3.4. Технологический комплекс управления

ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ

1. Определение способа УГД. Принципы классификации

Горные породы в земной коре находятся под воздействием сил гравитационного и тектонического характера. Ввиду отсутствия свободных поверхностей в любой точке имеет место объемное напряженное состояние. С проведением горной выработки и созданием обнажений - происходит перераспределение напряжений. В глубинных областях массива возникают дополнительные сжимающие усилия, а у поверхности выработки напряжения меняют знак - на противоположный (возникают растягивающие напряжения). Можно было бы надеяться на новое равновесие, но породы на растяжение «работают» плохо – наблюдаются проявления горного давления.

Горное давление – напряженное состояние массива пород, возникшее вследствие проведения в нем горной выработки или их совокупности.

Характер и величина горного давления зависят в основном от физико–механических свойств пород, глубины заложения выработки, формы и размеров ее поперечного сечения, положения выработки в пространстве.

Горное давление в первый период времени – не стабильное и называется первичным, в последующим оно стабилизируется и называется вторичным или устоявшимся.

Проявления горного давления – физическая конкретизация деформационной ситуации вблизи выработки, возникшей вследствие горного давления.

Характер и величина деформаций различны и имеют свои названия: упругие (упруго-вязкие), пластичные (вязко-пластические) и разрывные. Особую опасность для сохранения функциональной способности выработки имеют пластические, т. е. изменение формы выработки без разрывов, и разрывные – сопровождающиеся нарушением сплошности массива вследствие возникновения трещин. Упругие деформации сопровождаются накоплением потенциальной энергии и способностью пород мгновенно разрушаться (разгружаться) при достижении обнаженной поверхности в виде горного удара. Наиболее характерными проявлениями горного давления считаются – трещины различной частоты и размеров, отслоения, вывалы, обрушения, завалы, а также горные удары различной степени силы.

Факторы (причины), определяющие напряженность массива, деформационную ситуацию и проявления горного давления, весьма разнообразны. Они изучаются, систематизируются в наиболее типичные сочетания, схемы. Так формируются возможные гипотезы горного давления.

Известны и находят применение, в качестве основы для конкретизации способа УГД, такие гипотезы как: Гипотеза Турнера о нагрузке от полного веса налегающих пород, Гипотезы Протодьяконова: Гипотеза свода равновесия и Гипотеза свода обрушения, Гипотеза волны опорного давления, Гипотеза опорных мостов, Гипотеза шарнирных блоков и др. На этой основе разрабатываются рекомендации и мероприятия по формированию способности управлять, т. е. создавать благоприятные условия для ведения горных работ. Они оформляются в совокупность в виде способа УГД.

Таким образом, способ управления горным давлением – совокупность конкретных инженерных мероприятий по ограничению интенсивности проявлений горного давления в целях обеспечения безопасности и необходимых производственных условий в горных выработках.

В общем случае управление горным давлением сводится к управлению состоянием массива вокруг выработки или их совокупности, т. е. – либо стремятся к целенаправленному поддержанию массива в заведомо устойчивом состоянии, статически равновесном, либо принимают меры к переводу его в неустойчивое состояние, склонным к обрушению (заметим – опять деление целого на две части). Осуществляется это управление в процессе разработки путем изменения формы, параметров и продолжительности обнажения горных пород, а порой, и изменением их физико-механических свойств. Не менее распространенным способом поддержания устойчивого состояния массива и снижения интенсивности проявлений горного давления считается возведение в выработке горных конструкций в виде крепи или искусственных массивов, обладающих определенной устойчивостью.

Есть основания все способы УГД разделить на две группы по весьма четкому признаку – состояние очистного пространства, т. е. очистной выработки в период осуществления в ней технологических процессов. Это состояние может быть либо в устойчивом статическом равновесии, либо в обрушенном.

PS. Чтобы было легче придерживаться в дальнейших рассуждениях какой-то логики, определимся в содержании основных используемых понятий.

Очистное пространство – это горная выработка, при создании которой осуществляется добыча полезного ископаемого в промышленных масштабах, т. е. очистная выемка. Другими словами связь очистного пространства и очистной выемки однозначна и фраза «состояние очистного пространства в период очистной выемки» может быть оправдана или лишь как уточняющая их отмеченную взаимосвязь или указывающая на расширение объема содержания понятия « очистное пространство», включая в него объем содержания понятия «выработанное пространство». Напомним, что выработанное пространство – это тоже «горн», но очень больших размеров и находящийся в определенном состоянии после завершения технологических процессов очистной выемки, т. е. отделения, перемещения и поддержания его в функциональном состоянии. В равной степени подмена указанных понятий также не желательна, если мы не желаем «ералаша» в своих мыслях. А вот введение дополнительного понятия – рабочее очистное пространство, уточняющего и строение и состояние пространства, в котором ведется очистная выемка, крайне полезно. И так, рабочее очистное пространство – это часть очистного пространства, в которой находится работающий человек, участник того или иного технологического процесса очистной выемки (или всех трех). Если в содержание этого понятия вложить иной смысл, то ничего хорошего, на наш взгляд, мы не добьемся. Так, часто данным понятием хотят означить ту часть очистного пространства, в которой, независимо от наличия в ней человека, концентрируются технологические процессы, не оставляя без внимания остальное пространство. И что же? Могут быть различные ситуации. Мы рассмотрим характерные две.

Во-первых, не понятно используемое сочетание слов «с креплением и закладкой очистного пространства». А ведь крепим мы рабочее пространство, а закладка нам нужна для поддержания всего очистного пространства, как необходимое условие сохранения в функциональном состоянии рабочего очистного пространства и соблюдения исходных принципов возможности ведения очистных работ, как-то, сохранение в статическом равновесии всего массива в пределах выемочной единицы и исключения самообрушения пород. В данном контексте мы можем обратить внимание еще и на тот факт, что рабочее очистное пространство по указанной первопричине – всегда находится в открытом состоянии и на этом основании в нашем случае его состояние не может быть отличительным признаком технологических систем на уровне класса.

Во-вторых, нам не понятно, когда наличие обрушенных пород в пределах выемочной единицы можно и нужно считать признаком наличия очистного пространства, а когда признаком наличия уже выработанного пространства. Или, почему системы с магазинированием руды выделены в отдельный класс, хотя после полного выпуска руды очистное пространство становится открытым. Ситуация может проясниться, если осмыслить следующую дополнительную информацию. Перевод очистного пространства в выработанное может осуществляться как малыми или большими частями, так и целыми выемочными единицами (это первое). Состояние выработанного пространства тоже может быть различным: открытым или заполненным обрушенными вмещающими породами, закладкой или неопределенным (брошенным на произвол). Это второе.

Для систематизации способов управления горным давлением воспользуемся методом последовательного классифицирования.

Как договорились, первым разделяющим признаком выберем: «Состояние массива пород вокруг очистного пространства». Получим два класса способов УГД: 1. Способы УГД с поддержанием пород в статически равновесном состоянии; 2. Способы с обрушением пород в пределах выемочной единицы (табл. 8.9.).

Таблица Структурирование способов УГД

СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
Разделительный признак: «Состояние массива пород вокруг очистного пространства»
1. СПОСОБЫ УГД с поддержанием массива в статически равновесном состоянии				2. СПОСОБЫ УГД с обрушением пород в пределах выемочной единицы
Разделительный признак: «Физическая основа поддержания…»				Разделительный признак: «Характер перевода очистного пространства в выработанное»
А. За счет естественной устойчивости массива руд и пород		Б. За счет горных конструкций и искусственных массивов		А. Прерывный: после окончания очистной выемки		Б. Непрерывный: в процессе очистной выемки
Разделительный признак: «По функциональному назначению рудных целиков»		Разделительный признак: «Тип поддерживающих сооружений»		Разделительный признак: «С разделением/ без разделения на слои»		Разделительный признак: «Масштаб обрушения»
1А1	1А2	1Б1	1Б2	2А1	2А2	2Б1	2Б2

1А1. Без разделения функций по поддержанию очистного и рабочего пространства

1А2. С разделением функций по поддержанию очистного и рабочего пространства

1Б1. С креплением конструктивного различного исполнения

1Б2. С искусственными массивами: временными или постоянными, из отбитой руды или закладки различной прочности

2А1. Слоевое обрушение с выемкой лавами или заходками с различными типами крепления рабочего пространства

2А2. Без разделения на слои с различными типами крепления рабочего пространства

2Б11. Подэтажное обрушение с разделяющими или без разделяющих перекрытий

2Б22. Этажное обрушение с разделяющими или без разделяющих перекрытий

Предлагаемую систематизацию можно продолжить, углубляя характеристику. Но классификация становится громозкой, теряется ее познавательная эффективность. Поэтому в дальнейшем можно будет пользоваться частными классификациями и структурными описаниями. Комментируя предлагаемую систематизацию способов УГД, можно и нужно отметить следующее.

Поддержание очистного пространства в статическом равновесии обеспечивается различными способами с их характерными особенностями. Они формировались с учетом как закономерностей поведения массива при обнажениях, так и возможными средствами, участвующими в этом процессе. Исторически первоначально человек использовал в качестве средств: сам массив в виде целиков-опор, различные горные конструкции из дерева и камня, а позднее искусственные массивы различной прочности. Кратко остановимся на отдельных характерных видах способов УГД.

2. Поддержание очистного пространства целиками

Целик в способе УГД выполняют функцию опоры, находясь под сжимающей нагрузкой. Благодаря прочностным качествам слагаемых пород и абсолютным размерам целики обладают определенной несущей способностью.

Характеризуя многообразие вариантов исполнения способа УГД при помощи целиков, оговоримся, что оно формируется за счет многообразия признаков. Среди основных следует назвать: функциональное назначение, время функционирования, время и порядок установки, рабочая характеристика, форма целиков и материал.

Прежде следует оговориться, что изначально целики создавались исключительно из массива полезного ископаемого и пород. При этом считалось отличительной особенностью - отрабатывались они в последующем или нет. За первыми закрепился термин – целики, вторые стали называться опорами и столбами. В последующем второй термин стали чаще употреблять применительно искусственным целикам – опорам. В этом отношении появилось перекрестное использование термина, имея в виду опора - крепь. Полагаем целесообразно сейчас развести смысл термина опора в смысле искусственный целик и в смысле крепь пока используя различие лишь в абсолютных размерах (крепь все же по размерам меньше).

Для того, чтобы свернуть информацию по характеристике способа УГД с помощью целиков, опять воспользуемся методом классифицирования (табл.).

Таблица. Системная характеристика целиков, используемых при управлении горным давлением

СТРУКТУРНЫЙ ПРИЗНАК	ВАРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ
1. Функциональное назначение	а – для поддержания всего очистного пространства (блоковые,панельные,межэтажные) б – для поддержания рабочего пространства (междукамерные, внутриблоковые) в – сочетание двух функций
2. Время функционирования	а – постоянные (не отрабатываемые) б – временные (отрабатываемые на последующих стадиях)
3. Время установки	а – до начала очистной выемки в охраняемом пространстве б – после очистной выемки в – в процессе очистной выемки
4. Порядок установки	а – регулярные, со взаимодействием: линейным (по рядным) площадным б – не регулярные (одиночные, группой)
5. Форма целиков в плане	а – столбчатые (круглые, квадратные, прямоугольные) б – ленточные (сплошные) целики
6. Рабочая характеристика	а – жесткие (не податливые) б - податливые
7. Материал	а – естественные (рудные, породные) б – искусственные (бетонные, каменные) в - комбинированные

Определение несущих параметров и размеров целиков.

При определении несущих размеров целиков используют чаще всего гипотезы Турнера и Протодьяконова.

При пологом залегании согласно положениям Турнера целики воспринимают нагрузку от полного веса налегающих пород, а по Протодьяконову они нагружены весом пород в пределах свода естественного равновесия или обрушения, в зависимости от горно-геологической и горнотехнической ситуации. Эти гипотезы не противопоставляются, а удачно дополняют друг друга. Можно предположить, что при малой глубине разработки своды не могут сформироваться. А с увеличением глубины целесообразно применять целики с различной областью функционирования: междукамерным - поручить функцию поддержания рабочего очистного пространства, а панельным – поддержание всего массива в пределах панели. Тогда МКЦ будут работать под нагрузкой от веса пород в пределах свода равновесия, панельные - от полного веса. При крутом залегании ситуация существенно меняется. Чем положе залегание, тем существенней влияние веса пород в контуре призмы сдвижения по висячему боку. Только при угле залегания 90 градусов есть основания полагать, что нагрузка на МКЦ формируется обрушенными налегающими породами. Таким образом, на количественное определение и выбор тех или иных характеристик целиков кроме устойчивости руд и пород существенное влияние оказывают угол залегания рудного тела и его мощность. Экспертно считают, что ширина целика соизмерима с мощностью рудного тела. Если принимают высоту целика несколько большей по сравнению с его шириной, то в расчеты вводят поправочный коэффициент на « форму целика», равный отношению h/b.

Характеристика рассматриваемого способа УГД будет не полной, если не оговориться о таком еще весьма важном его элементе, как горизонтальные обнажения кровли и потолочин (как несущего элемента МЭЦ). Считается весьма важным их параметром – пролет, т. е. ширина обнажения. Длина обнажения влияет менее существенно. При определенном пролете имеет место и определенная длина, влияющая на устойчивость обнажения, а в целом можно говорить об эквивалентной площади устойчивого обнажения. Таким образом, пролет и эквивалентная площадь считаются параметрическими характеристиками устойчивости горизонтального обнажения снизу.

Оставление рудных целиков приводит к увеличению потерь, возведение искусственных – связано с увеличением прямых затрат на добычу.

3. Поддержание очистного пространства крепью

Крепь очистного пространства как рабочий элемент способа поддержания можно также характеризовать, систематизируя определенные признаки. Есть все основания предположить, что в какой то части они сходны с признаками, используемыми при характеристике способа УГД целиками (табл.8.11).

Таблица. Системная характеристика крепей при поддержании очистного пространства

СТРУКТУРНЫЙ ПРИЗНАК	ВАРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ
1. Функциональное назначение	а – для поддержания всего очистного пространства б – для поддержания рабочего пространства
2. Функциональная роль	а – рабочая площадка б – посадочная (органная) крепь в – разделяющее перекрытие (мат, щит)
3. Характер взаимодействия с породным массивом	а – поддерживающая, б – подпорная, в – упрочняющая, г - ограждающая
4. Порядок установки	а – регулярный, со взаимодействием: линейным (по рядным) площадным б – не регулярный (одиночные, куст)
5. Время функционирования	а – постоянная крепь б – временная крепь
6. Местоположение крепи	а – очистное пространство б – окружающий породный массив в – на поверхности массива
7. Материал крепи	а – деревянная крепь, б – металлическая, в – бетонная, г – железобетонная, д - полимерная
8. Рабочая характеристика	а – жесткая б – податливая
9. Конструкция крепи, характерная для местоположения и материала	Для деревянной, в очистном пространстве: а – распорная (простая, усиленная) б – рамная: неполный, полный дверной оклад в – костровая крепь г – станковая, д – шорная, е – подхватная Для расположенной в массиве: а – анкерная (штанговая) б – прожилочная (заполненные трещины)

При очистной выемке крепью поддерживаются неустойчивые боковые породы, а иногда закладочный массив. В первую очередь обратим внимание на то, что крепь может служить как для поддержания рабочего, так и всего очистного пространства. При этом виды крепи могут различаться. Не менее важным следует признать и тот факт, что крепь одновременно может выполнять роль рабочей площадки также как и и другие роли (для снижения аэродинамического сопротивления движению воздуха, предотвращения разрушающего воздействия воздушной атмосфера на породный массив и др.).

Исторически первыми горными конструкциями были – крепи из дерева и камня. В последующем стали применять штанговую крепь и крепи–покрытия: набрызг-бетон, торкрет-бетон, полиметрые покрытия. Расширяя содержание понятия, стали к крепям относить и искусственное упрочнение трещиноватого породного массива путем нагнетания в него полимерного раствора. Таким образом, видовое понятие горная крепь определилось как горнотехническое сооружение, возводимое в подземных условиях с целью обеспечения устойчивости выработок и сохранения статического равновесия окружающего массива.

Крепление всего очистного пространства, в виду больших нагрузок и продолжительности времени выполнения функции, требует усиленного внимания к прочности элементов, а, следовательно, и к материалу. Затраты на возведение и материалы велики. С внедрением и расширением области применения закладки способ УГД с поддержанием очистного пространства применяется все реже. Напротив, крепление рабочего очистного пространства практически используется повсеместно, его разновидности постоянно множатся.

При разработке методики расчета параметров и расположения элементов крепи, выборе материала принимаются во внимание горно-геологические условия и горнотехническая ситуация. На их основе формируется расчетная схема и подбирается рабочая гипотеза. Чаще всего используются гипотезы свода равновесия и свода обрушения, а также гипотеза волны опорного давления. Особое внимание уделяется обоснованию параметров посадочной крепи, разделяющих перекрытий, поскольку при недочете может произойти полное разрушение рабочего пространства.

Следует обратить внимание на иной принцип работы крепи, где массив играет роль ее элемента. Так, при штанговом креплении породный массив непосредственной кровли можно «сшить» или «пришить» к основной, а разбитый трещинами, но упрочненный массив будет работать как монолитная бетонная крепь и т.д.

4. Поддержание очистного пространства магазинированием руды

Магазинирование – накопление отбитого полезного ископаемого в очистной выработке. Ведется на всю высоту этажа (блока) – полное, или отдельными его частями – частичное (слоевое). Магазинирование применяется главным образом в качестве рабочей площадки в очистном пространстве для осуществления шпуровой отбойки руды. В этом случае перемещение отбитой руды протекает под действием собственного веса в виде выпуска с люковой погрузкой на откаточном горизонте. Поскольку при отбойке руда, разрыхляясь, увеличивается в объеме, то для сохранения нужных размеров рабочего пространства вынуждены организовать ее частичный выпуск в размере 30% от общего объема. При частичном магазинировании руда временно складируется на накатнике, расположенном на усиленной распорной крепи. Ее выпуск осуществляется после отбойки определенного количества слоев (обычно 3 – 4 слоя) путем перекатывания подвижных элементов устройства. Магазинирование применяется на залежах с углом падения свыше 55 градусов, мощностью до 3,реже 5 м с выдержанными элементами залегания и устойчивыми боковыми породами. Ограничивающий фактор – склонность пород к слеживанию и самовозгоранию.

Поддержание очистного пространства, как третий технологический процесс очистной выемки, осуществляется в основном за счет естественной (и сравнительно высокой) устойчивости руд и пород. Однако (что весьма существенно при полном выпуске) магазинирование руды предотвращает развитие вывалов пород и тем самым повышение разубоживания. Тем самым расширяется область применения систем с открытым очистным пространством при повышении производительности труда и снижении расхода крепежного материала на рабочие полки. Данный способ УГД является переходным к УГД посредством закладки, если полагать, что материал – отбитая руда и укладывается она – временно. Таким образом, можно укладывать и закладку временно, т. е. ее перепускать из блока в блок (обратите внимание!).

5. Поддержание очистного пространства посредством закладки

Закладка очистного и выработанного пространства открывает новые горизонты для применения технологии очистной выемки с открытым очистным пространством и статическим равновесием окружающего массива пород. Следует сегодня четко иметь представление о технологических достоинствах этого вида (семейства) способов УГД. Поскольку оно подчеркивает современные тенденции научно-технического прогресса в горной технологии. Однако трудно ознакомиться с многообразием технологических решений без представления о классификационных признаках и вариантах их исполнения. С этой целью воспользуемся в очередной раз приемом систематизации (см. табл. 8.12.).

Таблица 8.12. Системная характеристика поддержания очистного пространства закладкой

СТРУКТУРНЫЙ ПРИЗНАК	ВАРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ
1. Функциональное назначение	Поддержание окружающего массива в статическом напряженном состоянии: а – на всем выемочном участке б – в пределах отдельного элемента
2. Функциональная роль	а – рабочая площадка б – разделяющее перекрытие
3. Состояние очистного пространства	а – открытое пространство б - обрушенное
4. Характер взаимодействия с породным массивом	а – сухая закладка: воспринимает нагрузку при объемном сжатии б – мокрая закладка: воспринимает нагрузку при вертикальных обнажениях в – твердеющая закладка: воспринимает нагрузку при обнажениях снизу и боков
5. Порядок установки (укладки)	а – одновременная закладка б – последующая закладка
6. Вид транспорта закладочного материала до выемочной единицы	а – самотечный транспорт б – механизированный транспорт в - гидравлический транспорт г – пневматический транспорт д – комбинированный
7. Способ укладки закладочного материала в очистное пространство	а – самотечный б – механизированный в - инъекционный
8. Время функционирования (выполнения функции)	а – постоянная закладка б – временная закладка (магазинирование)
9. Закладочный материал	а – дробленые породы, б – хвосты обогащения в – дробленая руда г – лед д – «кораллы»

Необходимо внимательно изучить возможные сочетания указанных признаков, ознакомившись с краткой информацией, представленной ниже.

Сухая самотечная и механизированная закладка. Широко применяется при разработке крутопадающих и полого падающих месторождений. При самотечной сухой закладке закладочный материал транспортируется с поверхности различного вида транспортом, в пределах выемочной единицы - под действием собственного веса. Механизированная закладка осуществляется всеми видами подземного транспорта, применяемого на доставке полезного ископаемого.

В качестве материала используются: специально дробленые породы, порода от проведения выработок, песчано-гравийные смеси, отходы обогатительного и металлургического производств, породы от подрыва висячего и лежачего боков рудного тела.

Сухая закладка, ввиду дисперсности структуры материала, подвержена большой усадке и выполняет свою функцию лишь при полной изоляции и при объемном сжатии. Это накладывает определенный отпечаток как на порядок закладочных работ в блоке, так и на весь порядок очистных работ. Технологические характеристики сухой закладки повысятся, если материал после укладки смочить водой или вяжущим раствором. Закладка может производиться как в период очистных работ, т. е. в технологическом цикле процессов, так и по окончанию очистных работ в блоке или его элементе. В первом случае ее называют одновременной закладкой, во втором – последовательной. Несмотря на сравнительную простоту технологии и малую энергоемкость процесса, сухая закладка все же дорогая и поэтому применяется при высоком содержании и высокой ценности полезного компонента. А также при необходимости охраны поверхности от сдвижения.

Гидравлическая закладка основана на использовании потока воды для самотечного транспортирования по трубопроводам закладочного материала и заполнения им очистного или выработанного пространства. Для нее характерны все ранее выделенные классификационные признаки. Область применения весьма разнообразна. Но определяющими моментами являются: склонность материала быстро обезвоживаться, создавая плотный искусственный массив, способный, если надо, выдерживать нагрузку от забойного оборудования и обладать элементами устойчивости при боковых обнажениях. Гидравлическую закладку еще называют мокрой. Часто отмечают ее технологические достоинства в том, что не требуются вяжущие компоненты при хотя и ограниченных, но устойчивых вертикальных обнажениях.

В качестве материала идеальным признано считать чистый песок. Применяются также песковые фракции хвостов обогащения, гранулированные шлаки, дробленая порода крупностью до 40 – 100 мм и др.

Технология гидрозакладки сравнительно проста и недорогая. Однако серьезной проблемой признано считать – загрязнение выработок шламами и повышенные расходы на водоотлив.

Твердеющая закладка основана на использовании трубопроводного гидравлического и пневматического транспорта твердеющих закладочных смесей и заполнении ими очистного или выработанного пространства. Она имеет широкую область применения, но весьма дорогостоящая из-за необходимости использования вяжущих компонентов.

Твердеющие смеси имеют комплексный состав, включая следующие комноненты: вяжущее, вода затворения, заполнитель (крупный и мелкий), активизатор, пластификатор, замедлитель. Твердеющая закладка применяется как при открытом очистном пространстве, так и при наличии обрушенных пород. В последнем случае успешен инъекционный способ подачи вяжущего компонента в пространство с предварительно уложенным в нем крупным заполнителем, в качестве которого могут выступать и сами обрушенные породы. Технологические достоинства твердеющей закладки исключительно заманчивы. Низкая усадка искусственного массива, обладающего устойчивостью порой не меньшей, чем у естественного (природного) массива, открывают широкие возможности применения высокопроизводительной технологии добычи с открытым очистным пространством и с сохранением вмещающих пород в статическом равновесии. Предоставляется возможность решать обратную инженерную задачу – по рациональным (по технологическим соображениям) параметрам очистного пространства подбирать составы твердеющих смесей с нормативно заданными характеристиками по прочности, транспортабельности, усадке, пластичности и пр. Основные недостатки – высокая стоимость и технологическая сложность приготовления многокомпонентных твердеющих смесей.

6. Управление горным давлением обрушением вмещающих пород

Обрушение – сдвижение частей массива пород с потерей сплошности по отдельностям и трещинам. Оно наступает из-за ослабления сил сцепления между частицами массива, в результате чего последний переходит из состояния покоя в состояние движения. Применительно к УГД есть смысл выделить два способа обрушения: за счет сил гравитации – самообрушением и принудительное обрушение.

Самообрушение происходит при определенных площадях обнажения кровли, боков очистного и выработанного пространства. Стремятся характер и масштабы обрушения регулировать в возможных пределах, с учетом конкретной горно-геологической и горнотехнической ситуации. В этой связи можно еще раз обратить внимание на отличительные признаки порядка обрушения. Они связанные с характером перевода очистного пространства в выработанное, а именно, - непрерывный и прерывный, (т. е. непрерывно в период протекания процессов очистной выемки или в перерывы, после). Кроме этого выделим в первом случае масштаб обрушения, а во втором – разделение или без разделения отрабатываемого массива на слои. Эти разновидности расширяют область применения способа УГД с обрушением.

Принудительное обрушение осуществляется при помощи взрыва совокупности зарядов, чаще всего скважинных или минных. Если самообрушение экономично при неуправляемой кусковатости материала, то принудительное – трудоемкое и дорогостоящее при определенной возможности управлять кусковатостью. Принципы расчета параметров принудительного обрушения формируются на основе результатов исследований технологического процесса взрывной отбойки. Параметры самообрушения определяются согласно научным результатам в области теории горного давления на основе разрабатываемых гипотез. В данном случае применимы гипотеза волны опорного давления, гипотеза шарнирных блоков и др.

Согласно принципиальным положениям гипотезы волны опорного давления при подвигании очистного забоя типа лавы происходит первоначально обрушение лишь непосредственной кровли, а основная кровля, которая слагается из более прочных пород, зависает на определенный период подвигания очистной выемки. При этом впереди забоя (в прифронтовой зоне массива) формируется повышенное давление (по величине в три и более раз превышающее нормальное). По достижению определенных размеров консоль зависшей основной кровли самообрушается. Образуется шаг обрушения. Величину шага обрушения и значение опорного давления с некоторой вероятностью можно предопределить и тем самым предпринять инженерные меры, снижающие негативность явления. При отсутствии разделения кровли на непосредственную и основную - ситуация изменяется – формируется плавно перемещающаяся волна давления. Описанная ситуация характерна при разработке угольных пологопадающих месторождений.

По гипотезе шарнирных блоков, описывающей характер обрушения налегающих пород при разработке мощного пологопадающего медно-никелевого месторождения Норильск–1, имеет место обрушение налегающих пород в виде массивных блоков, которые при своем смещении несколько распираются, тем самым разгружают массив отрабатываемого блока. Подбор параметров блока, согласно объективно возможному шагу обрушения, позволяет снизить величину опорного давления в смежном подготавливаемом блоке и тем самым способствовать снижению затрат на ремонтно-восстановительные работы. С аналогичных позиций определяется и увязывается порядок ведения очистных работ на этаже или шахтном поле в целом.

При послойном обрушении в период очистной выемки на мощных крутопадающих месторождениях волна давления не формируется. По гипотезе Протодьяконова на участке в створе очистного забоя в виде заходки, за счет взаимного расклинивания обрушенных кусков пород, образуются временные (неустойчивые) своды обрушения. На призабойную деревянную крепь в виде оградительного мата и совокупности рам давит вес пород в контуре означенного свода. Зная условия такого сводообразования, представляется возможным определиться в параметрах крепления рабочего очистного пространства.