1.2. Классификация опасных зон

Опасные зоны могут быть вызваны различными факторами. В зависимости от влияющих факторов опасные зоны разделяются на следующие 4 группы.

1. Опасные зоны по прорыву воды в действующие горные выработки. К ним относятся следующие опасные зоны:

а) опасные зоны у старых затопленных выработок в разрабатываемом угольном пласте;

б) опасные зоны в разрабатываемом угольном пласте на участках, расположенных под и над затопленными выработками в других пластах;

в) опасные зоны у разведочных скважин, стволов и шурфов, пересекших затопленные выработки или водоносные горизонты;

г) опасные зоны под водными объектами на земной поверхности.

2. Опасные зоны, вызванные геомеханическими процессами в толще пород. К ним относятся:

а) зоны повышенного горного давления (ПГД), вызванные целиками угля, оставленными в вышележащих или нижележащих пластах;

б) опасные и защитные зоны в пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа;

в) опасные зоны по горным ударам.

3. Опасные зоны, вызванные геологическими факторами. Сюда относятся:

а) опасные зоны у разрывных (дизъюнктивных) геологических нарушений;

б) опасные зоны у карстовых нарушений;

в) опасные зоны по прорыву плавунов и обводненных глин.

4. Опасные зоны, вызванные горно-техническими факторами. К ним относятся:

а) зоны, опасные по прорыву пульпы и глины в действующие выработки (при гидрозакладке и заиливании выработок).

б) пожарные участки;

в) загазованные выработки.

В данном курсе, ввиду ограниченности его объема, будут рассмотрены только те опасные зоны, которые имеют прямое отношение к маркшейдерской службе.

1.3. Понятие и геомеханические процессы в толще пород

Рассмотрим схему сдвижения горных пород и распределения горного давления под влиянием очистных выработок.

Положим, в угольном пласте произведена очистная выработка – лава длиной а (рис. 1). В результате в толще образовалась пустота, в которую стали опускаться под действием силы тяжести вышележащие слои горных пород. Толща горных пород, подверженная сдвижению, делится на 2 части: толщу, расположенную выше разрабатываемого пласта, и толщу, расположенную ниже пласта. Вышележащая толща называется подработанной толщей, нижележащая – надработанной толщей.

Общая площадь толщи, затронутая сдвижением, обозначена на рис.1 буквами ABCDE. За пределами этих областей угольный пласт и все слои горных пород находятся в условиях нормального (природного) горного давления. Источником горного давления является вес вышележащих горных пород. На один квадратный метр поверхности пласта приходися давление H, где H – глубина залегания пласта от поверхности земли,  – объемный вес пород. Это и есть природное или нормальное горное давление. Проведение очистных горных выработок нарушает природное горное давление, что является следствием сдвижения горных пород. Непосредственно над очистной выработкой в зоне 1 происходит беспорядочное обрушение горных пород, высота этой зоны составляет (1,5  3)  m, где m – мощность пласта. Выше зоны 1 – в зоне 2 происходит прогиб слоев горных пород с образованием трещин расслоения и поперечных трещин. Высота этой зоны составляет (30  40)  m. Практическое значение зоны 2 (зоны трещин) состоит в том, что она может стать причиной затопления действующих выработок, если затопленные выработки в других пластах расположены на расстоянии менее 40  m от разрабатываемого пласта. В зонах сдвижения 1 и 2 образуется свод, в пределах которого горные породы частично или полностью разгружаются от давления вышележащих пород, т.е. образуется зона разгрузки. Но раз имеется зона разгрузки, то по закону

сохранения энергии, должна быть и зона пригрузки. И такая зона в толще существует и расположена на краях выработки.

Участки угольных пластов, окружающие выработку, воспринимают горное давление превышающее нормальное горное давление в 1,5 – 3 раза. Эти участки угольных пластов и слоев горных пород называются зонами опорного давления (зоны 4 на рис. 1). Таким образом, зоны опорного давления возникают в следствии перераспределения горного давления при проведении очистной выработки. Повышенное горное давление в опорных зонах вызывает часто предельное напряженное состояние горных пород, которое может привести к горным ударам, внезапным выбросам угля и газа, разрушением целиков, окружающих выработанное пространство, осложнению в поддерживании подготовительных выработок и др., т.е. опорное давление может быть причиной возникновения опасных зон.

В зоне 3 (рис. 1), расположенной выше свода, слои горных пород так же прогибаются, но без образования трещин. Сдвижение горных пород доходит до земной поверхности, где образуется впадина, называемая мульдой сдвижения (зона 6 на рис. 1).

Сдвижение горных пород и перераспределение горного давления происходит также в надработанной толще пород (зона 5). В средней части этой зоны породы поднимаются вверх – происходит выпучивание почвы в очистном забое. Одновременно происходит разгрузка пород. На краях зоны 5 возникает зона опорного давления.