12.2. Зони зрушення порід

Деформований масив гірських порід розділяють на зони. Таких зон 11 (при пологому заляганні) і 12 - при крутому заляганні.

Зони:

1 - обвалення;

2, 7 - развалов;

3 й 9 - активних тріщин;

4 й 10 - локальних тріщин;

5 й 11 - плавного прогину;

6 й 8 - опорного тиску;

12 - зрушення порід по напластуванню.

12.3. Характерні риси прояву гірського тиску в очисних виробках

Очисні виробки – виробки, утворені в результаті безпосередньої виїмки корисної копалини при його розробці. Вони мають значно більші розміри поперечного переріза, чим підготовч і капітальні, безупинно рухається вибій. Тому постійно змінюється поле статичних напруг навколо виробок. Крім того виробки служать менший період часу.

Значні розміри переризів очисних виробок приводять до збільшених зон непружних деформацій навколо них. Тому навколо цих виробок протікають процеси деформування порід. Тут великий вплив роблять неоднорідності (тріщинуватість, геологічні порушення).

Найбільш широким проявом гірського тиску в очисних виробках є обвалення порід. Воно відбувається при досягненні критичних розмірів оголень. Можливі й пружні деформації покрівлі зі збереженням її стійкості, або з раптовим руйнуванням у формі гірських ударів. Керування гірським тиском в очисних виробках характерно тим, що строк експлуатації їх порівняно невеликий і вибій безупинно посувається. Внаслідок цього в очисних виробках підтримується тільки частина її поблизу вибоїв, де застосовуються види кріплення: це дерев'яного кріплення, металеві податливі кріплення, штангове кріплення, пересувні механізовані крепежно-добувні комплекси.

Для керування гірським тиском в очисних виробках використається також закладка виробленого простору порожньою породою. Ця порода підтримує покрівлю очисних просторів або ж зменшує амплітуду зсуву покриваючих порід. Аналогічну роль грає відбита руда й порода, маганизируєма в блоках при розробці крутопадаючих рудних покладів.

Найпоширенішим видом керування гірським тиском є повне обвалення порід над всім очисним простором, за винятком привибойній частини. У цьому випадку:

а) штучно руйнується масив, у результаті чого привибойна область звільняється від високих статистичних напруг (опорного тиску);

б) при заповненні виробленого простору усувається небезпека динамічних навантажень у масиві й повітряні хвилі.

12.4. Параметри процесу зрушення

Знання параметрів, що характеризують зрушення товщі порід, необхідно при проектуванні й веденні гірських робіт поблизу вертикальних стовбурів шахт й навколоствольних виробок, обводнених порід і викидонебезпечних зон, при визначенні оптимальних розмірів лав і міжлавових ціликів, при виборі способу керування покрівлею й т.д.

До основних параметрів процесу зрушення земної поверхні ставляться:

- кути, що визначають розміри й місце розташування мульди зрушення і її характерних зон;

- значення максимальних зрушень і деформацій;

- загальна тривалість процесу зрушення й період небезпечних деформацій.

Розміри й місце розташування мульди зрушення визначаються граничними кутами , і , кутами повних зрушень , і й кутом максимально осідання .

Граничні кути й залежать від механічних властивостей гірських порід ( крутіше), при первинному підробітку товщі міняються від 50⁰ до 75⁰. При повторних підробітках товщі ці кути звичайно виположується. У Карагвугільному басейні виположується з 60⁰ до 55⁰, у Кузнецьком з 70⁰ до 60⁰, в особливо несприятливих випадках – до 50⁰.

При кутах падіння шарів до 70⁰ кут ,

де – кут падіння шарів;

– коефіцієнт, що залежить від властивостей порід, ступеня підробленості товщі, структурних й ін. особливостей масиву. Його встановлюють досвідченим шляхом.

Мінімальний =25⁰, а в раніше приробленій товщі 20⁰.

=50÷60⁰; і – залежать від кутів падіння шарів і від того, у якому місці перебуває очисне виробки стосовно старих гірських робіт.

В загальному виді ; ,

; – коефіцієнти, що визначаються досвідченим шляхом.

Кут максимально осідання .

=0,5÷1,0 (чим міцніша порода, тим більше за інших рівних умов).

Максимальне осідання визначається по декількох формулах. Найбільше поширення одержала формула

.

де ;

– нормальна потужність шару ;

– кут падіння;

– відносне максимальне осідання при повному підробітку, коливається від 0,5 до 0,9, чим міцніша порода, тим менше ;

, – коефіцієнти, що враховують вплив розмірів виробки й глибини розробки на значення максимального осідання.

;

де , – розмір очисного виробки відповідно по падінню й простяганню шару;

– середня глибина розробки;

– коефіцієнт, що залежить від властивостей порід, 0,2÷0,4 (чим міцніша порода, тим більше коефіцієнт ).

Максимальний нахил мульди визначається по декількох формулах. Ми розглянемо одну (відношення різниці осідань двох крапок мульди й відстань між ними):

,

де – коефіцієнт, що визначається шляхом натурних спостережень, наближене його значення.

,

де – кут падіння шару;

– радіан (57⁰).

Максимальна кривизна мульди визначається по залежностях різного виду, наприклад (відношення різниці ухилу двох сусідніх інтервалів мульд до напівсуми довжин цих інтервалів):

,

де =2÷4 емпіричний коефіцієнт.

Максимальне горизонтальне зрушення

,

– коефіцієнт.

Загальна тривалість процесів зрушення залежить від глибини гірських робіт, швидкості подвигания очисного вибою, механічних властивостей, літологічних й ін. особливостей масиву гірських порід.

,

де – загальна тривалість процесу зрушення, міс;

- глибина гірських робіт, м;

– швидкість подвигания очисного вибою, м/міс;

– коефіцієнт, що залежить від сукупності властивостей масиву гірських порід, визначається досвідченим шляхом: Донецький басейн =1,0÷1,3, Львівсько-Волинський =1,8.

Період небезпечних деформацій установлюється досвідченим шляхом або визначається з вираження:

,

де – коефіцієнт, що залежить від значення очікуваного максимального осідання земної поверхні й кута падіння шарів .