Справочный материал к выполнению задания №2
2.1. Среднее значение плотности пласта (γср) определяется из выражения:
, т/м3, (2.1)
где m1, m2, m3 – соответственно мощность нижней пачки угля, породного прослоя и верхней пачки, м;
γ1, γ2, γ3 – соответственно плотность мощность нижней пачки угля, породного прослоя и верхней пачки, т/м3;
mср – средняя мощность пласта, м.
2.2. Средняя сопротивляемость пласта резанию(Арез.ср.) определяется аналогично (γср)
, КН/м, (2.2)
где А1, А2, А3 - соответственно сопротивляемость резанию нижней пачки угля, породного прослоя и верхней пачки, КН/м;
2.3. Минимальная (mmin) и максимальная мощность пласта (mmax) определяется по формулам:
mmax = mcp.+ mcp×D m /100, м, (2.3)
mmin = mcp.- mcp×D m /100, м; (2.4)
где D m – колебание мощности пласта, %.
2.4. Строение массива пород
Пласт расположен во вмещающих породах, которые еще называют боковыми. Породы кровли залегают над пластом, а почвы – под пластом.
В зависимости от расположения отдельных слоев боковых пород над угольным пластом и способности их к обрушению и сдвижению различают ложную, непосредственную и основную кровлю.
Ложная кровля – слой пород незначительной мощности (до 0,5 м), залегающий непосредственно над пластом и легко обрушающийся после выемки угля.
Непосредственная кровля – толща пород, залегающая непосредственно над пластом, которая легко обрушается в выработанном пространстве при удалении призабойной и посадочной крепи или передвижке секций механизированной крепи.
Основная кровля – толща крепких, устойчивых пород, находящихся непосредственно над пластом или выше непосредственной кровли. Породы основной кровли после удаления крепи могут не обрушаться длительное время. Обрушение происходит, как правило, на значительной площади.
Непосредственная почва– толща пород, залегающих под пластом.
Породы кровли в большинстве случаев состоят из различных слоев, которые при обнажении имеют тенденцию к расслоению. Кроме того, даже однородные породы (например, песчаник) разделяются на отдельные слои различной толщины.
Все горные породы по слоистости разделяются на классы (табл. 2.1)
Таблица 2.1
Классификация пород по слоистости
| Классы пород | Толщина слоев, м |
| весьма тонкослоистые тонкослоистые среднеслоистые крупнослоистые весьма крупнослоистые | <0,2 0,2-1 1-3 3-10 >10 |
2.5. Устойчивость обнажений горных пород.
Под устойчивостью обнажений понимается свойство нижних слоев непосредственной кровли (суммарной мощностью до 1 м) сохранять целостность и не выпадать в поддерживаемое пространство очистной выработки.
Устойчивость кровли характеризуется размерами и продолжительностью устойчивого состояния обнажений кровли за исполнительным органом выемочных машин.
По устойчивости все кровли делятся на пять типов: устойчивая (Б5), средней устойчивости (Б4), малоустойчивая (Б3), неустойчивая (Б2) и весьма неустойчивая (Б1). Типизация непосредственной кровли по устойчивости приведена в приложении (табл. 1.)
2.6. Обрушаемость кровли угольных пластов
Обрушаемость – способность совокупных слоев непосредственной и основной кровли разрушаться над поддерживаемым пространством и обрушаться за его пределами.
По нагрузочным свойствам кровли делятся на три типа: легкая, средняя и тяжелая. Типизация основной кровли по нагрузочным свойствам приведена в приложении (табл. 2).
Деление кровли на типы по нагрузочным свойствам производится исходя из следующих условий:
- легкая при hл.о./mв ≥(6…7);
- средняя при (6…7)>hл.о./mв ≥(3…4);
- тяжелая при hл.о./mв<(3…4).
Больший предел следует принимать при mв≤1,3м, меньший – при mв>1,3м.
Здесь hл.о.- высота слоев легко обрушающейся кровли, м;
mв – вынимаемая мощность пласта, м.
2.7. Характеристики вмещающих пород.
Для обозначения типов вмещающих пород используют трехбуквенные индексы АБП или АБС, где:
А – тип основной кровли по тяжести проявлений горного давления;
Б – тип непосредственной кровли по устойчивости;
П – прочная (на вдавливание) непосредственная почва;
С – слабая непосредственная почва.
Почва относится к прочной, если 
, и к слабой, если 
.
2.8 Установление типа кровли и ее индекса.
Тип кровли и ее индекс устанавливается в результате изучения заданных горно-геологических условий или конкретной стратиграфической колонки пласта и вмещающих пород. Затем производится сопоставление литологического состава с данными, приведенными в приложении (табл. 1 и 2.)
2.9. Разрыхляемость обрушенных пород и заполнение ими выработанного пространства.
В выработанном пространстве вначале обрушается непосредственная кровля, затем – основная.
При обрушении пород непосредственной кровли их объем увеличивается. В зависимости от мощности непосредственной кровли обрушенные породы могут либо полностью заполнить выработанное пространство (подбутить основную кровлю), либо заполнить это пространство частично. В этом случае между обрушенной породой непосредственной кровли и основной кровлей остается свободное пространство (рис. 2.1).
Для расчетов заполнения выработанного пространства обрушенной породой используют коэффициент разрыхления Кр, который равен
(2.5)
где V1 – объем обрушенной породы; V2 – объем породы в массиве.
Рис. 2.1 Схема к расчету заполнения выработанного пространства обрушенной породой
При опускании или обрушении пород основной кровли происходит уплотнение ранее обрушенных пород непосредственной кровли. Максимальному уплотнению пород соответствует минимальный коэффициент разрыхления, который называют остаточным коэффициентом разрыхления (Кост.).
Численное значение коэффициентов разрыхления некоторых пород приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Значения коэффициентов разрыхления
| Порода | Кр | Кост |
| Песок Мягкий уголь Глинистый сланец Песчаный сланец Песчаник крепкий | 1,05 – 1,15 1,2 1,4 1,6 – 1,8 1,5 – 1,8 | 1,01 – 1,03 1,05 1,10 – 1,25 1,10 – 1,15 1,25 – 1,3 |
Обрушенная порода подбутит основную кровлю (рис. 2.1) при условии, когда:
. (2.5)
Отсюда:
. (2.6)
где hн.к. – мощность пород непосредственной кровли, м;
m – мощность пласта, м.
Обычно при расчетах используют остаточный коэффициент разры-хления. При Кост.=1,15 
, обрушенные породы полностью заполняют выработанное пространство и яляются искусственной опорой для основной кровли. Величина заполнения выработанного пространства hзап составит hзап=kрhнк, м. Свободное пространство между поверхностью обрушений породы и основной кровлей (hсв), как это видно из расчетной схемы, будет hсв = hвыр - hзап, м, где hвыр – расстояние от почвы пласта до основной кровли. hвыр=m + hнк
Условные обозначения некоторых типов пород приведены в таблице 2.3
Таблица 2.3
Условные обозначения некоторых типов пород