II.7. Свойства угольного пласта как объекта разрушения

Выбор способов и средств разрушения угля в большой степени определяет технологию выемки в очистном забое. Важнейшую роль в выборе средств разрушения играют свойства угля.

Свойства углей оценивают применительно к конкретному про­цессу разрушения. При механическом разрушении важно знать связь между показателями механических свойств углей и характе­ристиками процесса разрушения. В качестве характеристики про­цесса разрушения используют сопротивляемость углей разрушению, под которой понимают способность углей про­тивостоять различного рода механическим воздействиям. Способ­ность углей противостоять воздействиям при резании называют сопротивляемостью резанию.

Сопротивляемость углей разрушению зависит от природных факторов, характеризующих свойства углей, и горнотехнических, предопределяющих состояние угля в массиве в момент добы­вания.

Из природных факторов на механические свойства углей оказывают влияние: петрографическое строение, степень мета­морфизма, трещиноватость угля, наличие породных прослойков и твердых минеральных включений, глубина залегания угольного пласта, его мощность и строение, свойства и строение боковых пород ит. д. К горнотехническим факторам, свя­занным с ведением горных работ, относятся: ширина призабойного пространства, тип, плотность и жесткость призабойной крепи, способ управления кровлей, скорость подвигания забоя, способ ведения производственного процесса, время обнажения забоя, направление выемки и др.

Остановимся здесь на влиянии природных факторов. Горнотех­нические факторы будут рассмотрены ниже.

Степень метаморфизма определяет качественное разнообразие углей и их механические свойства. Наибольшей сопро­тивляемостью разрушению обладают угли ранней стадии метамор­физма (ввиду их значительной вязкости) и высокометаморфизован-ные антрациты (отличающиеся большой твердостью).

На сопротивляемость углей разрушению существенно влияет трещиноватость эндогенного и экзогенного происхождения.

Эндогенные трещины образуют обычно две взаимно перпендикулярные, хорошо прослеживающиеся на больших участ­ках системы, каждая из которых, в свою очередь, перпендикулярна к плоскостям напластования. Одну из них называют основной, другую — торцовой. Основная система параллельна простиранию пластов, а торцовая — линии падения пластов. Обе системы принято называть кливажем. Наряду с главными кливажными трещинами в ряде случаев прослеживаются менее выраженные, второстепенные системы трещин.

Наличие кливажных трещин снижает сопротивляемость угля раз­рушению. При этом важное значение имеет ориентация режущего инструмента относительно главных кливажных трещин. Экспери­менты показывают, что наиболее эффективно уголь разрушается при резании под углом 45° к направлению главных трещин.

Экзогенные трещины образуются в уже сформирован­ном и разбитом первичной трещиноватостыо массиве пород и рассе­кают его вкрест простирания на большие разнообразные по форме отдельности.

Сопротивляемость угля разрушению зависит также от стро­ения угольного пласта. Различают угольные пласты: однородного строения с чистыми углями; с породными прослойками, соизмеримыми по сопротивляемости резанию с углями, с крепкими породными прослойками; с углями, имеющими мелкораздробленные твердые включения; с углями, имеющими консолидированные круп­ные твердые включения (линзы, валуны и т. д.); сложного строения, имеющие прослойки и твердые включения.

Глубина залегания пласта H оказывает влияние на напряженное состояние пласта. С увеличением H возрастают напряжения в массиве, что приводит, с одной стороны, к уменьшению

пористости и, с другой — к увеличению опорного давления. При этом, например, в условиях Донбасса сопротивляемость угля резанию А уменьшается при увеличении глубины до 400—600 м (рис. П.2). Однако такая зависимость прослеживается не во всех случаях. Если кровля представлена слабыми породами и опорное давление невелико, влияние уменьшения пористости может превали­ровать и тогда до некоторых глубин сопротивляемость угля резанию увеличивается.

Рис. 11.2. Изменение сопротивляемости угля резанию в Донбассе в зависимости от глубины залегания: а — антрациты; б — угли марки Г

Свойства пород оказывают влияние на характер и вели­чину опускания кровли. Опускание кровли при ведении горных работ сопровождается деформациями пласта. При значительном опу­скании кровли сопротивляемость угля разрушению снижается.

Максимальные величины опускания пород кровли на равном расстоянии от забоя наблюдаются при породах I и II класса по классификации б. ВУГИ и минимальные — при породах III класса.

По данным E. 3. Позина, при залегании в кровле пород III класса сопротивляемость угля разрушению выше на 5—15%, чем при кровлях I и II класса.

Мощность пласта существенно влияет на механические свойства угля. С увеличением мощности сопротивляемость угля резанию уменьшается.