книги из ГПНТБ / Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов

одной и

той

ж е

точке массива относительно забоя

с увеличением

глубины

будут

отличаться

только по

абсолютной величине. Ана ­

лиз

данных

рис. 15 показывает, что

если принять

за

безопасную

по

выбросам

для стволов

глубину,

например, 200

м

(изолиния

внезапным

выбросам

угля и

газа

при увеличении

глубины.

Так,

если

«безопасная»

изо­

линия

50

кгс/см2

при

глу­

бине 300 м в центре

забоя

ІІ.О

находится

на

расстоянии

3,2

м,

то

при

глубине

500

м — на расстоянии 2,2 м,

1

а при глубине 700 м — 1,6 —

Л

1,7

м.

По-видимому,

с

уве­

.г

личением

глубины

возника­

ет

необходимость в

умень­

шении

величины

заходки.

Угольные

пласты

зале ­

е.

3

гают обычно

в

породах

от­

носительно

прочных

и

зна­

'

и

и

tu

і£.

I t

/і

Расстояние

am забоя

в глубь

чассиба

,

чительно отличающихся

по

Рис. 16. График зависимости величины уп­

свойствам

от

углей.

Поэто­

му

представляет

интерес

ругих

деформаций

горных

пород от

рас­

стояния

до

забоя

ствола:

различие

в

распределении

/ — деформации угольного массива:

2 — д е ф о р м а ­

напряжений

в

прочных

по­

ции

породного массива

родах и менее

прочных

уг­

лях. Учитывая,

что

имеющиеся материалы

получены

на

основе

условий

упругого

изотропного

массива, характер

распределения

ности материала,

однако

величины

напряжений

и

перемещений

будут разные . П о имеющимся

материалам представляется воз­

можность

сделать

такую

оценку

по

величине,

например,

верти­

кальных

перемещений

W.

Используя полученные численные решения и задавшис ь значе­

ниями модуля

упругости

дл я

угля

и пород,

вычислим величины

перемещений

по линии

от

ствола в зависимости от расстояния

до

плоскости забоя ствола. В

расчетах принят модуль упругости угля

£ у = 2-104

кгс/см2 ,

породы

типа

песчаников

£ „ = 9 , 5

-104

кгс/см2 .

На рис. 16 приведен

график

зависимости

величины

упругих

деформаций

горных

пород

от

расстояния

у забоя

ствола.

По

рис. 16 можно установить, что зависимость деформации

упругого

восстановления от расстояния

до забоя ствола

W = W0e~bx,

(1.36)

где W0— деформации на

плоскости

забоя;

Ъ — постоянная

величина;

X — расстояние от забоя

до

рассматриваемой

точки

массива.

W = W0e-°-u*.

(1.37)

В условиях реальных горных пород после внедрения

выработ­

ки в массив вблизи выработок вследствие «оживания»

многочис­

ленных поверхностей ослабления (поверхностей напластования,

ций (область предельно - напряженного

состояния) .

Д л я

условий

горных пород

К. В. Руппенейт [36]

предложил

определять

область неупругих деформаций по формуле

rL

— (1 — sin р)

у/»

1

(1.38)

Ко ctg р

где

Ко—-коэффициент

сцепления

породы

в

ненарушенном

мас­

сиве.

Однако при проведении выработок раскрываются

естественные

трещины, а

т а к ж е

образуются

новые

как

за

счет

влияния

самой

выработки,

так и

в

результате

ведения

взрывных

работ.

Послед­

няя причина для стволов, где величина зарядов значительно

боль­

ше,

чем,

например,

в

квершлагах,

имеет

особо

в а ж н о е

значение.

В непосредственной близости от з а р я д а ВВ наблюдаются

види­

мые нарушения массива в виде заколов и трещин.

Н а

некотором

удалении

от заряда

ВВ

наблюдаются

'остаточные

деформации .

Эти деформации характеризуются

тем, что при прохождении

волн

происходит

нарушение

естественных

связей

(сцепления)

между

отдельными

блоками

и

ослабление

массива

по

контактам

слоев.

От такого воздействия

изменяются

не только

состояние

среды,

по

и показатели, которые определяют прочность

массива пород.

Измерения состояния среды по величине

акустической

жестко­

сти [37] показали,

что

д а ж е

на

глубине

12

м

для скальных

пород

средней

крепости

величина

сцепления

в

1,25—1,3

р а з а

меньше,

чем в нетронутом

массиве.

Величина коэффициента сцепления при этом

может

быть

опре­

делена из выражения

,

* =

К

о

(

і ( 1 - 3

9

)

где

г—расстояние

от

кромки

забоя

до

рассматриваемой

точ­

ки, м;

« — коэффициент,

учитывающий

характер

породы

при

дей­

ствии взрыва; для большинства горных пород, по

дан ­

ным Г. И. Покровского и И. С. Федорова

[38], равный

3;

Ъ — коэффициент,

зависящий

от

размеров

зоны

повышен­

ной трещиноватости и размеров

выработки

o =

( l - ß ) ( r l

+

^

-

Y

,

(1.40)

\

Ко У

где ß — к о э ф ф и ц и е н т ,

зависящий

от

прочности

горных

пород, в

среднем

равный

0,8—0,95 [39];

а — р а з м е р

зоны

повышенной

трещиноватости

(определяется

аналитически

пли экспериментально),

м;

Ro— радиус выработки, м.

Р а з м е р зоны повышенной трещиноватости можно оценить по

величине радиуса трещинообразования от взрывных

работ.

При

расчетах

радиуса

трещин,

образуемых

при

взрывании

з а р я д а

ВВ, используется

формула [38]

вв

_ ,

™

( L 4 1 )

где

о т

— напряжение, при котором

образуются

удаленные

сфе­

рические

трещины;

Geb — вес

з а р я д а ;

RT

— расстояние

от

центра

з а р я д а

до

границы

зоны,

где

трещины

отсутствуют;

Е — модуль упругости

горной

породы;

U\ — удельная

энергия

взрыва;

у — объемный

вес породы.

Известно, что взрывные работы в стволах ведут в режиме ко-

роткозамедленмого

взрывания

в

несколько

серий.

Очевидно,

при

взрывании

з а р я д а

в несколько

серий

радиус образования трещин

будет меньшим, чем при взрывании его мгновенно.

Воспользовавшись

данными

по изучению

сейсмического

эффек ­

та от группы зарядов короткозамедлеиного

взрывания,

по

а н а л о ­

гии можно принять, что вес одного

з а р я д а

при

короткозамедлен -

ном взрывании

соответствует

2/3

веса з а р я д а

мгновенного

взры­

вания [40]. Кроме того, можно

принять постоянными

величины

И\ и у.

Удельная энергия

взрыва

для

большинства

взрывчатых

ве­

ществ

Ui = 3-105

кг

у = 2500

кг/см3 . Тогда

формула

(1.41)

при-

нимает

вид

Gm

VE

стт = 2,47

в в

' з

,

(1.42)

откуда

з / •

1

К

=

•ш

2 , 4 7 G R R £ -

(1.43)

1/

•

Воспользовавшись

данными

[38] по практическому определению

RT д л я условий трещиноватых

слабых пород, имеем а т = 2,7Х

Х Ю 4 к г с / м 2 , £ = 2 - 1 0 9

кгс/м2 .

Величина области неупругнх деформаций

rL = аН" + с,

(1.47)

:

г-

/

/

л1 .

s'

Ш

Я?0

Ш

500 600 700 800 900 WOO 1100

Глубина, от поверхности.,»

Рис.

17. График зависимости величины области

неупругих

деформаций

вблизи

забоя

ствола

от свойств горных пород

и глубины от по­

верхности:

/— коэффициент сцепления горных пород К=5

кгс/см2 -

2 — / ч = і о

кгс/смг ; 3 — /(=20

кгс/см5 : 4 — Л'=50

кгс/см 5

д е л я е т ся по графику,

если

з а д а в а т ь с я

произвольными хи

х2 и

х3=

VХіх2;

с

_

Уі'Л —

У32

У1+У2

—

ѴУз

тогда

г А

=

(1,8 — 0 , 0 2 / С ) Я 0

, 0 0 5 .

(1.49)

С целью проверки высказанных положений

и уточнения

х а р а к ­

тера

распределения

напряжений

горного

массива в окрестности

условиях. Следует отметить, что специфика условий

проведения

стволов не позволяет применить те методы изучения

напряженно -

деформированного состояния пород,

которые с успехом

применяют

в настоящее время в горизонтальных

выработках . В данном случае

было применено дв а метода оценки

напрях<сенного

состояния: с

помощью

гидравлических

датчиков

и по деформация м

«скрытых»

реперов.

Д л я установки

гидравлических датчиков использовались

8=»* -О

^

30

«г

51

*:

w

О"

[

-2,5

0

2,5

5

7,5

W

12,5

s

Расстояние,

м

Рис. 18. Изменение напряжений в угольном пласте на

разном

расстоянии

от

ствола при

расположении дат­

чиков

по

простиранию

пласта

(шахта

«Ноградская»,

пласт

VI Внутренний)

а — схема

установки

гидродатчиков;

б — изменение

показаний

по датчикам;

/,

2,

3 — номера

гидродатчиков

простиранию пласта от контура ствола и по восстанию от контура

ствола (рис. 18 и

19).

и

По первой схеме датчики установлены по

пласту V I

Внутрен­

нему при вскрытии его на

гор.

125 м. С к в а ж и н ы

для

установки

датчиков бурили с промежуточного штрека с таким

расчетом, что­

бы расположить

датчики

в

плоскости пласта в направлении его

простирания от контура пересечения ствола

с

пластом.

Расстоя ­

ние от датчиков до борта

ствола в плоскости

з а л о ж е н и я

датчи­

ков составило 10,8 м; 6 м

и

1,7

м. З а м е р н а я

станция была

обору­

дована задолго до подхода

забоя

ствола к пласту.

На рис.

18 показано

изменение напряжений в угольном пласте

на разном

расстоянии

от ствола при расположении датчиков по

забоя

ствола происходят

непропорционально расстоянию до

за­

боя ствола. По мере приближения забоя

ствола

интенсивность

изменения

напряжений

возрастает.

Кроме

того,

видно,

что

по абсолютной

величине

напряжения

в

глубь

массива

изменяются

т а к ж е не прямо

пропорционально. Так,

ляет

42%

от

первоначального;

при 6 м — 1 9 , 6 % ;

при 10,8 — 9,8%.

С

отходом

забоя

ствола от

плоскости расположения датчиков,

т. е.

ниже

ее, напряжения п р о д о л ж а ю т уменьшаться, но

у ж е со

значительно меньшей

интенсивностью.

При отходе ствола на 85 м показания на манометрах были сле­

дующие: датчик № 1 — 25 кгс/см2 ; датчик

№ 2 — 6 кгс/см2 ;

датчик

№ 3 — 22

кгс/см2 .

На рис. 19 приведен график изменения напряжения в угольном

пласте на

разном расстоянии от ствола при расположении

датчи­

ков

вкрест простирания

пласта. Д а в л е н и е

масла

по всем

гидро-

датчпкам

изменяется

от

2,5 до

15,6%. По

всем

датчикам

отме­

скости датчика (наименьшее расстояние)

и некоторое увеличение

после отхода забоя ствола. На

датчиках,

расположенных д а л ь ш е

от контура ствола, изменение

давления

масла соответственно

меньше.

Анализ полученных

данных

приводит

к следующим основным

выводам . Н а ч а л о изменений напряжений

в угольном пласте про­

слеживается примерно с

10—12

м от з а б о я

ствола.

После обнажения угольный

пласт,

особенно в прилегающей к

забою зоне, значительно

разгружается

от напряжений . Так, на рас-

•5

-Z,S

0

2,5

5

7,5

W

12,5 15

Расстояние,

м

стирания

пласта

(шахта «Ноградская», пласт -IV Внутрен­

ний):

а — схема

установки

гидродатчпков; б — изменение показаний по дат ­

З а м е р изменения

расстояний между реперами

производится с

помощью стойки СУ-II с индикаторной головкой по схеме, пока­

занной на рис. 20, в.

Экспериментальные работы по замеру смещения угольного мас­

сива производились

при пересечении стволом пласта Безымянный

на шахте «Коксовая». Пласт Безымянный, т = 4 , 8 ;

а = 60°, пересе­

ке 8 м, в месте

вскрытия

оказался опасным

по внезапным

выбро­

сам

угля

и газа. Д л я предупреждения внезапных выбросов

угля

и газа при обнажении пласта и входе в него ствола была

приме­

нена

каркасная

передовая

крепь,

а затем — увлажнение

угольного

массива

через

оставшуюся часть

породной

«пробки».

Поэтому

замер смещения

массива

впереди забоя ствола был произведен в

два этапа: в сухой зоне и в увлажненной зоне. Схема

расположе ­

ния

контрольных

шпуров

и реперов в сухой зоне показана

на

рис. 21, а,

б. Время снятия

новых

замеров расстояния между

репе­

Результаты замеров смещений

реперов

в сухом

угольном

мас ­

сиве представлены

в табл . 14.

Т а б л и ц а

14

Расстояние м е ж д у

реперами,

мм

Время начала установки

по шпуру №1

по шпуру № 2

реперов

1—2

2—3

3—4

1—2

2—3

3—4

В момент установки .

1071,25

987,12

1112,14

993,91

982,16

1175,36

1071,39

987,45

1112,70

993,95

982,25

1175,50

1071,47

987,62

1112,97

993,98

982,31

1175,57

1071,52

987,70

1112,15

99339

982,34

1175,63

По данным табл . 14 видно, что деформация массива

по шпуру

№ 2, расположенному ближе к борту ствола, значительно

(более

чем в 3 раза) меньше, чем по шпуру

№

1, расположенному

б л и ж е

к оси ствола: Д л я характеристики

деформируемости массива по

глубине от забоя

д а н н ы е табл . 14 представлены

в виде

графиков

(см. рис. 21, а).

Величина деформации

каждого

репера

бралась