Процессы ПГР / Учебник / Раздел 1

35

1.3 Влияние целиков на характеристики пород

Эти явления вызывают различное состояние кровли в очистных забоях.

По степени опасности проявлений горного давления в очистных забоях выделяют три зоны: 1 – зона повышенной опасности (ЗПО); 2 – опасная зона (ОЗ); 3 – прогнозная зона (ПЗ).

За границу дальности влияния ЗПО, ОЗ и ПЗ принято такое расстояние (по стратиграфии) между влияющим и разрабатываемым пластами, при котором скорость подвигания лавы соответственно снижается на 30...35%, 20...25%, 10...15%. При этом снижается устойчивость кровли в лаве, увеличивается количество и высота вывалов, зажатие “нажёстко” секций механизированных крепей и др.

Влияние целиков и краевых частей, оставленных при отработке других пластов свиты, следует рассматривать как техногенный фактор, усложняющий условия отработки пластов и требующий учета чередования участков с более высокой и меньшей структурной прочностью породной толщи. Это явление можно оценивать как влияние переходных геомеханических процессов, в значительной степени усиливающих процессы разрушения пород кровли и почвы при выемке угольного пласта.

Согласно исследованиям Донуги, зоны влияния целиков угля и краевых частей смежных пластов включают в себе следующие участки:

• участки под (над) проекциями кромок целиков и краевых частей смежных пластов, которые характеризуются более низкой устойчивостью кровли как при подходе очистных забоев к ним, так и при работе под (над) целиком;

• участок “ядро” целика характеризуется ухудшением обрушаемости пород кровли и частичным снижением её устойчивости, либо улучшением обрушаемости и повсеместным снижением устойчивости.

1.3.2 Построение зон влияния целиков и краевых частей

Для прогнозирования опасных проявлений горного давления в зонах влияния целиков и краевых частей, отличающихся степенью изменения структурно-деформационных свойств вмещающих угольных пласты пород (ЗПО, ОЗ, ПЗ), Донуги предложена следующая методика.

На рис. 1.4 зона полной под(над)работки представляет собой разгруженную зону, в которой при отработке смежной лавы по пласту m₁ и m₃ не происходит дополнительной активизации сдвижения вмещ ающих пород. Это зоны упругого восстановления пород.

Зоны частичной подработки (надработки) по пластам m₁ и m₃ (l и l^’) охватывают концевые участки разгруженной зоны пласта m₂, где имеет место дополнительная активизация горного давления на пласте m₂.

Краевая часть пласта m₂ (l_o и l^’_o) испытывает повышенное горное давление и максимальные структурно-деформированное состояние пород кровли пластов m₁ и m₃.

Размер краевой части превышает ширину зоны опорного давления и определяется по формуле

, (1.9)

где m – вынимаемая мощность пласта m₂, м;

Н – глубина залегания пласта m₂, м;

K_o – коэффициент, учитывающий обрушаемость пород кровли, для A₁ – K_o=1,0; A₂ – K_o=1,15; A₃ – K_o=1,25.

При построении зон влияния целиков учету подлежат целики, размер которых по простиранию или падению превышает 0,1l_o.

Величина l_o является базовой для определения всех зон влияния целика или краевой части пласта m₂.

Согласно “Руководству по порядку и способу разработки пологих сближенных пластов” (Донуги, 1995) параметры на рисунке 1.4 определяются по формулам:

; (1.10)

; (1.11)

; (1.12)

. (1.13)

Дальность (стратиграфическая) прогнозируемых границ вероятных изменений структурно-деформированных свойств массива, характерных для зон ЗПО и ОЗ, при которых в обязательном порядке должны выполняться дополнительные технологические мероприятия по повышению устойчивости и улучшению обрушаемости, ограничивается в зависимости от глубины залегания целика или краевой части пласта согласно данным таблицы 1.7 и рисунка 1.5.

Таблица 1.7 – Зависимость дальности прогнозируемых границ от глубины залегания целика или краевой части пласта

Глубина залегания цели- ка или краевой части, м	Дальность границы, м
	в кровлю пласта			в почву пласта
	ЗПО N1	ОЗ N2	ЗПО N’1		ОЗ N’2
До 300	30	60	30		50
301-500	50	80	40		60
501-800	60	100	50		80
более 800	80	120	70		100

П рогнозная зона (ПЗ) составляет 1,2 величины опасной зоны (ОЗ).

В ЗПО снижение скорости подвигания лавы составляет более 30%, в ОЗ – до 25%, в ПЗ – до 15%, вследствие изменения устойчивости и обрушаемости пород кровли.

Ниже приводится пример построения границ зон влияния подрабатываемого параллельного целика для следующих исходных данных.

Д ва сближенных пласта с углом падения 10 разрабатываются в нисходящем порядке. На верхнем пласте оставлен целик шириной 20 м. Мощность этого пласта 1,0 м, глубина разработки 800 м. Расстояние между пластами 25 м. Категория пород кровли по обрушаемости разрабатываемого пласта A₂ (рис. 1.6).

1. По формуле (1.10) находим параметр а

2. По табл. 1.6 определяем границы влияния

3. На рис. 1.6 видно, что разрабатываемый пласт m₁ находится в зоне ЗПО (N₁>h).

Построение ведется в масштабе.

По пласту m₂ в обе стороны от целика откладываются отрезки длиной 20 м (параметр a для частичной надработки) и из их концов проводятся прямые под углом 65 к напластованию до пересечения с границей ЗПО. В нашем случае пласт m₁ находится в ЗПО целика пласта m₂ (дальность влияния ЗПО больше расстояния между смежными пластами). Из точек пересечения линии пласта m₁ и наклонной прямой находим границы ЗПО для данного пласта. Горизонтальное расстояние 28 и 40 м получено графически.

Если целик имеет переменную ширину, необходимо выполнить разрезы в нескольких сечениях и нанести на план горных выработок контур зоны влияние целика.

Установлено, что структурно зоны влияния целиков угля и краевых частей смежных пластов включают в себя следующие участки:

• участки входа (выхода) под целик характеризуются значительным снижением устойчивости кровли;

• участок под (над) центром целика или под (над) кромкой краевой части. Он занимает оставшуюся часть зоны влияния и характеризуется либо ухудшением обрушаемости и эпизодическим снижением устойчивости, либо улучшением обрушаемости и повышенным снижением устойчивости.

Иными словами, если породы кровли категории А_i и Б_i, на участке I (см. рис. 1.6), их характеристика будет как А_i, Б_i-1. На участке III – характеристика пород кровли аналогична. На участке II (под ядром целика) характеристика пород будет представлена как А_i+1 и Б_i-1.

В ОЗ на всех участках влияния целика или краевой части характеристика пород кровли будет отличаться только по устойчивости и будет характеризоваться как А_i, Б_i-1.

В ПЗ характеристика пород кровли аналогична ОЗ.

1.3.3 Прогноз состояния кровли при работе очистного забоя под (над) целиком или краевой частью

Для выявления момента начала проявлений горного давления, связанного с изменением структурно-деформационных свойств массива в зоне влияния целика угля или краевой части, и оценки эффективности мероприятий, применяемых для снижения интенсивности его проявлений, существует методика оперативного прогноза состояния породного массива в очистном забое.

При оперативном прогнозе оценивают состояние кровли и наблюдают за раздвижностью крепи очистного забоя.

Критерии оценки состояния кровли следующие.

1. Определяется нарушенность кровли вывалами (К_в)

, м, (1.14)

где S_в – площадь вывалов из кровли очистного забоя, м²;

V – объем вывалов, м³;

S_o – площадь участка, на котором наблюдается состояние кровли по длине лавы, м².

При этом не учитываются вывалы высотой до 0,1 м, если они не влияют на работу крепи в лаве.

Ширина полосы наблюдения выбирается кратной ширине верхняка мехкрепи или равной длине рештака конвейера при индивидуальной крепи.

Наблюдения за кровлей ведут в зоне влияния целика и вне этой зоны для сравнения результатов поведения кровли и изменения структурно-деформационных свойств кровли при выемке угля под (над) целиком.

2. Определяется нарушенность кровли уступами (К_у)

, м^-1, (1.15)

где l_у – длина уступа, м;

h_у – высота уступа, м;

m_в – вынимаемая мощность пласта, м.

Измеряют l_у и h_у только в пределах выемочных полос, так же, как и измерение площадей вывалов.

3. Определяется нарушенность кровли трещинами (К_т)

, м^-1, (1.16)

где – суммарная длина трещин по выемочной полосе, м.

Увеличение суммарной длины трещин или их количества в пределах полос наблюдения свидетельствует об увеличении интенсивности проявлений горного давления.

На каждой полосе наблюдения определяются все три коэффициента.

Среднее значение коэффициентов до входа очистного забоя в зону влияния целиков является контрольным.

В дальнейшем, если хотя бы один из коэффициентов возрастает в 1,5 раза относительно его контрольного значения на любом из участков наблюдения, это считается явным проявлением влияния целика либо краевой части и требует немедленного осуществления запланированных мероприятий по улучшению устойчивости и обрушаемости пород кровли.

4. Наблюдения за запасом раздвижности и податливости крепи в очистном забое проводятся параллельно с наблюдениями за состоянием кровли в пределах каждой из полос, но обязательно по призабойному и посадочному рядам крепи.

Запас раздвижности стойки (h_к) перед ее снятием или передвижкой в новое положение должен быть больше запаса раздвижности, необходимого для ее разгрузки (не допустить посадки “нажестко”), т.е.

h_к>d, (1.17)

где d – запас раздвижности стойки на разгрузку, мм, d=30...50 мм.

Запас раздвижности стойки после ее установки (h_н) должен соответствовать неравенству

h_н>h_к+d. (1.18)

Если h_н<h_к+d, то необходимо осуществлять мероприятия по увеличению раздвижности стоек.

В связи с этим следует систематически сравнивать раздвижность стоек в конце цикла с раздвижностью в начале цикла.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Каковы причины раскрытия и образования различных трещин в породах кровли?

2. Как влияет трещиноватость пород кровли на ее устойчивость, обрушаемость и отжим угля в пласте?

3. Что понимается под устойчивостью нижнего слоя пород кровли?

4. При каких категориях устойчивости нижнего слоя кровли при пологом залегании пластов не требуются мероприятия по повышению ее устойчивости? Почему?

5. Какие мероприятия применяются для повышения устойчивости нижнего слоя пород почвы (по табл. 1.2)?

6. Какие мероприятия используются для повышения устойчивости пород кровли на пологом падении пласта (по табл. 1.1)?

7. Назовите условия формирования процесса сползания пород на крутом падении и перечислите мероприятия по предотвращению сползания боковых пород.

8. Каковы классификационные признаки пород кровли по устойчивости на крутом падении?

9. Каковы классификационные признаки пород кровли по обрушаемости на пологом падении?

10. Перечислите мероприятия по обеспечению способа управления кровлей полным обрушением для различных категорий пород по обрушаемости на пологом падении.

11. Каковы классификационные признаки пород кровли по обрушаемости для различных классов боковых пород на крутом падении?

12. Какие технологические задачи можно решать, зная категорию пород по устойчивости и обрушаемости?

13. Дайте основные технологические характеристики угольных пластов.

14. Объясните, чем обусловлено уменьшение сопротивляемости угля резанию в призабойной части пласта.

15. Приведите параметры зон влияния целиков на состояние вмещающих угольные пласты пород.

16. В чем заключаются принципы построения зон влияния целиков на устойчивость и обрушаемость пород кровли разрабатываемого пласта?

17. Каковы критерии оценки состояния кровли в зонах влияния оставленных целиков?