ВЛИЯНИЕ ГОРНО–ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ

 

Условия отработки пластов весьма разнообразны. Какой из фак- торов главный, основной, что учитывать? Надо знать степень влияния, изучить механизм процессов в массиве. Горно-геологические факторы


условия залегания пластов:


m,a , H , свойства пород, угля и др., а гор-


нотехнические связаны с деятельности человека.

Последовательно рассмотрим все факторы, их влияние на про- явления горного давления. Общепризнанным критерием проявления горного давления в очистных забоях является величина смещения кровли. Это устойчивый показатель проявления горного давления и используется при установлении рационального ряда типоразмеров крепи в лаве, в расчетах крепей, при установлении области их приме- нения, для приближенного суждения о состоянии кровли, выявления влияния различных горно-геологических и горнотехнических факто- ров.

Знание влияния факторов позволит правильно учесть их при разработке теории и использовать в практической работе. Влияние факторов изучено либо в шахтных, лабораторных условиях или анали- тически.

Мощность пласта. В 47 лавах Донбасса с различной мощно- стью измерены смещения кровли на расстоянии 4м от забоя, исследо-


вана зависимость


D h = f (m) . Для всей совокупности зависимость не


 

обнаружили, т.е. имелись сильно влияющие другие факторы. Тогда разделили данные на 3 класса по обрушаемости. Была установлена зависимость

 


D h = a m R,


(6.1)


 

 

где m – мощность пласта, м;

α – коэффициент, зависящий от обрушаемости;

R – ширина призабойного пространства.

Это среднее значение. Отклонения могут достигать 20 – 30%. Установленная зависимость показывает, что в условиях одних и тех же боковых пород с увеличением мощности пласта становится более ин- тенсивным расслоение и сдвижение отдельных слоев непосредствен- ной кровли. Это связанно, во-первых, с тем, что с увеличением мощ- ности пласта происходит большее раздавливание и больший отжим угля, что приводит к меньшему сопротивлению угольного забоя дви- жению кровли. А, во-вторых, задняя опора, состоящая из закладочного массива или обрушенной породы с увеличением m , становится более податливой и меньше сдерживает сдвижение вышерасположенных слоев кровли. На практике с повышением m увеличивается диаметр деревянных стоек и несущая способность металлических стоек. Плот- ность крепи (т.е. к-во стоек на 1м2кровли) не увеличивается.

Угол падения пласта (α). С увеличением α уменьшается смеще- ние кровли перпендикулярно слоям, что связано с разложением силы веса пород на составляющие вдоль слоя.

Сила Р создает растягивающие усилия, Q – сжимающие. Поро- да лучше работает на сжатие; Δh по нормали больше.


 

Для крутых пластов

 

 

Dh = 0,02mR . (6.2)

 

 

В уступном забое интенсивнее опускается кровля у наружных углов уступа. Тогда увеличение длины уступа и уменьшение их рас- тяжки содействует лучшему состоянию кровли.

В некоторых аналитических решениях учитывается угол паде- ния пласта.

Глубина разработки (Н) учитывается во многих теоретических работах. Установлено, что с увеличением Н возрастает опорное давле- ние на целик. Это может привести к расширению зоны отжима. Под- тверждением служит эмпирическая зависимость Δh0 на линии забоя от Н в диапазоне (100 – 900м), полученная в ДГМИ

 

Dh0= 0,01¸ 0,000027Н , м. (6.3)

 

С увеличением Н ухудшаются условия поддержания выработок, пучение, раздавливание целиков. Иначе в очистных забоях. В Донбас- се на глубине до 1000 м особых затруднений в управлении кровлей не встречается. На всех глубинах применяются одни и те же способы управления кровлей. На пологих пластах единственный способ – пол- ное обрушение при Н>750 м.

Увеличение Н не сказалось на паспортах крепления, ни на плот- ности призабойной и специальной крепи. Смещение кровли на рас- стояниях 4 м от забоя (или на другом, но не на кромке) не зависит от глубины.


 

ДонУГИ установлен факт увеличения прочности пород непо- средственной кровли на 20% с глубины 1000 м. С другой стороны, от- мечается увеличение количества участков с ложной кровлей.

Физический смысл того, что с увеличением Н в очистном забое в основном проявление горного давления не изменяется – взаимодей- ствие крепи с небольшой массой отслоившихся горных пород, их рас- слоение.

Свойства горных пород. Проявление горного давления в лавах зависит от вмещающих пласт боковых пород, свойства которых раз- личны. При проектировании способов управления кровлей применя- ются классификации горных пород. Суждения о типе кровли основаны на оценке проявлений горного давления, т.е. возможном её состоянии и величине ее смещения; разнообразие классификаций определено различным учетом факторов, влияющих на проявление горного давле- ния. Основными из факторов являются – крепость слоев и их чередо- вание, мощность слоев по отношению к мощности пласта. Итак, с уве- личением крепости пород смещение уменьшается. Горные породы пронизаны микро и макро трещинами. При ведении горных работ ре- комендуется учитывать размеры, густоту и элементы залегания тре- щин.

Сопротивление крепи. Определение оптимального значения со- противления крепи очень важно: во-первых, с точки зрения безопасно- сти; во-вторых – экономики. При уменьшении сопротивления крепи менее 0,2 – 0,3 МН/м2до 0,1 – 0,15 МН/м2и ниже происходит резкое увеличение смещения кровли, а при увеличении с 0,3 до 0,6 МН/м2в 2,4 раза увеличивается масса крепи, в 4 и более раз ее стоимость. Для большинства условий реакция механизированной крепи 0,3 – 0,4 МПа;


 

для тяжелых условий созданы специальные крепи, у которых в 2 – 3

раза больше сопротивление.

Начальный распор. Желательно создание начального распора равного максимальному сопротивлению крепи; крепь необходимо пе- редвигать с подпором 0,02 – 0,05 мН.

Влияние производственных процессов. Смещение кровли в лаве можно представить как сумму слагаемых величин

 

D h = D + D hn+ D hon, (6.4)

 

где Δ– смещение кровли под влиянием выемки угля;

Δhn – смещение кровли под влиянием процесса посадки


кровли;


 

Δhon– смещение кровли при отсутствии процессов в лаве.


На рисунке 6.1 показаны размеры зон влияния процессов. Такое деление смещения кровли в лаве полезно при анализе влияния горно- технических факторов: скорости подвигания лавы, ширины захвата комбайна и др.

 

 

10-30 5-10 10-15 3-5

 

Рисунок 6.1 – Влияние выемки угля и посадки кровли


 

Длина лавы. При длине лавы более 40 – 50 м не сказывается за- щемление пород кровли на контуре массива и поведение кровли в средней части лавы не зависит от её длины. Большая длина лавы со- действует более равномерному сдвижению и полному обрушению пород кровли, т.е. благоприятна с точки зрения управления кровлей. Наибольшее смещение кровли приурочено к средней части лавы.

Скорость подвигания лавы. Практика, исследования горного давления в шахтных и лабораторных условиях позволили установить положительное влияние увеличения скорости подвигания лавы на смещение кровли и её состояние в призабойном пространстве. На ри- сунке 6.2 показано влияние скорости подвигания лавы на смещение кровли в лаве по данным моделирования на моделях из эквивалентных материалов. Наиболее сильное влияние при скорости до 4 м в сутки; дальнейшее увеличение скорости подвигания лавы не приводит к су- щественному уменьшению смещения. Это объясняется тем, что в фор- муле (6.4) Δhв,Δhпне зависят от скорости подвигания, а составляющая Δhonпри скорости подвигания лавы 4 м в сутки уменьшается значи- тельно, так как уменьшается время между процессами.

 

Δ h

 

 

4 V,м/сут

Рисунок 6.2 – Влияние скорости подвигания лавы на смещение кровли


 

Ширина призабойного пространства. Она зависит от габаритов оборудования требований правил безопасности, проветривания и со- ставляет 3 – 5 м.С увеличением ширины призабойного пространства смещение кровли на границе призабойного пространства увеличивается. Ширина захвата комбайна. С уменьшением ширины захвата смещение кровли в лаве не изменяется, а становится более равномер- ным. Скорость смещения кровли меньше при меньшей ширине захва- та, но таких возмущений больше, и площади, определяемые кривыми на рисунке 6.3 для различных значений ширины захвата будут одина-

ковыми, т.е. и одинаковые величины смещения кровли.

 

V, мм с -60

 

- выемка угля

- посадка кровли

 

t,

 

Рисунок 6.3 – Влияние выемки угля и посадки кровли в лаве кровли

 

Тип кровли. Механизированные крепи передвигают с разгрузкой секций. Возникают повышенные скорости опускания при каждой раз- грузке и передвижений секций и так 5 – 6 раз для точки кровли в при- забойном пространстве. Индивидуальная крепь после установки раз-


 

гружают и снимают один раз на границе призабойного пространства. В этом случае нет увеличения скорости опускания кровли как в лавах с механизированной крепью, нет "топтания" кровли. В связи с изложен- ным выше, установлено, что при слабых и средней крепости кровлях смещение кровли в лавах, оборудованных механизированными крепя- ми, меньше, чем в лавах с индивидуальной крепью. Современные ме- ханизированные крепи передвигают с подпором. Задача – какой дол- жен быть подпор?

Способ управления кровлей. Наблюдениями на шахтах не уста- новлено закономерного и четкого различия в величинах смещений кровли при различных способах управление кровлей.


 

Лекция 7