Характерні особливості прояву гірського тиску та задачі управління ним в очисних виробках
Виробки, утворені в результаті безпосередньої виїмки корисної копалини при її розробці, називають очисними. В порівнянні з під-готовчими і капітальними, очисні виробки мають деякі особливості. Найважливішими з них є значно більші розміри поперечних пере-різів, безперервний рух вибою, що зумовлює постійну зміну поля статичних напруг навколо виробки, а також істотно менший час експлуатації. Ці особливості очисних виробок визначають в свою чергу і специфічні прояви гірського тиску в них.
При певних умовах в очисних виробках проявляється особливий вид деформування гірських порід – вздуття породи. Природа набу-хання різна: іноді вона відбувається в результаті видавлювання з ґрунту пластичних порід під впливом опорного тиску, що розви-вається в боках виробок, часом – внаслідок збільшення обсягу глинистих порід і зменшення їхньої міцності під впливом води. Найчастіше ці фактори діють спільно.
Широко розповсюдженим видом проявів гірського тиску в очис-них виробках є також обвалення порід при досягненні деяких кри-тичних розмірів.
Для керування гірським тиском в очисних виробках іноді вико-ристовують закладку з порожньої породи, що підтримує крівлю очисних просторів чи зменшує амплітуду зсуву покриваючих порід. Аналогічну роль відіграє відбита гірська маса, магазинована в блоках при розробці крутопадаючих рудних покладів. Роблячи протитиск на стінки очисних камер, замагазинована руда і порода істотно змінюють умови деформування масиву порід в при контур-ній області навколо очисних просторів.
Прояви гірського тиску в очисних виробках при різних системах розробки вугільних і рудних родовищ
Форми і характер проявів гірського тиску в очисних виробках дуже різноманітні (від невеликих зрушень і деформацій гірських порід і корисної копалини до їхнього руйнування й обвалення, від незначних навантажень на кріплення до повного виведення її з ладу) і залежать від багатьох факторів, у тому числі від глибини розробки, структури і механічних властивостей гірських порід, потужності і кута падіння корисної копалини. Великий вплив на прояви гірського тиску роблять виробничо-технічні умови експлу-атації родовищ, що характеризуються формою, розмірами і розта-шуванням виробок, технологією ведення видобувних робіт, споро-бом керування гірським тиском, видом кріплення. Разом з тим із схильністю порід до того чи іншого виду деформування зв'язаний вибір систем розробки родовищ і встановлення оптимальних пара-метрів цих систем.
Загальна картина процесів, що відбуваються в масиві порід навколо очисної виробки, полягає в зміні поля статичних напру-жень і, як наслідок цього, у деформуванні навколишніх порід. У першу чергу на контурі виробленого простору й у навколишньому масиві порід відбуваються пружні зсуви. У деяких, правда дуже нечисленних, випадках зазначеними пружними зсувами процеси деформування масиву порід і вичерпуються. Однак це може мати місце лише при дуже міцних породах і високому ступені моноліт-ного масиву, зокрема при розробці деяких рудних родовищ систе-мами з відкритим очисним простором, наприклад камерними і ка-мерно-стовповими системами.
Набагато частіше у виробленому просторі слідом за пружними зсувами порід покрівлі і стінок розвиваються не пружні деформації і відбуваються локальні руйнування. Цьому сприяє розвиток у навколишньому масиві зон концентрації як стискаючих, так і розтягуючих напружень. У процеси деформування втягуються вели-кі об’єми порід, внаслідок чого в очисних виробках розвиваються процеси обвалення покриваючих порід.
У практиці розробки пластових родовищ твердо вкоренилися поняття безпосередньої й основної крівлі і ґрунту шарів, що від об-ражають різну здатність порід до обвалення над очисним просто-ром.
Безпосередньою крівлею називають маломіцний шар порід, що залягає безпосередньо над пластом і не зберігає, як правило, стій-кість у при забійному просторі без кріплення чи ціликів.
Основну крівлю складають більш міцні шари порід, що заля-гають над безпосередньою крівлею, які починають рухатися через деякий час після обвалення безпосередньої крівлі, коли площа очис-ної виїмки досягає відповідних критичних розмірів (рис. 3).
Рис.3. Руйнування основної крівлі над очисною виробкою: 1 – епюри опорного тиску; 2 – вугільний пласт; 3 – вироблений простір
Аналогічно поділу порід крівлі виділяють також безпосередній і основний ґрунт. Безпосередній ґрунт – шар порід, що залягає безпо-середньо під пластом чи покладом. З його властивостями пов'язані явища взуття, сповзання при крутому падінні і вдавлення в нього ціликів чи кріплення. Товщу порід, що залягає нижче безпосеред-нього ґрунту, називають основним ґрунтом.
Магматичні родовища в порівнянні з осадовими відрізняються більш складною структурою. Внаслідок цього форми і розміри вивалів і обвалень тут більш різноманітні.
В умовах крутопадаючих і похилих родовищ при високому рівні статичних напружень у масиві порід, зокрема на великих глибинах, руйнування не тільки можуть мати місце в крівлі очисного простору і у висячому боці, але захоплювати і лежачий бік. Подібні явища, наприклад, мають місце при розробці залізорудних покладів Криво-різького басейну і вугільних шарів у центральному районі Донбасу.
У певних умовах при виконанні очисних робіт системами роз-робки з магазиніруванням функції закладочного матеріалу виконує також не випущена руда у блоках, що відпрацьовуються.
При камерних системах розробки гірський тиск проявляється в деформуванні (а іноді й у руйнуванні) ціликів, вдавленні їх в ґрунт, у прогині крівлі й здуванні ґрунту. При несприятливих умовах у ґрунті і крівлі камер можуть з'явитися тріщини, що приводять до завалу камер.
До числа проявів гірського тиску в очисних виробках відно-сяться також заколи, осипання і стріляння порід, гірські удари, для боротьби з якими приходиться застосовувати цілий комплекс мір.