тов.тегворпт
ука тинным требованиям.
Два основных калийных месторождения СС( Р Верхнекам
скос и (ларобпискос отличаются сложностью не только но
। солен нческомх сi роению н i и дрогео.кн пческпм \ словпям. I орно
технические условия Верхш камскою месторождения также л
статично неординарны: сближенные пласты, осложненныс скла
чатосп.ю н н тмепчнвоснно мотностп имеющие слабоустойчп
вую ПсПосредетвеннхю кроплю, опасные но га юднпампческлм
явлениям С учетом ттого п i месторож Денни чсио.'Н. ivioicг| ко
мерные системы ратрабо1кп, но'виляющие нонннвио р<и1ан
основные проблемы управления cociohihicm соляного массива,
частности вопросы сохранения сплошности водозащитной ю чн;1
(ВЗТ) па । юрнымн вырабо!ками и бетоншпоет работ
рамках । ex полти !1Ческ<>1 о никла очистной выемки руды
нс ip.
(la месторождении применяются камерные системы pa । i
боткп с ленючпымн междх камерными целиками (МКЦ) и рею
лярпо оставляемыми с[олбчаi ымн целиками ААКЦ ра t.iii'i.iioIch
по с тещ ни жесткости на жесткие, от hoi н те. Н.ио жесткие, дефор
мнрукпцпсся. Жесткие нелнкп должны нск.1юч,нт> niannТельные
оседания д мноп iiobcdxhociи. < пстемя с т ikh.mii М1\Ц iipiixR
НИМИ при Ж' 10СНГ10ЧНОЙ ( Ш"1 д-чеиной ) ВО ДО Ь'НЦН I пой толще Н; 1
2Ь
a
и

Контрольная
стойка
Контрольная
стойка
Рис, II. 1, Вариант параметров камерной системы разработки свиты двух пластов в условиях Верхнекамского место-
рождения:
п -П1 плацу ДВ—комйзйн’.Храл-П'КС . по пласту Кр-кный-П - >‘р;1Л-20КС ; б-по пласту ДБ —комбайн ПК-8, по пласту Красный-!!» —
Урат-2ВКС а сопряжения очт гных камер пластов ЦБ ч Красный-1Г», f — выемочный штрек па пласту ДБ 2 то же. по пласту '-йра-
Ч1Ы1Т-П ; 3 анкерное креплепш 4 выемочпаа - амсра пласи ДБ: а -то же пласта Красный-!!
Рис. 11,2. Вариант параметров камерной системы разработки пласта «Краспын-П» при-двухслисвой многоходовой очи-
стной выемке рулы комбайнами “> pa.i-ЮКС (или TIK-8ai в условиях рудника Первого Соликамскою pv ^управления:
- — выемочный штрек, 2 ж tvk.imi пи: > ыеночная наметы 4 печ ||'.<:”цпопный lurpei-
рабочим и.частом (пластами) При iipJiMeni-iiun систем с oiiio-
cii11.,;,no жегткпмп не.шкамп доихскаеН’Я ii к деформация
пределах обеспечивающих надежную сохранноеf ь сн. юшш.сi и
голо ;aiun i них отложений. а также oiirmijMiJ технологических
нова ia гелей добычи и условий подрано: ки повсрхиосз пых соорх
a.. uiiii.
На участках c tocra(очной xioninoeii.io и изученноеп.ю
i >.io iaui.il гных отложений камерные системы могут применятся
• тсформиру 1ОЩПМИ1 я (податливыми) целиками, обеспечиваю
Ш.11Х111 плавное опускание пород кровли, сохранение сплошноеIи
ВЗГ в оптимальные технологические параметры тбычн руты
Нрн применении в качестве г.темеша системы такладкн вырабо
laiuioio пространства возможна посгадвнпая выемка калийных
ii.iacioB Нрн ном на первой стадии применяется система с
жс(чкпмн М1\Ц, а в дальнейшем (после дон’.у пешая В31 и про
ведения закладочных работ в очистных камерах первой стадии)
:а счет иодрсяхН таких целиков их сосюяпие может изменяться,
переходя в условия деформирования для «относигельпо жестких
целиков». Породы ВЗТ при зтом должны сохранят сплошность
па про|Я/ке1Ши (адапного временного пшервала.
Рис. П.З. Вариант камерной системы разработки пласта «Красиып-П» при
комби1П1ров:1П11(>|Т иыемке руды (комбайн ПК-8. ЬВР) в условиях рудника
Первого Березниковского рудоуправления (ширина очистных камер 16 м. ши-
рина МКН Ю м):
л- -устойчивая кровля, о цг\г |ой,ши.1Я к|и.в.1Я / ра :|>г шгргн, 2 uipi-niui- щели.
BiH’M(i4ni.irt и] грск
250
X
Pill. II. I. li.ipilllll MKilMl'piloli CIK IVMIJ p.l ipnoorKII CO СГО..1ОЧ.1 I I.IM11 цслпк.чми
при KOMoiiinipoH.iiiiioii выемке n.i.icr.-i «Kp.icni.ni ll > в условиях рудника I Icp
Biil’ii bcpe.i.iiiKOBcKoi o py u>\up.in.leuiHirJj
J выемочный пирок 2 peinn.i iiri'»nnhiii iiiipi-к
llpn камерных системах па месторождении превалирует ком
байковая выемка руды. Находят применение также буров.(рыв
нон и комбинированный способы выемки.
Основные <|>ра1мен1ы характерных вариантов камерной си
стомы разработки, применяемых па Верхнекамском месторож те
пин, приведены па рис. II I II. I.
Старобннское месторождение калийных солей характеризует
ся, с одной стороны, достаточно благоприятными гидрогеологи
вескими условиями разработки, а с другой наличием в пене
средственноп кровле си.и.виниголых пластов рабочих горпзонюн
слабоуегойчпных пород, насыщенных приконтактнымн газами,
способствующими развитию в выработках газодинамических
явлений (ГДЯ). Осложнение горпо технической обстановки
на рудниках обусловливается и наличием в соляном массиве
251
Рис. II.ii. Вариант камерной снсн'ми разработки с деформируемыми (по-
датливыми) целиками при выемке верхнего и нижнего слоев с.ильвннитового
пласта второго горизонта в условиях ручника Первого рудоуправления
(«Урал |(>КС»):
I межтукамериые целики; 2 очпс i иыс i .чмеры. 3 кс-рмшА и иижиии си '|ы<ии>|т<>пые слип
выбросоопаспых локальных поло) пческнх мульдообразных
структур.
На месторождении применяются две нрппцннпа.тьио различ-
ные системы разработки камерная с деформирующимися по-
датливыми) ленточными целиками и столбовая снсюма с обру-
шением кровли (длинными очистными забоями с управлением
кровлен полным обрушением)
Снсюма разработки с длинными очистными ;абоями приме-
няется достаточно широко (более 52 объема добычи).
Характерные варианты применяемых на Старобппском ме-
сторождении систем разработки приведены па рис. 11.5 —И. 10.
252
Узел А
Ijul U.6. Вариант камерной системы разработки с относительно деформи-
руемыми МК1I при выемке сильвиннгонык слоев пласта третьего горизонта
в условиях рудника Второго рудоуправления (комбайн ПК-8):
1 — VI<1 ? rpi-xio.loiMu очистная камера; Я ра тгружттннцттй гр|'Ч11пй 'Oiyxc.loeiioii ход га-
мерк эоходпмый г опережением фронта очпегных paooi 8(1 м; нриек пыя итмегкл кр<-
I! in •\.iciii слоя разгружающего хода доткасгся пл расстоянии 40 25 м от усн.и камеры:
щонпГг целик; 5 - рл <г|пг/кающие шнельнм»- шгреки; l.ll IU.IV си льни.ч и гоны е
?л , । л-та Грешно горизонта
Рш II.7. Вариант системы разработки с длинными очистными забоями и уп-
равлением кровлей полным обрушением при выемке сильвинитовых слоев вто-
рого горизонта лавами (так называемая четырехкомбайиовая выемка) в усло-
виях рудника Третьего рудоуправления с применением комплексов КМК-97
(1КМ-97Д) при оптимальной длине панели (столба) 1500—1700 м:
I пия-нпП сПдышццтппыЙ cnnfi. 2 слон кямеппой соли; .? -верхний силышнитовыЙ слой
плз< I . раегточние опережения I устзнпв чпн.п* геи < учггом величины «шы опорного i.'iu-
лсипя ЛЛ1
1
Put. 7/./о. Вариант комйинпроваппон (длинными н короткими очистными за-
боями) системы разработки по пласту третьего горизонта. Выемка IV енль-
внпптпвого слоя осуществляется комплексом 1МК-97Д. выемка И. 1! Ill и III
слоев — комбайнами «Урал-|()КС». N правление кровлен по IV слою- -спосо-
бом полного обрушения, по II. II—II! п III слоям плавным опусканием па
деформирующиеся МК11:
2 HJH ЛЫГЫС Bell Г IIЛ ЯЦПО11Н 1>К' Hl I'pekll; ,'f HHlle.'lLII ЫС k<>ll 1*сПс|1!1 ЫС HIT ГреКН . / ПЗЦСЛЬ-
• >рнн.1с штреки; 5 ницельные выемочные ппрскн •'» панельный конвейерный
п.шельный tрзиепор। нып штрек; 8 очкеi пые камеры; 9 IV гилькннп глшлп
III си.гьвини гоныц слой; II [| сплыннш jobi.h'i гл«>п. /? междуклмериыс целл-
.iB.j по IV ch iiiiirtiiii i’obomv слою: / опережеичи К1п1»имп .ыр очш* пкпо фронта
ш гр*
слон
гори .1
Контрольные вопросы
1. Каковы основные проблемы lopnoii науки, сыпанные с радра<< ший
наличных месторождений.''
2. Перечислите особенности гсодого гнлролоенческого строения ка.лп ныч
месторождении, определяющие специфику решения тадач управлении сс
пнем массива горных порот на этих месторождениях.
3. В чем состоит взаимосвязь строения и свойств вмещающею лас ива
с применяемой ге.хиолотттей ведения горных работ на калийных рудника,
2. ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ
В СОЛЯНЫХ ПОРОДАХ, ВМЕЩАЮЩИХ
ПОДЗЕМНЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
Виды проявлении горного давления удобно подразделить, диф-
ференцируя их в соответствии с проблемами, возникающими при
разработке калийных месторождений, а именно: проблемой
оценки напряженно-деформированного состояния (11ДС) вме
щающего выработки соляною массива и его элементов с учетом
физико-механических особенностей составляющих его пород;
проблемой газодинамических явлений на калийных пластах;
проблемой сохранности сплошности водозащитной толщи при
ведении работ на рудниках с применением любых систем раз-
работок.
К первой проблеме тяготеют такие виды проявлений горного
давления, как деформирование пород в капитальных и подюто-
вительных выработках (в незакрепленных и при наличии крен
лення; с потерей устойчивости элементами окружающего выра-
ботку массива — кроплен, почвой, боками выработок или бег ио
герц таковой; с учетом взаимовлияния выработок и др.); дефор-
мирование основных элементов массива в очистных выработках
(МКЦ, кровли и почвы камер при камерной системе разработки,
в том числе, с учетом отработки сближенных пластов; устойчи-
вость при набойного пространства и забоя в лавах, формирова-
ние гдееь нагрузки па крепь механизированных комплексов, ус-
тойчивость кровли в местах сопряжений лав со штреками, ако-
померпоетп деформирования пород основной кровли, устой ш-
ность межслоевых потолочин и т. д.).
Ко второй проблеме относят все виды проявлений юртпо
давления, связанные в топ пли иной степени газодинамическими
явлениями (ГДЯ, связанные с наличием нрнкоптактпых га .ов
в кровле п почве выработок в их пртабоппоп юне, внезапные
выбросы соли и газа, происходящие в очистных и подготови-
тельных глбоях, комбинированные газодинамические явления
п др.).
Третья проблема на калийных месторождениях связана с
оценкой устойчивости (с оценкой сохранения сплошности) пород,
покрывающих разрабатываемые калийные пласты, т. с. с oucu-
256
кой состояния пород водозащитной толщи. Сюда же относятся
и вопросы деформирования земной поверхности при ее подра-
ботке.
На основных видах проявлений горного давления, обладаю-
щих особенностями па калийных месторождениях, остановимся
ниже. Понимание закономерностей п процессов, лежащих в ос-
нове проявлений горного давления, облегчает разработку (либо
выбор) эффективных способов управления состоянием соляною
массива на калийных месторождениях.
2.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННО
ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СОЛЯНЫХ ПОРОД
И МАССИВА
Управление горным давлением можно рассматривать в основ-
ном как управление механическими процессами в недрах при
разработке, в частности, калийных месторождений. Такие про-
цессы характеризуются для конкретных подземных выработок
различными видами деформаций незакрепленного их контура
или установленной в них крепи. При этом виды проявлений гор-
ного давления могут быть как статическими, так и динамиче-
скими (расслоение и прогибы пород кровли, пучение почвы, вы-
валы и обрушения из кровли и боков выработок, горные удары,
внезапные выбросы и т. д.).
На пряжен но-деформнрова иное состояние элементов массива
в любой их точке может быть оценено на основании решения
известных систем уравнении, в которые входят и упомянутые
физические уравнения. Напомним комплекс таких уравнений,
акцентируя внимание на решении задач применигельно к калий-
ным месторождениям.
В него входят уравнения динамического равновесия, которые
в случае решения статических (квазпстатических) «адач являют-
ся однородными дифференциальными уравнениями. Эгу систему
иногда записывают в табличной форме (табл. II. I)
Здесь X, Y, Z — проекции объемной силы по осям декартовых
координат; р- плотность породы; u, v, <и— компоненты вектора
перемещений; а,. <т„, щ, т™, т,,-, т(/1, т„., т..,, т,„—компоненты
тензора напряжений.
Вы деэич ilia я в таблице квадратная матрица составляет тен-
зор напряжений.
Раскрывая таблицу, уравнения равновесия шпншутся, напри
мер для первого уравнения, в виде
У% = 0; 4L + 4^ + ^+.Yp
Z_i <lx <lfi riz ‘ <11-
(здесь составляющая объемной силы перенесена в левую часы
уравнения).
Диалогично записываются два других уравнения SF О i
SZ =0.
17 II М Проскуряков
257
Т а б л и ц а II. 1
Ciicivvta уравнений динамического равновесия
В случае решения статически с шдач уравнения равновесия
упрощаются. Приведенное уравнение примет вид
<>Чх ill nj ijxxz
<).r tiff <1
Уравнений равновесия три, а иензвестпыл -девять кохию-
неш тензора напряжений, являющихся функциями координат
lit условия взаимности каеа1елы1Ы\ напряжений (т. е. из реже
пая уравнений ~Л1> 0 и д.) следует, 'по . , г. - - г
и <>. =i . Полому с. трех уравнениях равновесия ociaeic.
только iiic'.’ib пси.'.. cciпых. Гем не менее и шеидно, .о статине
скос ра.ссмо)рейне задачи недостаточно для се решения н оно
дополнял ।сч reoMei рччсскнмн уравнениями, \ трам чы у, ющнмн
условия деформирования юла н устанавливающими дкффереп
цна. нл!...е . .ввеимосгн для опкк отельных деформации /у| авне
пня К(яип/. Таких уравнений шесн.;
ihi <)v
tin . t)v i j fho i <-u) tlH
"о/ <д7
3iii уравнения преобразуются i шесть ypa.inci.iiil пера трывно
ciii теформацнп (уравнения (дн Венина). В приведенных урав-
нениях вд, е,„ Ez, у.,,, у.. , у,,.з— компоненты ген.юра деформаций.
i [рсдиоет i.'i кой правомочное гп неволь « ил ни я |гссметр(Ч..1ых
свете । уравнений яв.тяе;ся сплошность (коптину алыюсть, ере-
,11 на. । и ! IHK скп м |'ыр'/ пням >iio яи.т в i выио i.chi . •
бо >.1П!1Й сравнений Сен Bciiai’a.
!’> краткой форме одпоро шые уравненз шош -и ' ' 'био
пре цчавть в виде
,, О (А- I, 2. ЗЬ
где принято нумерованное обозначение координатных осей
(1 —.г, 2 — //, 3 — г), а соответственно и напряжений. При этом
согласно юкону взаимности напряжений т,/. = т>
Лпало! пчио могут быть записаны i еометрпческпе трав
ш пня:
где z/i, Hz, и?, компоненты перемещений точек ио осям Л\,
АД Ал.
В двух системах имеется девять уравнений п присутствуют
пятнадцать неизвестных Необходимы еще тесть дополнитель
вых уравнений, каковыми и являются физические уравнения.
В этих уравнениях для конкретных континуальных сред (по-
род) устанавливается свя п> между напряжениями н дефор
мациямн.
Для калийных месторождений характерны породы, склонные
к пластическому деформированию. Однако рассматривал! физи-
ческие уравнения, соответствующие юлько этому обстоятель-
ству, и на мой основе производии> оценку напряженно-дефор-
мированного состояния соляного массива, было бы не всегда
правильно. Проявления горного давления па калийных рудни-
ках имеют широкий спектр: от статических до динамических ви-
дов. При динамических видах, когда отсутствуют предпосылки
ра В1ння пластически' деформаций, оправдано использование
представлений теории упруюсти. Эти же представления moivt
быть полезными в случае упруго вя кого (пли вязкого, если пре
небречь малыми упругими деформациями) деформирования но
рол, когда при формировании физических уравнений может бытт
использован известный принцип А. Нидан. В случае возможно
стп ра вития в окрестности выработок остаточных деформации
целееообра шо использовать представления о работе пластиче-
ских тел, например, уравнения для малых упру) > пл ictнчсскпх
деформаций. В случае тучеипя п оценки НДС при н< раыювее
пых процессах деформирования следует строить уравнения со
стояния на базе представлений теории ползучести н д
Конкретный вид проявления горного давления в калийном:
руднике, таким обрати, требует формирования соответствую
щен ему системы фн.зн юских уравнений.
Кратт.с напомним основные виды перечисленных спеем \ ра
имений состояния, могущих быть полезными при лналнзе НДС
пород на калийных рудниках Очевидно, что этот авали • поле
зеп п может быть попользован пе только иля получепнх1 каких
либо амкпутых (аналитических) решений конкретных задач, ш
п для правильной методической постановки экспериментальны'
(натурных и лабораторных) исследований, обобщение которы
позволяет в ряде случаев выявить простые инженерные решети
практических вопросов управления состоянием горных пород.
17* 254
Таблица II 2
Система трех уравнений
К омпоиенты
П<ЧИ'р.К11ОГ Т1ЮН
нагрузки
Мп<1жнн*ли для правой
части уравнений
Тхг/ Тхг
х!1Х ГТ/7 Туг
Tzx Tzv <Тг
В упругой постановке физические уравнения обычно предста-
влены системой вида:
пг = 2Gev + АО, т((/ = GyVJZ; гту = 2Gev + АО, т,/2 = (}ууг\
о2 2Gc2 | АО, Tzy Gyzx,
А , 2u6‘ ..
ГДС 6 ~ 2(1 +ц) ' Л ~ 1 - 2ц : ~ Зес',:
G — модуль сдвига; Е—модуль упругости; р — коэффициент
Пуассона; А — постоянная Ляме; О объемная деформация;
fip— средние линейные деформации.
С учетом физических уравнении имеется возможность реже
ння задачи ио оценке НДС в сплошной упругой среде, гак как
число неизвестных и уравнений совпадает.
Для однозначности решения конкретных задач удовлетво-
ряются граничные условия (по нагрузкам или перемещениям).
Эти условия, представляющие систему трех уравнений, удобно
записать в табличной форме (табл. II. 2).
В выделенной части таблицы представлен тензор папряжс
пни, а множители /, ш, // являются направляющими косинусами
площадки с нормалью т, т. с.: / = cos(xv), nt = cos(ijv) ii п =
= cos(zv). Полное напряжение на указанной площадке границы
состав!! Г Pv — ( Pxv + P'l/V + P~zv)"' ’•
Раскрывая таблицу, имеем для первого уравнения системы
Prv = <rj 4-Т,.,//! + т,2д и т. д.
При рассмотрении условий, когда в элементах соляного мас-
сива имеют место остаточные (малые) деформации, физические
сравнения могут быть записаны следующим образом:
о ( гт ср —- 26/ г,, т, у G у, у, о у 2G , т у г G yv2,
<т2 — гти> 2G'e2; т2>—:G'y_ro
В этих уравнениях гт,,, — среднее напряжение; G' - обобщен-
ный модуль сдвига; G' = G 11 <'>(г/)|; »»(£<) некоторая функ-
ция от ни гепспвпостп деформации г, (отличная от нуля в пла-
стической области) Имеется в виду, что
260
При рассмотрении задач, когда при выборе способов управ-
ления состоянием соляного массива и его элементов необходимо
учитывать медленное течение соляных пород, при формировании
физических уравнений может быть использован упомянутый
принцип Л. Падай. В этом случае в i еометрпчсских уравнениях
компоненты деформаций заменяются компонентами их скоро
„ . <)ёх <) ()tl thi ,,
стен, т. е. щ па ег, где е, ---и т. д. Прнни-
л> ' 1 <)1 <Эг <)t <)х 1
мая, что в<р—«-О, получим следующий вид системы физических
уравнений:
— <тС|, = =О,5//гум/, — Пгр = /лё,;; = 1),5шу,/г;
<тг — п = шёг; izr = (),5///yzv.
Параметр т в уравнениях отражает связь между девиато-
рами напряжений и скоростей деформаций или связь интенсив-
ностей напряжений и скоростей деформаций, т. с. а,= те,. На-
помним вид .зависимостей для о, и ё :
+ 4(YVbYt’ + YL)]"'’
Параметр т, аналогичный динамической вязкости пород, оп-
ределяется экспериментально на основании анализа зависимо
стн т = / (ё,).
Приведенные уравнения состояния, совместно с уравнениями
динамического равновесия при соблюдении граничных и началь-
ных условий (по силам, перемещениям и скоростям), дают воз-
можность решать задачи ио оценке НДС пород в элементах со-
ляного массива. Практическая реализация решений встречает
трудности, возникающие и отмеченные выше при рассмотрении
задачи о деформировании пород с остаточными деформациями.
Практика управления горным давлением часто требует опен-
ки НДС пород в элементах соляного массива и при протекании
в них неравновесных процессов деформирования, т. е. в слу-
чаях, когда при неизменной во времени нагрузке (и внешних ус
ловиях) имеют место перемещения во времени материальных
точек в исследуемых объектах. Для подобных задач физические
уравнения формируются на базе представлений теории ползуче
стн Поскольку эта ветвь механики находится в стадии постоян-
ного совершенствования, рассмотрим вариант системы уравне
ний состояния для случая установившейся ползучееiп. Именно
при этом режиме деформирования пород часто приходится вы-
полнять оценку НДС основных элементов соляного массива, а
261
соответственно н принятой системы разработки. В процессе та
кои оценки принимается квазнстатическое деформирование по-
род, игнорирующее учет инерционных сил. Принимается 1акже,
чго ёср—’0 Тогда система фн шческпх уравнений может бьнь
представлена как
х. ш' . , т' .
(Ух ‘"ср 111 Ё\.. 2 Уху’ (уу *^ср 1 111 *а/> ^у- о Yi/г»
Л
X - ш
ог - <\р ='« ez; тг< = -^~ угх.
В этой системе параметр т' представляет собой некоторый
/ 2 и. \
модуль I/д' -J — I, отличный от т и определяемый экспе
рпмепталыю по кривым одномерной установившейся ползуч чin
Комплекс перечисленных систем уравнений и граничных ус
лопин, некоторых принятых допущений (постоянство компонен-
тов тензора напряжении, соответственно и <т,, при установившей
ся ползучести, несжимаемость материала, т с. (щ | ё„ {- ё,) =
-= Зес(, — Он др.) позволяет решать :адачп по оценке НДС пород
в элементах массива при трехмерном напряженном состоянии.
О сложности практической реализации таких решений упоми-
налось выше.
Следует отметить, чго преодоление указанных сложностей нс
всегда сле.гуег считать оправданным. В значительном числе у
чаев могут быть использованы инженерные решения, базирую-
щиеся на так называемых специальных гипотезах горного дав. и
пня. Схематизация изучаемых в них механических процессов, oi
ражающая определенную роль основных факюров фи шческого
явления позволяет получать решения, отвечающие нуждам
практики горных предприятий и широко на них исиользуч мые
Полезной бывает н комбинация классических подходов к рс
шспиго задач механики сплошной среды и управления горным
давлением и подходов >мпиричсскпх. В этом случае сужается
область применения полученных решений, ио может возрасти их
падежное'ь и оперативное!!, применения в конкретных тадачах
практики управления состоянием соляною массива ш> калийных
рудниках.
> НЕ о ч есы Д1 ФОРМИРОВАНИЯ СОЛЯНЫХ ПОРОД
[ Oi '’КСТНОСТП КАПИТАЛЬНЫХ и подготовительных
' (!’(!(
1 !м<ющаяс। натурная информация о проявлении lopnoio дав
Ленин к рассматриваемы- выработках, которое обычно фикси-
руется в виде /•.HiBcpreiiini/i их контуров или неремещепш , на
пример, кровли, говорит о весьма широком диапазоне изменения
состояния пород, представляющих вмещающий массив; от уп-
ругих режимов до режимов работы в условиях течения (иол
262
Г Л П I! Ц .1 II 3
Kouuepiопция в выработках
lV.ip.-ni.il hp- ин 11**1 - ’ ялт U - Vyr • II • '1 . .1X1 ( • I 4[J '(Illi 111 1 1 Il <«ii A
। । *1 1 ; | М 1 - пн'Пбй 1 I' (nr»k;i
ISO 3 3 731) 30 .30 1
1». .0 3 3 7.30 S3 1
275 1,5 .3,7 |(>О 6.5 6 5 1
J /.) <) 1.4 192 1,7 1 o.b
210 5,2 2,8 КМ) 3.9 2.7 (1,7
391» « 1 102 12,8 '1 G n.7
ИК1 1,7 ,3 1 !»г> 9 > •' 1 0,9
190 8 .3,2 191 10,1 1.5 0.7
4S.I) 1.8 35 1Г.2 11 Ь 1S 3 (1,3
330 1 2 3 1 3( 5 > и 1
130 3.7 .365 8 .> (» 0,7
(.'!<) (. 112 77.9 11.' 0 2
1(0 1 5 2 8 711 1 3 0.5
83.1 3,2 3 512 39.1 1 1.9 0,3
.и). 11|>п пом вмещающий массив (и его ттсмепты - кров-
i и. цпк". иЫр.и Лок) МОЯ-Г Г <4'11. ч;, II К,-и условиям ква-
знодпор. тносгп и кв:-тип о>I'oniioc ।и, ак i пропилив ложным
ус ловиям неоднородное! н и .тип югро!Пп1.
Соляной массив калганы-. месторождении специфичен, ио
этому p iccMoiренпе процессов его деформирования для харак-
! ;лл>1\ \с. ни рудников । 1<-ообр.т н.> дпффереиппрог.а i1 по
ка шеи тспым регш и; ”
Обобщение наблюдении конвергенции пород в гор’ ;оиталь
ни выработках для условий рудников Верхнекамского и Старо
би м if.'pi ж пин и р\ пни-on ФРГ приведено в гтп.". 11.3.
Значагстын.! колебания скоростей Koimcpiенннн контура гы-
рабоож на пассмотрепных месторождениях. Для верiчкальной
KOiii’cpifiiHiin размах таких колебаний (нйп шах) сеегавпл
(мм/суг). на Верхнекамском месторождении 8-10 :i 50-10 3.
на С аробниском 6-10 :t - 700 10-3; на рудниках ГДР 10 -К) 3
80-10 Для горизонтальной конвергенции coorneiст веяно
5-10 20-10 *; 3- 10 3 - 130-10 и 10- 10 3 80-10
Установлены три основных верно ia деформирована |р ото
пптельпы выработок: нестабнлнтированный, стабн.П! ошиван
ный и прогрессирующий. Первый • арактерпзуе-ic постепенным
спи кением скорости деформирования (скорости конвергенции),
второй протекло1 при приближенно постоянной ског< гн и
значительной мерг отвечает деформпрон-шпо боков выр-,ботов,
в третьем периоде рост скоростей 1еформ'.р<н<анч-.1 ь шг.р .
приводит к р-i ;рх nieiiiiio выртбо!кч (обрушения вывалы)
263
Рис. II. II. Графики конвергенции Л контура выработки, пройденной на вто-
ром горизонте рудника Четвертого рудоуправления (глубина работ Н — 595 м;
ширина выработки 6 м, высота 3,2 м; выработка в основном расположена
в пределах мощности пласта, частично с подрывкой каменной соли в его поч-
ве, средняя мощность пласта 2,25 м):
/, 2, 3. 4. 5. 6—конвергенция почвы-кровли; 2', У, 4*. 5', 6' го же, боков выработок:
Г -время наблюдений; /—область нестабили.-шрованного деформирования: // -то же, ста-
билизлроиаиного
Характерные результаты наблюдений, проведенных на Старо
бипском месторождении вне зон влияния очистных работ на
втором п третьем горизонтах рудника Четвертого рудоуправле
ипя (// ~ 595; 880 м), приведены па рис. II. Ii— II. 12.
Заканчивая рассмотрение характеристик закономерностей де-
формирования пород в окрестности подготовительных вырабо
ток и капитальных выработок, установленных в натурных усло-
виях, подчеркнем выявленную неоднозначность таких процессов
п целесообразность использования в решении задач управления
состоянием массива, вмещающего выработки, как подходов ме-
ханики сплошной среды, так и положений специальных гипотез
проявления горного давления (например, при оценке напряжен-
но-деформированного состояния пород непосредственных кровли
и почвы выработок).
264
Рис. II. 12. Графики
конвергенции Л конту-
ра выработки, прой-
денной па третьем го-
ризонте рудника Чет-
вертого рудоуправле-
ния (II = 880 м, ши-
рина выработки 3 м,
высота 3 м; выработ-
ка пройдена с остав-
лением в кровле пач-
ки мощностью около
0.6 м сильвинита III
слоя, контур почвы
выработки располо-
жен в каменной соли,
подстилающей I силь-
вииитовый слой):
/ область пегтабнлизи-
рованного деформирова-
ния; //—то же, стабили-
зированного; Т— время
наблюдений
2.3. ДЕФОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СОЛЯНОГО МАССИВА
В ОЧИСТНЫХ КАМЕРАХ
Основными элементами систем разработки, определяющими как
региональную, гак н локальную безопасное гь работ при добыче
калийных солен, являются междукамериые целики (МКЦ) и по-
толочины камс)>. Междукамериые целики и их деформирован
ное состояние существенно предопределяют сдвижение налегаю-
щих пород, состояние водозащитной толщи и характерную для
калийных месторождений периодичность указанного процесса
сдвижения.
Применяемые параметры целиков на месторождениях разно
образны, что отражает весьма широкую гамму изменяющихся
геологических и горнотехнических условий разработки шахтных
нолей. В общем неоднородное строение калийных пластов и вме
щающпх нх пород в ряде случаев схематизируется (с соблюде-
нием реальных интегральных физических представлений об объ-
екте) и рассматривается н ква.знодпородном качестве, что це-
лесообразно при решении некоторых задач горной практики.
При необходимости возможно минимального ври добыче
руды воздействия очистных работ на водозащитную толщу
применяют жесткие МКЦ. Параметры таких целиков (наври
мер, на руднике Первого Березниковского рудоуправления)
265
обусловливают весьма низкие скорости перемещений составляю
щи и- пород. В названных условиях они составляли около
114 15)> Ю ’* мм/с» I, го сопос।аввмо со скоростями к-пи пр-
инцип пород । ори >он। л.'п-.ных 1ЮД1ОЮВП1 льны нырабо, ! р.
ыте он в.опиши очнегпоп ..ыемко
В ю же время в большинстве случаев жсплуачацттн мест >| о
ж’денпп параметры М.КЦ и обусловленные ими cixopuciii нер< хи-
щения состав I 1ЮЩ| \ их пород болей высокие что loiiopiii ра
бои ,,1К1Р не ,нк- В ЮИОС11П.ЛЫ1!' АССТК-М НЛП ДСфорМИ| X 10
цемся . пода г ом режили
И;'.- ini рвы- уело.- HpoilCCl в деформирования
МКН, И. . выбран. -(11 H.I ' ВПоЙ . 'ТХЬ'Д К OHC-lKl I .опас
и опт т,мольных на. а метр 1 по. » а пто Носкт •
ОЧ1 . I мерах тиота • wiimcbt окружающего мзе
с;. . 1чмосвя ! ша, 10 1 ..ioi'- обычно пар.1ЛЛСЛЫ1,- в<' шб ।
ocHoe.Hi ie) ‘.'Icmciii 11, например, МКЦ п кровля камер
*’р,' шмере . коростен ..xM'-jiktiih ра шчпы- н-миш •
ЛЯП Т.н M.1CCII1 (I t.114 I КрО. Н<) В 1ЯХ p; р.’б->< Il 'T
ста .1.6 и Вер в. к; ; I порождении применял: с
дпт. I, пр< т уема rpbi.aion.,.. pii не1 рацию Перл е-пепш'
ках очного п тою же пролета (2/ дт 3,2 л) при ш
ВЫ • ЦС ТНГ.ОЦ . - XI ) и-ремепл М Jlll'V' I
м -гром яь.!я 'aci- ширина ее,-икон (2Л 2 i). В в
вырабог ре.тчр.ы уставав , i шев на глубинах Г.(> и но
г.е свыше 1,5 2 м В целиках ба а . мера госта.ляли около
I м Предварительны .-'.меры перемещеппн пород почвы пока
• алп, что в величины существенно (до порядка иеличип) мень-
ше такогых (на указанны, глубинах установки реперов) для
пород кровли. Ч'О обус." .пло in >бхо шипеть H'licpi'pcTaiii" i-
мереппоп конвергенции щ как суммы перемещений контура кро-
вли (потолочины) а п целика Наблюдения ироводилпс! па
глубине разработки около 320 м в течение 120 сут (до 270 сут).
Ре?улыа'гы наблюдений графически представлены па рис. II 13.
Лпалпз полученной натурной информации позволил сщ-лать
ряд выводов. В частности, была установлена зависимость пере-
мещений контура кровли и соотвсгслвутощнх им скороспй от
геометрии целиков и ширины камер. Выявлена тенденция — при
увеличении деформативиостп (податливости) целиков, окружаю-
щих камеры, снижается скорость всремещеппя пород кровли.
Графическое продета влетите резу'льтатоп такою анализа приве-
дено па рис. II. 14. где в качестве оценочного критерия принят
параметр Аб„, представляющий собой разность скоростей пепе-
мещений пород кровли камер и пород целиков (т е. Аё,. = ' —
— щ).
Из приведенных данных следует, что при более «жестких»
целиках (шириной от 2 до 12 м) имеют место более высокие
значения Ас. В то же время визуальное обследование камор
показало, что чем больше «жесткость» целиков (чем больше со
отношение 26//?,,), тем менее устойчива кровля в камера'. Прак-
266
Рис. II. 14. Зависимость конвергенции
выработки от времени для условии
пласта 1ZJ (II = 320 м):
1.3 . r. ок —f2(Z): 2. 4. С чц-), (/); / н 2-
при 26=12 м; 3 и I при 26 = 5 8 м; 5 и 6
при 26-2 м
Рис. II. 1! Зависимость изменения
скорости конвергенции от времени
для условий пласта АБ при ширине
камер 3.2 м, высоте целиков 3 м и их
ширине 26 = 12 м (/). 26 = 5,8 м (2)
и 2/; 2 м (<?)
тически, при ‘21> = 2 м нарушении сплошности непосредственной
кроили н камерах пс фиксировалось. Напротив, при 2/> = 12 м
обрушения кровли в камерах были обычным явленном.
На ру ншках Старобппского месторождения практически пс
применяются камерные системы с жесткими целиками. Здесь
нашли применение системы с деформирующимися (податли-
выми) н О1нос1пелы1о жесткими меж камерными целиками.
Наблюдения та деформированием податливых великов были
проч' дени в очистных блоках, отрабатываемых с различными
пар "цы рамп междукаме рпых целиков и камер, в частности при:
26 = 1,2; 1,5 м, 26 = 4,3; 5,3 м и />,, —3 -4-3,2 м. Результаты на-
турных замеров в обобщенном виде могут быть представлены,
как тго показано на рис. 11.15. Ит графиков видно, что ско-
рость сжатия целиков сохранялась приблизительно равной
Рис. II. 15. Г рафик изменения скорости
сжатия деформирующихся (податливых)
МКЦ во времени, построенный дня усло-
вий рудников Старобнпского месторож-
дения (II » 750 м)
267
2 мм/сут в течение около 60 сут, за последующие 40 сут она
возросла до 9 мм/сут (максимально замеренная не превышала
12 мм/сут), а затем в течение последующих суток она падала
до 0,2—0,5 мм/сут. Средневзвешенная (по времени отдельных
этапов наблюдений) скорость сжатия МКН составила около
3,5 мм/сут. Установленная изменчивость скорости сжатия во
времени может быть объяснена переходом материала целиков в
процессе деформирования из допредельного состояния в запре-
дельное (с последующим уплотнением). Данная изменчивость
может быть следствием и изменения «геометрии» целиков в про-
цессе их интенсивного деформирования.
Применение деформирующихся (податливых) целиков на
рудниках Старобпнекого месторождения обеспечило хорошую
устойчивость пород непосредственной кровли очистных камер на
протяжении времени, значительно превышающего технологиче-
ское время ведения выемочных работ в коротком очистном за-
бое.
2.4. ПРОЯВЛЕНИЕ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ВО ВМЕЩАЮЩЕМ
МАССИВЕ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ ДЛИННЫМИ
ОЧИСТНЫМИ ЗАБОЯМИ И УПРАВЛЕНИЕМ КРОВЛЕЙ ПОЛНЫМ
ОБРУШЕНИЕМ
Такие системы применяются на рудниках Старобппского место-
рождения. С их использованием разрабатываются пласты вто-
рого и третьего калийных горизонтов, причем основные запасы
сильвпнитовой руды на месторождении 80 %) сосредоточены
в пласте третьего горизонта. С этих позиций рассматриваемый
вопрос наиболее интересен применительно именно к этому пла-
сту. Напомним, что его мощность колеблется от 3 до 5 м, а глу-
бина залегания — от 450 до 860 м. Пласт представлен чередую-
щимися слоями сильвинита и каменной соли, в которых имеют-
ся прослойки галопелптов (от нескольких миллиметров до 10 см
и более). Ранее (на рис. II. 9) приведена схема подготовки п
принципиальные параметры системы разработки при слоевой вы-
емке этого пласта лавами (раздельно вынимаются IV и II, II—
III и III слои). Па месторождении испытывались различные ва-
рианты слоевой выемки. Вариант поочередной (раздельной) вы-
емки вначале вынимался IV сильвипптовый слой («верхний»),
а после уплотнения пород в отработанном пространстве- «ниж-
ний» слой (II, II- III и III). Другими вариантами являлась па-
раллельная отработка «верхнего» н «нижнего» слоев, но с раз-
личными расстояниями между их забоями (с опережением
«верхним» «нижнего»): в одном варианте оно составляло 150—
400 м, в другом - более 400 м (до 1000 м и более)- По-
следние варианты отличались схемами подготовки столбов
к отработке.
Инструментальные наблюдения проявлений горного давления
проводились в очистных н подготовительных выработках для по
268
следних указанных вариантов с применением известных средств
и методов проведения натурных экспериментов.
Состояние массива изучалось дифференцированно — исследо-
валось влияние очистных забоев как но «верхнему» слою, так и
по «нижнему». Опорное давление, обусловленное верхней лавой,
изучалось па расстоянии до 1350 м (от монтажной выработки).
Влияние выемки «верхнего» слоя прослежено ио величине юны
опорного давления (но центру столба) на расстоянии до 100 м.
Эти же зоны со стороны примыкания к отрабатываемому пла-
сту отработанного участка составили около 180 м, а со стороны
массива — до 90 м. Эти значения характеризуют распростране-
ние зон впереди очистного забоя.
Величины зон опорного давления и воздействие его па вы
работки от отработки «нижнего» слоя определялись в зависимо-
сти от опережения верхней лавой нижнего забоя. При значи-
тельном опережении (1100—1350 м) влияние опорного давления
нижней лавы фиксировалось по центру выемочного столба на
расстоянии 130— 135 м, по его краям — на расстоянии 45 -55 м.
В наиболее «напряженной» ио проявлению горного давления
краевой зоне столба- юие сопряжения лавы с подготовите.и.
пой выработкой в области по выработке непосредственно впе
редн очистного забоя (на 10 15 м) скорости деформации ила
ста составили 0,15—0,18 мм/сут. В то же время при опережении
верхней лавой забоя нижней на 190 210 м зона опорного дав-
ления последней в краевых частях столба снизилась в 3—4,5 ра-
за (до 10—15 м). Скорость деформации пласта в гой же облает
наблюдения снизилась в 3 раза (до 0,05—0,06 мм/сут). В апа
логичной зоне впереди забоя верхней лавы в лом случае ско
рости деформаций составляли— 1—1,2 мм/сут, что ronopni о
том, что при таком опережении интенсивность влияния опорного
давления нижней лавы па подготовительные выработки здесь
существенно ниже, чем но «верхнему» пласту.
О характере взаимовлияния опорного давления верхней лавы
и напряженно-деформированного состояния пород, вмещающих
подготовительные выработки нижнего очистного забоя (напри-
мер, конвейерного штрека нижней лавы), можно судить но гра
фнкам, приведенным на рис II. 16, на которых перемещение по-
род Л н их скорости v представлены в зависимости от расстояния
L места замера до груди забоя лавы по «верхнему» слою. Из
графиков видно, что сжатие пласта интенсивно возрастает в зоне
опорного давления, а при проходке верхнего очистного табоя
над местом наблюдений в конвейерном штреке нижней лавы за-
фиксированы резкие снижения величин перемещении и нх ско
ростсй. что говорит о разгрузке пород в штреке. Разгруженная
область сохранялась на расстоянии до 170 м позади очистного
забоя верхней лавы.
Инструментальные наблюдения проявлений горного давления
в нижней лаве показали, что ее непосредственная кровля (слой
269
Ill IV) имеет постоянный шаг обрушения (0,6—1,5 м). Первое
обрушение (со звуковым эффектом) вышележащих пород про-
изошло на расстоянии 51 69 м от монтажного штрека, после-
дующие обрушения (вторичные осадки) происходили с шагом
22 25 м.
11а протяжении участка 0 -30 м от монтажной выработки в
лаве «нижнего» слоя накрутки па .абойную крепь составляли не
более 60 -70 % ее рабочею сопротивления. На рабочее сопро
а пиление гндристопкп крепи выходили при достижения проле
том подработки вышележащих пород 180 200 м На 10 15
увеличились скорости достижения рабочих сопротивлений в гид
ростойках табопнон крепи при росте расстояний между верхней
и ппжпеп лавами со 180 200 до 1000 1300 м.
Пестсдованпе - принтера 4тапмодепстиия механизированной
крепи с боковыми породами для широкого нростраиетвепно-вре
мерного диапазона (150- 1350 м- по опережению и 2 5
21 мес по времени) покатало, что основные приращения вели
чип опусканий крепли в ппжпеп таге, сопротивлений и податли-
вости гидростоек в основном определяются процессом >ыемкп
руды, а не операциями передвижки крепи. В целом характер
этого взаимодействия соответствуя i таковому при варианте си-
стемы разработки, приведенном па рис. И 8 (в случае неком
дпцнонного слоя IV).
Максимальные из зафиксированных шипения опусканий кро-
вли в нижней лаве та цикл выемки госта влили в призабойной
зоне 8,4 мм, па границе призабойного пространства 95 мм При
г ia iip< ’ .1.Ч1ПЯХ горного давления межслоевая пачка (7/7
IV} в призабойном пространстве сохраняла устойчивость, вклю-
чая моменты обрунтенчп пороз, в выработанной зоне
270
В процессе снработкн нижней лавы осложнения с унравле
пнем KpoB.ieii н ее призабойном нространстве но шикали, в част
11ОС1И, при динамических проявлениях, спя шпиы.х е обрушения-
ми основной кровли (па рудник1 Первою п Второю рудоупра
влснпй) и обус.-io шылнх вывалы и выход н; игрой i ндрокрспв
в цеп 1 p.'i.ibiibi' частях лап проiЯ/Кеннн 30 ЙО м.
Для рудников месторождения pallet было j с I anoB.'ieiio, чю
при применении дл пшы.х очш гных абоев ь.юрнчные осадки ос
Hot-in й кров.in не ы ibii-aio’ разлома пород вперед.! оа-нлного
io >я, о.'услог .ног порушите ш носредс'i>eii|. •
KpcIIMO ЯЗВЫ. '))(,! I: |Д проявлений lopnol I I IChll'-l IB Bl.ni.l
в:1 i динамически io ieiicii,ii:i a.i при шбошо ю крепь и vnpan
.тонне точным длил, пнем ii призабойной v. ффектпчно
ei i lot i iprivie Hi iieioin.il in
|. pencil.
I’.H . IMlTIHI., !/' I. К liliilll'i >. IH'pO/loX I pc tbCIO topi XHI
I ivietoi ме< го лен-a. biibie. . насыщенные об.Tarin (iiaii-nixi'-p,
M’ 1!>;!,ообр;' :l!OH фог-1!>|), Cliooi 1111.10 l a и когс.ры .
и вея под большим давлением I loooM' нс. есообр ilio
и почла и. дополни!елы'.ых юл, в яспюстн ,л шя та
в оиисаипь". динамических проявлен!. горною давления ит
пах плас третье, а гори-.е.чта, гак как ра рабаты ..мыт сг
собы > 11р.н-лспн,| с' инн |’М11цаю1Пс ie массш.л в /км r.ix
чае Moiyi бы:". iieaiii.i iii’ivn реальному x>< xani' im\ hi/»
an.'iean'.i.
Ila основе п..\ ченпя форм, и арамерп< iнк (•споппы при .
сов, протекающих в соляном массиве при выемке руды
иых очистных !йбо'г. ра-.рабат ываюгеч mcv.ihh мы ' Правления
массивом, средслнл хь .aiiii.iaitiin горны- рябо: и cor piiiein
вуетсч система ра (работки длинными очпегнымн забоями < vn
рявленпем кровлей полным обрушением >ч нншях рудников
Старобинекою мссгоро/i сепия.
2.5. ДИНАМИЧЕСКИЕ ФОРМЫ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ
НА К АЛИИНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ
При добыче калийных руд спецпфическон формой нрояг '
горного (и газового) давления являются i а одпп.‘.х>!!'1ссквс я ie
пия (I ДЯ). Па Верхнекамском н Сгаробнпском мссторождс
нпях арегпетрнровапо более 400 ГДЯ, пр(> ><>'жпге.нлюед -н ь
ciвня которых составляет от долей до песктькнх секунд ГДЯ
развиваются в рудниках из :абоя выработок, п кровли рсв-вы,
из их стенок. Сложное!!, борьбы с ними состоит юм, чт> б<
лее 90 % спльвппнтовы’ руд добываете i i прцмепеччем i о-,;бай
поп различного типа, которые требуют ирисуiствия п при .гбон
ион (наиболее опасной) ;оп< выработок с>ы!Ш GO" работ’
забойной группы. Полому решение проблемы борьбы ГТ.Я
актуальная задача горной практики Решение > кет бып.
осуществлено при четком понимании в спец матн ."-пш! осн.
иых факторов, определяющих г<п опасные •.•ч|- О .вч . п
271
важных моментов в решении проблемы являются разработка
классификации ГДЯ н выявление минимально необходимого
числа параметрон, характеризующих их механизмы, которые мо-
гут быть использованы в качестве критериальных величии. Паи
более ответственной задачей, обеспечивающей разработку инже-
нерных мероприятий по борьбе с ГДЯ и создание методов и
средств их прогнозирования, является изучение закономерно-
стей и установление зависимостей, описывающих количествен
ную сторону взаимовлияния основных факторов в механизме
каждого явления
Большую роль в газодинамических процессах, протекающих
в соляных массивах при их отработке, играет трещиноватость.
К трещинам часто приурочены скопления природных газов. Они
являются естественными путями фильтрации га юн при техно-
генном воздействии па массив. Например, слои карналлита на
Верхпекамском месторождении характеризуются повышенной
трещиноватостью относительно сильвинитовых слоев и слоев ка-
менной соли. Трещиноватость подразделяется па тектоническую
и техногенную. В пластах месторождения встречаются пустоты
линзообразной формы, насыщенные газом часто под большим
давлением На месторождении имеются ослабленные зоны по-
вышенной газонасыщенностн.
Трещиноватость на Старобпыском месторождении приуро-
чена в основном к прнгсктопнческим зонам. Обычно трещины
«залечены» вторичными материалами. Вблизи трещин иногда
прослеживаются зоны дробления. Па третьем горизонте место-
рож тения имеют место локальные геологические нарушения в
виде мульд, к которым приурочено значительное число наиболее
мощных ГДЯ. Более 100 мульд вскрыто горными породами. Раз-
меры нарушении составляют от 4 -5 до 20 м п более. Для ядра
мульд характерна перемятая, раздробленная порода, сформиро-
ванная в виде сферического образования. Породы в мульде «раз-
биты» системой радиальных п концентрических (относительно
я ipa) трещин Ядро представлено различными минеральными
компонентами: иногда до 40 % сильвина, до 30 % буроватого Га-
лича, до 5% карналлита, галопелпга, неравномерно распростра-
ненного, имеющего пелитовую структуру. Особенностью рассмат-
риваемых геологических нарушений является их выборочная
газоиасыщеппость —около 50 % муль д содержи г свободные газы,
находящиеся под значительным давлением.
Приведенные геологические особенности строения калийных
месторождений являются первичной исходной информации!, не-
обходимой для понимания видов, форм и механизмов газоди-
намических явлений, происходящих на рудниках.
2.В. ВОДОЗАЩИТНАЯ ТОЛЩА ПОРОД НА КАЛИЙНЫХ РУДНИКАХ
Опыт работы па калийных рудниках говорит о том, что нх экс-
плуатация должна осуществляться способами, исключающими
проникновение вод в выработанное пространство. Оно должно
272
быть изолировано от напорных горизонтов некоторой толщей
водоупорных пород — водозащитной толщей (ВЗТ), сохраняю-
щей сплошность н водонепроницаемость при ее подработке. Это
условие является необходимым с точки зрения обеспечения бе-
зопасной и безаварийной эксплуатации калийных рудников. Как
уже отмечалось, эти обстоятельства связаны с особенностью со-
ляных пород хорошей их растворимостью н воде и ненасыщен-
ных рассолах. Опасны и относительно насыщенные рассолы, но
по иным, чем растворяемый минерал, компонентам.
Обеспечение сплошности ВЗТ (т. е. выбор соответствующего
способа управления этим элементом массива, покрывающим
разрабатываемые пласты) может быть достаточно надежно до-
стигнуто за счет применения жестких междукамерных целиков,
которые дают возможность гарантировать минимальные ее дс
формации. Однако при этом имеет место весьма низкое извлече-
ние полезного ископаемого, а следовательно, и неоптимальные
по пароднохо шйственному эффекту условия эксплуатации недр
Отметим также, что указанная гарантия обеспечивается только
на достаточно разведанных участках шахтных полей.
Таким образом, вопрос управления ВЗТ чрезвычайно сложен,
гак как требует поиска «безопасного оптимума» при Выборг на
раметров применяемых камерных систем разработки с учетом
чисто технологических показателей добычи руды (например, сте
пени ее извлечения).
Основанием перехода на системы разработки с большей сте-
пенью извлечения, т. е. перехода с жестких целиков па относи-
тельно жесткие или на деформирующиеся должны быть резуль-
таты комплексных исследований, включающих геологические
(параллельно с геофизическими), гидрогеологические (включая
гидрогеохимические) п геомехавичсскис исследования Гидро
геологические исследования позволяют оценить ряд свойств по
род (фильтрационных, водно-фпзпческп.х и др.), которые опре-
деляют их водоупорность при естественном (иеподработанпом)
состоянии. Геологические исследования дают возможность про
следи и» состав пород по разрезу то.ицп и по площади месторо-
ждения, установить места со сложным (необычным) ее строе
наем п характеристиками, ответить па вопросы о причинах
изменений естественных свойств покрывающих пород, о сохра-
нении их естественной водоупорности. Такая геологическая и гео-
мехапнческая оценка, особенно в региональном плане— для раз
реза всей толщи с учетом условий ее подработки, может быть
выполнена на основании изучения напряжеиио-деформпровап-
ного состояния пород, поскольку оно существенно влияет па из
мепенпе фильтрационных свойств соляного массива.
Методологический подход, определяющий необходимость
проведения всего комплекса геолого-гидро-геомсхапичрскнх нс
следований для получения максимального количества ипформа
ции о свойствах, строении и состоянии пород ВЗТ, а также нх
н (менчпвости, тавпеящей от степени извлечения руды из недр,
18 II М Проск-уряков
273
для специфических условий калийных месторождении следует
считаю наиболее оправданным п целесообразным Геимеханпче-
ckiii исследования 11ДС вмещающих пород самостоятельный
лап комплекса, а .ni.ni их результатов длс> возможность по
ivni.ii. 1->сгы< чио об пек тшитую информацию об изменчивости
ре! Шишлины\ 1 ндрогеило!muckit' условия в иодраба1ывасмой
io.li Нс.
I-, ) , п . калийных Mi eнтрождепнп in посредст венная па
1ургал .и нелишн еферманцп к. вс.м;, ра ;р> i И’
чр-. чы1:.тио ii.ip^jliTii'i . ?- пес 'Щишанпя 1 . рм.,о
aaiiiioio ссито нит iipoi; |‘,одч ииы а:., юн-..еппымн в ,о мл
I ilk I | _ Ml 11 « II,., 1 IianpllXk р, ; .3X1 С. ,: 'о ИВ Ц'.МН.и HO-
IK pxiioci н и на о . ряд । I hiiuo < выло шь, с я <. к.т ре . це-
па,I сф', мац пород и. IA-.M' р; ре Л Во! рл и
по । прав.ц I'liio г. кр-. . рт, ,raua из; .‘‘-hoi <. п.iat ia} 11 i,ip ell
л,. . p ii)..!"'),,‘.aiiuoe с(.с1',Я1П1с iiopo ‘ n yiaei iai-;,-.x ' io
д,1-,;'| mi "прошишя, раз.пвч'ымп численными методами п Д
flint-, . достоверны ИЫ1.ЦЫ, ба tn py lomm-ca на обобщ-шы pt
. , лепных (выполняемых несколькими меюдами)
ICC 1C ,11,<111111:
t hoi.ci,.<i вмещающих пород (ti вода) норные, в частности)
oo.ii! hoi . ыраженной индивидуальное, ыо в условия, каждою
поищи 1 hoi ) Meciopi. ч тения (например, соляпо-мсргелпс' ыс по-
рою и.. Верхней Каме и глпннего ч-pi с.шгт ые на (ларобиь
ском месторождении). С >ги\ по шили цх и (учение требует сгпо
го 1И(|>фереиц||ро1< никл о подхода, том числе п в отношении
нои ivi. и-мых меюдпк псследов'шии. Однако методоло! чческая
основа проводимых iice.ic.ioi iiiuii комплексный подход к опей
ке водоун )рных свойств пород водозащитной толщи, вклю <aio
щнГ- । eo.'ioi ;-1 "дролi-oMi хапнческие псследопаипя их свойств и
сос д „ лпй, является определяющим для услоепй калийны'
< 1'орол\дсп1|й, по люляс! с высокой сгсиешло достовериостп при
ним.ив прак 1 пческпе решения об измененнп уровня и истечения
р\ ты ч недр при обеспечении безопасной -лишлуатании но нем
ново иредприягни.
?>KCUepiiMt-pTa.Tiaioe н (учение НДС пород ВЗТ по факюру
сдвижения поверхности наиболее широко используется па ка-
лийных месгорождеипях. Обобщение ре ly.n.iатов t.imix р.аб но-
дспнй ио шоляет нолучпп, ряд пиитральпых арактернсгик про-
цесса сдвижения нт леса ющей толщи конкретных условиях-
P.iccMoipiiM некоторые результаты таких исследований, вы-
полненных нт Biрхискамском месторождении
Гра||>икп огедапшй темной поверхности, характерные д.ч' -он
полной и >щ;'|бо। кп при [>а-.личных скоростях оседапин, приве-
дены па рис. II. 17 и II 18.
На рис. II. 17 представлены графики оседаний повсрхност!' р
при исчдержапин покрывающей толщи жесткими междукамср-
вымп целиками. Как видно из графиков, сдвижение в -том сле-
ши ...тракт। , и от гея пологой краевой зоной мульды сдвижения
271
Рис. 11.17. Графики сдвижений земной поверхности в краевой зоне мульды
сдвижения при применении камерных систем разработки с жесткими МКЦ
(Березниковское калийное рудоуправление № I)
(сравнительио небольшими углами сдвижения ф и граничным
углом <%). Толща деформируется весьма медленно и в рамках
технологического времени ведения очистных работ выбор пара-
метров МКЦ допустим на основе, например, представлений
акад. Шевякова Л. Д., модифицированных применительно к кон-
кретным условиям соляных месторождений. В данном и иных
случаях возможен подход, базирующийся па положениях теории
предельного равновесия и некоторых других представлениях
о НДС междукамерпы.х целиков.
При больших скоростях сдвижения покрывающих пород ia-
коп подход к выбору параметров МКЦ не полностью отражает
Рис. II. /А. Графики Стпижения «мной noin.-p.xiun >п q в i-р и ной «-не муль-
ды сдвижения при применении камерных систем рилрзошкн с к <|и рмпрую-
шимися МКЦ
fie 1 р,........ * । о.<, I, х I <л ii1 : 11- л 1 । . ।... I:.1 а
18*
275
фактическое состояние целиков в процессе их деформирования.
I ели для условий рудника Первого рудоуправления скорости
сдвижений составили около 5 мм/год, то для рудника Второго
рудоуправления имеют место скорости, более чем на порядок
выше указанных (рис. II. 18) В этом случае МКЦ работают как
деформируемые (податливые) элементы, а краевая часть муль-
ды сдвижения характеризуется значительно большими величи
нами наклонов - в этом случае формируются ее крутые склоны.
Методы оценки состояния МКЦ в таких случаях могут базиро-
ваться па эмпирико-аналитическом подходе Одни из его ва-
риантов состоит в исследовании физико-механических свойств
соляных пород с учетом влияния на них фактора скорости де-
формирования материала и использовании этих данных при вы-
боре способов управления состоянием пород для условии работы
квазиоднородиых междукамерных целиков. Соляные породы
склонны к пластическому течению и могут характеризоваться,
например, динамической вязкостью. Для них уравнения состоя-
ния в общем виде могут быть записаны как D„ - тЬц, где Du и
£)д — соответственно девиаторы напряжений и скоростей дефор-
мации (в последнем принято, что средняя скорость деформаций
ё(р-*О); т динамическая вязкость пород (нормированная по
времени), устанавливаемая экспериментально. Такие уравнения
могут использоваться для оценки состояния МКЦ с учетом
укатанных особенностей деформирования соляных пород.
Выбранные тем или иным методом параметры МКЦ, опре-
деляя их напряженно деформированное состояние, тем самым
обусловливают в значительной степени л напряженно-деформи-
рованное состояние вмещающих пласты пород, в том числе и
пород водозащитной толщи. Поэтому выбранные параметры це-
ликов должны быть оценены по фактору сохранения сплошности
водозащитных отложений. Существует несколько аспектов такой
оценки, нз которых наиболее широко применяется на различных
месторождениях, включая и калийные, оценка по допустимой
для данных геолого-гидрогеологических условий кривизне подо
защитного слоя (слоев). Этот критерий бывает удобен в случае
оценки состояния толщи по интегральным ее характеристикам,
например, но установленным закономерностям сдвижения пород
на поверхности и в шахте. При этом распределение деформа-
ционных характеристик по сечению толщи выполняется на ос-
новании обобщения возможных экспериментальных данных,
либо па базе принятых гипотез такого распределения (преду-
сматривая коэффициенты запаса, ориентированные на обеспече-
ние необходимой безопасности рудников)
По поводу таких решении следует отметит!., что (не только
для особо сложных условий калийных месторождений) на сего-
дня отсутствуют достаточно обоснованные представления, опре-
деляющие механизм сдвижения пород Нет. в частности, полной
ясности, в какой степени мульда сдвижения является следствием
276
прогиба подработанных слоев, деформаций сдвига или совмест-
ного влияния этих факторов.
Специфика управления налегающей (водозащитной) толщен
па калийных месторождениях связана, кроме всего прочего, со
значительной продолжительностью (при камерных системах раз-
работки) процесса сдвижения и выраженной периодичностью
его протекания во времени. Периодичность при атом существен-
но предопределяется напряженно-деформированным состоянием
мс*жду камерных целиков — режимами их деформирования: ул
ругим, упруго-пластическим, пластическим течением, ползу-
честью или деформированием в запредельной области.
Сложность объекта (ВЗТ) требует многостороннего подхода
к сю изучению. Дополнительные исследования могут прово
дпгься с применением численных решений задач о деформирова-
нии пород ВЗТ методом конечных элементов (МКЭ), с приме-
нением экспериментальных методов фотомеханики или на ос
нове моделирования процессов сдвижения подработанной толщи
с использованием эквивалентных материалов.
При исследованиях, базирующихся на применении МКЭ, рас-
сматривалась плоская задача для слоистого массива с гравии
нымн условиями, заданными в перемещениях по верхней (по
верхность земли) и нижней (кровля рабочего пласта) границам
модели. Исследовалось поле главных деформаций, величины ко
торых сопоставлялись с критическими значениями деформаций
при растяжении Последние уточнялись с учетом стохастичности
физико-механических свойств массива, скоростей деформирова
ния соляных пород и времени протекания процесса нх дефор
мированпя до разрушения. Критериальные величины, опреде-
ляющие развитие трещин разрыва, еР = 0,006 4- 0,007.
Принималось, что для трсшпноопаспых зон характерны два
условия: наличие главной растягивающей и сжимающей ком
попоит тензора деформаций (линии разрыва совпадают с на-
правлением сжимающих компонент деформаций) либо наличие
обеих растягивающих главных компонент того же тензора (на-
правленно трещин неопределенное) С учетом этих условий в
подрабатываемом массиве выделяются зоны, характеризующие
возможность либо невозможность проникновения через них вод
в выработанное пространство рудников. В процессе подработки
породы ВЗТ изменяют свои свойства, могут приобретать дефор-
мационную анизотропию. Это было учтено в решении в виде
априорного уменьшения модуля деформаций ио направлениям
действия главных деформаций в зонах с двумя вышеупомяпу
тымн условиями трещинообразования. Анализ уточняющего ре-
шения показал, что выполняемое с применением МКЭ упругое
решение имеет достаточный запас падежное!и.
Обобщенные результаты проведенных исследований отра-
жены на рис. (I. 19.
В приведенном решении массив соляных пород рассматрн
вался как упругий, а критерии трещинообра юваипя предусма-
277
Рис. 11.19. Расчетные зоны трещинообразования при подработке покрываю-
щих пород:
а — при сцепке зон ио линейно-упругий схеме; б то .ко, с учетом деформационной ани-
301 рицин; 1 — :оиа ненарушенных пород; 2 зона грещпп: 3 зона ;.о.чип ро кодящих тре-
щин (о бразовавш(вк*>1 система трещин соединяет нпчочосиыг «'орц.м>11 гы г кырлиог питым
прог гране гном)
। р и вал п превышение шачеипямп главны pact ягпвакнцпх ie
формаций некоторых допустимых величин Такая модель не в
полной мере гиражаег условия состояния пород ВЗТ в натур-
ных условиях, но полученные па ее. основе решения поле ,пы в
теоретическом плане для выявления и оценки опасных но во :-
можиым водопрптокам участков шахтного .юля
Подобный анализ качественною состояния пород ВЗТ мо-
/|-л бып- получен при изучении процессов деформирования гол
щи Па моделях из пьезоактшшых материалов. Такой метод, был
применен для аналн’.а условий полной подработки поверхности
па Старобииском месторождении при применении систем с пол-
ным обрушением пород кровли. Исследовались неоднородные
модели, па которых с учетом масштабов моделирования при ре-
шении задач в условиях весомой полуплоскости при р ’-0,5 (р—
ко |ф(|)пцпенг Пуассона) были получены поля напряжений и де-
формаций в подработанном массиве и оненепо общее состояние
пород в процессе подработки. Обобщенные ре д л'.латы акаг ис-
следований приведены на рис II 20.
На рисунке зоны .1, П п С интерпретируются следующим об-
разом. В юне .1 сплошность пород обеспечивается за счет сстс-
278
I‘n ll."It. .xcm.i '..ii u’iicnt in mi'uiiii imiiii ..1ч,|.ече ши вчлоуп.
СВОЙГ1В li порогах i i.i hiciu Mf|ii e.Tiieiuii lu.iinii O' ДГ) при ии.грабпич nv r
применением систем p iiniiiii.it iUiic i'.i.im.i i.hiohmii c nGpyiil' •»>» к
llnpo i ipoBJiu
cibchiio низких рилы рационных характеристик v ice'.'. oil1
чающих (К • псиолмх щепномуподрабощой состоянию. J.
юны 13 сплошность ме-жг г бын. оГпчч«ечсп.1 тишь ’ счет дсп
cr-шя Mc xjiiii iM i .лечивапня» ра г швающейся трещит а;о
chi. Анализ компонентов icii.iopoi: п.тряжгчтпй п деформации г
инн- (. пок.ч'.ывает возможность рашптия ;десь трещиноват<
п сохранение сплошности во;можно только счет м< инн а
* :.1Л<чне.апнях Рс‘ly.ibia гы .ша.тиза дополнительно ппформп
pvioi о him, что рассмотревши система разработки мол<" non
мелиться на х учаси<ах и. спорождения, гд r<).r(i
ci .1 io'iii M.oiHHocib по сна mill пых ot.io? .iinii, ио ноооды
CT.ii 1Я1О1ЦПС Вс? Г, обладают как свойства hi ес < "ii нно- >.ю
упора, гак п во ииожностыо восстанавливать hikik- cr.'o’icii-и г
процессе подработки массива.
Проблема со'рапения силошиостн нодо'шщптиой to.iiihh на
калийных месторождениях ио ра иип лющаяся в н.чч. тчцег
время область геоме’хапнчески> неследовапип, требующая \ ч- б
ленною подхода постановке тксщ рпме I"альпых и ап.чли
скпх исслс топаний.
2.7. Ф!ПИ1П СКИГ СВОЙСТВА СОЛЯНЫХ ПОРОД
Ни одно решение плач по управлению состоят! м любы'
м.'И1'’.) соляного массива не может бын. осмии. leno
информации о фп'll"'CI•.llx ееойства пород (мае' Ив-i пород).
Напболе часто в практик ру шиков необходимы чанные о фи
зико-механических характерпгтнка пород и фп.чыр >пп пио
коллекторских их свойсчвах.
К первым относятся: прочностные и деформаиноины.
ракгернснкн пород при одноосных иапряженпы со. пр 1
279
сжатия и растяжения, а также при изгибе; данные о пластично-
сти и хрупкости соляных пород, о реологических их свойствах,
динамические свойства пород и характеристики их при разру-
шении.
Вторые свойства в наибольшей степени используются при вы-
боре параметров управления массивом в случае проявления в
нем газодинамических явлений. Наибольший интерес здесь пред-
ставляют данные о газопроницаемости соляных пород и массива,
рассматриваемой в зависимости влияния на нее целого ряда ар
гументов (напряженного состояния, фильтрационной анизотро-
пии пород и др ).
Ниже приводятся основные, необходимые для решения задач
управления горным давлением в калийных рудниках данные об
указанных свойствах.
Предел прочности сильвинита и каменной соли при одноос-
ном сжатии (лабораторные и натурные испытания, методики
ВНИМИ) колеблется в диапазоне (130 Ч-410) 105 Па при ко-
эффициенте вариации отдельного измерения до 30 %. Тот же па-
раметр для карналлитовых пород колеблется в пределах (150 Ч-
Ч- 200) • 105 Па. Модулям упругости этих пород соответствует
диапазон (1,4 ч- 2) -104 МПа, а коэффициент Пуассона для них
составляет около 0,3. Для каменной соли и сильвинитов значе-
ния модулей упругости колеблятся в пределах (1,2 Ч-2,3) X
ХЮ4 МПа, а коэффициент Пуассона — от 0,3 до 0,45. Значения
модулей, определяемых при испытаниях по нагрузочным крп
вым, па 30—50 % меньше значений, устанавливаемых ио кривым
ра и рузки.
Прочность пород зависит, как известно, от очень многих фак-
торов: формы п размеров образцов, структуры пород, контакт
ных условий, скорости нагружения (деформирования) пород
и т. д. При прочих равных условиях скорость деформирования
существенно определяет прочность (особенно при /т/5=0,5ч-
Ч-3; й - высота, h — ширина образцов).
Прочность при сжатии соляных (сильвинит, каменная соль)
пород при нагружении их нормально к напластованию зависит
от скорости деформирования согласно зависимости
ос = 32 • 106ехр (—76 -10 4 In ,
где i — текущая скорость деформирования, мин '; щ— единич-
ная скорость деформирования, мин-1.
Для тех же пород и условий испытания предельная деформа-
ция (%) является функцией аргументов ё, h и 1> и определяется
выраженном (для 10 ” г 10”, мин-1)
’=('•!> ' ’ + 1,8]-1.П251п(4), %.
Приведенные эмпирические выражения позволяют оценить
порядок зависимости о,, и вп от скорости деформирования, а со
280
ответственно и необходимость учета фактора скорости при ра-
боте различных элементов соляного массива.
Прочность пород при растяжении является одной из важ-
нейших характеристик, определяющих условия управления кров
лей выработок. Особую роль этот параметр играет па калийных
месторождениях, где управление кровлей в камерообразных вы
работках осуществляется в ряде случаев без крепления.
Известны различные методики определения этой характери-
стики, обусловливающие, однако, значительный разброс дан-
ных— от 30 до 100 %. Методика, разработанная с применением
самоцентрнрующегося устройства, позволяет получать данные
о прочности пород при растяжении с коэффициентом вариаций
не более 30 %, а также деформационные характеристики при
этом виде напряженного состояния (ио диаграммам пр—
Для имеющихся данных диапазон изменения предела проч
ностн сильвинитов и каменной соли при растяжении составляет
(2.7 4-20,1) • Ю5 Па, для карналлитовых пород - (1,9- 8,5) X
ХЮ5 Па.
Но методике ВНИПГ средние характеристики при растяже
нип для сильвнпнто-каменносоляпых пород (с и = 30%) соста-
вили.- о,,- 1 МПа, ер= 165-I0-4, ЕР= (2,5 : 4,5) • 10* МПа. Для
галопелптовых прослойков оР - 0,75-10'' Па (параметр «А»),
О।ношение предела прочности при прямом растяжении к пре-
делу прочности на растяжение при изгибе для указанных пород
о'/о0= 1,5 т 1,75, где о'- предел прочности на растяжение при
изгибе.
Определенные по стандартным методикам прочностные и де
формационные свойства соляных пород характер!! jyiorcn еле
дующими параметрами. Предел прочности при изгибе п„ состав-
ляет: для силышпп гов - (20 4- 05) • I05 Па, для каменной соли
(24 4- 50) -10° Па, для карналлита ~ 15- 105 Па (при v не более
32 %). Определяемые в натурных и лабораторных условиях ша-
ченпя о„ понадают в одни и тот же диапазон величин.
Модули деформации при изгибе, определенные в натурных
условиях, почти в 3 раза больше таковых для лабораторных ус-
ловий. Например, для Старобппского месторождения первые
значения составили (2,14-2,3) • К)'1 МПа, вторые - (0,62 4-
4-0,84) • 101 МПа.
При решеинп задач оценки НДС элементов массива с приме-
ненном теории предельного состояния пород необходимы дан
пыс о паспорте пород, характеризуемом коэффициентом сцепле-
ния /<*,. н углом внутреннего трепня р. Оценочные значения этих
параметров могут быть определены по зависимостям:
А\ = 0,5 («»,. о,,)'''1цр — 0,5 (п, — о,,) (а.-Ор) ° ’
Экспериментально установленные значения параметров пас-
портов прочности по литологическим разностям соответствуют
следующим диапазонам:
281
для каменной соли А. • = (35 108) 10' Па; <>=25 4 3!) ;
, । сил лпппы /гс - (50 ; 91) 10" 11а;. р 27 31 ,
для карналлита /г, -= (40 4-70) • 10 На; р =29 34:
Коэффициенты вариаций о нс превышают 30 *»,
Определенные как в условиях объемного напряженного со-
1ОЯНИЯ, гак и ’.:рн испытания' на срез со сжатием .пачення /л
и р "меюг практически один и toi же диапазон и imchciiioi.
Отметим, что при paccivioiрении выражения неоднородною
момента массива его «суммарный» паспорт прочности следует
строить с учетом средневзвешенных шаченнп /г, и р по всем \а-
раыерным слоям и прослоям элемента.
('.<• тяпые породы пластичны, обладают способностью нзме
пять под нагружай форму бел разрыва сплошности, накапливая
шачп।с ьпые остаточные деформации. Пластичность пород ха-
рактеризуется коэффициентом пластичности или условным пре
делом текучести. Последний пока .ан ль, р лвиын отношению на-
I ру л.и, и ечаютцен началу ттч учес I, к ьлоша . t н ,амва для
к .менно.: юли и cii.M.r.iiiiii।.1, . on;***’*।ги чип • .•о 31
12 МПа ।Старобиискос месторождение)
Прг динамических проявлениях горною даглсипя и управле
ппп нм в IJKHX .'словпях необходимы ко швееiгенные или каш*
с। .< иные данные о xpyiiKoeiii пород Она онеш ается по отно
iiieiniio <>, /<>],: для каменной соли и карпи.члнта лапа..он ошо-
ineilii < сосгзР 'Гн 15 20, для < итыяши: 20 >(). ii .
lo-p/.M. тр , ря с гч;;< г !|л ч п,. । ко ч[>ф|'ч.!1'' i i . in.
равным оиияш иию рабо1Ы ’вругон деформации к * бгцч. ра
б< ге разрушения (лапа-он изменени . ниш ко лЬфпцпсп>а т.г-1
I ирных iv«род весьма широк: 0,007 0,5.
И •ншным < >.г-ч1ым породам присущи .ш.гчп,с ншыс дефор-
мации и. л ;, чести Они харакюрн.Аютея также параметром tj ш-
1елы1оп прочности. Для сильвинитов п каменной co.ii' процессы
полтучестп приближенно одинаковы ир.н напряженных состоя
пня’ сж.'нпя п п гпба. Для эти. состояний (при натр*, .сипи до
0,5 0,7 о* разрушающе!о) ползучесть пород удовтеп шипелиио
:>ппсы1'Ш.'тея уравнениями ншениои кюрии г ic.’ii де। енпостн
При Лбе и’, ом ядре х ка танпы - уравнений для ”" пород пара-
метры не । : " *стп и «мент юте;’ в пп< к* ш' 0,4111 [',945 и
0,('0()>? б ' 0,015 (а в ft >мш1уччсект1е к >ффш1Ш п<ы).
Д'И: ,1>||.ТЯ прочность ПдСОЛЯНЫ -. народ (>П| С’Ц'Л И'ГС жспс-
" ,1ЛЫП' (и III но мппрнческим •k’IICU МОСТИМ) Дл I СП 1ЬВН-
I" о-i .менросолепых пород ее <1ычспчя cooi ciemyior дпапа-
н” п = (0.4 - - 0,8)л.
• <'лчные породы по р ।’.'H’MV реагируют ш i rariB'ccKiie и ди-
.1 , , . е-ц е I. Д|.цаМ11'П'ГКЯ И'ЗНС" '! ПОрОД НСОбхОДПМЫ
hi г пн । (дпнамшкч'кпч явлении (гак тачных выбросов),
1 -I г. д. К таким характеристикам относятся.- ско-
. си льных 1 поперечных упругих волн, динамический мо-
, . . , и, .-и xcTiP'echoe сопротивление соляных пород. Ско-
ci'ti.пых :п тл‘1 каменной соли составили 3100—
4800 м/с, для сильвинита — околи 3500 м/с (по данным лабора-
торных испытаний). По результатам испытаний в натуре для
обеих пород скорости составляли 3800—4800 м/с. При наличии
в породах значительных примесей галопелнтой и для глинисто
карналлитовых пород продольная скорость в натуре составила
2200-—3200 м/с Отношение vv/u. для сильвинитов и каменной
соли составляет 1,8 2 (у,, - продольные, и>— поперечные ско-
рости упругих воли).
Плотность соляных пород калийных месторождений у
= 2,14-2,2 т/м:!. Акустическое сопротивление для галпто стт.ть-
внннговых разностей находится в пределах (738 4-1008)/.
ХЮ1 Па с/м, а для галонелнтов и глинисто-карналлитовых по-
род в диапазоне (484 4-704)•10’ Па-с/м.
Динамический модуль упругости для сильвинита п каменной
соли изменяется и пределах (2,2 1,05) • !()' МПа.
При управлении горным давлением при камерных системах
разработки (при выборе, например, параметров МКЦ) в ряде
случаен необходимы данные о динамической т язкосгп соляных
пород р'. -)гот' параметр,функтшоналыто зависящий от многих ар
гумептов (давление, вре мя, температура н др.), при oupc icjenii.ni
констатации последних в условиях решаемых конкретных .адач
может рассматриваться как величина постоянная. Например, ь
условия', объемного напряженного состояния при допа точной
длительности действия тип рузок в лабораторных условиях для
соляных пород р' К)13 Па-с. Но некоторым данным г. пат /
пых условия-, лот цок.-та ic.Ti достпает К)1 !()' Н,,-с.
При решетин! вопросов управления горным д.твлгнаем i при
менепнем шкладочных работ необходимы тпапня о механя •
скп.х характеристиках разрушенных соляных пород ; сыпка
плотность, ко .фф|тнпст| г разрыхления, угол сет ест ,л шк»т о от
коса, предел прочности па сжатие такладо итого массива и о
Эти параметры могут тавпеегт. от способа выемки (ратрх ш>
нпя): комбайнового или с применением БВР. Т. п.тсыпп.г
плотность при комбайновой добыче составляет 1,3 I 35 т/м ,
при буровзрывной 1,4 1.5 т/м3. От способа pa jpyiiicnii ;ата сш
также тт коэффициент разрыхления, составляющий со-отт стстчл-н
по 1,6 н I,! 1.5 Угол ген сiвенного откоса разрушенных при
комбайновой ктбычт пород составляет около 34е Предел проч-
ности на сжатие iи (розаглаткн (черта I 2 года) колеблется в
днапа топе 1 - 8 Ml la.
К физическим свойствам соляных пород, представлт точитм
интерес с потпцпи управления состоянием массива, относите
их газодинамические характеристики, прежде всего т ;опр< пн
цаемоеть пород.
Соляные в большей степени, чем другие, торные породы об
ла тают выраженной анизотропией газопроницаемости. Для пс
нарушенных структур коэффициенты проницаемости по папл.т
стованию пород более чем в 3 раза превышают аналогичные па-
раметры при ориентации фильтрации вкртст напластования. Для
283
каменной соли, например, они равны, 9,26-10~3 н 2,87-10~3 мкм2
соответственно. При наличии в породах галонелитовых прослой
ков или контакта сильвинит-каменная соль разница может до-
стигать одного порядка величин.
На значение коэффициента проницаемости но напластованию
(и вкрест него) существенно влияет НДС пород и градиент га-
ювого давления. По напластованию эти факторы обусловливают
диапазон величин (0,02 4- 4) -10 3 мкм2, вкрест нанластивания
(0,002 4-0,1) • Ю а мкм2.
При наличии в породах мелкозернистых прослойков сильви-
нита пли каменной соли фильтрация вкрест напластования нрак
тпчески отсутствует. Характерной юной фильтрации i азов
вкрест напластования являются области контактов: каменная
соль крупнокристаллический сильвинит, каменная соль—кар
паллиг и др. Но галонелитовым прослойкам фильтрация газа
существенно активизируется в зонах разгрузки от горного дав-
ления (например, зоны пород кровли, удаление от забоя,
и др.).
Управление’ газодинамическими процессами (их прогнозиро-
вание, предупреждение) требует наличия информации не только
о газопроницаемости соляных пород, но и о характеристиках са
мих процессов фильтрации. Законы фильтрации газов в калий
ных породах обладают рядом особенностей.
Целесообразно остановиться лишь на тех параметрах, оп-
ределяющих эти законы, которые используются при решении за-
дач управления состоянием выброеоопасного соляного массива.
Для калийных рудников установлены два режима (закона)
фильтрации газов в опасных по ГДЯ породах кровли очистных
камер и подготовительных выработок:
режим неустаповнвшейся фильтрации газа в кровле приза
бойных юн (к таким юнам относятся породы призабойной ча-
сти кровли, существующей непродолжительное время, а также
кровля выработок, существующая продолжительное время, но
не изменившая своп коллекторские и газодинамические харак-
теристики, устойчивая кровля выработок небольшого пролета,
пройденных в ненарушенном массиве, вне зон влияния горных
работ);
режим установившейся фильтрации газа в кровле, удаленной
от забоя (понимается область кровли, находящаяся на расстоя-
нии 10 20 м от забоев и существующая продолжительное вре-
мя, а также кровля выработок, подверженных влиянию горных
работ).
Поскольку па калийных рудниках управление выбросоопас-
пым массивом (в частности, кровлей) осуществляется с приме-
нением дегазационного бурения шпуров, то в обоих рассмотрен-
ных случаях речь идет о радиальной фильтрации газа, основ-
ным специфическим для калийных солей параметром которой
является начальный градиент давления газа. Оп представляет
. 31
собой некоторый критический градиент давления С, при кою-
ром в пористой среде начинается пли резко ускоряется процесс
фильтрации газа:
C \P/I,
где С—начальный градиент давления, МПа/см; ДР — Перепад
давления, МПа; / расстояние, па котором перепад давления
газа составляет величину ДР, см.
Наличие параметра С, характеризующего фильтрационные
процессы в калийных породах, говорит о неравномерной газо-
носности такого массива в пределах одного пласта или участка,
г. е. о «пятнистом» распределении опасных зон па шахтных по-
лях.
Т а блица II. 1
Осреднснные характеристики газодинамических параметрон
калийных пород
П ре- ле г выра- боток, м Мег то рож.лени е Плас г. горн ЮН 1 Ос ре 'iiKMiliHv граничные ха рак терне тики !1()р<’Ч КрпнТИ
В при мбоГшыч иных выработок с «нормально» подвигающимися забоями
к. см' С . Па/ем Va- см /в ем)
• 3 Верхнекам- ское Старобинекое Верхпекам скос Старобинское АП «Красный-Н» III горизонт ЛИ «Красный-!!» Ill горизонт - ю 12 ю 11 > 10 ’ 9 10 " >5 - 10 " (0-8) • 10,п (0 : । 1) 10‘° <5- Ю < 6- К)’0 <5 - 10'° I • 10 4 -5 1 • 10 4—5 1 10 4—5 1 10 4 —5 1 10 *- 5
П р о л г> .1 ж с п и е г а б л III
Про ны ря- бо ток, м .Мссторож цепне !1лас।, 1 ырИ 1ОЦ г Ос ре цгепные граничные характеристики и про ц. кров. II)
Вне при моойиь. с и»и либо при дли гслы|1>й OCT.4IIOBKH .taimen, .1 также в юпах влияния очистных работ
/<г. см с. Па см см дс-с»
' 3 Верхпекам- .1/; -4-10 (0,0 0,6) • 101 1-10
СКОС «Kpacni.iii-11" 10 (0,0 <1,5) 10' 1 |0 5
С гапобинское 111 горн ЮН 1 10 (0 0 . -1,5) 1(Г 1 - 10
3 Верхпекам- 1/. — —
СКОС 'Красный-! 1 10 ' (0.0 г- 0.8) 1(Г 1-10
('таройпнекое III горклом 1 -1 • 10 11 (0.0 (1,5) 1(1 1 - 10
285
При решении некоторых задач но оценке выбросоопасного
состояния норол используют значения квадрата начального
гра шета давления (С'\ Па2/см).
Осрсдпенпые .характеристики основных газодинамических па-
раметров калннных пород: К—коэффициента проницаемости;
С квадрата начального градиента давления; С—начального
градиента давления; Q.,— среднего удельного расхода >аза в
шнуре-стоке, для условий Верхпекамского н Старобипекого ме-
< оро/кдеппй приведены в табл. II 4.
Абсолютная вязкость свободных газов па месторождениях
може! характеризоваться величинами порядка (17,5-:-18,5) X
Х1П 10 Па-с.
Привеченные параметры, как уже отмечалось, используются
при разработке практических мероприятий по управлению со-
стоянием опасного по газодинамическим явлениям массива со-
ляных пород па калийных рудниках (для оценочных расчетов
парами ров мтропрнягий ио борьбе с ГДЯ; для конкретных
участков используются их апостериорные шачепия).
Контрольные вопросы
; к....... uciiobiii.ic I, ' npi csu.K-IIIlli горного laii.iciliia |):> ЗИПНЫх
М'Ч Г ороЖДСНИЯХ?
’ Чю является о<'»чипостями уравнении состояния, оипеыв.потв'
спи годяиых uopo । при pa.i.iii'nuu ошях проян .iciiini горного давл;чн1Я в г .<
р.в>' I IX?
3. ‘Ио i.ikoi ip.uiii4in.ie условия, чем вы :buh:i пеобходнмосп. их уч-г;1
при решении конкретных '.-i.i.i'ir
; Чем определятся применимость подходов механики сплошной epi-i
К р""ч Н1ИО .'I 1114 О нлпряжеип-! деформированном Г.1СГОЯНШ1 UICMCII |.в
сипа . О.ЧЯШ.1Х ..про ।
Перечислите •ксиернмеп! i.ti.hui иные, харак epiriyioiiin сени
ЛЧПЫХ пород К.1К КВН ив «л ровный обь-кт.
G. Каковы о •обсино-1и 'В'формпроиация контура ио troiomi lejii.ui.ix
р . и. калачных мсс: ipo.K тениях • I • нес inn n.rino- ' .
< счет 1 ' (Поения вмт пгиошего иыриоггкн m.tC' IiB.t?
7. Ч:<> чвляхтсч < 'ио. ui iiii.'.ii i. выбору '.ртмечров целиков и
,’Ч 'ОВ I .(Мер При UpliMeiU'IIHII СПСИ'М р.' ip.'IOOIKH । КОРОТКИМИ li'llienil.ri I
I > шп
Ь Д.1|"||е пирс U ll'llll1' дс<|| ipMIlil' IIIIIUIXCII (ио Л 311ВЫ х) целиков I • I
f-n.i-. килнииых .и- юрой nnii
’» lie C'llli ... по,.Illi' <•<•1111140. пгояг .eilllii горного ,'ielil. I iipil
rpi • . в.-i.ин ii' i..i.iiiinii.ix in ;eu ' r'.i p: ipanoi'.'ii < управлением крив.'П
пи шым оор\ iiieuiicM
I 1,,-к “ пи. МПЧСГ1 in- при-ii- >нпя inpiloio iini'.jieiuiii на ,'i.hihhu-
Xi.-i . л, и ul< ... iioin x.lp.l i-pin . Ы
I i i на . io'„limn пой толшей (ГИТ) пи к.т."пГ|пых Mciinpu
..•и,). mie, ipi-'T<ii.:iiiii'-, к Heil предьянляемыеJ
Ip | । <-осК1ят принципы o.Mii.ieKciiiiri। подход.i к научению 1И1 и
i i.hi цы u.iiK.r
I.: К ikih i.i ocobeniiociii сцчпжсник icMiinii поверхности и пород ВЗТ
при '"'iimcuciiii'i it' n\ uni'. । различных ciicicm разработкн?
II В чем cii'i.'ir ocooeiilluriи выбора МКЦ e учетом сдвижения ii'iipa-
6,iii,iu'ioMou 1О.ПЦИ пород па калннных месторождениях'?
15 Чн> пире тел яс 1 специфику . еомехииичесього последования nop’i.i
ВЗТ. их К0МНЛСК111ОСГ1.. учс1 временных факторов?
286
6 1 Ь рсчпс.:ин iipo inoc . > ; .' in и............................. и . । .к
!/. каковы (k'iiobiihi в ,pu ими nop n iip.'.ii гп и i
IK lho ОГ11ОС1НСЯ К 111!.. Ill •• ... .. .
4i i i'.'iKoc Га о .ill.)мivk. kn ". 1 i' ... и
I 1.1НЧИГ or bihUBI-iX 01111*1 n lop
ч СПОСОБЫ УЬРЛВ,/ИН^ C(KTG>5HHLM
МАССИВА ПРИ РЛЗРАБПТКГ калийные
МЕСГОРООДГ.МИЙ
В p.i .деле освещаются вопросы пыбора парами. ров ра .личных
ге пчческпх мероприятии, направленны: на . беси. чтчнч техно
ю п"сскп .ффем внпых п бе «оь . юны у условии уксплуа гании ка
шипых рудников i’.tcc .ia। рп। .ноге I мгропрп-хня, иапи ди.ие
причинение практике горных нредпрпя! nii. Их параметры при-
нимаются как на псионе расчет пых методов. ра’.работаппы тля
специфических ус "omni кдлинны мссторо;кдеи|щ, и- и н ба .е
ир 1 ктичтскогч ОПЫ1 । вг'Ц пия io] лк. работ па р. шик
'Л .УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ Д1 ФОРМИРОВАНИЯ ЗЕМНОЙ
ПОВЕРХНОСТИ И ВОДОЗАЩИТНОЙ ТОЛЩИ
Внешне:"' •'1.'Ч1!И|,еи "одраб.-и ынает то via еивч шляется .’.ем пая
nt -p .iioeiii 11 .учение 'Шопомсрно.-г. ее впжнпя состав
Kiel npe.Mri i.iMoi'KBiie.'ii noi'j горнов uicitinIлiи.ы. В настоящем
ра теле рассмотрено шчш. основ.' -с с<. ер/каппе ука.а.пи го во
Пр" 1 I! ШОбЧо 1ЧМЫ • горни I •'Ш'| Г'Лп ХарЫ. '. Ы. V)
I; Н.роч.ГГВ COCIЛЯПИС обтек" : па емнон поверхноетп.
Воло ;ащ.|тпйя го нца (ВЗТ) нт ктлпипы' >ы oiio/Ktciiib s,
к- ш соеlaniioii i cii.io и комплекс нодрабагни- . »п,в пород,
пре icTa.wr.ici- самое’ ic.n>iii>iii обпект хправ. енпя, оемцее . яе-
х " • при р. .работке м.р'ькде’шп с целью бе опасной ->кс
II.II 1 ' ЛЦ11".
’’ш.-мот ‘остояппе массчва пару moi'ii’ о"псл!ым ра
б(..ам1ь г ра. >меро .1 выр.тб >1 авт ч ае1 перемещение т1 о ючек г i ','i>ii\ чы-
Р'|бог.тпп()то нр<ттр.тпегва. на.хывяемие едпи/кен см и. II' но
вер.-.nnci и ;ем чн -I счет сд тж; нпя обра.у.'гс ме ч । < шг ы
пип. Оепоеные ci '.ачактсрчстпкп приведены па рис П. 21
Зч чсоия yr.noin.ix . мет'-о •, градус.
ДЛЯ OCI 01ЯЧ.1Х калийных
Л1< < Tr)//OW,<^^ЧИ'« Л I1,,
Верхпекамско» 5П Ы)
'г,ч|><1Г1||||ск.к GO (И)
Управление < ст дапиямп темнен
лторо/кдепнях ci-ч «апо с необходимостью охраны , б> < i i- 1 i",
?S7
мест.н’ождеинн
X'.. Ti 4" Т
50 55 55 55
GO 55 55 55
HOBcoxHocгп и. niir ' mt
о
Рис. 11.21. Элементы и угловые параметры мульды сдвижения:
а главное сечение мульды сдвижения но падению восстанию пласта, б главное сече-
ние мульды по прости рацию; в главное сечение мульды по падению носе ганию при не-
полной подработке земной поверхности; а угол падения пласта; 6о. Ро- То- граничные
углы; 4ri, Чг2. ЧЛч углы полных сдвижений; Li, L2 размер краевой части мульды сдви-
жении соответственно по восстанию н падению плас га; L3— размер краевой части мульды
сдвижения по простиранию пласта; La длина зоны полной подработки земной поверх-
ности; I внутренняя 1раница краевой части (ВГКЧ) мульды сдвижения
дящпхея в tone подработки. Защита таких объектов осущест-
вляется с использованием горнотехнических и конструктивных
мероприятий. Последние не соответствуют рассматриваемой
здесь тематике, а горнотехнические направлены на уменьше-
ние прогнозируемых деформаций земной поверхности Такие
мероприятия применяются в основном в гех случаях, когда рас
четные деформации поверхности превышают предельные зна-
чения деформаций ц11К1х, допустимых для охраняемых объектов
согласно действующим нормативным документам (СНИПы
и др.).
Расчет деформаций поверхности базируется па определении
ее макро и микродеформаций. Макродеформации определяются
на основе использования типовых их распределений, полученных
путем инструментальных наблюдений за оседаниями и горизон-
тальными деформациями земной поверхности в постоянных
краевых частях мульд сдвижения.
Рассчитываются макродеформации поверхности по зависи-
мостям (для постоянных краевых частей мульд сдвижения):
оседания
Ч,- = Ч (/)S(z);
наклоны
. ____п (/) S' (z) __
1 н» (СЩЛ„ + cig 1|1) ’
кривизна (м ')
_ _____П (/I $" (2)_
Р // ’ (dg в„ + etg t)2
iоризонтальные деформации
>-, = /г„ч.р/Л, (etg d„ + etg Ф),
где 1] оседание поверхности в точке с безразмерной коорди-
натой z; z—x/Lni\ v—расстояние от внутренней границы (со
стороны .юны полной подработки) краевой части (ВГК.Ч) муль-
ды до рассматриваемой точки, м; Lm— длина краевой части
мульды по нормали к границе выработанного пространства, м:
288
в условиях полной подработки
I - //„ (ctLV ч Ни || );
в условиях неполной подработки
//„Ни<\4 4;
// ширина выработанного пространства в рассматриваемом
cc'iciiHii мульды, м; //,, рассюяпис oi почвы разрабатываемою
пласта до темпе ii поверхности, м; q(/) оседанти .емиой по-
верхности на гнуiрепной ipairime мульды сдвижения, доспи их
гое за время /, м; величин.! конечного оседания (м) на ВГ1\Ч
определяется швненмоетыо
Пк ,,А-|13 (I — (II + (OA-J „) (/('/(")" ’,
///пч - вынимаемая мощность, м: к„- — коэффициент и’влечения
руды и г недр (например, при ленточных целиках и комбайно
в,oil выемке)
/г , ______
" ' (</(/<) Шил/-'
S, площадь очистной камеры (с учетом положения комбайно-
вых хоитв при многословной выемке руды): а. Ь ширина ка-
меры, ме/кдукамерного целика, м (при многоходовых камерах
с учетом ширины межходовых целиков); А’ коэффициент icx-
иологическпх потерь (А' ~ 1,06); о. - сн-нень заполнения камер
•вкладкой; /.у,, коэффициент уплотнения шкладкп (/г,., I:
при уил- MieHiri от собственного веса для гидро вкладки Ах —
> 0,М, для отбитой породы A’v„ — 0,‘2); л', г" - степень подрано
апи-.ютн земной и шерхпостн соот гетстш нно в направлениях
максимально!о Л, в минимальною размеров выработанного
проеrp.iiic гвт (обычно по простиранию и падению):
для условий Верхнекамского месторгж тепня
'.'л условий Сларобпчского месторождения
п' и" - 0.2l)')
\ ' I! /
5(:) распртд<леппе оседаний <емпон повер»пчеги >. нлетое.п
ПОИ Кр<1СВ()!1 ' iZlCTII Му.ЧЬДЫ Cyl.P.II/КсШ! Я, ОГНСССНП г К ОССДЛ11И Ю Ш1
гну Грецией Tpoiiinir m>ii член! м; льды (нгшрпмер i. ip; 5(:)
.%'"( ) первая н втор,, т ирон. .;|.пая p.-enpi ц вчш> «.. < таичи;
А’„. п переходной кол|>(|>11цпент (для Верхнекамскою месторо-
ждения А',„.„ - 0.02 4 0,05 для ( 1;'роб|Н1гк‘Чо к 0,25)
Значения безразмерных осе танпй S(y) is краевой части м\.п, i
С'1впже11пя поверхности п их проп.твотпыс V(-) п S’"(: I, \eia-
ihh • епные для калийных месторождений, нрпв, дни 1 .i5 . (I 5
11.6.
|Ч 11. М 1 IpiJCb.x рямтв
28‘)
Таблица II. 5
Значения S (г) для Верхнекамского месторождения
(интервал между реперами 30 м)
z При in 0.75 I IpiT io- 0,7.>
v (') •S' (z) S" (?) S (Z) S (z) S" (z)
0,0 I 0 0 1 0 0
0,1 0,91 0.8 —7,5 0,98 0,5 6
0.2 0,83 1,52 —6.7 0,91 0,9 8
о.з 0,65 2 0 0,78 2,4 30
0,4 0,45 1,75 4-4,5 0.11 3 5 T23
0,5 0,3 1 25 4-5,5 0,18 1 1 -|- 1 2
0,6 0.2 0.85 4-2,8 o.l 0,6 4-4
0.7 0,12 0,6 4-2 0,06 0,3 4-2,5
0,8 0,07 0/15 I-1.5 0,04 0,2 4-1.5
0.9 0,03 0.3 4-1 0,02 0,1 40,5
I 0 0 II 0 II 0
Т а блица II. 6
Значения S (z) для Старобипского месторождения
(интервал между реперами 50 м)
z (*тоЛв<Ж.1Я система pa ip.HX) I KU к (нарушением кровли Камерная система jki.-i- р.нюгки v деформирую Камерная система pa i- рабогки c c>i носи rv.'ibiio жссГКИМИ целиками (C <(>.7)
щимиен (пода целиками (f ЛНВЫМН) 0.7)
S' (Z) •S' (z) •S" (Z) S(z) S' (?) S'" (z) •S (Z) .S' (z) S" (Z)
0,0 !,(»(» 0.00 0,00 1,00 0,00 0,00 1,00 0,00 0.00
0,1 0,95 0.80 8.00 0,97 0,10 2,50 0.98 0,30 1,00
0,2 0,82 1,60 - 10.00 0,92 1.00 6,50 0,92 0,80 —3,00
0,3 0,62 2 30 3.50 0 79 I 70 7,00 0.82 1,30 6 00
0,4 0. II 1.90 4-5,00 0,60 2,00 3,00 0.68 1,90 7,00
0,5 (1,25 1.30 4-6,50 0,10 2,00 4-3,00 0,45 2,50 0,00
0,6 O.I3 0.81 44,50 0,21 1,60 4-6,10 0,21 1.80 4 8,00
0,7 0 07 0.50 4-2,70 0.10 0,80 4-6,50 0,09 0.90 4-8,00
0,8 0,03 0.30 4 1.60 0,02 0,40 4-3.00 0,03 0,40 1 4,00
0.9 0,01 0,11 40.70 0.01 0,10 4-0.50 0,01 0,10 - 1,50
1.00 (),0l) 0.00 0,00 0,00 0.00 0,0(1 0.00 0.00 0.00
I I р II М К I III If ( КП 1ффПЦ1Н Ilf
к HA (i jii.iio tiiiye riiM«»n нагрузке).
ii.irpYmeinnr цел ”-»в (oriimiieiiii'-
фактической
290
Т а б л и на 11.7
Значения коэффициентов перехода
Мстторождстп 1 k-wi- ll ы ii ип lepii.'iJi. м ко л)н]н|Ц1п-н j ы игреки ц.1
для наклонов 'б д.ля кривизны. ‘1ЛЯ горн «>|1- ГЛ.1Ы1ЫХ фефирмл- циП
Вс р Ml СК «1 м скос С трибн некое 30 1,2 1,5 1,5
камерные еигюмы: 50 1,55 и 1,4
гюлбовыс снеи’мы или камер- ные с дс’формпруютимиея пс ликами 50 1.55 1,8 1,«
Для объектов поверхности, подрабатываемых i ирными ра-
ботами, обычно допустимые значения деформаций указываются
для 15- 20 метрового интервала между реперами наблюдатель-
ных профилен на поверхности. Коэффициенты перехода от 30 -
50-метровых мсжреиерпых расстоянии к 15—20 метровым при-
ведены в табл. 11 7.
Мнкродеформацнп, алгебраически суммируемые с одноимен-
ными макродеформациямн, для юн полной подработки и юн
окаIпя постоянных и временных краевых частей мульд сдви-
жения, определяются следующими гавпепмостямп:
наклоны:
' -'.фП — гхр( -2,711)] •<’ ;
кривизна
Р=-Р„р|1 ехр(-2,7т])| К)
горизонтальные дефор мании
«г = t’r.npfl - ехр(—2,7т))| 1(1
где /„р, [|„Р, к г. Пр—предельные значения мпкродеформацпй (Ста-
робнпское месторождение: Z,rp = 1,6; р,1р = 0.8; г, „Р = 2,5; Верх-
некамское месторождение: /щ, - 0,8; ..= 04; г, 0.8).
Микрочеформ шин представляют собой отклонения <|>:iкгино-
ских деформацнп от их ciлажспиых распределений (г. е. от ма-
кродеформацнн) в конкретных условиях иодрабо1ки поверхно-
сти.
В качестве горнотехнических мероприятий, обеспечивающих
защиту подрабатываемых объектов па калийных мт огорож тс
пнях, применяются-
мероприягия, направленные па oi рапичеппе щ Формаций
(оставление под объектами предохрани тельных целиков, пере
19"
291
хот па параметры систем p<i ipaConwi с меньшим обьемом
влечения руды н.з недр, шкладка выработанною пространства);
меропрня । ия, уменьшающие неравномерное i ь распределения
деформации поверхности (сокращение срока существования вре
мепиых границ выработанного пространства, увеличение скоро-
сти подвигания фронт очистных работ н обеспечение с по-
стоянства, отработка у летков б. оставления в их пределах не
п :влечепных тан.icon. >6eciie4ei!iie неизменноеIи в пределах
участков nap.iMeipon принятых систем ратработкн, ведение тор
пьг рабш в пространс те и времени по схемам, пекл1оч;иошпм
на поверхнос । н па.чож<-Hie теформацпп одною шака, п др.);
мероприятия, но.и.о внощпе увеличить продола- ителыюегь
процесса дсформпрог..-iii/i (оставление временных предохранп-
к .ьпых целик , применение поетаднпноп отработки калийны
п.Г'СЮВ но MUlIllloi ill 1; ,е4епшо, применение более Ж КПХ
МКЦ пун увелпчеиьон ширине Кимер : др.);
меропрпя I пя наврав. пяе на ус прение проще! о: ..форми
ронаппя поверхности ' г.. ничей.-' чформируемос!н МКН, при
с .цепче при iii >ai < ла б х нелнкщ’.ы с' - : лка
и чр.;.
Применение ; понятий, ра ’.дельно пли комплексно, щ, ;во-
лче. решив р .’.опросов горной практики при упр.ч, чспни
с ца: леннем гх ' । н ,.ер awe I п а охране расположенных. н. ш."
обьекгов в> : >абт>Iк11 к..."ппных месторождении.
11а кпакрсН1ОМ примере рассмотрим порядок pac' <’ia ' же
тп-мых деформаций .мной вонерxueei и для yc.’ioi ;й Верхпс
к: чет но месторп/к'(со in, беря .а авали ведение юрных p.xooi
на тризон 1алыюм ил. i n Красный II» с парам< трал- . пр;
денными па рис. 11.2.
Нрнм.р. I la еже, н-чающе \сло!иям и щ .. >дг,
। чкп, orpAoai ываегся пласт «Красный-11» многоходовыми
ц .lOi-KiJMи :..iMi-p.ixHi комбайном < Урал-I0KC up । ьы’моч
нои мощи1-сгн Л.8 м, 1Н11|>щ',. камер 1(> м н МКЦ I м Гл
р.1 ч>а' "'с । м. Камеры .. ба i ь'-aiou ме».
• ы . .. - ’-и । 1 мер иЧ] о । <
Cl. ’..riel (),7.гк
' Of р а I , I : .; I форм.р'11|| • !'
щ ” •,пш;” ко. во., час! । м\ ь’н>1 с''.нн кепня на расе ''"ннч, пч
, ричер, О'? ч > гну।реинен границы.
Г - in е чч нчо'о месторождения 11.1144м пачт
I j '• 1Н1Ц1Ы х 1.ЧОЦ 1. VI. полных ' ’.иж-чнпТ б 'v 'I' -
р- ’С"!! I Ы’Чем cl .60' е!л Г. 0,7.
Oi'peT'-'iacM 1 .1 о 1 р; вон ч-n r1’ тулиты д. . 1 bi
TO'-I : 11 • . DTKll; / . (clp ,V. I с1Ц||Н ’0.НЛЧ
• 0.7) 46;' м Дтя ссматрн! icvoi'i i<> ik:1 no:;.- iiociii yc
lOHiiii >акл 1Дкн ио приве ченным । 16л II. .г> данным опрече
Л’1-'1 парами!'н.п для ' О..'!; — 0,75, S(r) - 0,(’г.; .S'/л) 2;
-S"(') И).
292
Рассчитываем величину конечны оседаний но фор-.,
1] '),')///,, , (I го
= ()>9-S’6-[(Tif+i>X-i,»s]<1^ + 'll- I
• 5,8 • ,,51>1 - О,.,.>5 - I I, t.
II; 0,/nir.i <.ec7i.iii:i>: рзесма । рпв.и.-мон ючм
*L 4;.I ) I, I 65 ,4 ' I,
Вг.чч ины мак, юформищп.
клоп, криви па, г iini я>цга ibiibic
11.1
в расгма rpnr.ivv >й ючке
Деформации) С )С1 1ПЯ г;
Мнкродеформ- ц iii II.! рассюяпнн л ?/
•о"1 * *' .-1' 11 но ;аГн> кн сосивя
().
(1,539) il.
0,3- 162- 139 м
1 (l,3S - (о
1 1),75-11 ;
,75 -13
•.'•i;i| ,ii,ii j .^ф,-| чацин
hi гочк ' - сое! анят:
мной поперчце.г гп в рассм <три
I .C.IU pac'ieiiibii ,1.еф ниацин ••мноп но , ч-мюегп но 1ем или
' :бро ;ц , :рср.>, ;)1Ц'М <>\pa||J,| paCIIGK)
• 1 за не., об'ь- ,о । Ki । < i;;<- . opiio । ex н нчеекп \ мер.
IK> l,ri । ’ 'I- .।J an I i.nip; , p
" 1 1 оно' ,ii ,ii,i , i.HBPiinrin t|i i| m,
' i,,J ' -Il 1 ill .. it"lll|ij и
(II. Ill i >. .!,K । . 1.. ,. • v,. : , • I UOi I I .1 , IlOB.'Ie'i 'I
-4' i1 1 । e ii.-i' .ом г \ дон к , ।
X ’ IpMI" I. IIIHSl e ep\ll(>( III lei
: о . .'isnoi, p ". n 'i.n
MiHieci, । ' .Hi.I . । opiicre ii'i'i'-cKc'’.' Мер.и.рпя
Kolop.' I lllillli. Ip! imoniei' IIHII HplIi' .rHtl '/ ।
1 e , i ' II' '-OIIK ., ' ll.'l 411.
I> рамк.г paecr,’oT| спич еосю'.'.чия всей to.'ilhh подраб;..................... .
h’ 1ь !'- ' kh.'I'.' nii.i’. ч гор' i.aei'.n:, к,. U)>
203
особую значимость имеет состояние водозащитной толщи
опенка этого состояния и но зможность управлягь нм. Окончите.п>-
ное решение этих вопросов представляет собой чрезвычайнослож
ную задачу. Исследования в этой области продолжаются, достиг-
нутые результаты совершенствуются, уточняются ио мере па коп
леи ня новых экспериментально апал и гнческнх данных.
Определена основная концепция решения задачи — комн
лексный подход оценки свойств н состояния пород ВЗГ. В рам
ка.х такого подхода задачами теюме.ханнкн являются онределс
пне для реально установленного массива характеристик, огра
жающнх и его напряженно-деформируемое сосюяпщ- (с учетом
«у жнх» мест), и их сопоставление с крштриальными велишь
нами, свойственными породам при их деформировании имение) в
реальных условиях рассматриваемого массива. Существуют раз-
личные мнения по пентоду выбора указанных критериев, однако
в большинстве случаев таковыми принпмаююя кривизна подра-
батываемых породных слетев либо деформации растяжения. При
определенных схемах работы породных элементов названные па-
раметры могут быть достаточно просто преобразованы. Для ре-
шения только вопросов безопасноегп, связанных с безаварийной
отработкой месторождений, задачи решаются достаточно одно
значно. При постановке' же задач с точки зрения поиска «бею
паевого оптимума», т. е. необходимости гарантировать безопас-
ность работ нрн выполнении технико-экономических требований
к )(|)<|)сктпвноетп чобычн, задачам но управлению состоянием
ВЗГ такая одно шачпоегь в нх решении уже’ несвойственна.
Учитывая отмеченное, рассмотрим существующие' на сегодня
подходы к оценке НДС пород водозащнты по упомянутым крп
терпим. Начнем с наиболее общепризнанного (например, для
угольных месторождений) критерия кривизны подрабатывае
мых слоев водозащитных отложений, определяемой эксш-рпмеи
та тык)аналитическим путем для условий применения камерных
систем разработки. Задача сое гои г в определении макси миль-
ных значений кривизны, соответствующей некоторому рае предо
лечино оседаний, в слое (или слоях) пород, отнесенных к ВЗI
и расположенных на некотором расстоянии // от выработанного
пространства при глубине' ведения горных работ //. Макси
мильные' значения p„i.,x, h. очевидно, должны располагаться в
определенных зонах краевых частей мульд сдвижения Продета
вле-ппя о таких зонах можно получить, рассмотрев графики, прп-
веденные- на рис. II 22, где- изображены кривые бе..разменных
распределений па ie-мной поверхности: и — оседаний, б - накло-
нов, с кривизны, и на уровне кровли п./i к та: то ж< а', о и <
Гонки характерных значений оседаний, наклонов н кривизны:
па земной поверхности I, 2, 3, 4 и 5;
па уровне- кровли отрабатываемого пласта: Г. 2', -7' в 5'
I и // контуры и змепспня «криви зны» в налегающем мас-
сиве в пределах зоны влияния его подработки; /// п IV -наира
нлення изменений экстремальных значений кривизны в пынук
2'.)1
I'ur. //.22. Схем.! (и) и харлк rcpucriiMi (б) ч'форм.щии краевой части муш.
ды ечвижспня на уровне земной нонермюггн и пл уровне кров ш отраба
гыиаемого пласта моникн ты.) -п при итриие му.в,ты на указанных уровнях
соотвегс 1 пенно / ;/ в /,Л
Чг vro.,r г 1_.Н1 жгнпя: Л пыим‘11:1.111 \г
лой н вогнутой частях мульды сдвижения. Изменения характс
рпзуются некоторой пропорциональностью н пределах: для ///
от точки 2 с жстремальной (в выпуклой части) кривизной па
поверхности до точки 2' вблизи контура пласта с счетом зоны
его разупрочнения по кромке; для IV— от точки 4 на новсрхно
стн с экстремальной (в вогнутой части) криви *. ной на новсрхно
стн то точки 4' па уровне кровли пласта па расстоянии )0 40 м
от его контура.
Hi рисунка и пояснений к Нему следует, что такими юнамн
(но высоте массива) являются области, лежащие на н травле
ння III и IV (или вблизи них). Дальнейшее решение тадачн
cotтош в отыскании (с применением итерационною метода)
вида эпюры бе ц>а тмерпого распределения оседаний на удале-
нии h (или //|, Л2, . .) от разрабатываемого пласта 5(г)Г|,,-1Х „,
где расположен водоупорный (по i eoaoi ичеекпм данным) слой
(или слон). Итерационный процесс осуществляют до тех пор,
пока не будет достигнуто соответствие площади ) (~),. и пло
щади, графически воспроизводимой па основе данных (рассчп
тыкаемых но эмпирическим кошенmociям в соочветсгнпн с по
строениями рис II 22) о координатах искомою распределения,
лежащих на линиях /// п IV па высоте h от пласта. Первая и <
укатанных п ющадей определяется зависимостью
где /'( ) площадь бт paivupnoio распределения оседаний на
рассматриваемом удалении It oi пласта, )(.г)ц то же, па ;см-
пон поверхности (ем. put II 22).
Ио н.-1Й!Ц1:ч;>му ,с?(~) определяется параметр .S"(r)n, ,х .
г. е. м<"кс”м:1,п,1ч>г .пачепне бе-.ра ^мерного распредт лечнч крн
bi ш, . .п: .сг ш /' (и ш при icc’ieioi шип нескольких ; kicb в
составе ВЗТ /ц, /в,......и . д.) от вырабо),шного прострап-
2<Ж
cum. Тогда искомая криви.ом онрсделтся .авпснмост ыо
ч,,,., . (О U)„,;lx. /,
'I
। le Lt, длина мульды оседания на высоте h над пластом, м,
И,,.,.(/) оседание на ВГКЧ мульды сдвижения.
Поскольку i|„ (/) :аы1СН1 от ряда аргументов, в том числе
н от параметров применяемой системы разработки, го <а счс!
корректировки параметров системы (и других аргументов) мо-
жет быть скорректирована п величина р,„:)Ч. ». .Этот процесс а
кап шваегся при удовлетворении неравенства
PiiKix, h IpL
где [р] юнустнмое ля данных пород (и мощности слоя) зна-
чение кривизны, м ’.
Ука >анпая корректировка параметра р1П может осущеш-
ВЛ1ИТ.СЯ ?.а счет применения на практике различных меронрия
тип но управлению состоянием пород В3'[, из которых основ
пымп являются:
вблизи постоянных границ выработанного пространства: соз-
дание «ин! смягчения» <а счет уменьшения извлечения руты
(синженнс гыним.1смо|": мощности пласта, отработка не всех нла
сгон, увеличевве ширины целиков, уменьшение ширины камор),
прими нения иклаткн выработавши о про-- T'Ki'cnia, с но
времени н пространстве отработки отдельны- пластов;
вблизи временных границ выработанного пространства:
утеш.шенне лптельростп их остановки;
зблпз границ I разными снстсмамп, п параметрами систем
разработки: уменьшение разницы . извлечении, в степени натру
zkchh'.i меж гукамерных целиков.
Помимо рассмотревши о тмпврвко-апалнтвчееког. тот.)
оценки с< стояния пород ВЗТ, возможно ирнмеш-чш' чет"и
МКЭ, фотомеханики и др. для определения характерных пара-
метров (кривизны, деформации растяжения и Др.), отражаю-
щих НДС, в > озащнты (или отдельных слоев'. В ряде слу
чает-, необходимо использован не нескольких м< то юв ля зеше
нш- та <1411, выполняя при »гом обобщение и принимая решение
но (>с ;у.1ьгатам всех индо т пеелсдовлипй.
Ц.т Mini npiiMeiie ,пя различны'- с м ра траб та
Ста обпиеком месторождении гр дх-емя-ри'ГИ'^ся xni ( лис ’•>
сгошпьм под а-ащит чы . oi.’(iK'4o:ii кд с •• отришии-ння i -ле
ка-. " мошне, с I и гчраб'гы;-ic-Mi । unaeroi-. (),ri о'ра’-кч’- -.-(ся
"> аченпн, при которых зоны 11 ец-чвообра .онавп': и.'1'' : ыра
б-ланн-im пространством нс paciipoci;>'iiinioi'cn дале< ннж1 ч!
1рачш'ы ВЗТ. При пособлю •инн ттого ' слоипя п’.мсч-оотся па-
ра” -ры камерной системы pa.HKl б’-Т КН, OCf тяе'-с «О
ЧС1ЫЫМ, При прпм< 4 ЧШН Т Ш1ШВ1Х ОЧНСТНь: •..'босо, гы И’ ->й
спльвпшиовый пласт на разрабатываемых горизонтах пли осу-
29<>
щестгтяекя перс-од < г спечем с правлением кровли полным
обруш'чик м 1- камерным системам с деформирующимися о по
ciiie.ibiio жсс1 i.iiM'i i । деть, и це.Н11’.амп. г)ффек~нвш (в .о
ча I- noci i inniгчн границами выработанного пространства)
применяются <- оь.,1 смя сипя уменьшенной н\ пределах
.•тс.к-пыо , пленения р.ды.
3< ! iiiiibi ton ।peiHiiiiooopa.ioi’.aiiiiH опре дляются по >мпп-
pii'icCKHfl lilicir Ct,IM pa : С. 'Гы' • ЛЯ Cl .'ICIIOCIH-I OT.iiOzKC II |:«I il
oT.’ioAcHiiii на, колеи ы
4. П; чмср, при о|[,аоогке пласта нк po.о кальпио. о юрп ..
ia ; мешением сне iom с споавлспиом кровли полным обруше-
ние ’ ькола гр( шппообра пг.ання в t (шосиых о'ложеиия\ он
ре ic.'ii । । "яп спмос । ыо
где мош ное”! и рхиего i пожнею с. ол ii.iaei
о же п. ас, । н же е "ini <>Т| attoiKH дик. щип
па,tea вы 1(кк<ния' о . еделптся lai’iiriiмостыо
// 11 »///
дс п выем-у.ш.1я Mu.i'jioeii. и. ста шорою юри опта. Для
ДрУ । ’ аркан:-)i. с;с>см и у. ""A'\' а' применения пре оксин
iii'i ii- ten мое । п, lipiii.oftiMi < ецр.. । <<оч и н к<' \
L iiii.Tiili .ii. пыле । i.irio' оценки НДС пород
। о ."и uj ка. Я1"!1, сгмроЖА-пн , . Mcpoiip i i но
пр., "-а ю сое г । line., нр.шю.о1 юя в оiраслевы ii ” м.нпв-
пы токумеи;,!. в конкретны рекомендациях.
,;.2. )'шм..'.'ьпиЕ горный длвлкиигм в емч е гнем.tn
гы: .ЗеЛОК
Д.1! . •лпипых . с;..'рожден иг • опрос нечесообр." но рас
Р'.ть ра ,дс.1Ы| । 1 ''Tin,; бееш синя yci ’iiuiii ое.'г. i. .i
'i.Ilbl II ПОЛЮ, i.lll,|\ ГЫр.|бо|.-К 1 1рП'1.1СВ11Я ным
Д ННс Г, (; С! пы; в! Ip<l6o к 1'
По. 'I’lioiHei б "ч in пе ншгальных •: нодго -ль
н вырабоюк . с< М'" пива ini я i i ton i.' ч.ныс гырабо кп)
па ofiioi.iibi калпипыд' с.орож/нния ну. >дят комб-iiin -.ым
способом. Зплчс' 1ыю реже. > новпом для пр.оходк камер
рудничною "вора, прим, пот б,р а.:, ывпон способ.
Выработки, up. о,п| пые >мб ашамп inii’t 1IK-8, .imcio i
1 I ую ьрпб.ч i/K 1111 к кр\. >) форму Сечения, I 6.ill
i ..мп 1 -ia rp.-i.i >i ni,г lOii'.y ioc.i , ipaiemi' .ны'! В о
ip"l Ь I III» i' bi ' Ii ,p Ijl. rl-11 ..
h ' ' I ir-l. i . . ! .ipoi. illl , O' ИОГШ .'"I I ВЫ
бочок Kiriiiin- iii'iiibiMii i oi.;iмп шт.;in< oi' крепи iiiiiia
’K hhic.i.i и . ши i. i;i.im" в ip.). Ilpii I'ici:: lO'iiio', мощности
i a i.p К| 'М’С'.пек ч!(> i.'ii1 I/ . .. . >ei< г ' ,,,'tii ia
11 III iiliol! ; I -IKI I. Uli ’ . .'I 6( : Kpt a ", 1.1Р ' пород
кро,'..
297
Для расчета параметров штанговой крепи используются раз-
личные методические подходы, связанные с видом крепи в усло-
виями ее применения. Регламентация таких параметров отра-
жается в отраслевых (либо бассейновых) нормативных доку
ментах (инструкциях, рекомендациях и т. д.).
Рассмотрим содержание одного из таких документов нрн
применении штанговой (анкерной) крени в условиях Верхне
камского месторождения.
Кровля выработок типизируется: I, II, III, IV тины. Крите
риямп тишнацнп являются— содержание Н. О. (%) в пласте,
мощное и, падкоржевого слоя (м) и характер складчатости
кровли. Наиболее устойчивая кровля I тина (Первый и Второй
рудники Соликамских рудоуправлении, частично— Первый
рудник Березниковского рудоуправления), наименее устойчива
кровля IV типа (например, рудник Второго Березниковского ру-
доуправления). На основе типизации кровли определены виды
выработок, подлежащих креплению (по сроку службы, месту
проведения, рекомендованы типы крепи п сроки ее возведения).
В зависимости от параметров возможных зон обрушения, ко-
торые установлены по натурным наблюдениям и классифициро-
ваны для различных выработок и условии их заложения, выби
рается одна из двух схем работы анкерной крепн. По первой
схеме ирикоптурпая часть массива кренится к вышерасположен-
ным устойчивым породам, но второй (если зона обрушения
больше обычно применяемых длин штанг) - за счет штанге
йоге крепления в кровле формируется несущий элемент, вос-
принимающий нагрузку прикоитурного слоя выработок. После
формирования исходных данных производят выбор типа и рас
чет параметров штанговой крени, осуществляемый в следующем
порядке.
Находится полная длина (м) анкеров:
/ + С.
где - пассивная (выступающая в выработку) часть анкера
(/,, 'Х, Г> см); - активная длина анкера;
/., Л + /б
/,— заглубление замковой части анкера за пределы контура об-
рушения (/, ^ 30 ' 40 см); h высота зоны возможного обру-
шения (как отмечалось, табулирована для месторождения); при
второй схеме работы вместо h принимается h’ (мощность скреп-
ленных, «сшитых» слоев).
Параметр 1\' (см), в зависимости от пролета выработок оп-
ределяется следующим образом:
при 3<2«<9 м Л' h^(l} k-
при 18 м h'
где Ло — мощность скрепляемых слоев, зависящая от предела
прочности пород нрн одноосном растяжении -(пр-/ц) и про
298
0,083 0,25 0,5 I 2 3 Ц567МЮ 15 20t, лет
Рис. 11.23. Номограмма для определения параметрон анкерной крени
лета выработки «2«» (определяется по номограмме, рис. 11.23);
/г, коэффициент запаса {п\ < I; п\ ~ 0,9), ()(/) —безразмер-
ная функция времени /; / срок службы выработки, годы
(рис. 11.23); /г — коэффициент условий работы пород кровли
(/г = 1,5). Для выработок пролетом 9^2»^ 18 м при онре
делении величины /н> учитывается предел прочности пород на
растяжение при изгибе, т. е. п'«=1,5а.
Расстояние (м) между анкерами в ряду (и между рядами
при квадратной сетке) ио первой схеме работы определяется ио
двум факторам:
по несущей способности анкера:
где к - коэффициент перегрузки (для выработок околостволь-
ного двора к = 1,5 2, для всех остальных k - 1,2 ' 1.5; боль-
шим значениям соответствуют более тяжелые горно-геологиче-
ские условия); у плотность пород кровли, т/м3; Р -допусти-
мая натрутка на анкер, Н (для типовых анкеров с разрезной
распорной муфтой Р = 50 кН.
по устойчивости нижнего слоя пород непосредственной кров-
ли между анкерами: и - —3,3(///Г’Ь, где /н — мощность нижнего
слоя, м.
По данным об </| ii а; принимается в качестве расчетной ми-
нимальная величина.
Расстояние между стенкой и крайним анкерным рядом
для прямоугольных (блц'.кпм к таким) сечений выработок не
299
I‘it' II ?/. Типовые паспорта управлетс) 1 ровлен c анкерной крепью:
ll I ID.I.UIJII ГН НОВЫХ •‘jfllO'H IH-'I |||-Н;т . (|)<1 xli 41 l.l.xl ' VW I III Ih/pr 1 P<'lf
ЛгннГ| сопряжения, h —ki.hh.i junu •• in'n я < ... «ни । ’N' v i-h'ii n >
p.» । \r I. iniit? 2’r<i-p;i. J , rr.ijHH i i-ihi pivii нп : p.ic
। »i i..v mv.k t p>i i i м i • । ip‘ i pi и । ' .и 11; и p и ।
iirin-ii до i,im-|);i ( M) • । - I i-.i я)" ‘ ' • '• Hllli
должно нревыша i ! paeci jsiniri межд- шп iреппимп рядами
бо.'П ч 4k м ii<. одн\ I p( i ь.
При 'лруг.пом пли сводчатом ciчечпи ныра^'чок чнс./ю анке-
ров в ряду (по поперечному печеней) е.ыраб iij.l оиридсчяется,
нс:;()1я in не..||| шы рас.с. и ч о п;->.. >.ыр-1Ги кн / "нисп
Mooli oi пша комбайна:
!.||я гнпа комб.1 'iia IIK-8 / , - 0,7.г
дня тина комбайна <Ур f +0,75/
где радиус )акр ггдс'ия кров.П!. м: - hi ipiina плоской ча
сгн кровли, м.
При расчете параметров крени но s.opoii схеме нрчннма1отея
к iiciio/ii. •овапнк) только анкеры со сплошным сцечлснш м по
300

длине шнура, г. е анкеры bhiitoioiо тина. Сцепление обеспсчн
вается необходимым соотношением параметров анкера и сече
пня анкерною шнура Расстояние в -ггом случае между шке
рамп (при юй же сетке) рассчитынается но формуле
«I
где Ад - ко ффнциеит условии работы крепи (Ар 3- 4).
Значение выбирается, как и в случае боты тгаш но
нервов схеме Окончательно принимается на.чмеиынее
Число анкеров в ряду определятся аналог (чно нервов схеме
Особенность анкерною крепления < >пряж< iinii выработок со
стелы в предварительном определении ?квн алентпото пролета
сопряжения;
Ц '2S/p'
где о - пюш.’ДЬ обнажения м2; п' нерпм<т оцор, м
В рабочих нормативных документа расе- ршинотея ык ।
вопросы технологии н механшацни подведения крени, контроль
;а ее работой в процессе -жсилуа i лцнн выработок н др Д тя .ха-
рактерны' \г'1О!1нй н сечений выраб . ж ра , . тынною" тио-
вые паспорт управления кровлей применением анкетною
крепления (рис II ?4).
Приведем несколько примеров выбора нар'гччров анкер’!'чо
крепления в конкретных условия Верхпекамекою месторожде
пня катинных солен.
Пример 1. Выбрать параметр! vnp П’ленпя кровлен панель
ною выемочною иыр(К-| по пласту Красныч II пройдениото
комбайном «Урал-2ПКС» с ii.'ionia/uo чопере"!' ' о с •Ч'чшя 20 м2;
порядок отработки на участке прямой i'cpoi, с" жбы шюека
менее двух лет).
301
Формируются исходные данные: ширина выработки 6,15 м
(/„.„ = 2,45 м; г = 1,85 м); ложная кровля—1, 2 и 3-й глини-
сто соляные «коржи»; 1 и 2-й коржи «подрезаются» ври про-
ходке, мощность третьего /н —0,25 м (нижний слой кровли),
непосредственная кровля - каменная соль слоя «Красный I
Краеный-И» мощностью 0,5 м; содержание нерастворимого
осадка в пласте 1,7 %; глубина разработки 350 м; плотность
пород = 2,1 г/м3.
Решение. В cootbcictbiiii с исходными данными кровля мо-
жет быть отнесена к IV тину, при котором зона обрушения мо-
жет составить: /1 0,25 + 0,5- 0,75 м. Для h - 0,75 м можно
использован, анкеры с закреплением шмков за юной обрушс
нпя, например, анкеры с разрезной распорной муфтой (/•’ =
50 кН). Применима, еледователыю, первая схема расчета.
Определяется расстояние между анкерами по несущей спо-
собности анкера:
(Р у>. > / 5 \П-Г|
у/7Г ) = ( 2.1-0,75- 1,5 ) = 1,45 М.
Проверяется расстояние между анкерами по устойчивости
нижнего слоя:
а.,= 3.3 (О,25)п ‘’ = 1,65 м.
Определяется расчетный пролет для принятого сечения вы-
работки («Урал-20КС»):
/.„ = /„.„ +0,75г = 2,45 + 0,75 • 1.85 = 3,84 м.
Учитывая Lv и необходимость тазора между стопкой и сред-
ними рядами анкеров, примем расстояние между анкерами в
ряду а = 1,3 м. Тогда при двух анкерах (/г = 2) но ширине вы-
работки плотность крепи
р* =!/(«)-’= 1/1,69 =0,59 шт/м2,
что больше плотности при щ =1,45 м (p*=l/oi hyk/P =
0,75-2,1 - 1,5/5 = 0,47 шт/м2).
Следовательно, расстояние между рядами по длине выра-
ботки может быть выбрано с учетом плотности крепи р*. Это
расстояние составаг:
С = = 2/(3,84 • 0,47) 1,1 м.
Длина анкеров определится зависимостью:
/ = /„ + /,+ /' = 0,05 + 0,4 + 0,75 = 1,2 м.
Окончательно имеем следующий паспорт управления кров-
лей в рассматриваемой выработке:
по ширине вырабочкп устанавливаются два анкера;
расстояние между анкерами в ряду 1,3 м;
расстояние между рядами (по длине выработки) 1,1 м;.
полная длина анкеров 1,2 м.
302
Пример 2. По условиям первого примера выбрать паспорт
управления кровлей с применением анкерною крепления при
сроке службы выработки I = 10 лет. Предел прочности пород
при растяжении (с учетом
ст,.//, = 9 0,9 10’ = 8,1 И)’ Па.
Решение По номограмме (см. рис. 11.23) для пролета
2п =6,15 м находи гея величина //<>=0,5 м п далее мощность
«сшиваемого» шиповыми штангами (/’ 80 кН) породного
слоя кровли.
Л' //(,0(/)/г 0,5 1,67 • 1,5 1,25 м.
Функция ()(/) определена по номограмме (см. рис. 11.23)
для / = 10 лег и составила ~ 1,67.
России।ываетея полная длина анкера:
Л + h' = <>ЛГ> 4 0,3 3 1,25 - 1,6 м.
Определяется расстояние между анкерами в ряду:
(I, 3,3//ЛГ> 3,3 - 0,25” - 1,65 м.
Рассчитывается число анкеров по ширине выработки:
Имеем окончательный паспорт управления кровлей в прпня
тых условиях
но ширине выработки устанавливается пять анкеров;
расстояние между штангами в ряду по ширине выработки
I м;
расстояние между рядами (ио длине выработки) I м;
полная длина винтовых анкеров 1,6 м, при длине, имеющей
сцепление по всей скважине нс менее 1,55 м.
Пример 3. Выбрать паспорт управления кровлен сопряже
нпя двух подготовительных выработок, пройденных комбайном
«Урал-20КС» (пролетом каждая 6,15 м). Схема сопряжения при
ведена па рис. 11.24. (Лема вычерчивается в масштабе с окон
турнваппем периметра сопряжения (обведен пунктиром). Пло-
щадь сопряжения вычисляется ио схеме.
Решение. Площадь сопряжения в данном примере состав
ляет S « 80 м2, периметр /’' = 26 м, а -тквпваленгный пролет
L, = 2-80/26 = 6,15 м. В этом случае может быть принят пас-
порт управления кровлей на сопряжении с параметрами, праве
денными в примере I (с конструктивным добавлением крепле
пня для сохранения необходимой плотности крепи). Схема уста
попки штанг в сопряжении приведена па рис. 11.24.
Для Старобнпского месторождения применяются как мето-
дики, подобные рассмотренным (например, для винтовых штанг).
303
i.ik ii специально разработанные для характерных условии ме-
сторождения. В основном они также базируются па представ-
ления специальных гипотез горного давления, позволяющих
формировать расчетные схемы в конкретных условиях на основе
теории сопротивления материалов
Например, для выработок, находящихся в массиве (подго'ю-
В1пелы1ы\), принта следующая методика выбора параметров
управления кровлен с применением анкерною крепления.
По формуле
2,1/// (/ 1,1//) ~
рассчп।ыв'ц 1 ся высота «закрепленного» стоя // и принимается
Тиша штапгп'
//,„ 1,2.5/? | (!юЧ — О,
где о,| =/ё)у// напряжение па опорах кроили; К" ко >ффп-
цнепг концентрации пан ряжений; // глубина ;алож<.!пя ьыра-
uoikii; у плотность пород; / пролег выработки; т -мощ-
ность несущего слоя кровли I модуль упругости пород.
Далее по рассчитанной допустимой площади кров, и S, при
хотиценся па один анкер, работающий на ; астяжепие, выпи
рвется сока крепления (шаг крепления) кровли штангами.
Площадь опрело шстся зависимостью
лГ12
l//y//„i
। ') I'.iawvip штанги; // ко аффиннет «анаса (/? I,
: г/р , — предел прочности стали н/ р шт яженнс тля
... = 420 МПа; для ст. 5 о,, , 500 МПа).
Скрепленная анкерами кровля, с-.сматп mpoiijiiiia'i внте
быки полоски», проверяется |ой'111пость при изгибе
Д. гл ,1010 определяется ее максимальный пр иб in
ним i писимостим. скорректированным с учетом широтных
свойств порот и условна работы элемента масси j и сэш*став
оптся с его тонуетнмым значением. Последний (юределши-я
ависимостью |.','/ >| — 2-10 '/2/А. При и шест пой скорости пере
мешений пород кровли и допусгимом >е прогибе может быть
оценено время устойчивого состояния иок.дочивы
IlpezK ie чем сереГын к некоторым специальным 1особам ун
р.г |еппя горным давл пнем при жен'lyaT-iiiim no'iroioi ительчых
выетботок, paceMoipiiM имеющиеся решения по аналитической
оценке НДС пород в ir- окрестности, с/л-остагляя их с р '’.'ь
га’чмп ь'чт\ 'вы п.1б iio/'eiiin’i (см. pain. 2.2V
В laiiMOB.’PiMiine выработок, находящихся в мисси.-о, харак-
терп jycMOM динамической вязкостью, может быть оценено по
ко /ффппиепту скиния. 1\оаффнцпе1нг представляет соб ш от-
ношение уменьшения площади \.S к пс pc:‘'ii.'i4a.'ibiioii нлош.адп S’
сечения выработки, г. е. А - A.S/S. Влияние выработок друг па
30-1
1|>уь! luwiieiiiie n.'HHi’K'ipa /,’ лохм г быи, преде гавчепо в
тлмкнутом виде как некоторая функция
A’, I ‘"I, ", l, |i'),
i'le । идрлега fi?iecKin напряжения в массиве пл глубине
/Ki iiii'i уыработ kii; бсspa шерпе i величин «целик .
'К V- ,.i (работкам! , i рем; cymci'новация выработки; p'
'типам ячеек tsi вя ,i н, окружающею выработку M'icchi, , Рас
кривая вид функции, получим
'/ I 'in - I) . 7 (2п Р Ли-’ f- 1) '
Н" I) |1' "• I hr -Р 11 (п- 1; ||
(/ ' (~н | 11 C-in1 | Зи9 I I) /'
(ISh* I; (и ’ 4 I; (ц ; ’
ОцсгУ ая пар: нчр А', Д."Я одиночных выработок круг., го
гною eeuviii: получим соответственно
’•1ВЧСПМ. 1 tpaKiei.ii \ioj м сен 1 при р' coiirl.
* бы, Вию, ч.о ।кон(Мерное1к веремеще! бо
к чьи- n>Oi<’K, но тимому, -от соек нт еж ионию
о н m-eni.a iaби <! hi'iiiiioii» стадии '3 ко ce-
ll чигс.и.н мене реал уется чр- , . л,пи пи
Р ipai.iepn i\ ЮЩС1 к ж ю сведу. I Icib;..',/v iipiiae
чвы. выше п’.'ос • л oi г ,\ei| А и me i .у ач не
•41! е >г.';ас но л иг,„м in ili;, ) со< гiiti> in еинс
ч iiii-.ocrn । |,в к.. ,и о,,' го<-бра>„ нни ч •• , , в
I . 1I11OC 1'1!) ДсфорМ1:| 1|’,)Ч 1Я гырёб ЧОК (."ЛЯНОМ - чтиве.
П" данным натупиыу ксш-р imi пю рая ст: t дс.ф'ч
’•ia 1 ” 1ИПЯ выраб' гки можс! характер!! oi.-u।-я щ cmct паями
е б .оков, С'>сг'1н111'.и1пм11 101)7 ) г 1,0(1 см. При таки
г (тли тих перемс 411И ") :лрам сое- чт 0 0012
H.Tii 1,2-10 Воспет:, юндс-ш св 1самог'ыо g.'i оцпе;ц 1енпя
А’ и принимая в насчет "пап ;< н во?М(. киы а-"(тип р' ii:i-
ТЧМ
для и' (Па • с) /г,. 12111'
для р' И'1, (Па • с) /г, 12,7 КГ
для р' |ills (Па с) /г, 1,27 ИГ \
Пр е'1.енн11'1' р< ;\'Т) тагы, iioi\4< ые < ia aniai
'I Т <> TC4ei;i)!I :К<'ЧТ CB.'IOIIIIK"- С| .‘'II,I, не . . '„'Iio riu. I от-
' । icti. нос, н1нач.)Г'> Li(’(poi)Miip'4>aiina повод и к ы\ и в
|ч iiocii! п- по।они।<’лып,1\ (капитальных) выработок, iipoii-
ч|||ы в сол я пом массиве Вопрос ттот i peOvrt •ijb.ii " шего
-пня, есобспво в части поч\"leni’M ocionepiioii информации
с ;инамп1|сск'оп гя к'-тч соляного млеепга, в iom чис.’с ‘иде
фуцЦцин определяют'!' сс фн швееких парные р.и- » ч к пчя.
‘.'П 11 Г!]ии .
305
времени, темпера гуры, влажное! и и др.). Однако на базе имею
щнхея данных высказанные соображения целесообразно учиты-
вать,панрнмер, при управлении сорным давлением в капи-
тальных выработках рудничных дворов калннных шахе (время
возведения постоянной крепи, создание податливых зон нрн воз-
ведении бетонных кренен и др.).
Управление состоянием массива в окрестности подготовн
тельных выработок юлько <а счсч приме нения анкерною (или
иною) крепления не всегда аффективно. В наибольшей мере это
соответствует условиям ведения горных работ на глубоких го
ризопгах либо в тоне влияния очистной (особенно с управле-
нием кровли полным обрушением) выемки. В лих случаях при
меннмы । еомеханпческие меры управления юрным давлением
е использование м разгружающих выработок, компенсационных
щелей различной ориспгацнн и др.
Рассмотрим область и условия применения па Старобпнеком
месторождении компенсационных щелей (рис. 11.25). Охрана
подготовительных выработок, находящихся на границе с меж-
пых отрабатываемых лав (столбов), является наиболее «узким»
местом в управлении юрным давлением.
Методика эксперимента состояла в оценке НДС пород в не-
охраняемых и охраняемых подготовн тельных выработках в зоне
влияния очистных работ. Выла оборудована система наблюда-
тельных станций (глубинные п контурные' реперы, геофпзнчс
скне станции), оборудованная вне зоны влияния очистной вы
емки (за 800 000 м). Изучалось влияние' лавы № 23 на подго
товитсльные. выработки Лава № 18 опережала указанную выше
на величину La 600 -700 м. Межлавиыи целик шириной г со
ставлял 25 30 м. В конвейерном штреке' лавы № 23 инстру-
ментально и вп туалыю наблюдались участки: охраняемые4 вер-
тикальной компенсационной щелью, пройденной в кровле' выра-
ботки, охраняемые' двумя компенсационными щелями в боках
выработок (глубина 1,4 -1,5 м) и контрольный, неохраняемый
участок. Замеры но реперным станциям проводились в течение
года, что дало возможность оцепить проявления горного давле
нпя на всех стадиях до влияния укачанной лавы и включая
период ее- прохода в тоне паблюде пня. Результаты тамсров по
станциям глубинных реперов приведены на графиках, показан-
ных на рис. 11.25, С), откуда видно, что смещения пород в выра-
ботку щ начинаются до влияния очистных работ, по они незна-
чительны. Нераскрытая трещиноватость в стенках прослежп
вас'ге.я па глубину 0,5 1 м. В кровле' фиксируется отслоение'
оставленного в виде несущего спльвпнитового слоя мощностью
0,2 м. Пни проходе в зоне' паблюде пня створа лавы № 18 (рас
стояние 600 650 м) в выработке отмечена активизация (рост
смещений е в сторону выработки) горного давления, нс фикси
руемая визуально При приближении лавы № 23 на расстояние
I' 230 250 м к замерным станциям зафиксирован интенсив-
ный рост смещений пород в выработку Однако закономерности
ЗОВ
Рис. II. 25. Схема ведения горных работ ил руднике Третьего рудоуправле-
ния (второй калийный iopii<oni. глубина 500 530 м) (/ кошинерние
порски лап; 2 всП|11.тящншные штреки лав; 3 вша xrr.uioiiKii шмерных
станций; / транспорт ный панельный штрек; 5 конвейерный панельный
штрек; 6 нелик между лапами) («) и результаты камерон смещений иород
Ii стенки конвейерного штрека лапы № 23 (/ при охране ш грека компен-
сационной щелыо, пройденной в ею кровле, // ю же, двумя щелями, ирой-
Тенпымн в боках порска / 6' номера геофизической пинцин и реперов;
/ расстояние до забоя лавы) (б)
процесса различны при различных видах охраны штрека. 11а
контрольном участке и участке, охраняемом щелью, в кровле
наблюдалось активное трещипообра юнаиие в боках, распро-
страняющееся па глубину а, до 2 м. Наблюдалось и расслоение
пород кровли на некоторых участках до 1,2 м. На участке, ох
роняемом горизонтальными тцелямп, дополнительных расслое-
нии кровли не наблюдалось, а в боках выработки раскрытая
трещина образовалась па глубине щели. Далее здесь наблюда-
лась область (до глубины 2 -2,5 м) мелких трещин.
При подходе лавы № 23 к станциям на расстоянии /., 35—
40 м резко активизировалось проявление горного давления в на-
блюдаемой выработке. 11а неохраняемом участке появились за
колы в стенках, юна ра тупрочнення развилась, до 1лубины 3 м,
20»
307
Рис И. М. Графики 1.ЛИ ОПрО'Ц'ЛГНИЯ М .он /1. А'4 Н А'г..*
а . iM.ipii.ri vuriiKK11 i. i.up hi- up.-л ifi « г. МКЦ:
> (/ r 1 f -r* - ’! A lll° V*. r4‘ ЧЛ< I! llfipn I. II.I i’ll.! Ц1 i I ГЦ1 II 1‘ 11'1
род 11 ‘Ml. I> ipVU.BI I,. Гр.шЩС VH<H llpl! o; 1 .".ИМИ- Г”Г'’ lip ч-.'l •’.! .il н
(/« « |» ri.i". П. 6^ I”'
кровы прогнулась и расслоилась па высоту до 2,5 м. На oxpa-
ir. .л.1 у iiTk.it 11|'опс.\чд.11 смыкание aii iiuUihoiiiiiA щелей
(при nepicmiiofi ширине 140 мм) и поесь повлепие иагруюк в
прпк.;1ггурн1 в еги массива, ia..еден ие чего акгнвп.шру. icn
। ui >r ii 'pe-." ck ihik и rup.ilr. i:h.A> pact л.ч
и Н'Г'епсчвпосгь i пр: пессо. однако, различна:
По । И'.'.е ’а ь)Я| iciii ч характерны для exo. ы охраны со me.ii.io
и K.iir..', ; ;р:'ботк1', меньшие <ч> щелями в ее боках
[рве II Геофн шческне наблюдет1 проводимые парал-
лель". у I!>а.:вуко|.ым методом, . общи черы.х подои pyi'i.ni
харак1 р " н нения НДС пород юне п..б иоде пня
(У, 6i в ин ре.г.льта; и: плблю.ичшн ii.ikc’а.'.о, что 5t : л
р -опрпя:ин сгепкн и кревл»! выр 'б:' раTpvui.'i шсп
ii .11 ' И '.ер’пка ! I дефе] “аппт ст<чк;к 'о
1ИрТИК:1Л'.1Ч.'> 1!<.р"Ме :|.ена коло.4!) 90 мм При
го1— •' 1 И'олях .'loiivciiiMi.ie i р< мешения coci с’ялн
' - I 1.1К1ПЧСС1 г больше пл шп'.нш-’ i<-'Mii<4ieani, нпкч"
|целч'| (I eii ।'.анпн веччо к .мп.ч кс> псе'ч’До1..1чпп сд<’Л.“н вы-
вод, чго мпспеанпонпые щели 'ффек! шпын метод упр.” ie-
ппя со', o'iu»».' массива oki'ctpoctii по/и новиюльны ,ына
б('1')К, -ii-.'’1 V THpVeMiJ-. I Ч)Пе 1'.Л(1ЯНГ ' 1‘МСЖГЫХ ОЧПСГ11Ы "I
бе как ечи/кает перемещение пород сошок вырабток г.
2,1 2,2 ра ;а. а прогиб кровли- г 1,8 2,5 ра Этот m<toi ia-
щпты пни данной схеме подготовки учаегк'1 должен npiiMen iTi»-
308
ся в сочетании с охранными и вкамн доение шой ширины, :а
B'lCHHii ii oi параметров оперши. явления см ны да, Про
ходка компенсационных ще.'ц: должна осущес едя вся
Hoti опорного давления, до aK.iii.noi паре шення е нл-япнос п;
массива п развития в нем трещин.
Закономерности формирования сышс-качанных он онорш
давления наиболее д'-скшср ю уст ,н. i . инея г процессе на
1;.рпы\ наблюдении. Такне1 тс ч е-ваип. однако, чрезпычанно
трудоемки н малоопераинны. И’ резу Ни .ттами тру ню в-лю-ц,
зогагися при ра и :б(пке ttp.oeKta па от работку нового участка
пласта, так как i чтем случ.ц- необходима ш»ч но :ная, пре а-
рптельпая информация о влиянии очпеннлх ю е а на n on о
Н'П.Пьи выработки, об >ффеь папы, мерах .,х е-рапы, вк. юхая
и выбор охранных (ме>;и толбовых, м>. ж1 пне naii.ix) пелнк ш
Метод .акон оценки ел: условия <?i ар'.б;нч koi о мсспцНж.
iiiiib. нашедший ограж, шк пормаш щ ою лечiаС
руегея на -же пернмсн i алвво ...нт и песком подходе к обобщи
пшо резулы нов предстагнtединого : ела шахтных иаблюи-пип
<а смещением контура |1одгог<л:п it. • jj ии.оабо1 >-, п харакг р
пых ептуанпях веде анч юриы. рабш. В а .игпческой ф :рм(
кривая скоростей смещения контура : ыртб тгк.ч удовлете рп
тельпо описывается уравнением
г, Ч.УЗс' -ф [i exp ( iz.v).
1Д'1 i' скорости смещения контура вырабюкч па удалении
м, oi .боя даны, мм/<\\т; е скорости смешения кои \>ра шт
работки <а (оной опорного да 'спи мм/eji; К н atttip.
мацпонныс ко'(ji(|)iHi!icin ы. огц ч 'ш тчемые hi гр. пнне:
с хороств смг1це!Н1я к< tii\|4i вырабо!ки на урогш («в . гво-
ре») 'абоя лавы, iM/cyi, L ра .мер ‘.опы опорно е> Динле
нпя, м.
.Х'кпзанпые it некоторые чрхч не параметры поясняю'гя юе
мой, иредсiaп.тетши па рис И. 27 На схеме np'.i.e’i ш.ы:
расе 1ояппе о, .tte’.ii.i 'тп-.н. бо1 ш , c'le.fioro
пункта выработки впереди лавы, м:
’.и, ",! лир :оны one] еж; |О!И.е1 по т, .'ttii'i в
сечсечи лноры скороеюп • ici'ieinai пород н вырабших.
L размер юны е>стаючвою о lopnoi Ч'ппя,
ш рин мп жланно, 'Hi м-
I. । ччт'шппе междх , боя мп м
' . расе " 1чпе пт чипп, < шс и >’о • to pact матрпз; е
мого пункта пыраблкн, р яшо tie .ri T'loni' (i
еле прохода лагы) е.понпого ..lettita
11 основе роста говно! <) ’.'a i vpitoro ма н-рн i.'ot ycranot’ ichbi
зт.тлонные (пнохочка комбайн м НК Я, ширин t выработки " м)
..iiti'ieitt: .1 скоросте й сжатия етсиок г;ы|>аб'> <к . ч11-•бпли шрп
I'nr. //.27. Схемл расположении в.чапмнвлияющнх очистных забоен и рас-
пределения вокруг них опорного давления («) и эпюра скоростей гсформи-
Hiiii (t'd контура выработки, расположенной в одном Hi продольных (на
расстоянии </,-) сечений зоны опорного давления (б):
/ i.onrvp юны опорного -'швлгппя; Iq расе гоя и не Mc/K'iy забоями

панной» стадии их деформирования вне юн опорного давления
в зависимое i n or глубины II выработки: при 400 С///^
5^500 м v' 0,03 мм/сут; при (>()() Д 11 ^.700 м г/—0,05 мм/сут;
при 800 ^//^900 м v't = 0,08 мм/сут.
Для определения скорости v
попе статистической обработки
скорое ген смещений выработок
(па уровне забоя лавы) на ос
результатов шахтных замеров
получена эмпирическая зави-
симость
v - 0,324 I (при 20 гС l-ni Д; 24),
где /о коэффициент
влияния сближенных выработок:
Число выработок
Коэффициент влияния /г, .
1гг коэффициент сечения нодгого-
внтельной выработки:
Площадь выработки, м-‘ . .
Коэффициент сечении А'.> .
I
I
12
и
1.25
3 1 5
1,7 2 2,5
14 16
1,2 1,25
1« 20
1,35 1,45
/г., — коэффнцпенг, учитывающий наличие в подготовительной
выработке компенсационных щелей; /г3=1,3 - компенсацион-
ная щель в кровле выработки, 1г3 = 1,5 -то же. в кровле и бо-
ках выработки.
В процессе исследований были установлены характерные для
Сгаробппского месторождения особенноегп проявлений горного
давления при применении систем ра (работки длинными очист-
ными забоями Так, область повышенной деформируемости под-
готовительных выработок вблизи очистного забоя разделяется
на зону опережающего (впереди очистного забоя) опорного да-
вления п зону остаточного опорного давления (позади очист-
ного забоя). Обе зоны характеризую!ея двумя параметрами
протяженностью L п шириной /. Параметры L и I зависят от
глубины разработки Н и геометрических размеров выработан-
ного пространства. В диапазоне изменения вынимаемой мощно-
сти пластов от 1,2 м до 2,5 м влияние ее па параметры L п / нс
310
установлены. При практической длине лав (до 200 м) на место
рождении стабилизация зоны опорного давления обычно насту
пает при отходе отбоев от монтажной выработки на расстояние
460 .>00 м. В этом случае формируется так называемая раз
витая (полная) зона опорного дав.тения, к которой и относятся
выводы о закономерностях смещения контуров подготовнгель
пых выработок, подверженных его воздействию.
Между параметрами L и I в -лом случае имеется определен
ная связь. По обобщению выполненных наблюдений I ~ 0.7L.
Длительное время сохраняется позади очистных табоев остаточ
ное опорное Давление. В отличие от угольных шахт, применяю
тих подобные системы разработки, протяженность зон такого
давления на Сгаробпнском месторождении больше в 2- 2,5 ра
за, что связано, iio-впднмому, с болт.шей устойчивостью (трут
ной обрушаемостыо) во времени консолей соляных пород, шви
сающпх но контуру выработанного пространства.
На основании косвенных и инструментальных ноблю тешти
получены эмпирические зависимости для на хождения величин /
и / в различных сечениях, параллельных нормальному к лишит
забоя направлению:
/ 0,7(—21,5 + 2,64 • К) '/У — 5,2 • h) 7/! 1 |(1 //’),
где // — глубина разработки (400 + //++00 м);
/.ш !, 13/(1 -у-) при () + «,-./:
/-пт = 5;'i> (1 —-у-) при ()-<«, +/.
При значениях а, I принимается, что выработка не иона
дает в зону' влияния очистных работ.
11а схеме рис. 11 26 приведен случай взаимовлияния двух
очистных забоев и характер контура опорного давления в этом
случае (кривая /). Количественно взаимовлияние оценивается
параметрами La и С. При этом следует иметь в виду, что де-
формации в выработках, примыкающих к выработанному про-
странству, шачителыто больше, чем в выработках, примыкаю-
щих к массиву. Влияние отработки зависит от ширины целика
С, оставляемого между' выработкой и отработанным прострап-
ством, а также от степени развития здесь процессов сдвижения
вмещающих пород.
Для определения протяженности юны опорного давления в
нодпупиштельных выработках (выемочных штреках), расиоло
жетнтых между вза11мовлня1ощпм11 лавами при охранном меж
латитом целике шпрпной С, получена эмпирическая зависимость
вида
/.' l,12«A’z/exp[ - 0,1281п (—)].
справедливая в диапазоне 0,19 + -^-< I, т те А’, коэффи
цпетп степени развития процесса сдвижения в выработанном
311
1 j б л и ii a 11 К
Коэффнцпепг ичняиии сгепеин сдвижения
11|Н'МЯ
ll|)« LUI- ПК'1
С М(П(ТС.'1
пр. ..апгтВк tv жнон отрабатываемой ,i<niu (напели). щ
..яемын согласно табл iI.H.
Ha нескольких примерах покажем позможпосгь использова-
ния для практически». пелен изложенных выше зависимостей.
Пример 4. .Лапа отрабатьп »тся па глубине // /0 м. (,
ной стороны к ней примыкает чассян, с другой in>ip;:6oia:iiioi
npociраисгво лавы, опережающей первую. Со cioponi-i маес.-ча,
н расстоянии 30 м от столба (а 30 м) пройдена нодготовн-
! - 1 г . Bl.ll II»Ч I.
Необходимо установить пелесх)бра яюсгь специальной
щ- чь'работ!'и В t .iV'ae и; о ммо- тп защиты установи гь,
и; .и м мН; I.TI п.л' р к-' । i'.'.ih ы ак ’ 1 U'.'a
I >! .1 I > '. I
!; КО., Cl СТЗ.ЧШОМ О ЮЩеШ'И IK >6' J.l . 1 pl !4|. I
cii> ,i’ .winь I (/ * а сцециа и.пы?; ффек нпкым если оно мн.юв"!'
ПО О' ... ''ЮЙ е.ыр.абетке I "111114 .Т'1'11,1 Н1 I 'i t
г. . мый \ чисток се »р;ю. > дли.. " , г. е. пл расстоянии и
и це. । . ,.б in -.кающейся лз>л Л ' i н. ’ 'е'о случая iBi,1i-"i
юн.: опорного bia.’ieiiiiM определится как
I 0,7( 1’1,5 2.6-1 Р- 'Л/ Г>,2-Ь‘> r’//L>- 1 10 х/Г)
6,7 ( 21,5-1 2Ml-67 5,2 1,19 1,3) Ч| м.
II- .,п> а ИП'Й .1И1СИМССГ11 ДО11\'С1 ИМ.» IЛ К КЭ'.
ИЮ •Л'67 I S' XI
[ак к лк М м 30 м, то выработка попала »опу в ...яння
, ,рп •! дав. : пя п i вей Ш тесо.• p.iHio пре..-.смотр-.- ь пр
дсп. i .чц’.и)' 1 ме|...)11риягпГ|, например, комнепсанно1нн Щ"-
л й в е. боках.
Пропе-.ь. i'1-icn необходимо iia-iiлать па участке р-н.
жен-! о’ h i р.’ссточячн npcnn’.Haionit'M вели не.\ / , 1. е. на
312
расстоянии
1,13/(1—41 1,43-81 (1 4-) 77 м.
Пример 5. Натурными амсрами в выемочном штреке уста-
новлено, что протяженность юны опорною давления в нем со
стороны про ходи мои параллельно в опережающей лавы (см.
рис. 11.26) । па -- 12<* м '=-.12,1 м Oaepczi-сипе лавы со
ст1вляет более двух лет. Глубина разработки // = 670 м.
Необходимо оцешгч. ширину охранного иелнк.т (', которая
исключала бы (но этому фактору) влияние на выемочной пнрек
верхней (по схеме) лавы.
Воспользуемся формулой для определения /
z /. i.m-,/_____
.•Х|,| 0.128 1,, (£.)] '
откуда С 2/е.хр I —1’,3?>() in (1' 7/,,,/г, '/ 1 )|, имея в виду, ч го
0,3,3/ С < 21.
По та шин тму наракич; 12,) м г у стом времени суще
ситования отработанного upocipaiicina (А1, = 0.8 при / > 2 ли)
и глубины разработки находим, что:
С 2,81ехр| .336 III (11,7 - 12D • 0,8 '-81 ')] -НН м.
I'Jkbm образ м, целик ука пипою па значения должен имей
ширину болдс 100 м.
Приведенные выше эмпирические «авпеиммчи позволяю!
..ль прогнозные оценки смещений .оптура подготовительных
выраб >гок в пределах опережающей и остаточной юп опорною
давления, ,. , pact -iniы . i;. >• , ме; , Ц и . Дл-.i юю,
чтобы выбран. дефективные (в случае пеобхотимэстн) Х1.ры а
Щиты подготовительных выработок необходимы критерпяльпые
•'Щч, ,ц ще'шй. кю ,ры буду, являться ир< ;ше, 1чуг>щнмн
(HD.I Ii ’ ,С’. НЖсИЬП) I’ IpV.ilCHHIo одно ) ||3 ГМСП"' и
сива, окружают го выработку (кровли, еичюк, почвы). [ли-
бо с «ш, ;ру шаемым» элементом ю-ля, тс кровля е priipyi.-
пне происходит в «момент» достижения стенками , -шабозок и-
'! >p.j\ ( Л1-31»” с кчпеппр ( ieib.;| »- line ). Нщшятне iimihoiq
1 из, ... . см ний 1 (|;орм,1,!пн , >,-Л
дост ч! про, :отей !; ем, , , Дн
Дл: |.ыявлеи||, г, на. ?.1ес|орождеши1 ••• гппоч повод пре
- 1 , г л?. I "фор. a"i . лГ. г . о. ю к,
щпе иаченпя.
Гпп пород . . | р |ц
См-чоеипя. мм . 80 III!) 150
Деформации . 0.02G ии.З.Ч (1.оГ,0
Так, для
вынаботвой
выработки, тащпщаемой пар-i : (льно пройд, гч<ш
с щелью в породах кровли, .'юпуетимые смещения
313
стенок (мм) определяются зависимостью: zt = 0,03/i. Гели вира
ботка одиночная и защищена пройденной в породах кровли
щелью, то допустимые смещения ее стенок определяются как
и — 0,05/1. Для аналогичной выработки, тащпщаемой щелями
как в кровле, так н в ее стенках, iiapaMeip // находится из выра-
жения: u=vh-\-\. В приведенных выражениях: Л - высота
выработки, мм; Л -ширина компенсационной щели (для вруб-
машины «Урал-33» А= 140 мм), к—деформации выработки
Рассчитав прогнозные значения скоростей смещении (или
смещений) в конкретных условиях ведения горных работ, зная
гни пород, составляющих вмещающий выработку массив, п до-
пустимые величины перемещений, могут быть выбраны меры
управления состоянием массива в подготовнтельных выработках
в зонах влияния очистных работ.
Пример 6. Определить условия управления горным давле-
нием в подготовительной выработке, проходимой комбайном
«Урал 1()1\.С» (/1=2,4 м; S =9,4 м2) па расстоянии «,=30 м
от выработанного пространства нижней (см. рис. И. 26) лавы и
примыкающей к массиву. Глубина ведения работ // = 670 м.
Интересующий пас участок находится в зоне выработанного
пространства в 100 м за линией очистного забоя, необходимое
время его эффективной защиты / 100 сут. Выработку вме
щаюг породы третьего тина.
Решение Оцепим положение выработки относительно коп
тура опорного давления лавы, г. е. определяем параметр
/ = 0,7 (—21,5 + 2,61 67 —5,2 • 1,19— 1 3) ~ 81 м.
Имеем следовательно, целесообразно применить за-
щптные меропрнягпя.
Определим величину топы остаточного опорного давления
нрн и =30 м:
/.,„- 500 (1 - 500 (1 - 0,357) « 320 м,
г. е. рассматриваемый участок п но длине подготовительной вы-
работки попадает в нрпгружеппую зону (100 < 320).
Найдем скорость смещений пород выработки (мм/сут) в
топе «створа» лавы:
t) = 0,32l/.„jA>l/?>/el,
предварительно определив величину зоны опережающего опор-
ного давления:
/,„- - 1,43 -81 • (1 -77 м
и шачеппя коэффициентов:
/г, !,()(// = 1); /г. 1,0(5 < 10 м ").
Значение /?, принимаем равным 1,5, априори считая, что в каче-
стве меры ьащпты будет осуществлена проходка вертикальной
п горн юпта.льпых комиенсацпонпы , щелей.
31 1
Тогда искомая скорость
о 0,321 - 77 1 1 1,5 .37,4 мм/сут.
Определим коэффициенты [> и o' для условии примера:
[» = о — 0,95г’' и а -у1 111 — ’* - .
Lui р
Здесь под г>' можем понимать и' 0,05 мм/сут (для //—
(i70 м), тогда
(Z
|3 = ,37,4 — 0,95 0,05 = 37,35 мм/сут.
1 . <>.05.0,05 ч,Щ2 ,
320 " 37,35 320 - ’ 3 м
Скорость смещения контура выработки па удалении X —
= 100 м от лпнип забоя лавы (в сторону выработанного про
странства)
с’х inn 0,95 • 0,05 + .37,35 ехр(- 9,0.3-190)
0,0175 |- 37,35 - 0,0198 = 1,9 мм/сут.
В течение таданпых 100 сут выработка «наберет» перемеще
пня контура в размере (7 = 1,9- 100 = 190 мм.
Сопоставим рассчитанные смещения и смещения допустимые
согласно принятой схеме танины. Допустимые смещения нрн за-
щите выработки вертикальной н двумя горизонтальными щс
лям п
(7 ;7/ 4 \ 0,05 • 2490 + 140 = 269 мм.
Таким образом, имеем U < (7, т. е. нрн выбранном способе
тащпты выработки компенсационными щелями она будет устой-
чивой в течение требуемого временного отрезка. Отметим, что
применение одной лишь компенсационной щели в кровле выра-
ботки будет недостаточно эффективным мероприятием. так как
U U, при U =. 19(1 мм и (7 — 0,05-2490 - 120 мм.
Остановимся на вопросах управления горным давлением в
очистных выработках. Для калийных месторождений характер
пы две основные системы разработки камерная- для условии
Верхнскамских рудников, длинными очистными :абоямн н ка-
мерная тля рудников Старобпиского месторождения. С,по-
соби чправления состоянием массива в коротких и длинных
очистных щбоях различны, поэтому этот вопрос требует диффе-
ренцированного подхода с учетом применяемых систем разра-
бо г кп.
При камерных системах на калийных месторождениях пре
налпрует управление кровлей в очистных выработках та счет
поддержания ее ленточными целиками. При /том рассматрпва i ь
необходимо взанмоувя saimx ю систему: целик кровля.
Для Верхнекамского месторождения 4арактерно примет1
пне жестких (практическое отсутствие деформаций в течение
315
i.ji -ни) । ii iciiie жс.тм'х . etpop шрукнея
бе i потерн r.u Hiei "Choi i n H" 1:11ч 1111 iii" '’’ "
l>5 ioi;e " 1 ". 1 । 1 । • >p 1 p. >' 1111
i ы: и i 11.111 ' ' 1 1 M . •
... i Ml I : ! ,’Г;е .'И I. , II Hit
i к.. мер ।it.: ‘ i. e
P'll 'vi l| H''l. t ’ры, Il i ' 'Illi : Г-
I I I't.
/Кее 1'ii.iv ' 41 иl-i
i.ikiim । 5p.i 'бы ...i6| ми
i) ofieci i"i'i;>;i in u
iiai.pi'Mep, I'l'ii’ii, eioicn
ici'i.i J ширина ni.icora
,u. । i |.eiii"ii’:ii дли
piiui.i i;i 'iiiii'ir, i> : ii ii'.e'.'; hi
чире, , । при\е"яш'!,,к я и
(I !'i > ,ш mu мае C‘ ' ''И', a I :
6; 1 11 и ср. 'iiieii .......ci ii 1 4
p- i при ; ' i"'i
• i :i|i'i)'i'i< к Ml l> !
чч pv в-. () ' ' 1
i.i ; длиной 'tyCiiui.i ра м:
у (т/i. e
[V
/'Лев. Ш не на , i" aioi .Рпк -I .iiiu Q /Jn'
ti ‘"'i i '
, 14W .;6uni' IC" hi pH! l
ц, ., !> e v ri ''ii.. i kl ill '
ci "<)"Ti'f
(Л . in, • :
пр- мер, Крич ci i>( i । i "’i a
оси i
Определение in . । ' । cut >. ' и (' н.ш /')
I'ec. '' >• 'ii a iii.iu н i'( । : 1 11 ti|" Ov. ' noil Mt
I'O IH 'Ol'Kil Ipe . ! < I' S'
i.<‘M ба Г: и ' ' s.i’MK рек мег ji’iu'ii"'
। ip -л lei । 'in' lii jio ................... - . !<’"’ ।
.'I’ll II iipoc" III I • Iipe . 1 Ih’-H - P1 ’ОхЦ
1 Ki> ii-Hpiiii '' I ' p-1 'iciii.i. • . । "
i. oiiiv’Че,''"'MVio ipouii >ci llep 1 tl-vlli, a Bl
l . . • । J4’l l\'.'l I l ' "" lli'il. iici. ,
, ,.< । .:• 'h i . t ' Г1 "".'I' '
; . I 1, l КIV i,(i;l
w плизЬ; tv'tiaу(.Vpfl ’ 1' 1 1
, i и ши i1
и-” . -' и ! !'" ' .............
leni.i: . .K A’ K'lap •'iiii''’.!i i "v "i .ч."'шы /чК1
(A-
! кшыт;..' tr. сж.п'н (in а!") при •матнческпе обр .-.цы no-
rO’l. допустимо принять k\ = Ii2 = 1.
>. 16
( |>: 'time .ИНГ) НИЯ прочнее I Mi IX CKoiicir. СО.-Я1С4Х пород (1"
(is. p исха-иское месторождение)
T j л ii ii |l
Il ' H........1 . I
I I . i"i:i .11 I .
Kp.iciil.i ii -11 l\| 'и iii.i и 1
< .1 . ... I/. • ,
К г . ....
I'.Hi
Ho
”7
II
1 рафики д., ши eiii./i Ku i «bi.iii hen । ,, /• nml
in ; Il 2(>. 1
i’.icftioi рпм и' .ер --ci .jiiii" UI1 , ,||Kr
'' 11 k r 1 P 1 ''"i ч C'Op >л. 'ini
v ПрТР Л 1,0 r> * 1 ' '« '
’I’ J(’ ' 1!,!1 i -Mt- I . Ы.Ц. . ,,hI(
1 ' 1 1 и । . я . ii; . up ,i ..|s
1 t!/ Д),05-2,1 0,12 m, .huhuim: „
" ММ1.1КП- И '.И". l-.p.> !•,. | .', -c । нш,.,. |>1(1
'T ' ' ' -мери ц -1111'i . ,p. , „ I C||, , . ( . ,,
/l’ " -’"егвуЮ.,.., . . , , t
i iy5,.n [.. >дГи . /' >» ,
!"‘l ” ° 1 т/м» Dupe " I „к,.,-,к. ।
zK HI-.-I IOI него Iiopoiiiii кроили IIP-: ;j.| : (, . .. P
4 1 Is ')): • 55- l() lj-i r |,7
Решение. Co, i.'iciio Men пне ।ыскпвлел'. i.n, -|)>
6*1 N r : (/») ‘ . n>.o, r ..... . . , •
ПШ' iMer JI oil II IIГ i , 1
шепш- ' /„ t>.0’ <2,!)2', .3.33 П.. ,s 4.
('’ ”-,4t' ' I” •' I Г 'I!’.' ' II.Il|.> i''|l!|-,l
0 ><)( 13)’* H7, i-l П
° 1‘ • 1 !’’ ‘Pi 1 > - 1 - Па; 07 pi
i'1' no i-p.-'i' "-.y , I! । :. oium ‘
,!l! 1 ’’ ’’ ПРП 1 1 ' Ш’ 1 > i-bibi iiiieiii ы i
' ">1КН ' I.I.C И S7), о с - | । . о u me'
<•'1111 1Л || |
io па1 -k\ i; цел i. г
T i Я8 1.Г) . 1,3 01 . |(P Г!а;
pi’ ' 11,1 |G 'b; - 1 in pp Па; p’G 1"
Графическим решением для Q — и Р = f2(b) является
найденное шаиение ширины целика 1> 6,(> м (при и =4,3 м
в in = ‘2,4 м).
Общин подход к решению вопроса устойчивою состояния
lieшкренлениоп кровли (в рамках системы целик - кровля) со
стоит в определении ее несущей способности как элемента пап
более подверженною разрушению и предопределяющего состоя
пне выработки в целом.
Пт ходя in представлении теории предельного равновесия
условие, определяющее несущую способность такою элемента,
заищщпся в виде
Pt...... - /PQ,
где Р, пни - минимальная несущая способность i го элемента си-
стемы целики кровля почва (в данном случае кровли); k,—ко
эффпцнеп। запаса; Q- (фактическая нагрузка на элемент.
При ьтдакпых параметрах (геометрических) рассматривав
мой системы устойчивость ее любого элемента определится как
где А’,— коэффициент устойчивости выработки.
Параметр Q определяется либо экспериментально, либо чпс
лепными методами, а Р — па основании представлений теории
предельного равновесия е учетом характерных для элементов
типов неоднородности. Принимается, что выработки пройдены
по слою, что упрощает процесс выделения характерных элемен-
тов, окружающих выработку; кровли, боков, почвы, целиков
Для текстуры пород калиеносной пачки па месторождениях это
условие соответствует реальности. Потеря устойчивости выра-
боткой может произойти из-за разрушения любого элемента
указанной системы. Поэтому под Р, ,ni„ может пониматься несу-
щая способность целика (боков выработки), а для кровли мо
жет быть рассмотрен и разрушающий момент в потолочине. Для
плоской тадачн (нрн ленточных целиках) соотношение для
/*, тч может быть записано
ff
[/’. ...и. (') — A’//(v)] dr - О,
it
а для кровли
М ...................................
где „(г) предельное давление на лемепт выработки;
г/(г) фактическое давление па элемент выработки, а ши
ршга целика; Л1,; - разрушающий момент для потолочины;
Л7,„, максимальный момент в пролете; А’' - коэффициент та
паса.
318
Риг 11.28. Схематическая структур-
ная колонка имсшаюших пород (</)
и расчетные схемы с .'leiieriiyioiiuiMii
насру «коми (о):
Г (-'j.iiiuii c.i.ifi. / п<-inflii'iiiH.i камеры.
2 мести расположения выработки; 3
целик
Имея в виду (для плоской <адачн) средние величины пре-
дельного и фактического давлений, т. с.
а а
f'lc,, vjpJHbP; ,/ir v
0 <1
условие устойчивого состояния системы примет вид
I ниц к 2!
И сложенные общие представления о выборе устойчивости
системы ио иипципрующему тлемспгу рассмотрим на примере,
приводя по ходу решения необходимые формулы.
Пример 8. На глубине разработки /7 = 320 м при плотности
покрывающих пород у = 2,2 т/м3 и горизонтальном шлеганпи
пластов выбрать параметры камер и ленточных целиков. Высота
камер h — 3 м.
Расчетная схема и структурная колонка непосредственно
вмещающего выработку массива приведены на рис 11.28
Механические характеристики пород
Помер । ю.ч п - 10 | |а еж Р. /.’ -10 11.1 (У /а еж/ р
1' 80 10 31
1 250 — II
2 250 15 9Г>
3 ЗИП 15 115
Р е hi е н и с. Трением на контакте слоев пренебрегают в свя-
<и с наличием глинистых прослойков. Инициирующий элемент —
кровля (слой 1-й). разрушаемая выдавливаемым целиком слоем
1 '. Собственный вес слоев не учитывается.
319
Наружи h i кровлю находится ио формуле
</
(Р + A- cip р)
I 4 р х
I — мп р /
A’ е1.ц р.
где А’, р cool не ici пенно коэффициент сцепления и угол гну
ipenueio трепня выдавливаемого слоя I1: /’ -реакция целика,
/’ \7/ ; к ширина целика; • пролег камер.
Разрушающий момент для кровли балки (ii} -высот.
1> — ширина) при образовании грех пластических шарниров бе:
voeia сил бокового распора определится иншснмостыо
о.... 1>1г‘.
< Ях I
3 <Да/О|, F 1
а максима 1Ы1ЫН момент в прологе I от распределенной
нагрузки
7 можно naiini по формуле
Л1,п.,к ^-’/Ki-
ll > приведенного выше условия прочности потолочины
Л/ К'М получим выражение, спя пыряющее параметры
и 11 I, т. о.
И! + a \f । 4- sin р <’ |
v//—_4./.с1Ц()Д_— J /СС1И(>|/
"I
= *4*-----, 1 ,-г
Вгж/ui. 4- 1
Приведенное уравнение удовле!ворвется при А1' 2, а
Ki я; К) м, что соответствует определенным условиям вт
цезия работ на кв.пшпмх рудниках Верхпекамского месюро
ж де ни а.
При отработке сближенных пласт'в Верхнекамского моею
рождения (см. । пс II. 1) возникаю! вопросы опенки усгопчово-
сгп и.тетиных потолочин, ик к..к онп определяю
мт жн< , н> в и."; пения во времени ко !'фпнпста формы МКЦ
пa ii.'iaci 1х До рассмотрения методики такой оценки остана
о'мс и, принят и• типах с.юсшга кр,тлп выработок для впа
м •сторо/кдсппя. Различают три сипа кр< зли.
Кровли I in'.'a ква.шоцнор 1тны, н< р.тге.т.'ишлемы, чм<
poinxio (П ЦН1ЮС11> между слоями. Для кровли II мша арак-
.еппо пали1 слоев, разделенных галоне ini >выми про ioii-
I,- ’в 11<|щ;осм. слоев более 0,2/, во'можно расе поение кр • ,Ш.
Прч крок.Ш III типа мощность и где. п.пых e.'Kier, менее 0,2'.
между iii’V ' гакжт талопелпговые прослои
M.C?1 О . . > 'СТОПЫС ПОТОЛОЧИНЫ в основном могут быть отне-
сены к кр«н."1м I тина, : к киа шотнородчым. ’ !ех’енты
х н'сива предложено рассчигывап. по методике, iijniiiMTcr для
леиточпы МКЦ, имея в виду их iорнзонтальное располож чин
Пс( .:дач (310'- бность /‘ (при KOMoaiillOiiOl! выемке и ты) пр
делается но формуле, принятой для расчет МКЦ. а фактиче-
ская натру.'.ка на потолочину определяется для горнтопгальных
320
и пологих пластов эмпирической зависимостью
Q,. ^"Сц.
где а - коэффицнсш боковою распора; (Д -нагрузка, аиало
гичная Q при расчете МКЦ, т. е. QK-- у//^—А’" коэф
фицнсш формы междупластовой потолочины.
Междунлаетовые потолочины, относящиеся ко 11 и 111 вшам
кровли рассчитываются как кровли камер.
Су щсст p.yei ряд и других методик определения параметров
МКЦ, штрамегров камер. Все они. имея эмпирпко аналитиче-
скую основу, но мере накопления новых данных о свойствах по-
род и '.акопомериоегя ч их деформирования, уточнякнея и совер-
шенствуются. При решении этих же вопросов все более ши-
рокое применение находят численные методы (Mix.-) и гр.)
опре й.шния характс рис тик напряженно-деформированного со-
стояния МКЦ, кроили и других элсмснгон соляною массива.
Рассмотрим вопрос управления кровлен в длинных очистных
забоях с применением механизированных крепей в условиях
Ciаробппского месторождения. Общая методика выбора пара-
метров крепей Известна (например, но А.А. Борисову) и анало-
гична таковой для друз их пластовых месторождений. Однако
некоторые специфические особенности геологического строения
калийною массива и свойств соляных поре. iciaioi целесооб-
разным рассмотрение о гпого и i вариантов таюн методики Рас
четные схемы управления кровлен в длинном очистном забое
приведены па рис. Ii. 29. Условные обозначения принимаемых
параметров:
у.р — средняя плотность пород (у,р«2,| г/м1); о„— прг гол
прочности соляных пород на изгиб, Па-10 5 (II горизонт: кров
ля 28-38: сильвинит 37-52; галит— 39 50; III гори-
зо1н: riun.r.n::iiг 28 53, галит -37-53); /г,.р -коэффициент
разрыхления нсиогрс овениой кровли, А(р - 1.05 : 1.1), Il
глубина разработки, м; мощность нижней пачки нсносре
< ।венной кровли (по геологическим колонкам обычно h„ - 0,5-
; 2 ч); Мп суммарная мощность непосредственной кровли
(обычно —Ii 1 6 м); Iti мощность основной кровли (га
11 горизонте /ц =10-:-12 м; на III горизонте /о = 12-: 15 м;
уточняется па новых участках и при применении новых вариан-
тов систем разработки); ф- параметр, м2 (ф — 0,5 =-0,7 м2);
tn, вынимаемая мощность пласта (слоя), м; iiiiimiii.t
юны «отжима» пласта, м.
Собственно методика расчета параметров механизированных
крепей состоит в следующем. Определим величину начальною
распора (начального установочного сопротивления. 11/м)
О.бу.^Л,/,,, 10'.
где /„ минимальная ширина поддерживаемого прнзабойпо!
пространства, м. Далее рассчитываем распределенную па крепь
21 II. М Проскуряков
321
Рис. 11. 29. Схематический разрез призабойного пространства (п) н расчет-
ные схемы к опрсдсленшо нагрузки па механизированную крепь от непосред-
ственной (б) и основной 1г») кровли в режиме установившегося движения
фронта очистных работ:
Д/it и \h>» ир1н«» ка писк цмтти
нагрузку от собственного леса ш посреди генной кроили
(/., ус[12Л,- 10\ Н/м"
п оирс гелием шаг ос обрушения, (м):
Но полученным данным, шля величины геометрических па-
раметров iiaciiopia крепления (для соогвен'твующе.о iiiua кре-
пи), рассчитываем реакцию крепи (II)
322
при з а бой ной ст() ii ki 1
- f/Й! Un Ч~ бп)“ U» Ьг) и-» 1 р ч|
' I * К +('..—мл| AJ ’
посадочной стопки
Д» ( <7п (/11+ <ш)д <<,. — «>) | р | |Р
I Ч*5
где /и — (1ЦЗ -J- 1К) наибольшая ширина призабойного про
сграисгва, м; и2 — расстояние между соседними секциями крепи
(вдоль лавы, между серединами секций), м; —расстояние ме-
жду стойками в секции, м; /к незакрепленное прострапство
(ширина захвата комбанка), м; шаг обрушения кровли, м.
Определяем максимальную расчетную реакцию стойки (ко
печное установочное соирот ш-лепне при R\ 0) (И):
Rn.„ - " + рЛ1 1 •
I “'ll J
Условие применения выбранной крени:
R < R
Х'ч1лх ^''секции»
где R •ЧхЦИН рабочее сопротивление секции, !1 (принимается из
технн щекой х ipaKiepiiCTHKii крепи)
Затем устанавливаем параметры влияния основной кровли
на механизированную крепь очистного пространства, для чего
рассчшывасм распределенную нагрузку от собственного веса
основной кровли и пригружающих ее (менее жестких вышерас
положенных) породных слоев (Н/м2)
<7. [¥•„(/?, +SA)] 104,
где 5Л мощность слоев, лежащих на осноппон кровле (но гео-
логической колонке, обычно Z/г -1—3 м).
Закрепляющая (в месте заделки) нагрузка (/ для основной
кровли (Н/м2)
^пкХт.чЛ) • 104-
Расчетный шаг обрушения основной кровли
1 ' К<7, )
Пип получении шачсний / । - 0 следует- пересмотреть мощ
ность основной кровли (так как в >ту мощность согласно гео
логической колонке могли быть включены слон, не обладающие
достаточной прочностью и потому по являющиеся основной кро
лей) и другие параметры, входящие в приведенную :авпсимт ть.
По величине предельного опускания основной кровли h. (м),
определяемой завнспмостыо: (?,. = , — (/г,.,,— !)S/;,-, рассчиты
ваем максимальную просадку Л/1|; крени (м) под влиянием
21*
323
осадки основной кровли:
Мк к у;
Но найденным реакциям крепи, ее просадке, с учетом мощ
ностн пласта подбираем промышленные тины крепей с соотвст-
ствуЮ1ЦНМН техническими характеристиками.
Поясним порядок расчета примером, характерным для упра-
вления породами кровли в длинном очистном забое сильвиппто-
вого нласча Третьего горизонта Старобинского месторождения.
Пример 9. В качестве исходных данных, исходя из геологиче-
ского строения вмещающих пород и их механических свойств,
имеем: уср—2,1 т/м': о,.= 45-I О'1 Па; /л, 1,1; h„ 0,5 м;
ХА, = 4 м; /л — 15 м; сп--0,6 м; ХА — 2 м.
Работы ведутся па глубине II 550 м. Вынимается пласт
суммарной мощностью iu„ 2,6 м (II н III сильвнпнговые гл.-н
и c.ioii се.лн) Для добычи руды и управления кровлей в очиса
табое используется механизированный комплекс КМ 81 (сю гл
рпант) с крепью М-81, обусловливающей следующие параметры
в призабойном пространстве лавы; /„ = 2,35 м; 1ц- -1» +
= 2,35 + 0,63 =2,98 м; Ь-> =1,1 м; 1,6 м; несущая способ
ноегь крепи А’,, -43.5-104 !!/м2; рабочее сопротивление стойки
=64-10'’ II; рабочее сопротивление секции — 128 z
< И)'1 II.
Порядок расчета
I. Определяем необходимые характерно тики крепи пбусло;-.-
ппнаемие пригрузкой со стороны непосредственной кровли:
начальный распор крени
!>,. 0,5-2,1 1-2,35-Ю4 9,9-Ю’ Ч/м или 13,3 К'.’ 11;
пиру-.ка от собственного веса непосредственной крое
(/и 2.1 4 Ю4 - 8,4 Ю4 II/м2;
шаг обрушения пепчсредсiBeiiiion кровли
/ И5 10-' 'Х(|.т
Ан ’-Г> ( з".8д . ftp ) м-
Р= ”ня : пек первого ряда (при шбойиых!
р ( K.1 ! >/>8 + 2.1)'С!Н8 ^|.|)1С, j |,р_207 )(>1 ч.
I ?(’2,98’ Р(2.ЧК l.lpl 4 ’ I ’
•'•'акция стоек вк>р<;. ряча (и ."точных)
? ( 1Ч’1 + 2,!)- 2.98 I,Ь t 1 .909. р-Л |].
1’у[-2,ч.<+(2.9Х I 1)9 ,5’ ) ’
и Iксимальпая расчетная реакиит ciohki' (при /?| 0)
1,Я>< 4 • W4 = ,06’4 ’ ИИ И-
При выполнении условия /?.... < Ай.-кщш выбранная крепь не
противоречит исходным условиям (но фактору управления со-
стоянием непосредственной кровли)
2. Уточняем роль основной кровли в механизме управления
горным давлением в лаве, для чего определяем:
нагрузку, обусловленную собственным весом основной кров-
ли п пригружающих ее слоев
г/, [2,1(15 + 2,0)] • 104 = з.г)>7 . 1()4 н/м2.
закрепляющую нагрузку в месте «заделки» основной кропли:
г/3.1К 2,1 550 • К)4 = 1155 • IO4 I г/м2;
Wai обрушения основной кровли:
, Г152-45 КГ- (0,7 1155) 10’10Л
' 1 |-----6-.357-.104----J ~ 22 м;
предельное опускание основной кровли:
Лс -2,6- (1,1 — 1) 1 2,2 м;
максимальную просадку крепи за счет действия основной
кровли.
/\hK 2,2-^-«0,3 м.
3. Сопоставляем расчетные параметры и технические харак-
теристики крепи:
для непосредственной кровли: реакции стоек меньше их рабо-
чих сопротивлений [(230 : 280) кН < 640 кН]; максимальная
реакция стойки мепыпе рабочею сопротивления секции
(1('б4 кН < 1280 кН);
i.’iH основной кровли: максимальная просадка крени меньше
величины раздвижки стоек (300 < 1000 мм):
мощность пласта соот.егствуег техническому дна па тону ттон
характеристики крепи (2 < 2,6 < 3,2 м).
Применяемая крепь КМ <81 по противоречит условиям ра т
работки пласта Третьего горизонта, имея при этом определен-
ный запас надежности.
Специфика проявления горного давления па калийных руд-
никах (особенно при увеличении 'лубппы разработки, чго
ракгерпо для Старобипского месторождения) сказывается и при
применении камерных систем ра .работки. Пластичность пород в
ряде случает- выливает увеличение юризоиг-тльпой компоненты
напряжений в кровле ответных к пт ер и снижение ее устойчи-
вости. Этот негативный фактор деетаточно ффекгншто компен-
сируется прохопкон впереди фронта очистных работ раир.жаю
щчх (иногда двухслойны'' камер. Вариант такоп способ: \п
равления состоянием порол, кровли ирпг.едеп на рис II. С.
В заключение рассмотрения вопросов vnp'вл •’•им е.ч-ииншем
массива в очистных <абоях калийных резников с v< тобрагпть
впимпнче на необходимость проверки состчг ie-нпп ыбуаиных
325
TaG.ii на И 10
Основные показатели применяемых па Старобипском месторождении
о|счественных механизированных крепей
11<»ки К1 ГСЛИ М-81 К М-97
Минимальная ширина поддерживаемого приза бойкого npoeipaiieiu.i /п м 2,35 2.55
Максимальная ширина призабойного простран- ства. м 3,65 36
Рассюяние между стойками в секции /»•>, 1,1 I.3
Расстояние между секциями (вдоль лавы, ни цен- тру секции) И/, м 1,6 0,95
Ширли . ахиага Комбайна , м 0,63 0 8
11есущ.1Э способность крепи /?„, М11/м 0,135 0.28
Работа сопротивление сюйки А!,,,о, кН (НО 400
Р.lo.rici сопротивление секции R „ь-ции, кН 1280 800
Понимаемая мошшл.111 пласта /и,,,, м Усилие прецвари тельного распора Щ, кН 2 -3,2 3|4 0,7—1,3
параметров любой системы разработки требованиям сохране-
ния сплошности водозащитной толщи, покрывающей калиенос-
ные отложения. При пеньшолнеиии этого требования параметры
корректируются п вновь выполняется сопоставление (до удовле-
творения сказанного требования).
3.3. ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА
СОЛЯНЫХ ПОРОД ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПЛАСТОВ. ОПАСНЫХ
ПО ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМ ЯВЛЕНИЯМ
Классификация ГДЯ и понимание механизмов явлений, входя-
щих в классификацию, составляют необходимую основу для раз-
работки достаточно падежных способов н средств управления
выбросоонасным соляным массивом.
Доля ГДЯ пропс ходящих под действием приконтактных га-
зов в кровле или почве призабойной зоны выработок, составляет
около 48 % всех явлении на обоих месторождениях. Такне ГДЯ
происходят при непосредственной подработке выработков скоп
лення свободных приконтактных газов или в результате мигра-
ции га юн в призабойную зону над выработкой из окружающего
массива. Последнее предопределяется н яменеипем фильтрацпоп-
пых свойств пород кровли при подвиг.mini забоя выработки.
ГДЯ возникает, если активные силы (давление свободных прн-
КОН13К1ПЫ, газов, вес пород и др.) превышают силы сопротив-
ления пород разрушению в рассматриваемой зоне. Анализ поло-
стей таки?. ГДЯ показа ц что отношение их полуосей а/b «
«0,7 где а полуось полости в поперечном сечении выработ-
ки; б- то же, продольном Высота полостей меняется от де
сятков сантиметров до нескольких метров (обычно до 1 —1.5 м).
326
При многоярусном расположении свободных приконтактных ia-
зов ГДЯ может иметь многостадийный характер. Во всех слу-
чаях явление протекает с характерным хлопком. Обеспечивая
безопасность работ в выработке, кровля которой содержит ирп-
контакгные газы, необходимо оценивать устойчивость таких по-
ре ( ио минимальным силам, способным вызвать их обрушение.
Устойчивое состояние можно оценивать в упругой постановке,
так как динамизм протекания явления не дает возможности су-
щественно развиваться псрсраеиреиеленшо напряжений та счет
пластических деформаций в породах разрушаемой кровли. Ус-
ловия равновесия пород могут быть схемагпзпровапы в виде
равновесия плит средней толщины, нригружеппых ио контуру
давлсинтм приконтактных газов. Укатанные условия .авпея г от
месторасположения данного участка относительно ;абоя выработ-
ки — в пределах призабойной зоны или впе ее Количественная
оценка предельного давления свободных приконтактных газов
может быть осуществлена на базе решения уравнения
Vi] - /’//>,
где A ) — оператор Лапласа; !](.',', //) —текущий
прогиб плиты, см; .с, у координаты в упругой (горизонталь-
ной) плоскости плиты; /’- давление газа но коитхрх плиты, Па;
D- цилиндрическая жесткость плиты, Н ем.
Направляя ось у по поперечному сечению выработки, полу-
чим, что максимальные растягивающие деформации
^iiiriv Вшах,
где й, - высота слоя пород, иригружениого давлением газа; а —
полупролег выработки; ijmJX - максимальный прогиб пород кро-
вли в центре выработки.
Давление газа (Па) на породный слой кровли определим по
зависимости
/<=^„(1 -ц') '^(4?)-
где -модуль упругости пород кровли, Па; ц — коэффициент
Пуассона; /1 = (24с(~',Д- 16л ~2Л 2-|-24/г ~ 1,43(7, или
г. "»'Н^)-
Определяя предельное давление га та, получим Р. = ар/гп,
где Ор — предел прочности пород при растяжении, Па; п =
= 0,7925 а'2 при I п <' 9 м. И, окончательно, для предельного
давления получим Д = 0,7925ol,/z,.« . Последняя тавпспмость
справедлива при /гг 0,4а и т]1П,,, < 0,25/;г, что по данным на-
туры и в рамках технологического времени удовлетворяется
практически всегда.
Учитывая вес пород кровли и фактическую се структуру (на-
личие галопелптовых, насыщенных га том прослойков па высоте
327
1г,.,, от выработки), получим формулу для определения безопас-
ного давления ириконгакгных газов Ри в породах кровли выра
ботки в ее пригабойнон зоне (не далее 10 20 м си забоя)
К>1)+ \.п. Па,
где у- плотность пород кровли, т/м3; Л,. и— расстояние до газо-
насыщенного прослойка, м; Р,—предельная величина га юного
давления па высоте ft,.,,, Па; Л,.,, - сцепление по галопелпто-
вому прослойку, Па.
Приведенное для Р(, неравенство означает, что до тех нор,
пока давление очага приконтактиого газа, расположенного па
высоте /г, „ ог контура кровли выработки, в се призабойной ча-
сти, не превышает величины Р,„ газодинамическое явление сан-
ного типа не произойдет. Для ГДЯ, происходящих в почве вы
работки, безопасное давление определим при решении неравен-
ства вида
Па долю ГДЯ, происходящих под давлением приконтактньгх
газов в кровле или почве вне призабойной зоны выработок, при
ходится около 17 %. Место развития лих ГДЯ кровля (поч-
ва) выработок на расстоянии 10—20 м от их забоя, что зависит
от пролета выработки. Натурные наблюдения за филы рацион
ными характеристиками пород кровли н ее напряженно дефор-
мированным состоянием показали, что они значимо различают
ся в призабойной соне выработки и на расстоянии от нее Эго
обусловила и различие в величинах предельных давлений сво
бодпых ириконтактовых газов. В силу достаточной выдержанно-
сти строения массива в обычных условиях (помимо нарушен
пых участков) н в рассматриваемой области сохраняется та же
(как н в и риза бонной юие) приуроченность га job к контактам
слоев н галопелнговым прослойкам Условием возникновения
ГДЯ вне призабойных зон является также непосредственная
подработка очага свободных прпкоптак>иых газов, имеющих
меньше" давление, или их миграция в згу область за счет из-
менения папряженно-деформироваипого состояния массива, ок-
ружающего выработку. Изменяющиеся условия устойчивости по-
род кровли в месте приконтактиого скопления газов по мере уда-
ления i а юпасыщешюй облает ог призабойной зоны со лают
предпосылки развития ГЦЯ лого типа даже при неизменных
физико-технических характеристиках пород и массива (при том
же пределе прочности при растяжении, при тех же газоносно-
сти ч дарлсшш газа и т. д.). Чтобы оцепить предельное давление
газа, в чтом случае необходимо также решить ппигедепиос вы-
ше бнтармопичсское уравнение, но в качестве разрушающей его
Функции cleave) прнняп.
’1 Пт (--Jr l)
398
В этом случае таыкнмосп., определяющая примет вит
/’г 1),.г)О|,/м/->
Структура же формулы, определяющей безопасное давление
приконтактных газов вне призабойной зоны нырабткп /Л, со-
хранится: /Лг (Pi ± • U)’) 4 Л , Нод параметром здесь
принимается только что приведенная зависимость. Размерности
в формуле аналогичны таковым для призабойных зон. Знак «4-»
соответствует решению задачи применшелыю к породам кров
ли, «- » — для пород почвы. На расстоянии более 20 м от забоя
параметр Л,-.,, может быть неучтсн.
Таким образом, ГДЯ вне призабойной юны могут возникать
при давлении приконтактиого rasa, недостаточном для реалнза
ниц явления вблизи забоя. В силу этого обстоятельства они
представляют особую опасность, гак как развиваются неожи-
данно. Отмеченное обстоятельство необходимо учитывать при
разработке метода управления выброеоонасиым состоянием кро-
вли на калийных рудниках.
ГДЯ в забое и стенках вь/работок происходя! в основном на
рудниках Старобинского месторождения. Они сослав rnoi около
12 % всех тарегистрнроваппых ГДЯ Интенсивность их не не
лика, а совершаемая ими работа может не только угрожать
жизни горняков, по и вызывать разрушение элементов ра :лнч
пых конструкций применяемых типов комбайнов и други- меха
низмов. Эти ГДЯ обладают наибольшей мощностью, если раз
виваются в процессе подвигания забоя. Результаты изечепня
двух основных факторов, определяющих механизм формирдша
пня и протекания таких ГДЯ, давления i а за в массиве в ею
напряжепно-дсформпроваииого состояния, по шолплп сделать
следующие выводы. При проходке вырабожн породы гпередн
забоя находятся в повышенном напряженном состоянии (сокра-
щается протяженность зоны опорного давления, максиму его
перемещается но напряжению к забою), обусловливая умевшие
пне здесь газопроницаемости пород п евсличепне гр а и ".ей га
газовою давления в прнзабозной области. Гели выработка оста-
новлена, то породы на кромке ,абоя характеризуются понижен
ным уровнем напряжений, повышенной проничаемоп i>io н •>
пнем градиента газового давления. Этим обстоятельствам от вс
чает и разданная интенсивность ГДЯ. Обьсм свободных ов,
требуемый для проявления ГДЯ. может быть, как пока " • ют
расчеты, весьма пезпачте'п.пым в среднем 0.1 м? Ра • >,и ню
газодпнамш'ескнх явлений предшествует стадия н* фо|)М1Ц>О'’П-
ния, включающая образование впереди :абоя трещин прибли-
женно ориентированных- параллельно < то поверхности либо вы
пуклы' в сторону массива) и обеспечивают!!' •»< -мокiiocin мп
грации эту область звпбодных- з юр, Это подтвер’.-. д.тется
практикой горных работ па Старобинском месторожщшш ia
подобного типа ГПЯ ра лшв-потс" в обновил»' • :ыг эб<
ПИОН Н ЧШ.’Х вб ипзп ОТ В'Вболее насыщенной г-> »/>М 'ПИШСТО-
3?9
карналлитовой породы, залегающей выше lv снльвиниюною
слоя третьего i оризон га.
Образование трещин впереди забоя н изменение коллектор-
ских. свойств массива обусловлено реализацией энергии упрут их
деформаций. Формированию ГДЯ способствует и наличие в мас-
сиве генетических трещин, ориентированных подобным же об-
разом.
Энергетические характеристики ГДЯ, проявляющихся в оста-
новленных выработках, обуславливают не отброс породы, а от-
жим ее в выработку.
Интенсивность газодинамических явлений комбинированного
тина, происходящих в кровле выработок, может меняться от не-
скольких тонн до 1000 т н более. Явления достаточно многочис-
ленны— около 18 % всех зарегистрированных на месторожде-
ниях ГД51. Особенностью их является наличие в кровле выра-
ботки полостей, заполненных свободным газом. Такие полости
называются очаговыми или гнездовыми. Обычно они приуро-
чены к коллекторам — ловушкам, которые являются результа-
том действия внутрипластовой микротектоннкп. Располагаются
такие полости чаще всего в квазиизотропных породах карналли-
тового и глинисто-карналлитового составов. В механизме ГДЯ
этого типа второстепенную роль могут играть также прикошакт-
пыс и рассеянные газы. Схема механизма ГДЯ комбинирован-
ного типа следующая. При наличии в квазиизотропных поро-
дах очагового коллектора газа устойчивость пород кровли опре-
делится некоторым соотношением сто параметров (радиусом а,
дав лепном в нем газа рГ, расстоянием от него до контура кров-
ли h) н параметров подрабатывающей этот очаг выработки
(прежде всего ее пролетом). Если в данной области имеется и
рассеянный газ, то на поверхности трещин, инициированных дей-
с11 нем очп' овы- пион, может развиваться эффект послойного
отрыва, результатом которого являются чешуеподобные поверх-
ности полостей. Встречаются па рудниках н иные условия. На-
пример, квазнизотронная среда с включением очаговых газов от-
делена от контура выработки слоями иных пород (сильвинит,
каменная соль). Гели эти слои теряют устойчивость под воздей-
ствием заиления газа в очаговом коллекторе, то явленно разви-
вается. В противном случае развитие его возможно лишь при
наличии в указанных слоях (в их галопелнтовых прослойках)
пвпконтакгных газов достаточного давления.
Обработка большого числа натурных данных показала, что
явления лого типа в основном развиваются в области
Iit^I (/--полупролет выработки). Для контура кровли кри-
териальное условие развития ГДЯ этого типа запишется
в виде
k > оР,
г 11е /? = 2iiii’2Pi (Л2 о2) ‘,
где tn эмпирический коэффициент (in ~ 1).
330
Полупролет полости возможного ГДЯ /,< (м) и его интенсив-
ность / (т) могут быть определены по формулам:
, ; I .1°
к~ L (ft2 — a’j J ’
I - 23 • |()7/г‘{—- 1].
LoP(ft2 —u-) J
I (селетопаниями показано, что подобные газодинамические
явления не происходят, если очаг газа расположен на т выра-
боткой на высоте h 21, и маловероятны при его расположении
на высоте / < h < 21.
Число «незапных выбросов соляных пород и газа составляет
около о -7 "G тарсгнстрпроватшы.х ГДЯ. Ио .то наиболее мощ-
ные газодинамические явления в калийных рудниках. Внезап-
ный выброс представляет собой непрерывный процесс послой-
ного отрыва, разрушения и выноса пород под действием «волны
растяжения» и энергии заключенного в породах таза. За счет
реализации запаса потенциальной энергии в выбросоопасных по-
родах впереди фронта выброса под воздействием волны растя-
жения образуется зона т рсщпноватости, г, которой формируются
условия, необходимые для послойного отрыва породы. В разви-
тии выброса выделены четыре стадии. Первая стадия — иниции-
рование выброса. В ее формировании участвуют вес факторы
выбросоонаспостп, действующие в соляном массиве (механиче-
ских напряжений, газового давления, свойств массива, техноген-
ных факторов п др ). Вторая стадия — развития процесса вы-
броса после нарушения равновесного состояния пород вокруг
выработки и разрушения тащит кого слоя между иен и выбросо-
опасной зоной. Течению процесса выброса соответствует третья
стадия за счет изменения НДС пород в массиве п градиента
газового давления происходит послойный отрыв пород, их дроб-
ление и вынос в газовой струе в выработку. Четвертая стадия—
затухание выброса, когда энергии механически х напряжений,
реализующихся в «волне растяжения» и энергии га та будет не-
достаточно для осуществления послойного отрыва пород в поло-
сти выброса.
Основная стадия выброса количественно описывается нера-
венством
тг (Р„ Ря) > пр,
где т- — тффектнвная пористость пород, т. с. отношение части
пор, заполненных газом, к общей их пористости; Р„ — пластовое
давление газа, Па; Р, — атмосферное тавлепш . Па; о,, — предел
прочности пород при растяжении, Па.
Как отдельный классификационный вид могут рассматри-
ваться «запоздалые» газодинамические явления. обусловливае-
мые действием прнконгактпых либо очаговых газов. Они проис-
ходят неожиданно па значительном расстоянии от забоя. а ино-
гда и в выработанном пространстве. Общее число таких явлений
331
незначпгельно (менее 5 %). В случае позпнкнонения таких яв-
лении и । <а действия приконтактных газов последние имеют
давление, неопасное с точки зрения развития нышераесмотрен
вых классификационных явлений Однако для соляных пород
' арактсрпо изменение их прочности при растяжении во времени.
Поэтому безопасное давление, а также критерии опасности
возникновения ГДЯ будут являться функциями времени. В связи
с этим критерии опасности возникновения явления определится
зависимостью
Л’(/) - д,/д,(/),
где /—текущее время; S(/)^I, S(l) I—соответственно
опасное и неопасное состояние массива на заданный момент вре-
мени /; Д,— давление природных газов в массиве.
Поэтому необходимо оценивать время от начала газодпн.тмв
веского явления до момента возможного ра шития его запозда-
лого варианта. Продолжительность запаздывания для явлений
первых двух типов определяется зависимостями:
для периода 0 < / <1 50 100 ч
/3 = 120,5*1 In
2'1 (Д + т*.,
для периода / _ 50 4- 100 ч
/3 =. 1(Г7г., In
।де h, , расстояние от контура кровли до очага прпконтакт-
иых газов, м; щ. — средневзвешенный предел прочности пород
при растяжении, Па; пол у пролет выработки, м; у — плот-
ность пород, т/м’; \ ч - сцепление по контактам галоислвто-
вых прослойков. На; давление газа в массиве, Па; и Ао
эмпирические коэффициенты, приблизительно равные I; т]—эм
ионический коэффициент (для галпго-сн чьвипнтовых пород ц а;
аЙ),6С>).
Для комбинированных ГДЯ, сети давление газа в очаговом
коллекторе было недостаточным пли развития явления непо-
средственно после подработки коллектора, то возможность его
р.ч твитня на момент / определяется по формуле
k > о(, (/)
нлп шантана времени 0 < f 50 100 ч
*>[expf-
где Г — единичный времени-,и параметр, ч.
Оценка пэодо.тжвтельноегг, запаздывания ГДЯ имеет важ-
ное .-.в; 'ч-ппе при обосновании необходимой палеж1Ь-стп ртра-
332
багывасмых методов управления опасным по ГДЯ соляным мас-
сивом.
В заключение рассмотрения вопросов классификации ГДЯ
приведем несколько примеров определения основных параметров
ГДЯ для конкретных условии калийных месторождений.
Пример I. Оцепить выбросооиасную ситуацию в горной вы-
работке, пройденной комбайном «Урал-20КС», площадью сече
пня 5 = 20,2 м< Выработка имеет пролег 2п = 6,1 м. Но ,еоло-
гическнм данным в почве в кровле выработка на расстоянии I м
от кошура выработки находится газоносный галонелитовын про-
слоек с давлением в нем газа Ро = 0,12 МПа. В почве шлепает
каменная соль (до прослойка галонелнта), в кровлг распола-
гается спльвнннгоняя пачка
Определить возможность развития газодинамического ле-
пт з при забоиной юно выработки в ее почве
Решение. По данным разд 2.7 на'одьм необходимые х;с-
хаичческне характеристики пород непосредственной кров, и и
почвы: п(, - I МНт п \ , 0,75-IО1’ Па. ониедглчем нет ком
банка (820 кН) н его «опорную» площадь (11,5-3.04 ~ 35 мН,
необходимые длт расчета дополнтравного давления на пороты
почвы в призабойной топе, которое составит 82 : 70,15 0,117
> 10г’ Па Распределение веса комбайна принял- на плоты
11.5-6,1 70,15 м2, не па 35 м-’ ,а сче, жесткое:и метроьо'о
слоя каменной соли. По пппведепным формулам расшиты.к м
прет, л иное давление газа Р л •атсх; без niac.no. Р . ,
0,7925/Ла. 0,75125 Hi HP - HP
G = uYSfiT- !>,85-1о П.\
, с счетом веса комбайна /’, — (0,85 Д 0,1 17) • Ю5 = 0,97-10’’ Па;
Д, Д(Д +- ¥Л1+ (4,97 + 0,21 + 9,75) • I У ,193 МПа.
Гаком образом, писем Р /’„(0,19.3 0. it МП ), ,
ют,: чз мп чес кос явление в почве выработки про-по ai;.'etc
При опт.". кчмГ.зч,"., от ч-б' । ГДЯ 1акж не может ра .си
ваться, п.(скольку 1 10,35 ) 0,21 + 0,75) 10' 0,181 МП-..
". Р. ' ,(0.181 -0.12 МПа).
Пример 2. Для условий предыдущего примера определить
во .мощность развития ГДЯ в почве выработки гл1" пр" обой-
ной юны.
Решен и Раесчпты ..аем прстельн тавление: Рг
(Г t- 0,85 -ИГ’ .г
= из,// I — _ _ 57 I ) Па, "(., чего oripe.Bc и -м
сити .'являем г р б -.lacnoe ..""киш Р :
г\ .-(0,57 + 0.21 -0,75)10* 0,153 МПа.
0.153 >0,12, ,. с /’о газоитамическг, ч.кчин
области г.ырдбо’. кн в се поч, пс поогпо шруек-
Пример 3. Для условий примера 1 опред< wo , .м i/Kiioci
ра.линия ГДЯ г. kdoi. ц- выработки предел"'. । с при ;лб. й'чж
юны.
ззз
Решение. По тем же аргументам с учетом геологических
дипны' рассчигыв.3 м Д и / Д — = 0,85- 10' Па;
Д (Рг - уЛ.1Ч) + V и ~ 1<W> - 0,21) + 0,75] HP - D.139 МПа.
Таким образом, Pv < /Л>(0,12 < 0,139 МПа), т. е. ГДЯ не
прогнозируется.
Пример 4. Для те. же условии оценить возможность разни
тпя ГДЯ в кровле выработки вне ее при набойной зоны.
Реш си не. По приведенным формулам рассчитываем Д
н Р-:
/’г---‘дУ?!--0>57-1,15 П;);
Рс <[(0,57 0.21)4-0,75)1 КГ’ =0,11! МПа.
В лом случае /’, Pt, (0,12, 0,11 МПа), т. с. ГДЯ вне
призабойной зоны в кровле выработки может иметь место.
Пример 5. Оценить возможность развития ГДЯ в той же вы-
работке в ее кровле вне призабойного пространства во времени
если давление ирикоптамных газов Д, составляет 0,1 МПа.
Р е in с и и е. Находим Р.„ которое согласно решению примера
-1 составит 1,11-IO5 Па. Следовательно, Д, < Д,(1 10s < 1,11 X
X 10s Па), т. е. газодинамическое явление не ра яшвастся в дав
ный момент времени (/=0). Используя, однако, приведенную
выше швиенмость для определения времени запаздывания ГДЯ
находим

= 120 5ft, hl Г —з-----°"П~ —------1
(Д, +уА(>ч-ЛГ1,) t
1-10- 10'
1211,5 • 1 In Г 2(305)2 (1 _ро,21 —0,75)
Ч
Гаком обра юм, не происшедшее сразу (после перехода при
забойной обчисти кровли во «внезабойное» пространство) газо
динамически'- явление может развиться в рассматриваемой
'оно через зй19 ч, что представляет особую опасность для
I орияков.
Пример 6. Для условий вышерассмотренного примера оце-
нить время возможного развития газодинамического явления в
кровле выработки на удалении от ьзбоя (вне призабойной зоны),
если давление газа в ее галонелпговом прослойке Д, составляет
0,6- I05 Па, а ГДЯ в данной зоне не имело места в течение 5 сут.
считая с момента подработки здесь кровли.
Р е in е и и о. Поскольку для аналогичных условий (пример 5)
Р = 1,11 105 Па, то развитие ГДЯ 'Десь при Д, = 0,6-Ю:' Па на
период, близкий к / ~ 0, невозможно. Однако оцепим для дан
пых условий время запаздывания ГДЯ, воспользовавшись при
33-1
веденной формулой, а именно:
i 1ы6Г 1 *1^иЧ,1р
/3 !()/?. Ill — !---- '
Лг(Р6 +уФ,„ \, ,j .
>1 i 0.Ы» I - 10 IOr’ , I
1,1 [2(^057 (0.6 po,2i 075? lf J' ieT'
Результат говорит о практически нереальной во зможпосгк
развиться в данных условиях газодинамического яв.>> пня рас
смагрннаемого типа
Отметим, что практические решения, связанные с определе-
нием времени запаздывания ГДЯ, справедливы при выполнении
условия /, > 10’’ лет.
Классификация га юдииамнческпх явлений, понимание меха-
низмов классификационных их типов являются основой со .да
пня способов опенки (ирогношроваипя) сосюяиня ныбрес<>онае
лого соляного массива и методов управления им и юрных вы
работках.
Прогнозирование опасны' но ГДЯ юн в калийных пластах
может быть региональным, локальным н текущим.
Pei нонильное прогнозирование опасны' по ГДЯ юн приме
няется для оценки выбросоопаснос.ти пород в пределах всею ме
сторожтеппя, а также отдельных шахтных полей н предназна-
чено для выбора и обоснования органа щионпо . ппческп'.
мероприятий по предупреждению га юдппамнческпх явлений и
локвпцацпп их последствий Исходными данными i |я -того ме
года прогноза служит информация, полх чепная о мсс юрождепип
па ста чин предварительной и штальнои разведок. II s полечен
ных данных выделяется комплекс показателей л , онре 1еля1О1ЦН'
прогнозируемое состояние массива, а именно: V,— газовый фак
тор и его ранги; Х2 содержание в пласте .!/>' нерастворимого
остатка, %; Х:!- содержание в пласте Р хлора, %; X,— выход
с пласта БР керна, %; Хя-содержание в пласте R нераствори
мого остатка, %; ^к- мощность пласта Г>Р>, м; X - мощность
пласта /?, м. Ранги X, привечены ниже.
Ранжирование газодинамических явлений
Проявление .'аяоОиннмнче- Продолжительность о.чоднна- Раней
ско-.-о явления в скважине мичееко, о явления ¥г-
11с наблюдалось I
Непрерывное и спокойное суф- От нескольких минут до не- II
лирное выделение газа скольких суток
Одно- или многократный вне- То же III
запный выброс газа
Одно- или многократный вне- От нескольких минут до 5 ч IV
запный выброс газа н порот
пой мелочи
По указанным показателям каждую скважину «в простран-
стве признаков» характеризует информационный век юр X (Х(,
^2. Хл, А), ..., X?), относящийся к той зоне (выбросоопаснон или
335
lie опасной no выбросам), которой соответствует наибольшее зна-
чение .чиненной дискриминантной функции (ЛДФ), определяю-
щ-.й решающее правило для проведения регионально!о прогноза.
Параметры линейных дискриминанты' функций определя-
лись длч вида
/>
~k 12 ФА-'ifc +
i
где г,;— (.нскрнмннантная метка /г-й iруниы; с , влияю-
щий фактор (переменная) в A-ii i руине (/ = 1, 2, .... /'): и —
коэффициенты дискриминации при i-Й переменной в /?-й группе;
Спостоянная в /г-й группе.
Оценки коэффшшепioii дискриминантных функций и кон-
ciairr, полученные для «ааплучшнх» дискриминантных травнений
(ирн выполненном пошаговом дискриминантном авали ;е па
male 7) для условий Верхпскамского месторождения
Том;
Выбросоиплсипя
1k- Ы1П1-11.-1Я по выбросам
<Z/2 ll/л иц
(5,14 0,74 —0,1 0,27
3,12 0,3 0.13 0,3
а,, <ij„ и, Конс-
ганги
('),[.3 1,71 ().*.>[ 27,22
0,25 2,37 O.lili IS.26
Полученные ЛДФ позволяют относить участки ка.-шйных или-
сто.к одному из двух классов—выбросо-опасному итн пеопас
ному по выбросам. Д.чя построения контура (карты) выбросе
опасных юн оценивается вероятность нрннадлежнос m того и.
оного \час!ка к такой зоне. Верот постная интерпретация ш
-ц-ипых Л ЛФ оценивается выражением
Pt - i Ё exp (г/е ) -
1 /. J
где Pt вероятность, соответствующая наибольшей дпекрнмн
наитпой функции; Zi— значение наибольшей дискриминантной
функции; ~ шачеине А’ й дискриминантной функции; g чис-
ло групп (<т == 2).
Расчеты /’,, выполненные па ЭВМ для каждой геологиче-
ской скважины, дали возможность построить региональные кар-
ты выбросоонасных юн Верхиекамско!о месторождения. В каче
, вс граничного условия отнесения к указанным -.чг’-; принята
0,5 и Р< 0,-г> скважина относится к sone шаспой.
Р " 0.5 к зове, не опасной но выбросам.
()1М м, что на мес[орождеинп pernciрируются случаи, ког-
д । таппые прогнознров.чпия выбросоонасности во геологмчес.кнм
при шакам не кодтверждаются, г. выбросы происходят в зо-
на-- отнесенных к не опасным по выбросам и наоборот. По-
ско.шке кпнтерШ! выбросоонасности есть результат всроятпост-
н -I оценки статистической информации, то результаты прогноза
। . moi' t । .вать 100 %-ной гарантия. Надежность регионального
пр- гпо шроваипя с помощью ЛДФ исследуется с применением
м lai, называемого «скользящего окна», состоящего в еле-
дующем. Из первой выборки, характеризующей опасные юны,
исключается первое наблюдение, ЛДФ формируется по остан
шнмся наблюдениям. Исключенное наблюдепп" классифицирует
ся. Процедура повторяется для каждого члена первой выборки.
Доля правильно классифицированных it. б иоденнй представляя!
собой оценку вероятности правильного разделения. Дчя вюрон
выборки применяется га же процедура опенки вероятности пра-
вильной классификации исключенных наблюдений.
Бероя1нос1ь классификационного ра деления юн , и ныбро-
соопаепостн во .растает с увеличением объема сот ветсп у ющей
выборки.
Общая вероятность правильною регион i.'ihhoiо разделения
участков калийных пластов на юны, опасные и неопасные но
выбросам, с помощью линейных дискриминант пых функций то-
ег.-.гочно высока (0,93).
Локальный прогноз выбросоонасных юн позволяем чать
оценку состояния рабочих пластов в пределах панелей (стол-
бов), эксплуатационных блоков и отдельных камер Такая зо-
нальность устанавливается на базе анализа статистического
комплекса геологических показателей на. участках пластов с ш-
фнкенроваииымн ГДЯ н вне таких участков. Анализируются гео-
химические и морфосгрукгуриые показы ели. В свя т с гем. что
метод диагностики при эксплуатационной разведке (локальный
прогноз) должен более «гибко», чем реч нональный метод, реа-
гировать па изменение чнел i апалишрусмых переменных, го его
разработку целесообразно осуществит!., в част ности, на базе
теории Байеса.
В условиях Старобннского месторождения для локального
прогноза выбросоонасных структур тина «мульд погружения»
применяются методы высокочастотной сейсмики, обеспечиваю-
щие их выявление на уровне ВО %. Модернизациями метода яв-
ляются метод проходящих волн (сенсмонросвсчпванпс) и про-
дольное’ профилирование, применяемое еовместо или самостоя-
ТСТЫЮ.
Наблюдения производятся в блоках (столбах), подготовлен
пых тля отработки лавами. При наличии щесь тех i ш иных
। соле гнческнх нарушений ил меняющих свойства среды, ослож-
няются н 16 нодаемые картины волновых нолей, aua.iui которых
позволяет установить местоположение п ориентировочные . ео-
метричсскне параметры опасных но выбросам участков.
Основной метод обпар -же пня и окоп ту ривапчя тон i со. гп
те мг осложнений тля Сгаробппского месторождения это ме-
тод сейсмопросвечнвапия. Особенности его применения юани
к hoi, н..пример, при невольюваннп на месторождении двухслой-
ных систем разработки тлиппымн очистными табоямп. Они
е е.отг в следующем:
изучение строения слоев можно проводин., голы о отступив
..т .абоя верхней ..швы на расстояние нс Менее- 70 м. чтобы
22 11 М Нроскурякон
337
исключить влияние опорного 'ТЛВЛСПИЯ НН волновые НОЛЯ Jiipy
гпх колебаний;
необходимо располагать в одном лигологическом слое пунк-
ты возбуждения и регистрации колебаний;
как исключение, при пршпозировании выбросоонасиых зон
(«мульд погружения») допустимо размещение указанных пунк-
тов в лигологнчески различных слоях;
регистрацию упругих колебаний необходимо производить от-
дельно ио каждому слою.
По поперечным профилям выделяются дне системы наблю-
дений: с центральным пунктом возбуждения и система простран-
ственных наблюдений. Центральный пункт возбуждения распо-
лагается на расстоянии не более двойного расстояния мест уста-
новки приборов, а угол между лучом н линией наблюдения
должен быть i>70‘. Такие расположение пунктов приема н во ;бу-
ждения позволяет исследовать уируте характеристики массива
при минимальном их осреднении. Пространственные наблюде-
ния характеризуются значительным расстоянием между указан
нымн пунктами. Угол между лучами, соединяющими точки воз-
буждения колебаний и их приема, и линией профиля наблюде-
нии должен быть 70'. Размеры исследуемых участков и
характер формирования волновых нолей являются определяю
щнмн критериями при выборе системы наблюдений.
Размеры участков (подготовленных блоков, столбов) онреде
ЛЯЮ1 тин наблюдения следующим образом. Гели их ширина до
100 м, го на сейсмозапнсях выделяются прямые продольные об
меиио-преломлениые (менее интенсивные) и прямые поперечные
волны. При сейсмопросвечпванип, как правило, выделяются и
изучаются прямые продольные волны. Система наблюдений од
посторонняя. Для участков шириной > 100 м па сейсмозапнсях
выделяются прямые продольные волны незначительной интен-
сивности, а также интенсивные прямые поперечные и обмепио
преломленные волны. Система наблюдений при лом выбирается
из условия панпучтего их выделения. Запись упругих колебаний
ирон шоднтся приборами. Для надежного выделения ма.поамплн
тучных нарушений рекомендуется применять двусторонние си-
стемы наблюдений, которые при сейсмопросвечпванип заклю-
чаются в регистрации ссйсмоснгналов как в транспортном (кон
нейериом), (лк и вентиляционном штреках лап.
I [алнчпе выбросоонасиых структур («мульд погружения»)
выявляется но и вменениям шнпси всех типов воля, а именно по
уменьшению пигеисивностп прямых продольны воли, но ослож
пению либо нрекраьцеипю корреляции прямых поперечных и об
Менно преломленных волн. Отметим, что параметры метода ш
поляки регистрировать дефекты размерами Зз 1,.гтД О., длина
волны) В натуре ио соответ с гнус г регистрации опасных юн
днамшром и (при ширине блока до SO м), диаметром б м
(при ширине блока 60 100 м), диаметром 7 м (при ширине
33ч
блока 100 150 м) и диаметром -5= 8 м (при ширине блока
150 м).
В качестве юкущсто прогноза выбросоонасное! и на калий-
ных месторождениях применяют акустический метод про! ноза
и i.'iK называемый метод бароконтроля (но интенсивное гл изме-
нения давления газа в :aiерметпзпрованном шнуре). На место-
рождениях испытывались н другие методы текущего про! позиро-
вания выбросоонасное гн.
Акустический контроль основан па косвенной регистрации
параметров газового фактора выбросоонасное!и в тех ii.hi иных
участках массива соляных пород. Парамо ром газового фактора
в дом случае является количество мнкровключенных газов в
массиве, оцениваемое но акустической эмнеенн, характеризую-
щей процесс растворения исследуемой породы. Известны нс
сколько вариантов метода.
Регистрируется уровень эмиссии (шумности) и соностав
ляеюя для опасных и неопасных юн. Сопоставляется прирост
акустической энергии в тех же зонах, фиксируется число импуль-
сов акустической эмпсенп или определяется совместно суммар-
ная энергия п суммарная амплитуда акустических импульсов,
число импульсов за начальный период процесса и за все время
рас 1Воронин. Практической основой работоспособности .того на-
правления прогнозирования является установление зависимоеги,
количественно связывающей основной газовый параметр, опре
делающий выбросоонасность давления свободных газов и
массиве, и характеристику активности пород при растворении
энергию акустических импульсов. 15 своей основе такая записи
моегь отражает пространственно генетическую связь между мн
кровключепными и свободными газами. Уравнение регрессии
между указанными параметрами имеет виц:
/\ 3-1!) 96 К)1,
где Рш -давление свободных газов в шпуре, МПа; 2,Еак— сум
мирная энергия акустических импульсов, усл. ед.
На пласте А Б Верхнекамского месторождения энергия им-
пульсов на обычных участках 2Е.1К = 30 т 890 усл. ед., в поло
стях же газодинамических явлений £/?„,< = 570 4-2700 усл. ед.
С использованием прибора ПАП 4М прогнозирование выбро-
сооиасиостн осуществляется по комплексному коэффициенту,
рассчитываемому по аргументам, отражающим параметры си-
стемы разработки и геологические особенности разрабатывас
мого плас га. Такой коэффициент для условий плас!а .4/> Верх
некамского месторождения рассшнываеюя по формуле
£б.„,.х</
EV/л
М-,
где X/V суммарное число импульсов но прибору ПАП 4М (для
обычных .’.он 240—3500 усл. ед.; в полостях ГДЯ 2700 6300 уел.
ед.): S площадь поперечного сечения выработки, м2; и
221
339
ширина выработки, м; /,, — расстояние от обнажения пород до
места отбора проб, м; b — ширина ЛАКИ,, м; 7 -К) 2 1/м2 —
эмпирический коэффициент (учитывает минимальные размеры
параметров системы разработки на пласте \Г>\ S 8 м2, а
— 3,2 м, b 2 м); /г2 единичный коэффициент, м.
11а выбросоопаспых участках Сп — 2,1 : 9,4, на угрожаемых
С'„ = О, I 4- 2,5 и па участках, неопасных но выбросам, С„
— 0,03 4-0,3. Незначительное «перекрытие» диапазонов па прак-
тике может быть компенсировано округ . гением величии С„ в сы.
pony повышения уровня безопасности работ.
11а обоих месторождениях в качестве текущего прогноза вы
бросоопаспостн применяется метод барокопiроля. Для рассмо
трения собственно метода барокопiроля остановимся па поня-
тии выбросоонаспостн пород кровли, так как данный метод при
меняется для оценки состояния именно этого элемента массива,
окружающего выработку
Степень выбросоопясноеiи пород кровли определяется по
формуле
S = /’пД’ж
где Р(, давление природных газов в. массиве Па; /<, — дзвле
ине газа, иод действием которого породы кровли теряют устой
чнвость, или безопасное давление. Па.
Давление газа в массиве есть функция iа юдииамнческпх ха-
рактеристик массива, г. е. Pu = f(k, (}').
Давление Рг, является функцией мощности защитного слоя
(расстояние от контура кровли выработки до газового скоп-
ления), пролета выработки 2л, предела прочности пород при
растяжении пР, их плотности у п сцепления пород „ в тот i i
нового очага (по галошлптовому прослойку), т. с.
ф(А,„„ 2п, о,,, у А)
Поэтому выбросоопасиость пород кровли выработок в калий
иых рудниках является функцией горпо-геологических условий,
технологических параметров ра работки, физических (мехаиичс
скгг.х, Iазодппампчсскпх) характеристик массива, т. е
<$ - А (//„,,, 2а, гтр, у, \, k, G'}.
Функции /’р и Р. можно определять различными способами
Поскольку речь идет об оценке параметра выбросоопаспосгп S,
то функцию Р„ следует искать с «запасом безопасных условий»,
к с. принимать се шачеппя, характерные для пород кровли вис
призабойного пространства. В этом случае S определится гаг.п-
снмостыо вида
s =_ /’ _______Р»_______=______________________
Р, (/’г - Y'''.,.. ) I- V „ «рС - -’** (у*.,., + 'V. „) ’
Замер /’„ по обычным методикам в движущемся комбайно-
вом абос (например, в очистной камере)—, задача весьма елож-
310
пая. Полому для таких условий (при высоких скоростях подви-
гания выработок) замер величии давлений природных газов про-
изводится экспресс методом. Метод базируется на установлен-
ной для соляного массива зависимое!и и хн пения давления газа
в шгсрмегп шрованпом шнуре \Р. от величины давления при
родных газов в породах кроили.
Указанная ншснмист ь отражает шкипомерпость увеличе-
ния с ростом Рп (Для одних и lex же промежу ков времени)
При Z—»-0 (/—время, прошедшее с momciii । 11 pi.-eTii.iaiuni шиу
ра, пробуренного в породы кровли) эта швисвмостт. имеет ли
ионный характер. Следовательно, скоросн. изменения давления
газа в загерметшнрованном шнуре ( \/</.Л/) ecu. пскиторы
функция от Д>, т с А/*/А/ ф(Д,). Или, шая (APr/A/), мож
по naii'in искомую величину /’>. что н сое га
лист суть экспресс метода определения давлення природною i;
<1 в кровле движущегося очистного (подготовительного) забоя,
так как А/ весьма малый (десятки секунд) отрезок времени.
Toi да показатель выбросоопаспоста пород кровли опреде-
лится зависимостью
А <( 'Я ,, /<) пли S "« |i|, ( Д (у/'..„ I А . „)|
Рассмотренное представление о параметре выбросоонаспостн
А по шоляст создать способ ее прогнозировании в породах кров-
ли и разработать метод контроля эффективноегп применяемых
мероприятий по управлению се состоянием при очпенюн выемке
руды и проходке подготовительных выработок.
Рассмотрим сущность прогношроиавня ГДЯ в породах кров
in методом бароконтроля.
i 1срио1ыча.ты1о устанавливается функчп (Г-. Для того оп-
рст |яется изменение давления газа Рс в шгерметп шрованпон
части шпура во времени при заданных шачеппях коэффициента
проницаемости /?, квадрата начального градиента давления G
ра -нуса шпура <\ и таилепня газа в массиве Ptl па моменты пре
Мени Для иного значения далее уетапачлииаюгся новые вс
’ ины Р, для ряда значений б. Получакн семейство кривых,
бактеризующих изменения давления i i во нременп в .тагер-
м визированной части шпура для ра шчинх шаченнй давления
it i в массиве Для Р. на начальные моменты времени кривые
пи паточно хорошо аппроксимируются прямыми, являющимися
графическим пр., нт, глеепем функции Затем, для oapi •
лепною типа выработки, ' ар.тктери .уемого параметром 2п, при
игдапных шаченпях о„ у и „ етргчися график функции S -
ф . • ( \Pt/А/), являющийся базисом данного способа прогноза
Таким образом, задаваясь тостер пор но i орпотехпо.тогиче
скпмв и I’Cfi.Toi ическимп параметрами: а , у. Ат G', оР, по
измеряемой ьелнчипе скорости и.’.мт пенни давления в загермети
шповапном шпуре в начальный момент времен!’ определяется
пока '.а гель выбросоопаспос ги А.
341
о ioozoo3oomt,c
Put 11.30. Графическая интерпретация определения параметров метода ба
рокот роля выброеоопаепостп соляных" поро ц
1, 2. I — при ДЛ1ЛСШН1 га 1.1 в млсгивс. соо гнете гкенио равном 0,3; 0,3; (1,6 п I AM Id
Функция фг может быть определен;! для пес.тедус мото Участ-
ка экспериментально. В кровле выработки для этого бурятся
один центральный н несколько шнуров на его периферии (по ок-
ружности). Все шнуры герметизируются. В шпуры па концен-
трической окружности нагнетается газ (с фиксированным дав-
лением), а в центральном шпуре, подключенном к маномецэу,
регистрируется изменение давления га <а во времени. Экспери-
мент необходимо проводит!» па участке с минимальной газовое
иостыо пород кровли. Затем меняется давление нагнетания, а
в шпуре стокс вновь во времени регистрируется и менсиис т в
лепня. Но данным наблюдений строят семейство кривых Р =
= f(l) при Ра = const (рис. II.30,и). По графикам Р, /П) для
/ < 100 с определяют скорость 0Р</<11 (или \Ре/Ы) и строят
। рафик функции »Г(Р<>) (рис. It 30,6).
Используя зависимость S = q4 (фц Рг»), строят график функ-
ции 5 =ф2(ЛРс/А/) (рис. 11.30, в). Значения оР, у, Л,1Ъ А- и (Р,
соответствующие исследуемому участку массива, учитываются
при всех графических построениях
Точность расчетов зависит от надежности принятых в расчс
тах механических и газодинамических свойств массива, которые
при достоверном их определении характеризуются коэффтшеп
том вариаций и не менее 30 %. Поэтому предпочтительным (кои
т рольным!) следует считан» экспериментальный метол.
Практическая реалн'.яцня метода бароконтроля осущест-
вляется следующим обра :ом. С использованием бурового обору-
дован! я, установленного па проходческо-добычных комплексах,
в призабойной топе камеры бурится шпур тадапного диаметра
и герметизируется специальным затвором с встроенным в него
манометром. Мере i 30-40 с ио шкале манометра снимается от-
счет. характеризующий степень выбросоонасности S —тр|(фь
Р„), так как шкала манометра проградуирована в единицах .S
(градуировка производится для конкретных участков выброси
опасного шахтопласта).
312
При отсутствии такой градуировки на манометре по его по-
казаниям (через 30 40 с после iермегизации) изменения дав
лепим в загерметизированной части шпура \РС, происходящего
га время Л/, определяется скорость нарастания давления Л/’,/Л/
п по графику (для данных условий) S — фг(Л/\-/Л() оирсде
дяется степень выбросоонасности пород в исследуемом месте
кровли выработки. Кри шипениях S • 1 в забое констатируется
опасное по ГДЯ состояние. При .S <; I состояпщ пород кровли
в призабойной зоне выработки не опасно ио ГДЯ-
Для Старобппского месторождения калийных солей наиболее
опасными, с точки .’.рения развития ГДЯ. являются локальные
гсо'ин нческпе мульдообразные нарушения («мульты noi руже
пня»). На данном месторождении хорошо зарекомендовал себя
геологический прогноз, используемый! в качестве текущего про:
лоза выбросоопаспостп в зонах указанных нарушений. В качс
стве прогностических элементов использованы параметры, ха-
рактеризующие параметры структуры и условий залегания со-
ляных пластов:
уменьшение мощности продуктивных (еплышпптовых) слоев,
часто зпачп|слыюе;
замещение сильвинита каменной солью, карналлитом пли
гл инне го-карналлитовыми породами;
noi ружепне слоев под углом более 25—30 к горизонту,
увеличение числа п мощности глинистых прослойков в сече
нпп выработки;
наличие (достаточно часто) раздробленных глппнето-кариал-
'1И1ОВЫХ (либо глнппсто-каменносолевых) пород в центральной
части локального нарушения;
воронкообразное строение структуры в рагрезе размером в
верхней ее части от 3 до 20 м и более;
овальная конфигурация в плане с произвольной ориентацией
осей структуры;
гначптельная трещиноватость массива в центральной части
структуры и существенное уменьшение его проницаемости па
периферии.
Большинство из перечисленных особенностей являются па
Ложными предупредительными признака мп газодинамического
явления и щ ноль гуюгея в качестве текущего прогнозирования
данного вида ГДЯ.
Методы прогноза позволяют оцепить состояние выбросооиас-
пого соляного массива, а часть иг них н конгролнповз.ть ->ффек
тпвпость управлении: таким состоянием после применения раз
личных методов п средств, используемых ля борьбы е.ы
броеоонасносгыо при разработке опасных ио ГП.Я калийных
ll.T.TCI'4).
Методы управления состоянием выбросоонасных соляных по
род подралделаются на локальные и региональные, имеющие
свою специфику применительно к используемой па рудниках
343
камерной системе разработки н системе с длинными очистными
забоями.
Рассмотрим общие положения классификации методов упра-
вления п остановимся на их характерных классификационных
типа \.
Локальные мероприятия но управлению состоянием выбро-
соонаспого соляного массива. Основной фактор выбросоопаспо-
стп на калийных месторождениях — газовый (давление свобод-
ных газов), основное место проявления ГДЯ -породы кровли
в очистных п подготовительных выработках. Поэтому папболь
шее применение нашел способ дегазации пород, имеющий целые
снижение давления газа до безопасной величины. В отлвчщ от
угольных пластов весь объем лого мероприятия осуществляется
непосредственно в процессе проведения выработок. С этой целью
применяются специальные буровые установки, позволяющие бу-
рить шпуры в кровле выработок е комбайна без прекращения
ею попупательпечо движения. При этом в зависимости от ег.-
пепи выбросоонасностн пород регламентируется скорость подви-
гания забоя выработки. В результате реализации этого меро-
приятия давление газа должно быть снижено уже в нризабой
пой части выработки, породы кровли которой находятся в более
устойчивом состоя инн, чем в i удаленки от забоя.
Применяются дне системы Дегазации пород кровли: профи
лакгнческая и шщигная дегазация. Критерием применения :а
щптиои дегазации, осуществляемой и призабойном пространстве'
является результат щ огиознровапня здесь выбросоонасное i и ме-
тодом бароконтроля. Рассмотренное- мероприятие- примгпщ-си
при камерных системах разработки па всех опасных по ГДЯ
сильвннпголых пласта\ месторождений.
При ведении горных работ в зоне- выбросоонасиых геологи-
ческих нарушений (например, «мульд погружения») возможно
примет пне- иных локальных мероприятий: инициирования вы-
броса с использованием БВР; пересечении выбросоопасной зоны
после' достаточной ее дегазации за счет БВР или гидрообра-
бог’-.н; планового обхода проводимой выработкой опасной, зара-
не- чащ отполированной зоны.
Наиболее надежным локальным мероприятием при выемке
е помощью БВР выбросоонасиых карналлитовых пластов ян
ля'-тся примете пне режима согряса ильного взрывания, т е при
отсутствии лю и-й в выработках. При механизированной выемке
их пластов м.сепв вредваршельно, ..а счет локальных mi po-
ll । ий (олжен быть приведен в неопасное состояние (напри-
мер ’.-личными видами гидрообработкп, активно во.здейстную-
Щ1г и на его юстояппе). Выемка руны (проходка выработки)
при 'том осуществляс гея дистанционно.
р -е< -согреши ц- мероприятия относятся к камерным системам
разработки.
|Г>н niMiMi'iit'Hiiii системы с длинными очистными забоями
(лавами) сдерживающим фактором является наличие «мх и>Д
311
погружения» в пределах подготовленных к выемке столбов (па-
нелей). Основное локальное мероприятие при лом искусст-
венное инициирование выброса с помощью ЬВР, которое может
осуществляться как в призабойном пространстве лавы, гак и в
специальной демпфирующей выработке. Последний вариант при
мепим при фиксированном (заранее запрогпозпрованиом) поло
женин кыбросооиаспого нарушения в пределах столба. В лом
случае икая выработка служит для гашения энергии выброса в
ее предела' и размещения в псп выброшенной массы соляных
пород. Выработка (рассчитанной конфигурации) проходится
комбайном и процессе произволеina подготовительных работ.
11ре твари тельный прогноз местоположения локальной мульды
ос\ як-.’шляется сейсмическим методом. Этот метод iiMu-i ряд
ограничений, свя iaiuiux с соотношеньем размеров ирш вотируе-
мою обьекга и ширины исследуемого столба (нане.тп). Это об-
стоятельство требует, чтобы при проектировании нарам,:ров
снсю-мы (iiaiipHMep, длины лагы) они (адавалпсь ’.’.полис титре
Де. д’нкымп, обк спечнвшощимп возможность опережающего про-
гни шрования выбросооп и пых структ ур с минимальным ра .ме
ром около 5 м.
Необходимые параметры сейсмониогнощ (длина волны, ча-
стота п др.) устанавливаются для конкретного участка i расчете
на фиксацию указанного объекта (находится критическое рас
стояние роспечивапия») Подготовительные выработки лавы
(сою! гтствсипо определяется и ее длина) проходятся, таким
обратом, на расстоянии, равном или меньшем усганев.-.ечиюп)
крнгпчсского.
Pci повальные мероприятия, направленные на умснып-шк’ ьы-
бросоонасносгп в пределах цссго шахтоп таста нлн еч > чшчн
тельной части, пре туематрпвают в общ< м случае i ле.тующее.
I. Применение’ наиболее рациональных, с точки зрения безо-
пасности, параметров систем ра (работки (максимально допусти
мыс бе-1 дополнитеп ин о крепления пролеты выработок, пара-
метры крепления большенро.ie-тны' выработок раниоп.'лт.пые
параметры великов). Исходные1 данные для этого получают п
ж.сиеримеи ।альни' и аналитических нсслеДО'.ЩППЙ с учетом сил
как горного, так и газового давления.
2. Применен'!'- блоковой подготовки шахтных полей, сни-
жающей уровень и распространен,ч!.-’'гь он повышенной копнен
трацнп в соляном массиве" при ведении очистных работ (сравни
тетино со способом н-шельпоп подготовки шахтного поля либо
его участка, обусловливающей зпачнтелыюе взаимовлияние вы
работо.к и фронтов очистных работ)
3 Применение рацпопалыи' о порядка отработки шахтного
но прямого, обратного либо комбинированного.
4. Применение рапной i.-n пых с ем отработки пластов обе
спечнвающнх, как прагило, нсктю'ччш:* i’ctih-iiiiix и догоняю-
щие забоев (фронтов очистных раб-.и). о - постоянное опереже-
ние одного пдлста '.|’угпм при выемке сближенных пластов.
315
Необходимое n> учета при проемнроваппп горных работ
фактического геологического строения шахтных полей, напри
мер, наличие зон перегибов крыльев синклинальных и антикли-
нальных складок, к которым приурочено большее число газоди-
намических явлений (для условий Верх некамского месторождс
пня) и др. Этот материал может быть получен на основе данных
разведочного бурения и реализован в проекте, например, в ви-
де максимального рассредоточения горных работ на таких \ чает
ках. В подобном аспекте необходимо учитывать данные об ори-
ентации складчатости и трещиноватости пород и г. д.
Рассмотрим более подробно основные методы управления со
( гоянпем выбросоепасного массива, их параметры и конкрет-
ные примеры применения в условиях калийных рудников.
Основным парамс гром при профилактической дегазации по
род кров,ли калийных пластов является расстояние между дре
важными шпурами. Половина итого расстояния г (с точностью
до радиуса шнура) находится из решения (графического) сп
стемы уравнений, определяющих величину безопасного давления
Р„ и величину давления в массе /’(1, окружающем дренажный
шнур, пробуренный нормально к плоскости напластования пород
кровли.
Первый параметр 1\, рассчитывается ио .зависимости:
/<> (Д YM+ V,,.
При -лом принимается Р, 0,5о„Л„,!а‘ (для вне.забойпон юны)
Второй параметр /’(| находится на известного уравнения вида
₽^[^.|пг + 2^(^-у-7(г)Г.
где Г(г) узкоспециальная функция, имеющая вид
/ (г) (in г)"' ф- 0,93 (In r)'v’ ф- 0,86 (in г)"’3 ф 0,8 (1ц г)0’ ф
-| 0,73 (In г)"1 4 0,66;
г-—расстояние <>г шнура до точки в массиве с давлением Р>}',
Л обобщенная газодинамическая характеристика по-
род; /г„ коэффициент проницаемости; р, --абсолютная вяз-
кость га ia; С «начальный» градиент давления газа; Р ат
мосфсрпое тавлепче; (?., средний удельный объемный расход
газа в шнуре-стоке.
Решение уравнения справедливо при г > I.
Численные шачепич оспо: .тых газодинамических характер!!
стик массива соляных пород применительно к ра (личным техно-
логическим условиям педспня горных работ приведены к
разд. 2 7
Для практического решения шдач выбора параметра /„. д =
= 2г (/, д расстояние между шнурами профилактической де
31В
Рис. 11.31. Зависимость давления в
массиве /'„ ог расстояния между дре-
нажными шпурами г:
' -при с=1-1п ’ иг’; I
1 -пр.1 С = Ы0 •,-1п5 11а/ I
при С=1 Ш - III5. Уоу 1
Г>- 111°
I ’• |П°
12-111°
гатацнн) строятся кривые Ро = [(г) при констатированных ос
редпенных шаченнях Q.,, /1 и С, приведенных па рис. 11.31.
Величина находится в соответствии с приведенной выше
1ависимостыо при установленных для данного участка (либо
осреДпеипых) фичнко-механнческнх характеристиках пород кро-
вли. Имея таков распределения гл юного давления в окрестности
дренажного шпура |см. рис. II 31, Ро— /(/')] Для найден
пой величины находим соответствующее значение (и ,), обе
оценивающее безопасное состояние пород кровли на выбросо-
опасных пластах.
Профилактическая дегазация с параметром /,,. 4 должна осу-
ществляться всегда, даже в юм случае, если при прогнозирова-
нии в забое (па момент / 0) было установлено невыбросоонас
ное состояние .S < I (т. с Р„ <; /-',).
Рассмотрим изложенное па конкретном примере, включив в
пего предварительно решение шдачн о целесообразности «по
стоянного» бурения шнуров профилактической дегазации
Пример 7. Показать, чго при условии S < 1 (на момент
t 0), т. е при i'inpol полированном в .забое неопасном состоя
пни пород кровли, ГДЯ в кровле с течением времени может нро-
н гойтп и что профилактическую дегагацпю необходимо па вы-
бросоопасных пластах осуществлять постоянно (при ищите от
ГДЯ пород кровли).
Принимаем, что газонасыщенпып галопелптовый прослоек
находится па расстоянии ог контура кровли выработки (при
2</ = 2/.-, = 1000 см), равном 200 см (//<>., = 200 см). Характерн
стики пород кровли составляют: пР = 1 МПа; у = 2,2 т/м3;
А, „ 0,05 МПа.
Решение. Рассчитываем Р,, (при / = 0), т. с.
0,5щ,/Р 0.5-10 10’-4 10’
Y^im Ч- П 05 . [Q4
2,2- I03 - 2 - 10-’- 10’
1(1»
Р 0,5-10' 0,86-10' Па.
347
Определенные ткснернсцптильпо нт гот же момент времени
давления । на и массиве Р„ состявляли: 0,6.3- 10Ф0.7- 10’; 0.6-105;
0,5.5-10 и 0,5-К)5 На. Следовательно, в> всех случаях имело ме
его выполнение условия S 1 (или <7 Рг,), а соответственно
на начальные моменты об; ажеипя пород кровли в точах с ука-
занным очагом прпкопттктиых га :ор. состояние внработни было
неопасным.
В соответствии с зависимое т ыо
/3 120.5/г, hl
[_________/гоч'ф________]
' 2<г(Л,-|-тЛ„„ л, ,,)1
рассчнIываетсч время запаздывания ГДЯ-
При -0,83- 10’На время /ч 4,5 ч, при Р„ = 0,7 - 10s Па
П~30 ч, при Д, 0,6-10/, 17 ч. При Ри = 0,55 • ИР Па
получим /, - 59 ч, т. е. > 5') ч. Используя теперь зависимость
для Р,, - 0,55- 10’’ Па получим /., ~ 74 700 ч или около 6,6 юда.
При давлении । массиве около 0,5-!0г‘ Па расчетное время за-
пал, .ышпшя (•осгави1 более 200 лет.
Таким обра им, практически для всего ряда Р„ ныбросоопас
ноегь имеет моею во времени, сопоставимом либо с технологи-
ческим временем (в большинстве случаев), либо со сроком
службы участка (рудника), что говорит о справедливое i и еде
• ШНШ ГО ВЫШе ; ГВсрЖ гения О Необходимое ГН ПОСТОЯННОГО осуще
е гв,к пня. профилях п'чсской tcгазации на выбросоонасных ка-
пласта Целесообразным мемт бып> корректировка
парашяров -н'н о мероприятия .опах, laiiporiio.siipOBPHHbi.x
скак неопасные» р-.ч иона 'н пым и локальным нреч но ш мп /при
обя к;?: aioM последующем уточнении состояния пород кровли
vcio.’;.;:мн гскутцеп пр . .а).
Рассмотрев iiepi.vio часть тадзчи, остановимся на выборт па-
раметров профи.т; .пиескою дег'1 ,апнойного бурения для тех
же условий, задаваясь конкретными i азодрпамгчгскпмп харак
iciHicTHixaMH с ” в-1-о массива.
Псполы'"' графики фуик 'Hi: Р, - f(P> прпгедеппые па
пне. П. "I, < гыскич.1 м искомый параметр — шаг бурения дегаза-
ч.ш'чпы'. шпуров (рисеч.япце г ежду ninvpaMii) =?' Поря-
IOK решения егра ж-чт и- указанном рис- икс (решение точка
перссс"еч’1я прямо": Л’,, Р, и , ригой А. (/’)' при .-ад.апиы' С
и Q /А. В даччлМ с. имеем = 2; 2-S2 а 160 ем.
Таким обр то», ст'.- : •••чатр1 демсго примера парамг грани
дегазачпонного бупепн будут - шаг бурения 160 см, глебпна бу
реппя ~ 200 ем. С), б'-.чог выработки п-'о, дегазационных
тпп’-'ров чел. < ообр-’-no три бмрешш отступать на расстояние
(пш' об'-'очцгь необходимы’ пикл-ш крайних в ряду
шпуров) .
318
Для подавления активной роли газа в коллекторе (в юм
числе и при наличии в кроило очаговых газов), при пролете ка-
мер более 6,1—6,2 м на месторождениях применяется глубокая
профилактическая дегазация, параметры которой завися! от
того, по какому пласту пройдена выработка, от местоположе-
ния контура ее кровли в калиеносной пачке, определяющею рас-
стояние до газового очага. Например, для условий Верхнекам-
ского месторождения при ведении работ на пластах АБ и «Крас-
ный-!!» при пролете камер 2а ЗУ 620 см принята глубина
шпуров h —.300 см. Шаг п.х бурения /„д = 750 см, диаметр шпу-
ров равен 42 мм.
Защитная дегазация применяется в случае установления (ме
тодом бароконтроля) в призабойной зоне опасного состояния
(S I). Расстояние между шпурами определяется газодинами-
ческими н механическими свойствами массива. Давление газа
в массиве может уменьшаться до безопасной величины па рас-
стоянии от шнура, меньшем, чем определяемое по формуле
г = Р'1/G'.
Здесь G'— газодинамическая характеристика массива, гак
называемый «квадрат начального градиента давления» газов,
Па2/см. Следовательно. расстояние между защитными шнурами
/3- = 2P?,/G'.
С учетом зависимости для определения /V, в кровле приза-
бойных юн выработок параметр /, определится как
где Ii - расстояние до коллектора прикоптактных газов (мощ-
ностью । нцптного слоя), а полупролег выработки.
Рассмотрим па примерах выбор параметра
Пример .3. В призабойной зоне выработки, пройденной ком-
байном ПК <3 по пласту /1 Б, установлено выбросооиаспое состоя-
ние пород кровли (Sy 1). Необходимо выбрать параметры .за-
щитного дегазационного бурения в опасной зоне.
Газовый коллектор расположен па высоте Л = 100 см от кон-
тура кровли выработки (защитная пачка); предел прочности по-
род при растяжении пп=10!05 Па; полупролет выработки со-
ставля т 160 см (для ПК-8 2п — 320 см); апостериорная (опыт
пая) величина «квадрата начального градиента» G' =25 X
10к П;»2/см. Определить шаг (расстояние) бурения защитных
дета за и ионных шпуров.
Р е ш е и и е. По формуле
/, - l.OGn'VP/WG'
для приведенных параметров находим
1.26- К)11- -10"
655 354 101 25 - I Пч

126 000 „ „
163Ж751,Ъ -Vy-K)--/? см
319
В качестве параметров дегазационного бурения принимаем:
расстояние между шпурами ~ 80 см; глубина шпуров 100 см;
расстояние крайних шнуров до боковых стенок « 40 см.
Uiметим, что если после бурения двух серий (двух рядов)
защитных шнуров методом барокоптроля не будет констатиро-
вано неопасное состояние пород кровли, го каждая последую
тая серия (ряд шнуров) бурится на расстоянии 0,5/, (/, ш и
бурения первой серин шпуров защитной дегазации).
Пример 9. Для условий первого примера, по па участке про
ведения выработки с иной газодинамической характеристикой,
например, при (1‘ =5- 10” Па2/см, определить паспорт защит-
ною дегазационного бурения. Расчет, как очевидно, сводится к
нахождению повои величины а глубина шпуров останется
прежней (100 см).
Решение. Но той же формуле находим
. 1.26 КН- К)10-10» 126 01)0
Тб55 359 • |OJ) (5 10-*) 327 67'1,5 11 о8см.
Принимаем величину шага бурения защитных шпуров рав-
ной 40 см.
Из приведенных примеров видно, чго газодинамические (как
и другие) характеристики пород существенно определяют па
раметры дегазационного бурения. Полому для реальных расче-
тов их значения необходимо устанавливать женерпмепталыю.
Оценочные расчеты могут быть выполнены по данным о физи-
ческих свойствах пород, проведенным в разд. 2.7.
Защитное дегазационное бурение осуществляется в приза-
бойной зоне выбросоопасных выработок. Для пород кровли лих
зон характерен пеустановившийся (зависимый от времени) ре-
жим фильтрации га юв. Следовательно, для снижения здесь дав-
ления газов до безопасных величии требуется определенное гре-
мя. Эго время определяется, с одной стороны, газодинамиче-
скими п механическими характеристиками пород кровли, а с
другой зависит от скорости подвигания табоя, г. е. от скоро-
сти обнажения (подработки) выбросоопасного очага. Это время
может быть определено по формуле, выведенной из условия ра-
диальной фильтрации газа в шпур-сток в зоне реализации за-
щитного бурения:
I = Л 0,042С3 (V In RS2 - 1и В) — 0,028С3(S - 1) +
2r; (G')' , 2г ’(G')’ I
+ - (In BS’ + 2)----------------(1п В + 2)J ,
где
= "'ГВ,. = 1).2ГюХ .
(G')-’ ’ a"G'rc ’
Л, В. С — обобщенные характеристики массива; S—степень вы-
бросоонасносги пород (по методу бароконтроля); щ, — норн-
350
с гость пород; /с— радиус дегазационною шпура; kn— козффн-
uiiein проницаемости пород; р,—абсолютная вязкость гонг,
/’ — атмосферное давление.
С учетом установленного / максимальная скорость ик движе-
ния комбайна (см/с) должна быть не более величины, онреде-
л к мои по формуле
ок-(2/м /,)/2/,
где /„—расстояние от бурильной установки до рабочего места
машиниста комбайна, см, определяемое конструктивными осо-
бенное гимн машины.
Обеспечивая большую безопасность в забое, шпуры необхо-
димо бурить установками, расположенными на комбайне как мо-
жно ближе к забою
Для расчетов использованы средине по месторождению ха-
рактеристики пород
Из приведенных в табл. И. II данных видно, что время дега-
зации пород кровли защитными шпурами колеблется (в зависи-
мости ог физических харамернетик массива, ею строения п тех
оологических условии ведения горных работ) в весьма широких
пределах от десятых долей минуты до сотен минут. Соответст
велно должна выбираться п скорость подвигания <абоя в выбро
соопасион зоне, характеризуемой степенью выбросоопасности S.
График зависимости t = /(.S) приведен па рис. Н 32 (для слу-
чая применения комбайна ПК-3).
Рассмотрим пример определения параметров защитного ме
ропрнягия для некоторых конкретных условий.
Пример 10. При проведении выработки комбайном ПК-8
(2п—320 см) п пределе прочности пород кровли при растяже-
нии пР 0,8 МПа в пей на высоте h = 100 см обнаружен га ю-
Т а б л и и а II. 11
Результаты расчетов возможных скоростей подвигания забоев
выработок выбросоонасных пластов для различных технологических
условий рудников Верхнекамского месторождения
I 1г ноль «уcmi.iv для проходки in.ip.ioo 1 ок ГНИ 1.1 ЬоЧблЙИоВ Шприца выра- ботки см 11 редел i-i прочноеги пород при растяжгипн о -|П 5. ГЫ Мощное п. 3.’НЦН I I 101’0 СЛОЯ II. гм С।епепь пыбросо- ои.к’пос гп 5. уел. ед. Допустимая скороеп. Прохо 11<в чыраб-л кп UK, I’M/мн II
ПК -8 320 KI 100 2 10 243.2 6,5 0.56
«У рил» 520 15 120 2 10 Ы 1.3 13,(1 1,12
«Урал» 1>(|П 23 12(1 2 10 .310.5 10 8 0.7

351
Рис. П.:>2. Зависимость степени выбросоонасноеги пород кровли выработки
S. установленной методом барокоитроля (усл. ед.) от времени /. неоохо цт-
мого для приведения забоя в бсчоннсное состояние
вый очаг (метод барокоитроля показал S - 3 усл. ед.). Газоди-
намические характеристики пород moi у т быть приравнены к сред-
ним по месторождению. Так, G' ~ 0,5- И)4 М11а2/см; /м = 150 см
(по конструктивным данным).
Решение. По приведенной формуле рассчитываем шаг бу-
рения защитных шпуров при их глубине, ранной не менее 100 см
{й - 100 см):
1,2(>а’/г’ !.?6 • (Л • 10’’
/, ---77^-= се го,-к----- '25СМ.
а (г 65 536,5
Учитывая, что газодинамические характеристики в рассма-
триваемом случае соответствуют средним но месторождешпо н
проходка выработки осуществляется комбайном НК-3, можем
воспользоваться графиком, приведенным на рис 11.32. Для S
— 3 находим время t 150 с, необходимое для снижения в по-
родах кровли давления свободных газов до бе (опасной вели-
чины. По пол\ченным параметрам для выбранного паспорта де-
та тацноппо!о защитною бурения (/,=25 см; h 100 см) опре
дсляем допустимую скорость подвигания комбайна П1х-3 в
опасной зоне:
2/„ —/, 2-150 25 275-по
Т-к 2/ ‘J7 ]5[| "ДОТ) ' СМ/МИН.
Гптроубработка массива соляных пород, как метод управле
нпя i ”0 состоянием и выбросоонасиых .'онах, исполь ;уется на ка-
лийных месторождениях в связи с тем, что рассмешенные выше
352
дегазационные методы борьбы с ГДЯ эффективны не во всех
случаях.
Отметим также, что ври аминном воздействии дегазации на
начальную газоносность иород в ряде случаев может возникать
п необходимость принятия специальных мер для решения вопро-
сов проветривания таких участков.
В случае необходимости дегазации пород, шлегающпх в ia-
боях выработок и находящихся под дополни тельной пригрузкой,
фильтрация газа в iоризонгальные шнуры или шпуры, пробу
репные наклонно, практически отсутствует (ратпхе нх влияния
,чокали тустся несколькими сантиметрами). По этой причине
шпуровая (скважинная) дегазация малоэффективна в выбросо-
опасных зонах, расположенных в плоскоетп проведения вырабо-
ток (например, в области опасных по ГДЯ локальны' геологи-
ческих нарушений), что препягствует применению на таких
участках комбайновой выемки руды. Одним и: методов пнген
еификацпи процесса фильтрации газов в таких иных является
гндрообработк ) массива.
На Старобинском месторождении для обработки выбросо-
опаспых локальных мульдообразных iiapvineHiiii разработан ме
год гпдрообработкн массива, проводимый из табоя выработки
(поре! 'госта точную предохрани тельную перемычку) с пспо. што-
панием серии (в вертикальной плоскости) горизонтальных шпу-
ров рактпчпой длины. Шпуры бурятся в выбросоопасную струк-
туру па различных (0,5- 2,5 м> расстояниях дрхч от друга по
вертикали. Расстояние между смежными сериями шпуров опре
дечяется ;ависи мостыо
/>„ = (1.025/?,, ( (У‘„ 0
" х я4т//„ /
где /в,— ширина ра'.рушаемой горным давлением перемычки со-
ляных пород, образованной двумя смежными щелями; /?, вы-
сот щелей (перемычки); о. предел прочности пород при сжа-
тии; л, ко ффнцпент напаси; уН, —нагрузка на межщелевую
перемычку.
Ширина щелей (с учетом эффекта выщелачивания порол)
о,,, — 2,5-10-2/ц. При --этом необходимое для образования щели
шириной ?/„, время нагнетания воды в скважину определится -эм-
п ш > 11 ч ее кой завися mocti >ю
где г радиус скважины, м; пш—ширена размытой щели, м
(«,, ^2г,); с/ удел, нып темп нагнетнпя жидкости в пиерме-
। и шроваппую часть шнура (скважины), м3/(с-мф
Отмстим, го ,>.тхи ^герметизированной части скважин
должна быть сопоставимой (равной) с величиной ядра обраба-
тываемой выбросоопасной мульды (1,5 5 м).
Удельный темп нагие!анпя, апробированный в iiinpiiwx
'1ОВНЯХ рудников Старобппского месторождения, составляет
‘Ы II М III.ер-,,. 353
2,5-10 J— 137-10 3 mj/(c-m2). Время гидрообработкн составляло
на практике от единиц до полутора десятков минут.
На Верхнекамском месторождении нрн выемке карналлпю
кого пласта h применяются несколько способов управления со
стоянием выбросоонасного соляною массива.
Пмнульсно волновой способ нагнетания состоит в подаче в
массив «волн сжатия» при помощи генератора импульсов часчо-
гоп до 20 Гц При статическом фойе, давления гидрообработкн
10 15 МПа импульсные волны характеризуются высокой ам-
плитудой давления: 50 60 МПа. При этом в массиве во.шикает
сеть мелких iрощпи, которые шполпяются водой под действием
статического напора. Режимы чередуются автоматически.
Рекомендованные параметры обработки карналлитового мае
сива при импульсно-волновом нагнегаппи составляли: длина
шпуров б м; глубина герметизации шнуров— 4,5—5 м; рас-
стояние мт жду рабочими шнурами 2,8 м; давление жидко
стн 13 15 МПа; расход жидкое гп на обработку I м3 массива
12- 15 дм3.
Имиульсно волновое нагнетание1 влияет пс только па свобод-
ный, ио и на микровключеппый газ, о чем свидетельствует, в
частности, повышенное выделение водорода при обработке мае
сива. Так, до нагнетания удельные объемы газов, выделяющихся
из массива, составили: для СО2 0 0,04 м3/м:!, для СП., и П2
выделения не фиксировались. После обработки удельные объ-
емы этих । азов составили: для СО;> — 0.01 0,03 м3/м3, для
СН, 0 0.04 м3/м3 п для 1L. -0- 2,43 м3/м3
Последнее обстоятельство следует учитывать ври соблюло
пин соответствующих требовании техники бечое. ас пости
Болес1 технологичным способом управления выбросоопаспым
состоянием карналлитового пласта И явлшчея гндровзрынной
способ его обработки При лом в центре обрабатываемой зоны
бурится шнур на глубину, обеспечивающую размешепис заряда
ВВ в зоне максимума опорного давления вокруг выработки. Во
круг центрального шнура, па i ранние юны взрывною грещпно
образования, бурятся контурные шпуры. Они заполняются водой
с гидрофобными добавками, способствующими сохранению об
радовавшихся после взрыва трещин. Устья контурных шнуров
герметизируются. Контурные шпуры, играющие1 роль экрана,
способствуют эффективному неволь кшашно нергии взрыва для
рыхления массива. Итмеисинс ко-ффшнтеп га проницаемости ила
ста мкм2, в зависимости от расстояния R, м. до центрального
шпура описывается зависимостью вида
/?„- е.хр( 0,64/?2 1 0,36/? | 3,96).
При этом р |дпус зоны >фф( кгивною трещнпообразоваппя
для данной породы составляет 1 6 1,7 м. Рекомендованный нас
порт обработки массива: расстояние1 между центральными шпу-
рами — 3 м; расстояние1 между контурными шнурами--3 м; дли
па шпуров -4 6 м, масса заряда в центральном шпуре- 2,2
354
4,1 кг, (ВВ ПЖВ = 20). При средней газоносности карналли-
тового пласта В в tone испытаний, ранной 0,26 м3/м3, количество
выделяющихся газов составило — 0,13 м3/м3, что говорит о
50 "„ пой эффективности дегазации пород.
Для Верх пека мского месторождения характерна отработка
сближенных сильвпнптовых пластов, опасных по ГДЯ. При дав
леннн свободных газов в кровле, которое может достигать Н
9 МПа, массив становится чрезвычайно выбросоопаспым, что
требует уменьшения расстояния между дренажными шпурами.
Пос медное ведет к удорожанию работ и не всегда может обес
пенить требуемую эффективность подавления выбросоонасности.
Эп1 требования могут реализоваться ча счет создания в кровле
юны повышенной трещиноватости в плоскости напластования
пород, что активно снижает в них естественное газовое давле-
ние. Трещиноватость создается посредством де формирования це-
ликов, сжимаемых i равнтанноппымп нагрузками в течение вы-
емки руды в камерах до предельно допустимого значения дефор
м.тцпп пород при сжатии (1 Н1,). Необходимые перемещения
пород кровли, обеспечивающие1 уменьшение давления газа в
массиве до безопасного значения, могут быть определены и ч ура
ввёипя подтропического расширения газа. Поскольку в калий-
ных породах преобладает азот, то показатель политропы соста-
вит у' ~ 1,4. ,Цля калийных рудников указанное уравнение за
пишется как
где А’р = I -размерный ко-эффнцпепт, мм/Па; Рп—давление
таза в массиве, На; </„ с„ Ь, эмпирические безразмерные ко-
эффициенты.
Как было пока чано выше, бе (опасное давление газа в кровле
опре телится по формуле' Рг, = (Р, уАЦ V. л при Р, =
= I] ,<Т|./;2/гт2. Здесь )], — эмпирический коэффициент (г) > =0,5
вне призабойных зон выработки; q, = 0.7925 в ирпзабойион
зоне на расстоянии 10 -20 м от забоя).
Значения эмпирических коэффициентов для пласта ЛК,
отрабатываемого комбайнами ПК-S и «Унал-10», и для пласта
«Красный-II», отрабатываемого комбайном «Урал-20»
Комбайн ПК-8 «Урал- Ю» «У рал-20»
Коэффициент: ь. 1.13 1,422 1.406
0,0666 0 0227 0,021
(1 . . 11.16 57,54 52,30
Минимальные значения требуемых перемещений пород кровли г>,-
нри отработке пласта ДБ комбайнами ПК К и «Уоал-10»
н пласта «Красный-ll» комбайном «Урал-20» яри глубинах разработки
около 370 м и у -— 22 кН/м’, о;, ~ I МПа. Л,-. п ~ 0,075 МПа. h 0,1 I 5 м
Комбайн .................................... НК-8
Давление газа в масси-
ве Ро, МПа............ 0,1 I 2 3 1 5 8
мм................. 0,067 0,35 (1,57 0,76 0,0-1 1.1 1.55
23
355
Комбайн .............. «Ура i 10».
Давление газа в масси-
ве Рр, МПа............ О, I I 2 3 1 5 6 7 8
ММ 0,057 0,29 0,48 0.63 (1,78 0,92 |,1>5 1,17 1,29
Комбайн .................................. «Урал-20»
Давление 1 аза в масел
не МНн 0,1 I 2 3 15 6 7 8
с мм ......... 0,059 0,30 0,50 (1,67 0,82 0,96 1,09 1,22 1,35
В силу случайною распределения газовые очагов как по пло-
щади, так и ио величине давления свободных газов в ни" с
целью обеспечения безопасности работ по фактору ГДЯ пара
меч р ог, целесообразно рассчитывать ио максимально установ-
ленным для месторождения значениям Рп. После определения
t’r> формируются размеры целиков, обеспечивающих предельно
допустимые деформации соляных пород (рис. 11.33). Условия
безопасности работ в камере при чтом должны удовлетворять
условию баланса скоростей:
гДц + 26,, v
где п-,, — суммарная скорость сжатия пород целика, мм/сут;
ёп скорость вертикального перемещения пород кровли камер
на ес' контуре, мм/сут; и,- технологическая скорость сжатия
пород, мм/сут (бг = Ок//к); с’к —регулируемая высота рабочего
органа комбайна или допустимая по техноло! ическпм соображс
пням величина конвергенции почвы кровли в камере, их
б технологическая продолжи телышеть работы в камере
сут.
Уменьшение давления газа до безопасной величины должно
происходить при принятых размерах целиков в рамках техно-
логической продолжительности выемки руды i камерах, которая
для условий Верхнекамского месторождения может быть при-
нята 5—7 сут (при длине камер около 200 м). Скорость нереме
щенпя пород в целиках определяется по формуле
, . . /?/' гЗ|
= f=-py--------------------хГ1пс'-
где /?,, С и /V—функции аргументов у/7, 'lb, а, ЧЬ/ш,,;, т
вынимаемая мощность пласта, \г. if О.бехрП 3.3.S,); 5»в-
2b
ttf Л I
P'tr. // X/. i’m.'i отработки сбли-
женных выбросеншаспых пласгпв с
ирнмслсиием камерной системы раз
рабо i-ка:
/ ЦСЛ"1 FiVi.d . 11зГ|г1,1 ? .
IVll [I I c|)> hk r.l, Я I
,чмг , " ' * । гпл<’й [ t плз-.
1 nr '/ riiri , AC-IP I ГГ.ЛЫ KM.’ 11Л.1ГГЫ
-b Hl ipri ц I., -. ' i . \i>. рч
356
Скорость перемещения пород к кровле камер определяется
по зависимости
б„ 4 • hi exp (0,66611 )\«,
где И функция piyivciiiois у!!, a, hn.t/‘2u h„ , высота по
толочппы, м; и полупро юг выработки, м 7/ глубина раз-
работки, м, с'зц = 2ёц
Приведенные шг.иснмостн справедливы для калийных пород
с характерными для условий Верхнекзмского и Старобннского
м есторО/КДС11 и й свойствами.
При отработке сближенных выбросоонаепы\ пластов в не
посредственной кровле в плоскости напластования пород ниж-
него п.част а также возникавi юна повышенной iрещпповаn.ciи.
Нижний пласт отрабатывается с отставанием, достаточным для
деформирования целиков южащего выше н мега с. превышением
их допустимых деформаций при сжат:,и пе менее чем в “ паза.
Продолжительность отставания (сут) фронта очистных работ на
нижнем пласте определится швиелмостыо
7',, -'2c/;//6v ,
П в/ 2.Ц'
где ft' вынимаемая мощность верхнею пласта, м; гщц—сум-
марная скорость вертикальных перемещений пород целика па
верхнем пласте, м/сут.
Данный способ значите.п>по повышает эффективность предот
вращении выбросов i счи активного управления ра.яшн1ем
трещиноватости в порода пепосрсдт.; с иной кровли lc.ii. меж
пластовое расстояние превышает в 2,5 -3 раза выемочную мощ-
ность каждого верхнего п < разрабатываемых в свите выбросе
опасны , пластов, то безопасное г< ’.оное давление в их кровле
(междупластье) должно обеспечиваться созданием требуемой
трещиноватости для условии каждого пласта, по с обязательным
отставанием во времени (и пространстве) очистных работ в
каждом лежащем ниже пласте по отношению к лежащем' выше
Величина отставания мож. г быть изменена по каким-либо тех
нологпческнм (или иным) соображениям по в любом случае па
опасных по ГДЯ пластах ею повое значение должно превышать
найденную но газодинамическому фактору величину.
Все рекомендованные параметры системы разработки при
отработке выбросоопчепых пласты должны быть проверены по
фактору сохранения сплошности годозащитной толщи (от влия-
ния всех пластов). В стучае необходимости следует принять
требуемые гооные меры, рассмотренные в разд. 3.1.
Приведем пример управления состоянием ныбросоопасного
м '.сспв'1 при каморн у" <игр ме разработки па базе вышсрассмо
трепного техно.чого-геомс- янпческо! о метода
Пример 1.1. Отраб.г, пн аютсч два сближенных пласта 1 б и
«'Кр.’еиып-П Верхнекамское месторождение) па гл'бппе 7
370 м. Мощность пласто!',: 3 и 4.5 м. Рььмка осуш т> ттстс i
357
комбайнами ПК 8 и «Урал-20» соответственно l2o=3 m пб.Зм).
Применяемая камерная система обеспечивает степень и -.влече-
ния руды до -10 1 Годовая скорость подвигания фронта очист-
ных работ и ;меняется от 300 до 500 м/юд. Пласты опасны по
1 ДЯ, давление газа в массиве Ро — 8 МПа.
Выбрать параметры целиков, обеспечивающие ра.и ру игу по-
род кроили от давления свободных газов., привести очистные та-
бои в неопасное по выбросам состояние
Ренте и не. Рассчитывая но формуле- для о,, или определяя
но таблице (для = 8 МПа; пласт \Б комбайн ПК 8) находим,
что ,, для пласта . 1/э составляет 1,55 м. Учитывая // и плот-
ность пород (у ~ 22 г/м’), по праве денным формулам pact чи
тыкаем необходимые параметры целиков по пласту ЛБ\ ЧЬ =
= 1,2 м при Л=3 м п 2я=3 м. Для соотношения /|/2/т = 2,5
величина допустимых деформации гп целика составит около I %,
а рассчитанная скорость перемещения в нем пород 2,5 мм/сут,
г. е. предельные деформации целиков будут достпгнуты прнб.пн-
ииелыю ia 6 сут. Расчетное />,, 0 173 МПа н будет доспи
путо а время около 0,(> сут с начала проведения очередной
камеры.
Раскрытие трещин параллельно напластованию в почве пла-
ста ЛБ достигается за счет деформирования его целиков на вс
личину, равную ~ 2н„. Поэтому работы на нижнем пласте
«Красный П» должны начинаться с момента, соответствующего
достижению указанных деформаций в целиках верхнего пласта.
Следовательно, продолжнтслыюеть отставания очистных работ
па нижнем пласте «Красный II» (параметр 7’и) от фронта таких
работ на пласте ЛБ должна составлять не менее 12 сут. За это
время по пласту ЛБ будут отработаны две-три очистные камеры.
Отставание /(! может быть н большим, но Т»- 12 сут мини-
мальная величина отставания. I ели / ,< 12 сут, ю камеры пла-
ста «Красный II» останутся в выбросоонасном состоянии.
В очистных -.абоях обоих пластов должен проводиться теку-
щий контроль состояния пород кровли по газовому фактору (на-
пример, методом бароконтроля).
Выбранные ио фактору ГДЯ параметры системы проверяют
ся ио фактору сохранения с плотности водозащит ной толщи в
конкретных условиях разработки, г. с проверяется, например,
выполнение требования pmnx.<- |р| (см. ра тд. 3.1).
При необходимое! и соблюдения последнего требования раз
раба гыг.аюгся горные меры, обеспечивающие сохранность ВЗТ.
При не аффектнвностп таких мер следует рассматривать иные
методы управления состоянием пород кровли на иыбросооиас
пых силыя1Н11товых пласта-
Воможен иной (применительно, например, к выемке па уча
егке одною выбросоонаспого пласта) те' пологогеомеханпче-
екпГт метод управления состоянием выбросоонасиых пород в кро-
вле очистных камер iri енлышинтовых пластах. Гл о су щносп со-
358
77 / /6 /5 П /J // // /О У 8 7 6 5 У 3 2
Рие П.34. Схем;) отработки Hijupocouiiaciioi о пласта ( применением к [мер-
ной системы разработки с разгружающими выработками:
1. 2, 3. 17 p.i и режающче выработки. 5, 7, У. II. 13, til 0411г .uji шлраоо г ы:, 4 и If, Ь и
14, 8 и 12 |»;iiiH(Jupii’Hp.ii’ Kr’iHKii: !() цеп i p;i ii.itый цг'шк
стоит н обеспечении эффекта разгрузкп указанного ныбрОсоошп
пого элемента массива как от ме.ханнческнх напряжений, так н
но газовому факюру. Используется эффем тащигы выработок
выработками «разгружающими» проходимыми в данном случае
па уровне выбросоопасной непосредт гш-нпон кровли очистных ка-
мер При этом компенсируется отрицательное действие горизон
талытых сил в породах кровли п интенсифицируется процесс ее
дегазации, т. с. досыпается снижение степени ie выбросоонае-
1ЮС1И. Техиоло! ическн эю осуществляется следующим образом
(рис 11.34). Двухслоевые разгружающие выработки должны
проходиться hi определенном расстоянии друт от друга. Между
ними । очистном пространстве технологически образуется юна
плавного деформирования гюро i кровли за счет формирования
целиков с периодическим изменением их ширины, как >го пока-
зано на рис. 11.34. Рассчитывается ширина центральною целика
(например, с нснользонаипем данных о iv1( и г)„ или иным ме-
тодом) -наиболее «податливого», и целика, примыкающего к
разгружающим выработкам наиболее «жесткого». Параметры
промежуточных целиков меняются плавно—от минимальных к
максимальным (п обе стороны от вентрального целика). В этом
случш ширина / го целика (считая от центрального) определит-
ся по формуле
Ь, -= btl -|- (/ — 1) (ft,, — btl}/(tn4 — 1),
где / помер целика, считая от центрального (симметрично,
влево-вправо); Ь -ширина /-го целика; — ширина целика
с максима и.пой «податливоен>ю» (центрального); bv- ширина
целика г минимальной «податливостью» (около разгружающей
выработки); — число целикоп на участке между централь-
ным целиком и разгружающей выработкой.
Пример 12. Выбрать параметры 2 н 3-го М.КЦ (считая от
центрального) на опасном по ГДЯ участке, если рассчитанные
значения (принятые экспериментально) центрального и край
пего (у разгружающих выработок) целиков составили: й„ =
= - I 5 м /тр = 4,5 м; число очистных камер в защищаемом бло-
ке— 8. Определить ширину целиков при / 2 н 3.
359
Решение. Для рассматриваемого блока /??., 4, следова-
тельно
Л, , -bn-\-(i !)(/>,, - \)/(шц — 1)
1,5 + (2 - - 1)(1,5 — 1,5)/( 1 — 1) - 2,5 м;
Ь,- = 1,5 Р 2,0 =3,5 м.
Таким образом, параметры иеликов в защищаемом блоке со-
ставляют (симметрично от центрального с Лц=1,5 м): b, f =
1,5 м; Ь, = 2,5 м; о =-3,.5 м; Ь, =4,5 м ==/?,,.
11а Старооннском месторождении применяются и камерные
системы разрабо)кп, н системы разработки длинными очист-
ными забоями. В последнем случае, если лавы встречают ны-
бцосооиасные протяженные кологпчсскпе нарушения (в ироде
ла\ К'горы.х могут быть локализованы н выбросоопаспые муль-
ды), необходимо предусматривать ряд мер, предупреждающих
(подавляющих активность) газодинамические явления. Выбро-
соонаспосгь локальных мульд подавляется одним из вышерас-
смотренных способов, а при подходе лавы к протяженному на-
рушению выполняются специальные мероирпягня. Основная идея
мето та заключается в том, что предварительно (до подхода ла
вы- осуществляется разгру :ка выбросоопаспон зоны (но всей
длине нарушения) в опережающую компенсационную выра-
б<>" (Демы унравлен <я состоянием массива в зоне геоиаогн"!'
ск тго нарушения, расположи inioi о приблизительно параллельно
линии очистного табоя, приведены па рис. 11.35. Компенсацион-
ная выработка, которую проводят параллельно нарушению с за-
глублением ее в почву пласта па величину I (см. рис 11.35),
pacno.iaiaeica от нарушения с противоположной по отношению
к лаве стороны. От контура выработки до нарушения оставляет-
ся защитная пачка мощностью т. Заглубление I компенсацион-
ной выработки в почву пласта (но экспериментальным данным)
должно соответствовать требованию I ' s О,33ш„.,, где ш.,, — мощ-
ность пласта. Пролег выработки не превышает 5 м. Из выра-
б-чкп в сторону нарушения и в кров’чо выработки бурят и взры-
Ри Схемы гехпологпчеслого прогивоиыброского мероприятия при
применении системы разработки шинными очистными забоями в зоне #вро-
I я же иногогео нипческого пару шепни:
пер /клкнцая <] 1рабо. кл ’V' к фы нии niiiyj’o б бу рсимрывная
.|Ц г» и .1 »-нч) Н1.КЧ1И1- । м-tf з.1 к .< iji 1 u»rii‘u,, h|*ri» пару in ••uni. / р кряй.ггыиас-
। 1.1 ; J комп пг.тц lonr.i i Ki.ip i И-К.1. ,‘i шп pi>i (ля пр-н1лв«> ц i-i ;» i.ijr, 4 -rr »jp»rn-
‘iU( * И.-1П f П|.!]3.!О1<Г; 1ЧГ Пр'.с I II JI.I . . 6 ,'rei й lijpu: Ih'.iijil luil.cM II в
ittin. uHLir e-i’i u'l . / viii >Л’д I ti qui.nifi член, i.hmiiv;;, ацпо.нг'П !<i.ipj<)«ii*Kii
вают шпуры: наклонные глубиной, обесиечнивющей пересече-
ние ими всей толщи нарушения, вер гнкальные — длиной, позво-
ляющей наиболее технологично совершить переход лавой акти-
вированной БВР зоны. При том объем отбитой! (не нсек в top-
ваииои!) породы должен составит!» ла 5/, м i. е. ком непса нпон-
ная выработка должна быть а пол пена приблизительно до
уровня почвы лавы. Паспорта бурения подбираются Эксперимен-
тально в К1ВПСИМОСгп от конкретных горпо геологических \e.io-
впй участка. Активированная посредством I5BP зона разгру-
жается ог горного п газового давлений, ее выбросоопасносгь
снижается. После указанных технологических операций по у и
равлению выбросоопаспым массивом осуществляется (ио сне
цилльному проекту) переход лавой обработа<юп зоны iipoia-
жепного геологического нарушения. Мощность защитной пачки
т может быть оценена из условия максимальных (замеренных)
для месторождений давлении газа (/’п а.-з !) МПа) по формуле
где ок -полуиролш компенсационной выработки; Ри х !) .МПа;
о,,— -предел прочности пород при растяжении; /г -коэффициент
запаса; к < 1.
Испытания метода показали его работоспособность в . с.то-
впях месторождения, так как образование зоны ра трушенных
дета тированных пород (с «подавленной» выбросоопаснос)ыо)
п шполиенпе выработки породой до уровня почвы лавы исклю-
чает необходимость внесения и !мепеиий в принятую техно.юпно
ведения очистных работ на iiv дппка \ Старобпнекого месторож-
дения.
Контрольные вопросы
I. Перечислите к|дачп управления нодрабаi ынаемыи массивом ,e.io
ввях калийных пестр ixoieiiufi.
2. В чем состоя, особенное ги расчет ц-форманни земной новен' .дц?
3. В чс .1 госюяг горнотехнические мероприятия. обеепечпп.-попип ни ка-
'1ИЙПЫХ месторождениях ипцюх объектов oi ире нот влияния и . ,р Глики?
-1. Каковы особенное hi о.н нкн наир iai пни : Лопмиронанih.iо соеи'.ячня
порот ВЗТ п,1 калийных мес, ,рож тениях?
5. Перечислиic основные ирактпчесчпе viHi.iB.ienii" ечч "вни-м
iiopi, I P.3'1.
б Каковы Mcroiii ) iipnii." ннг проявлениями горного i.ihtcuhti ito
П1ВН1СЛЫ1ЫХ ii клин।альпых в. р-н.о’i-.ах кг.тип пых ру опп-
7. Каковы особенности <|.в"ор i ii.ipriMi- ров .чп-.ерио, о , a m
б() IOI. 1
К В чем •ос’-шт специфик, сиров.к пня про.чв,гениями i -iiuoio р
и выр.'ои.тк."- . учсюм loiixnio ченпя Cl Miii.ix поре ’’
9. В 'ем состоит .'ин iihiiio noooi и Г',лы|ых вырчбот < при
iirneinicM ком пепел ююппы х ше лей?
1(1 К.'1ко".,1 ост ocillioeiи \ нрав к пня 1’орным твлевпем в в iroioinni
вых выработках, паходятцв.хс i в. .one влияния нвпн ohiicoiii ' ?
Н. Каковы особсашоС! и \ври св пня прояч к иямв горного чег.
В KopoiKIIX ОЧИСТНЫХ (.'боях (ll.Hl.lMl । p'.l XTKiL Нр |> |Ы К мер. MezhlXH -'О
вне ||отол."Н!Н1.|)?
12. В чем cnci iii особенное о. управления крон.ней в длинных очистных
забоях калийных рудников?
13 Чго 1.11,0с разгружающая вырабоша; каковы методы ihh.ii и.1 корот-
ких очн:'1пы.\ :збоеи с '. применением?
II. Что определяет механизмы газодинамических явлений (1ДЯ) па ка-
лийных рудниках?
15. Mio представляет сомон классификация ГДЯ на калийных месторож-
дениях; перечне.пне основные параметры различных классификационных in
нов явлении?
16. Чго такое .ан<м талые газодинамические явления?
17. Ч ю вредетавляют гобои pel ih.h...'ii>hiiH' и локальные методы прогни
HipoBaiiHH ГДЯ, и.х оспонны. параметры?
IX. ЧI 1 такое мены 1 кущею прогпозирон.нпы ГДЯ?
19. Дайте классификацию меююв управления состоянием выбросоопас
пото массива соляных порок
20 Чю такое ирофпллкIичсская дета щцкя поро 1 кроили к.чшйпых пла-
стов, выбор ее основных параметров?
21. Перечислите oco6cuilncill нниигпой деннацип поро i кровли калин
пых пластов.
22. Каковы меюды борьбы с ГДЯ при применении споем разработки
с. длиппнми очистными забоями?
23. Что такое rexno.'ioi н".еские методы борьбы с Bijopocoon.icnociыо со
ляных пород?
4. ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ УПРАВЛЕНИЯ
СОСТОЯНИЕМ СОЛЯНОГО МАССИВА
НА КАЛИЙНЫХ РУДНИКАХ
Наиболее ответственным элементом массива является водоза-
щитная голща, управление которой нредставляс! специфические
трудности в добывающей горнохнмическое сырье подотрасли.
В определенной мере это проблема не только научно-техни-
ческая, но и экономическая, так как требует н решения вопро-
сов экономического плана — прежде всего улучшения показате-
лей извлечения руды п.з недр. Не рассматривая аспект примене-
ния камерных систем с жесткими цепи ками, обесисчнвающпмп
минимальную степень риска затопления соляных рудников, по
вышенпе извлечения связано с решением ответственных проб
лом —как практических, так и научных.
В научном плане необходимы дальнейшие усилия в пзучешш
строения п свойств этого объекта, их обобщение п класснфпка
цня с последующей тони iamieii по некоторым региональным
участка м.
Проблемными остаются вопросы разработки и совершенство-
папчя методов выбора критериальных параметров гос юяпия по
род ВЗТ. Принимая, например в качестве интегрального пара-
метра допустимую (критическую) кривизну того пли иного слоя
(слоев) ВЗТ, требуется углубить шаппя в части определения ос
значении в швисимосгп от реальных свойств слагающих ВЗТ
пород, от геометрии работающих элементов толщи, увязав ре
зх'льгтиы исследований с упомянутой пшилппей свойств пород
ВЗТ па месторождениях.
к??
Следующая задача, которая потребует решения па основе
уточненных данных о критериальных параметрах сосюянн i
ВЗТ, заключается и выборе оп (пмального способа управления
кроплен при применении камерных систем разработки i ионы
Шеиным извлечением руды п; недр. Наиболее перспективен спо-
соб управления вмещающими породами с применением заклад-
ки выработанного пространства ( щесь шкладка как элемент
соответствующей системы разработки). Для участков, не типа
шроваппых ио свойствам и строению пород кровли, этот способ
управления может реализовываться постадпйпо с параллельным
изучением свойств ВЗТ, например, геофизическими методами
Проблемными остаются вопросы управления состоянием вме-
щающих пород при применении па Верхпекамскнх рудниках ка
mi pnoii 1ти гемы разработки с неволь .оваипем агрегатов верти
калькою действия (.АВД). Задача состоит в определении песу-
iiliii способности М1\Ц сложной конфигурации и ее увячке
с состоянием пород ВЗ Г (также при примет пип шкладкп как
элемента такой системы).
Не решены вопросы управления сдвижением земной поверх
пости в условиях Солнгорекпх ру ошков. Особенно остро эта
проблема ставится в экологическом плане с позиции преду-
преждения затон.тепни сельхозугодий в процессе оседания толшп
при ее подробенкс. Эффективным средством управления вме
шлющими породами в данном аспекте может явиться комби
нация применяемого способа полного обрушения с закладкой
(полной или частичной) выработанного пространства лав.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
'. И B„ i\,i/ о,шя !'. Л. М-хапическне ир.» чecu и породных
мтссивах -M IL qri i98(.
2. Бач Я. 1., i ш-.и-яшж Б. II , Mt/putoe //. /1. Совершенствование иод-
ii'iiioii p <p.i6cirMi ctoAiiijx угольных чкторож н-ппй Д&.'П.н-то Востока
Ила HlBoiToK па i. ДальГУ, 1986.
I. Борисов 1 1. Мех..нгк.-i горных Порот и ,i icciiboo.— М.г ! leap i 1980
1. /?/). Hr у.’.а. IIIII1I II” Vlip.'lB l"||,по I 'linj'.l u.-гч и ОЧ1ЦЦ11 x
шбоях i,.i поло.. мощностью то 3,5 м с углом -пня о 35” —Д -
ВНИЧН, 198»
I l>"i. в Л. В., Либерией Л. К., H’ttwii И. Б. Мех,.ник.- юрпыч по-
рос Ч . Петра, 1987.
fi Hurtрцкчия по бе'опасному ведению горных pro. п.1 hi.ixt.tx, рт <
рабатыв.- кпцп; пласты, склонные к горным у тарам.—Л ВПИМИ, 1981
7 Инструкция по выбору способа и параметров ра тупро >ж ппя крое,ли
п.т выс.точных участках.— Л,- BIIIIVHI, 1982.
8. /о-птлог га |отпп;>'.1нчес1-.и.х явлении па па.тнГшы \ рудниках СССР
(часть I н 2).— Пермь, 1977.
9. Кпечев О. В., //штгагшт В. /»». тно Л В. Особенности б'чопас-
пой p.iipaooikii кплиппых месторождении —Мнись Полымя, 1982.
10. Merothi'tct mic pci iweiiT.mnn no предоi npaniennio выпалов порот pi
крепли в ,ni:ix, oi р.тба i ыпаемых па бо.н.пп'х глубинах.— Шахты, 1986.
II MerotkinecKoe руководство по упрочнению ш-ус.оёчпных горных по-
род нагнетищем маптезиллт.пого состав- - ПГД им. 1. А Ско'шнского,
1985.
12 Мс'1о<)ичсское руково-тепто по укрепч шно vi ienop , nv.ix массивов хи-
мическим анкерованием.— М.: ПГД нм. Л. \. Ci-.o'iiihckoi 1987
13. Проскуряков II. М., Пермяков /’. Черни.,-. •.! 1. /\. i шке меха-
нически'- свойства соляных пород. — Л: Петра, 1973.
I I. Проскуряков Н. Л'Г, Ковалев О. В.. Мещеряков В. В. Управление га-
зодинамическими процессами в пластах калиГпп-ix руд. — М.: Петра, 1988.
15. Ржевский В. В., Новик Г. Я. Основы фп.-.нки горных пород,- М..
Недра, 1981.
16. Справочник по разработке соляных Месюрождевпй/Под ртд.
Р. М. Пермякова. — М.: Недра, 1986
17. Теория Ч1ЩИГПЫХ пластон/И. М. Петухоп, Л М. Линьков, В. С. Си-
доров, И. А. Фельдман. — Мл Недра, 1976.
18 сЬц i;<l;O-xujtwiecKuti способ предотвращения газодинамических яв.те-
iHiu в угольных тпахгах/Ф А. Абрамов, В А. Олейник, В. В. Репка, Г. А. Ше-
пелев Киев: Паукова думка, 1982.
! ХцВин 10 Л., Г левов Д. Д., Мамонтов С. В Комплексно мех.иш.зи
роваппая выемка нарушенных угольных п иегов. — М.. Пе ра, 4185.
2<1 . Черняев В. II Расчет павряжепвп и смешении пород при ратраблгке
СВИ1Ы пл.'1'топ. — Киев- Техника, 1987
21. Шпроког: А. П. Теория п праыпка нрпмепепня -шы иной крепи М.:
Help;:. I98I.
1 >,').о.7/г О. Пр.н"1 пк-1 унравлепия |орпым даг..Тспи'.-'i М Петра, 1987.
С(.)Дг Р/КЛН1'1
I Ip in.. t lie 3
Чиен, первая. УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА ПРИ
РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 5
1. Горно-iеолгя ичсскис особенности разработки нласюьых угольных мсс-
торнжд. HHii 5
2. Фншко-мехапически свойства горных пород II
I Управление состоянием краевой гоны массива в лавах угольных плас гов 34
3 I Общие евс чепия .... 34
3.2 1’атру|нсвня и теформапип и красной тоне ii.i:btj 35
3.3. Он трипе давление 3(1
I Гн годы в способы во; тепе гния на краевую часть илиста -10
4. Устойчивость непосредственной кровли в лапах II
I I Понятие устойчивости иепосредс i ucniioTI i-pon.'in .... -15
1? Влияние ip. yco-ii'iiiBoc । и кровли па icxnoaol пческие пронеси в ii.ine HI
1.2.1. Основные пок.'шгечп в шимо'тейетпня крепи кровлен в o'liici-
ных :.тбоях 50
1‘ 2. Схемы пере тнжеппя мт x.itiii inpou.iiiuo.'i крепи 51
2 3. Устойчивое!1, кровли в Meci.'i' етшря ve.'.iH 5'3
13 Прогнозирование усп>йчнш».'1|| 56
. Повышение устойчивости кроили 60
1 i.l I Litсивиые способы повышения устойчивости непосредственной
кровли 61
I I'' Активные иои-бы обсеПе*1С1'пя ееi. .iHUBot ги кровли 64
5. Управление трудтп обрутваемой кровлей в лапах 66
н О.чре le.'ieiiik пеоб.хо шмон мощности HeiioepeiicniciiHni'i кровли 67
’ Управление сопротивлением крепи 69
5.2.1 Расчет сопроiпиления кр< ни при оситких кровли . 71
Г, троиорабогка 75
.1 I Передовое Торпедвропавне 79
5.1.1 Параметры неречевого гориетпровапия 80
5.1.2. Схемы расположения взрывных скважин 82
5.1.3. Параметры шложеипя скважин 85
5 1.1. Конструктив )аряд.т BL’, 87
5.1.5 Эффективность торпедирования 88
5.5 Междкрлнпое торпедирование 88
5 6 Гплромпкрогорпсднровапш ЧП
5.6.1. Параметры тидромпироторпедирования 91
5.6.2 Режимы ги трообр.тооткн 93
5',' В :pi'Hoi и .ро'ипдмпчесып. способ разупрочнения От трывогп трооб-
рзбон.а) . . .... 94
5.7.1 Параметры взрывогплрообработкп Ч:>
5 8. Принудительное обрушение кроили 97
5.8 1. Параметры изложения шнуров . . 98
5.9 По .рибо lei uni- способ разупрочнения '8
5 1(1 Опенка врзвп’ii.iionв выбора способа управления кропчей 100
5.11 Ги тро ;щ|:1МНческ.ы стра гификапня 101
5 11 I. Контроль параметров и ффективпосгп стр-iтттфпка'пш . Ю2
5 12 Ч.-1сттг:н.дя итклаяка обрутнеписм нижних слоен основной кровли ЮЗ
365
5.13. Частичная .закладка возведением искусственных опор ш твердею
Unix смесей . . . . . ... .НИ
5.13.1. Расчет параморов частичной закладки . .......... 105
5,14. Контроль качества и несущей способности закладочного материала 107
5.11.1. Элекгрлнрофплнропмше . 109
5 11.2. I е.'И вп ятонпое «оптирование наблюдательных скважин 110
3 I 1 3. Сенсмоакустнческип метод оценки эффективности торт тирс
ванне . . Ill
5 11.1. Экономическая эффективность торпедирования 112
6. Особенности управления кров чей в лавах при отработке пологих уголь-
ных пластов па больших глубинах ИЗ
6 1 1'лияинс тдубины отработки пласта па состояние кровав в лавах 113
6.2. Предотвращение o6pyinciimi пород кровли в лавах на больших
глубинах ........ .117
6 3. 11ре ют вращение обрушений пород кровли па концевых участках
лав 127
7. Управление состоянием массива торных пород при разработке свиты
угольных пластов 131
7.1. Проги.HiipoB.uiiic наприженного состоянии массива горных пор и
в угольных пластов в зонах влияния очистных выработок .... 132
7.2. Закономерпоети изменения напряженного состояния массива гор
пых порот и хгольпых пластов нрн однократной п многократной над
работке и подработке . . 137
7.3. Определение основных параметрон топ новыщеппого горного тав-
лення о1 целиков п краевых частей ттадрабаnjBaioiuiix и нодрабат ы
в.пощнх пластов ... 1'17
7 3 1 Определение основных параметров юн 111Д от целиков, остав-
ленных па соседних пластах...................................... .118
7.3.2. Определение основных параметрон .оп ПГД ог краевых час-
тей на триба । ывающих п по трлба тыкающих пластов 152
7 4. Примеры построения «он uoiibiiucinioro горною авленпя 156
7.5. Неформаштв капитальных и подготовительных выработок нрн раз
работке свит угольных пластов 161
7.6. Выбор порядка отработки пластов в (типе 164
7.7 Выбор р.'тппопалыюго расположения полевых н пластовых выр.тбо
ток относительно границ очистных работ соседних пластов . 166
8. Управление состоянием массива ври разработке месторождений под
водоемами . ... Н‘8
8 1 Общие положения 168
8.2. Прорывы поды п меры борьбы 1(,9
8.3 Опенка деформаций массива горных пород при подработке во-
доемов . .172
84 ГсхполотimecKiie схемы разработки месторождений под но юемамч 176
Я. Разработка угольных месторождений, осложненных нарушениями 179
9 I Классификация нарушений 180
9 I 1 Класт пфнкання разрывных нарушений 180
9.1.2. Хчементы разрывною теологического нарушения 182
9 13 П'.мепеппе напряжений в окрестности нарушений - . 185
9.Г.3.1. Распределение напряжений в окрестности разрывного на-
рушения ... . .186
9 2 Прогноз тектонических нарушений . . . 187
9.3 . Общие принципы работы очистных табоев при переходе разрывных
нарушений 102
9.3.1. Особенноегп работы очистных табоев в топах гео.тогп'тесптт.х
ii.'ipyiiieiiiiii в различны' угледобывающих бассейнах СССР . 192
9.4 . Переход зон повышенной трещиноватости 193
9.5 . Переход разрывных нарушений...................................197
366
9.6 Учет ..ijii.iiociii при переходе нарушения . ..... 21)0
9 7. OipaooiK.l угольных naaeion с нешрехо'шмыми нарушениями 201
9.7.1. Применение камерных систем ра ip.itioiKii при отработке пару
шепни мссюрож тений .... 203
9.7.2 с)ко||ОМ11*сСкпе критерии переходимое , и пп чем 1ео,’ИП ЧЧССКП'
нарушений 205
9 77! Техчолен нческне критерии нерехо шмос н нарушения 206
9 । (Ттрае'ъп ка мощи,-':, пластов го сложной niiicoMeipucii . 207
9.У Обеспечение рабо ’ осноодшост в комплексон нрн перелою пару
пк инн . 210
|0. Способы химического укрепления горных пород 215
10 1 Химически, вещеетв.-, еля укрепления горных иород . . . 217
19.2 У крепление i ш-щвнова гых кровель полиуретановыми составами 218
1(1.3 Параметры n.iriicraiiiiH упрочняющих coci.hioh 219
10 I Карб,;?лн еши ( inicriinecMie упрочняющие е”. >ii.i 22(>
105 Применение сппгетческпх емол еля iie.ni.inie пня устойчивости
п >ро i в вырабо, к., х 221
10 6. Влияние наличия воды па качество упрочнения 222
10.7 Цементация горных пород 222
108 Сплика ги :.ецпя 22.5
1(1.9. Би ту.им.шил 225
10 10 \н1 п арптош ! вяжущие нешесша . 225
10.11 Упрочнение ни> iiciaiilleM м.н непыльных cocia ion 226
1(1 12. Электрохимическое укрепление 227
10 13. Способ |Срмичеекою укрепления 228
10.11 Покрытие поверхности горных выработок пленками . 229
К> 15 Укрепление механическими анкерами Иерсплепнем ептегпче
сними смолами . . 230
10 16. Физико-химическое воздействие на массив с целью пречеп врапц'
пая газе- чинампчее кп х явлений . . 237
10 17. Влияние? оорабенки самоотверж еающпмпея [елями угля на tuna
мнку га ;.| в лавах . . ... 239
Ю ,8 Прогноз устойчивости укрепленных пород 239
10 19. Организация работы По химии -кому упрочнению 242
Ч.1СТ1 вторая УПРАВЛЕНИ1 СОСТОЯНИЕМ МАССИВА ГОР-
НЫХ ПОРОД ПРИ РАЗРАБОТКЕ КАЛИЙНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 213
I. Специфика разработки калийных месторождений 2>3
1.1 Общие снедения . . .213
1.2 Геолого-гптрогсо.чогпческпе характеристики калийных мсоорожде-
iiih'i СССР . .......... ....................214
1.3 Технология не ,’ивя игрных работ па калийных пластах, ее обут
ловле чшоегь '•троением вмещающего массива и свойствами соляных
порот 247
2. Проявления горною давления в соляных породах, вмещающих нод-
гемные горные выработки 256
2 1 Теорстпческпс предпосылки оценки напряженно- [сформированного
состояния соляных пород и массива . . 257
'? Процессы ."сформирования сошных пород в окрссгносш к.)шг[.тл1.
иых в по погонитечьпых пыр.чбоюк 262
25 !|е-фор.мпрова ни > к ментон соляного масоны в очпопых камер,г 265
?' Проявлешп горного д.'|в."епвя во вмещающем массиве при приме
Hi I 91 е ВСР ' р.т с llou.ll (Л1НИЫМП очистными ыбоямп и упоанЛезшем
кровлей полным обрушением 268
’.5 Динамические формы проявления горного тавтеипя па калинпых
оореокцепиях . 271
3G7
2 .fi. Во'рнащп гпая Юлии) порог па калийных py тиках 272
2 7. Фн ;ическпе свойства соляных порол 279
3 . Способы управления состоянием массива при разработке калийных
месторождений 287
3.1 X правлспв- процессам и деформирования мной iionepxiioci и и
la iiinninii Л1ЛШП op?
. 2. .'правление горным давлением I. окрест пост п вырабоиж . 297
.,3. Особенности управления состоянием массива соляных поро i гри
f I'a работке пласгон, опасных по газодинамическим явлениям 32G
11 4. Проблемные [опросы управления состоянием соляного массива па
калийных рудниках 262
Список лпк-рагуры 364
УЧЕТНОЕ ИЗДАНИЕ
Проскуряков Николай Максимович
УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

Заведующий редакцией С. /7. Кнг
Редактор издательства О. И. Сорокина
Технический редактор Г. В. Дехова
Корректор Л. В. Сметанина
ИГ> № 7716
( спи» в напор ПЗ.Ь|.‘)[ . Подппст* ь печать 3*.<18.41. формат 1>С|.<ЬЛ l/к.. Кумтсд тип о гр. *ф-
* коя № ]. 1 .ipi.ii гура Литера rypn.ni. Печать высокая. Угл. пс » л. 23.1*. Хсч. кр.-ui »3.(i.
Уч -и i I. Л. ;|.7i 1 11раж 3100 эк i. ’.;ik«t< 803/1777- 1. Цен i I p. 21! i>.
Ордена "Зи,.к Пмчгта» изд.,it'ju.cin*. «Недра». l2rX)i7 Mori • Твери- r- . |
I lh-p,Hill H iliriu! p.u|i|ll! A" ’ HI.IOUIIOI о II]»* ШрнЯ'ГЛЯ CO.ICII.I Труп I’l’l i’ Kp.iclioio . ...lent
оо-ьедн псп ini 1 vMiiiuec K.ivi кишах нм Ibiciiun ( oixo.ioboii |‘18U:>2. t C.iiiki ГЬ. ’ pt
11 >M;iii.iuiH-Kiiii и распек i, ?“
Oiiii-H.ri ,inn в । и Hot рафии К- г. ирдспа 1 py t<ii.<>rn Красною .ii.-imciiii it пенни lc\
itii'iccha-j Kitiiiaz hmciih l incniiti ( око.нжпй 1‘NifW. г « :ii*ki llc/epfh|ji Ilp.ii 11n‘,i,ii if; n«
pc\ .'Hjk, (j.