Пучение

Пучение (выдавливание) почвы горных выработок наблюдается на большинстве угольных шахт (Подмосковный, Кузнецкий бассейны и др.) и во многих рудниках (КМА и др.).

В результате пучения уменьшаются размеры поперечного сечения выработок, разрушаются крепи, вентиляционные и транспортные магистрали.

Пучение свойственно главным образом глинистым породам, обладающим незначительным сцеплением и внутренним трением.

С увеличением глубины заложения выработок пучению подвергаются породы и более прочные (глинистые и песчанистые сланцы, плотные и прочные аргиллиты и алевролиты).

Процесс пучения глинистых пород развивается под действием сил горного давления, набухания породы, фильтрационного давления подземных вод, явления гидратации и окисления. Первопричиной пучения является нарушение естественного напряженного состояния массива после проведения выработки. При наличии обводненности или влажного воздуха глинистые породы набухают, увеличивая свою пластичность. Набухание глины возрастает при увеличении содержания в породе коллоидных частиц глинистых минералов с подвижной кристаллической решеткой замещении в диффузионном слое двух и трехвалентных катионов одновалентными, а также нарушении их естественной структуры. Изменение пород приводит к повышению интенсивности и величины давления набухания во времени.

При градиентах фильтрации близких или превышающих критических значениях (I_кр), наблюдается вначале гидродинамическое взвешивание, а затем выпучивание породы, нередко завершающееся прорывом воды в горную выработку. Такого рода явления, часто наблюдаемые в угольных шахтах Мосбасса, свидетельствуют о пучении породы под действием фильтрационного давления. В некоторых случаях отличается также набухание пород вследствие приращения объема некоторых минералов в результате их гидратации и окисления. На процессы пучения, кроме того оказывают влияние сложение породы, прочность и жестокость вмещающих пород, условия и форма залегания пучащейся породы.

Предварительное осушение обводненных месторождений является наиболее эффективным способом борьбы с пучением глинистых пород. С его помощью достигается снижение не только горного но и фильтрационного давления, во многих случаях играющих основную роль в деформациях пучения пород.

Горные удары

Горный удар – внезапное, взрывоподобное разрушение предельно напряженной части пласта угля (породы), прилегающей к горной выработке.

Горные удары широко распространены на угольных шахтах Кизеловского, Кузнецкого и других басссейнов, а также на рудниках Кривбасса, Хибин, Урала и др.

Горные удары возникают в определенных геологических условиях под влиянием техногенных факторов. Наиболее благоприятными геологическими условиями являются следующие: полезное ископаемое и вмещающие породы большой прочности, наличие тектонической нарушенности (складки, дизьюнктивы), высокий уровень естественного напряженного состояния пород, большие глубины, аномальные тектонические напряжения). При этом отмечается влияние следующих технологических факторов: форма горных выработок и взаимное расположение их в пласте, наличие целиков, изрезанность отрабатываемого участка и др.

Основная причина горных ударов – высокая концентрация потенциальной энергии упругого сжатия пород и полезного ископаемого вокруг выработок, приводящая к формированию в них предельно напряженного состояния. Силовые воздействия определяются гравитационными и тектоническими напряжениями, фильтрацией подземных вод, сейсмическими импульсами и т.д. Предвестником горного удара часто считают стреляние пород и угля. В зависимости от свойств пород и способности их релаксировать, концентрирующиеся напряжения вокруг выработки могут иметь место стреляние или горный удар. Как показал Г.Л.Фисенко [ ] по характеру распределения напряжений вблизи стенок горной выработки – более прочны и упруги породы не склонные к деформациям ползучести, в результате которых происходит релаксация напряжений поэтому максимальная их концентрация наблюдается у стенки выработок, т.е. в пределах небольшого объема пород (угля), который откалывается и отскакивает на значительное расстояние от стенки.