Ориентация очистной выработки относительно основной системы природной трещиноватости кровли и разрывных геологических нарушений

 

Рисунок 4.2 - Проекции на горизонтальную плоскость (план) параметров, от­ражающих в пространстве положение плоскостей трещиноватости, текто­нических разрывов и пласта: Апл и Атр (Агн) - азимуты линий 1 и 2 падения плоскостей соответственно пласта и трещиноватости (сместителя); α и φ(φг) -углы падения пласта и плоскости трещиноватости (сместите­ля), 3 и 4 линий простирания соответствующих плоскостей; γ’i - проекция угла между линиями падения пласта и очистного забоя

Величина острого двухгранного угла между плоскостями пласта и природной трещиноватости аналогично и плоскостей тектонических разры­вов, а также угла между линиями их пересечения и падения пласта при по­стоянной величине последнего представляется возможным определить ана­литическим или графо-аналитическим методами при условии, что известны значения углов, определяющих положения этих двух плоскостей, пересе­кающих горизонтальную плоскость. Для этого используется измеренные параметры пространственных положений соответствующих плоскостей трещи-новатости (см. рис. 2.2), тектонических разрывов (см. рис. 2.3) и очистного забоя (см. рис. 4.1). Для решения этой задачи необходимо рассмотреть графическую интерпретацию исходных данных, представленных в виде проекций на горизонтальную плоскость соответствующих линий и углов между ними (пис. 4.2).

При совпадении направлений падения плоскостей (согласное) пласта и, скажем, трещиноватости, когда А_т = A_Tρ (рис. 4.3, а) угол между ними

при противоположном (несогласное направление), когда А_пл=А_тр+180°,

Рисунок 4.3 - Положение плоскостей природной трещиноватости кровли (1) относительно пласта (2) при совпадении (а) и несовпадении (б) соответст­венно их линий падения 3 и 4

 

Для наглядности промежуточные варианты положений плоскостей трещиноватости и угольного пласта, когда азимуты их падения неравны Α_тр ≠А_пл при наличии угла между линиями падения пласта и пересечения этих плоскостей 0° < λ_ті < 90° представлены на схеме (рис. 4.4), где 1,2 и α₁, а₂ -линии и углы их падения соответственно плоскостей пласта Р, трещиноватости Т; 3 и 4 - линии простирания плоскостей Ρ и Т; 5 и 6 - линии пересечения плоскостей Ρ, Τ и очистного забоя; γ₁ и φ₀ - углы пересечения линий соответственно 1 и 5, 5 и 6; β₁ и β₀ - углы наклона линий 5 и 6; θ - угол (против часовой стрел­ки) пересечения проекций на горизонтальную плоскость Q линий 1 и 2; ξ - наи­больший угол между плоскостями Ρ и Τ; μ₁ - наибольший угол между плоско­стью Q и линией, перпендикулярной линии очистного забоя. Величина этого угла (см. рис. 4.4)

 

ξ =arccos(sinα₁ ·sinα₂ · cos θ + cos α₁, cosα₂), (4.7)

 

где α₁ и α₂ - углы наклона плоскостей соответственно пласта Ρ и трещиноватости Τ;

θ - угол (против часовой стрелки) между проекциями на гори­зонтальную плоскость Q линий падения плоскостей.

Тогда угол наклона линии пересечения плоскостей Ρ и Τ к горизон­тальной плоскости Q составит величину

Рисунок 4.4- Взаиморасположение плоскостей соответственно горизон-тальной Q, угольного пласта Ρ и природной трещиноватости кровли Т: α -условные обозначения (в плане); б-расчетная схема; в - фиксированные промежуточные варианты Τ_I и Т_II (в вертикальной плоскости)

 

Определение углов ξ и β , по соответствующим формулам (4.7 и 4.8) охватывает все их значения при 0≤ θ ≤ 360°. В частных случаях (см. рис. 4.4, в) при согласованном (вариант Т_I ) и несогласованном (вариант Г_II) направлениях линий падения плоскостей Ρ и Τ, когда соответственно θ_I = 0° и βI=α_I, ξ_I =α₂ -α,; θ_II =180° и β_II =α₂, ξ_II =α₁ +а₂.

Угол встречи между линиями падения пласта ОМ и пересечения ука­занных плоскостей (Ρ и Τ) ON

Угол наклона линии в плоскости пласта Ρ , перпендикулярной линии ON

В рассматриваемом случае при развороте линии очистного забоя на угол φ₀ относительно линии пересечения плоскостей Τ и Ρ (ON) соответствующие углы (см. рис. 4.4, б)

Используя установленные угловые параметры (рис. 4.5), представляется возможным найти наиболее оптимальный вариант направления выемки пласта с учетом пространственного положения основной и торцевой систем природной трещиноватости кровли. Трещинная раздробленность кровли представлена блокообразующими отдельностями призмовидной формы ограниченными по граням взаимно параллельными плоскостями ослабления соответственно основной системы трещиноватости T (ABCD и A'B'C'D'), расположенной под углом ξ к плоскости пласта Р, торцевой Т' (АВВ'А' и DCCD'), расположенной по нормали к плоскости пласта, а также плоскостью ВВ'С'С , параллельной напластованию и удаленной от пласта на величину h_c (CC"). Плотность трещиноватости основной и торцевой систем зависят от кратчайшего расстояния между их плоскостями соответственно t₀ (СЕ) w t_T (B'C) (см. рис. 4.5).

Поскольку нарушение пород первоначально происходит по плоскостям ослабления природной трещиноватостью и величина их раскрытия зависит от смещения кровли по ширине призабойного пространства лавы, то на основании рассмотренной схемы (см. рис. 4.5) плоскости систем трещин должны рас-полагаться диагонально относительно линии очистного забоя. При этом наибо-лее рациональным будет угол

На устойчивость трещиноватой кровли влияет не только величина угла ξ , но и положение образующей его плоскости относительно плоскости забоя (рис. 4.6) особенно, когда φ₀ = 0 . Вариант наклона плоскости основной системы трещиноватости под углом ξ в сторону забоя (см. рис. 4.6, б), с точки зрения сохранения устойчивости кровли при подвигании забоя предпочтительнее по сравнению с вариантом наклона при том же значении угла ξ , но в противопо-ложную сторону (см. рис. 4.6, а) [12]. При этом выемка пласта по падению под углом μ₁ = α₁ когда γ₁ = 270° и β₁ = 0, также способствует снижению подвижек блокообразующих отдельностей за счет уменьшения составляющей Q_T (см. рис. 4.6, б), противодействующей скольжению по плоскостям ослабления. При β₀=ξ Q_T = 0 .

Рисунок 4.5— Схема ориентации секции механизированной крепи относи­тельно систем природной трещиноватости кровли: 1 — крепь поддержи­вающего типа; 2 —угольный забой; т - мощность пласта; 1_пз - ширина призаюойного пространства

 

Рucyнoк 4.6 — Варианты направлений выемки пласта при совпадении (а) и несовпадении (б) линий очистного забоя и пересечения плоскостей основной природной трещиноватости кровли и пласта: 1 -угольный забой; 2 - секция механизированной крепи с рабочим сопротивлением R_K; l_пз - ширина призабойного пространства; h_c — высота слоя; t₀ — среднее расстояние между плоскостями трещиноватости; F_T - составляющая сила в направлении смещения трещинно-образующш породных отдельностей

 

Исходя из возможных вариантов расположения очистного механизи-рованного комплекса в лаве относительно систем природной трещиноватости с точки зрения создания благоприятных условий поддержания кровли, следует считать направление выемки пласта по падению при α₂ = 75 ± 2° (как наиболее часто встречающееся значение угла падения устойчивых систем природной трещиноватости породо-угольной толщи) и φ₀ =40 ±5° . Поскольку величины указанных параметров в силу производственных условий обеспечить не всегда представляется возможным, то допустима величина угла φ₀ =10-20° [13]. При этом среднее расстояние между плоскостями систем природных трещин должно составлять не менее 0,3 м.

Вопросы для самоконтроля по теме 4

4.1 Углы, определяющие положение очистной выработки в пространстве, их влияние на направление выемки угольного пласта.

4.2 Параметры, определяющие положение систем природной трещиноватости пород и угля в пространстве. Условные их обозначения на плане горных выработок.

4.3 Параметрические характеристики природной трещиноватости кровли и их влияние на ее устойчивость в очистной выработке.

4.4 Углы, определяющие взаимоположение основной системы природ­ной трещиноватости кровли и очистной выработки.

4.5 Понятие об угле наклона линии очистного забоя и определяяющие его величину параметры. Приведите формулу их связи.

4.6 Наиболее благоприятные с точки зрения повышения устойчивости трещиноватой кровли направления выемки пласта.

4.7 Понятие о системах природной трещиноватости пород и угля, об­щая характеристика их влияния на очистные процессы.

4.8 Изобразите в плане угловые величины азимутов падения плоско­стей пласта и природной трещиноватости пород в привязке к линии очистно­го забоя с указанием соответствующих углов.