2.15. Воздействие массива горных пород на подготовительные выра­ботки.

Характер осложнений в зависимости от прочности пород. Характер осложнений со стороны массива при проходке горной выработки, в первую очередь, зависит от прочности горных пород. Прочность горных пород оп­ределяет темпы проходки: чем прочнее породы, тем ниже скорость проведения выработки. Например, за 1 месяц ствол по аргиллитам с f=5 можно пройти до 70-120 м, а по песчаникам с f>10, скорость уменьшится до 20-40 м.

Прочность горных пород, то есть реальный коэффициент крепости (f′) определяется как измеренным для монолита породы коэффициентом крепости (f), так и коэффициентом структурного ослаб­ления (k_s):

f′ = f·k_s

Коэффициент структурного ослабления тем сильнее снижает прочность породы, чем больше в породе трещин или угольных прослоек,

или растительных остатков.

Поведение горных пород в горных выработках, в первую очередь, зависит от отношения напряженно­сти массива к прочности пород:

Поведение  ;

где: К- коэффициент концентрации напряженности в зонах опорного давления,

γ-средняя плотность пород,

Н-глубина проведения горной выработки,

ƒ΄- реальный коэффициент крепости.

1. При ƒ΄<КγΗ. Происходит псевдопластическое течение горных пород по возникающим вокруг горной выработки трещинам горного давления и трещинам тектонического происхождения и по слоистости. Про­является в виде следующих горно-геологических яв­лений:

а) пучение почвы и заполнение горной выработки породами почвы за счет их псевдопла­стичного течения (рис. 2). Характеризуется интенсивностью пучения(см/мес.) и общей высотой перемещения h.

Рисунок 27 – Пучение почвы

б) Боковой деформацией выработки – смещение стенок выработки к её середине из-за псевдопластического течения боковых пород (рисунок 28).

в) Уменьшение высоты горной выработки из-за осыпания кровли под

весом отслаивающихся пород кровли (рисунок 29).

Рисунок 28 – Боковая деформация . штрека

Рисунок 29 – Уменьшение высоты горной выработки из-за обрушения пород

2. При ƒ΄≥ КγΗ. Породы устойчивы за пределами трещиноватых и обводненных зон. В трещиноватых зо­нах происходит вывал пород кровли (рисунок 3). Опасность заключается в том, что вывал может произойти внезапно, при ведении работ в призабойном про­странстве. Представляет высокую опасность.

3.При ƒ΄>> γΗ Горные породы очень прочные и способны накапливать большие на­пряжения. Это вы­звано тем, что они не деформируются и в них не образуются трещины горного давления. По мере увеличения общей площади обнажения, величина напряжения возрастает. Когда КγΗ >ƒ΄, то происходит разрядка: ка­тастрофическое раз разрушение горных пород на всей обнаженной площади. Это проявляется рушение горных пород на всей обнаженной площади. Это проявляется в виде гор­ного удара:

Горный удар – это катастрофическое хрупкое разрушение прочных горных по­род под воздейст­вием горного давления. Проявляется в виде сотрясания и подбрасы­вания механизмов, разрушения крепи, завалов горных выработок. Представляет очень высокую опасность.

В специфичных условиях, когда прочные породы сложены кварцевыми пес­чаниками, проис­ходит выброс породы: выброс породы – это катастрофическое горное явление, проявляющееся в мгновенном хрупком разрушении песчаника на тонкие пластинки( Ǿ 0.5см, толщина равна 2-3мм) и выброс больших масс породы в таком виде в горную выработку (масса достигает 40 - 200тонн).

Осложнения от тектонических нарушений. Существует 2 основных вида дизъюнктивных (разрывных) тектонических нарушений (рисунок 30):

1. взброс или надвиг (с перекрытием крыльев).

2. сброс (с зиянием крыльев).

а) б)

Рисунок 30 – Основные виды дизъюнктивных (разрывных) тектонических нарушений: а) взброс (надвиг), б) сброс. H-амплитуда нарушения.

Амплитуда нарушения, пересекаемого горной выработкой, может меняться от 0,05 до 300м.

Обычно тектонические нарушения представлены не одной трещиной, а зоной тектонических трещин или зоной перемятых пород (рисунок 30). С увеличением амплитуды нарушения обычно возрастает ширина зоны нарушения.

Осложнения от тектонических нарушений следующие:

а) при наличии 1-2 трещин – вывалы,

б) при наличии нескольких систем трещин – рост горного давления, завал забоя подготовительной горной выработки – штрека или квершлага, или уклона, бремсберга и т.д. в) при наличии перемятых пород - увеличивается объем вынимаемых пород из вывалов до 10 раз, рост опасности и трудоемкости работ.

в) при наличии перемятых пород - увеличивается объем вынимаемых пород из вывалов до 10 раз, рост опасности и трудоемкости работ.

Дополнительными осложняющими факторами при пересечении тектонических нарушений ста­новятся:

- водопроявление,

- рост газовыделения,

- выбросы угля.

а)

D

Рисунок 31 – а) Изображение реального надвига с амплитудой 15 м. A- две системы трещин отрыва, B - система послойных трещин, C- система трещин скола, D – зона перемятых пород.

А. Водопроявление вызвано поступлением воды:

-из поверхностных водотоков и водоемов,

-из грунтового потока,

-из межпластовых водоносных горизонтов.

Водопроявление бывает в виде капежа, струй или сплошного потока. В любом случае ведет к уменьшению прочности пород и к их вывалам, может вызвать затопле­ние горной выработки.

б)

Рисунок 31 – б) Увеличение в три раза ширины штрека, пересекающего надвиг. Высота обрушения около 10 м.

Б.Рост газовыделения объясняется накапливанием газа в трещиноватой зоне, а так же его дренажом из глубинных горизонтов, приводит к росту внутрипластового газового давления.

В.Выбросы угля. Происходят вблизи тектонических и других геологических нарушений. Это объясня­ется напряженным состоянием массива и повышенным давлением газа внутри пласта. При подходе гор­ной выработки происходит внезапное разрушение целика и выброс угля и газа.

Осложнения в напряженных зонах. Напряженные зоны в подготовительных выработках проявляются следующим образом:

1. Возрастает отжим угля от забоя.

2)Забой начинает «стрелять», т.е. отскакивают от груди

забоя кусочки угля и породы на 1-4 м.

3)Наблюдается «зажим» сверла в шпуре.

Напряженная зона приурочена к зоне повышенного горного давления и к складчатым нарушениям. Ос­ложнения в напряженных зонах следующие:

1. Внезапный вывал от забоя угля или породы.

2. Внезапный вывал пород кровли.

Меры борьбы против осложнений в горных выработках. Меры борьбы против осложнений за счет воздействия природных факторов подбираются в соответствии с данными горно-геологического прогноза или с фактическими проявлениями осложнений.

Пучение почвы. Существуют следующие альтернативные меры борьбы против пучения:

1. На стадии проектирования горную выработку необходимо заложить за пределами пучащих пород

2. Закрепить горную выработку в пучащих породах кольцевой крепью.

3. Выбрать пучащие породы и заложить почву бутобетоном.

4. Пройти горную выработку с раскоской (снятием угля по бокам выработки), с последующей забутовкой раскоски породой.

5. Почву анкеровать, т.е. "пришивать" к прочной нижележащей основной почве.

6. Камуфлетными взрывами (без выброса породы, а посредством ее уплотнения вокруг полости взрыва) создавать полости внутри неустойчивой пучащей почвы. Эти полости при расширении пучащей породы заполняются этой породой. Тем самым почва в горной выработке не поднимается – не вспучивается. И при пучении эти полости постепенно заполняются породой.

Боковая деформация стенок горной выработки. Те же меры что и в пунктах 1,2,3 при пучении, кроме того, нагнетание склеи­вающих пластмасс в зону разгрузки (от 2 до 7 м вдоль горной выработки).

Опускание кровли в подготовительной горной выработке. Создание запаса высоты при проходке.

Другими распространенными способами борьбы против деформации почвы, боков и кровли гор­ной выработки являются:

а) восстановление горной выработки после периода интенсивной деформации:

- подрывка почвы, перестилка пути,

- выпуск породы и перекрепление горной выработки.

б) проходка новой горной выработки вприсечку к старой горной выработке (т.е. вдоль старой выработки, вплотную).

Вывалы в трещиноватых зонах.

А) уплотнение крепи;

Б) проходка короткими заходками;

В) применение кольцевой крепи;

Г) применение передвижной крепи;

Д) установка кольцевой крепи меньшего диаметра внутри старого сечения, с деформированной крепью

Горные удары.

А) снятие напряжения с массива с помощью гидроразрыва или взрыва ВВ в скважине.

Выбросы породы и выбросы угля:

А) методом гидроотжима (водонасыщение пласта);

Б) бурение газодренирующих скважин;

В) прогноз выбросоопасных зон;

Г) применение безлюдных машин;

Д) применение сотрясательного взрыва.