41

Тема 8. Управление геомеханическими процессами при системах с обрушением полезного ископаемого и вмещающих пород. 2 часа лекций + 4 часа практических занятий.

Общие сведения. Факторы, определяющие характер сдвижения и обрушения пород. Условия устойчивого состояния земной поверхности при разработке месторождений. Закономерности развития процессов сдвижения горных пород. Основные закономерности процессов обрушения пород. Параметры процессов обрушения пород. Взаимосвязь обрушения пород с опорным давлением. Снижение опорного давления и предотвращение его вредного воздействия. Расчёт толщины предохранительной подушки для защиты выработок от воздушного удара. Предрасчёт объёмов обрушения пород. Правила безопасного ведения работ при системах разработки с обрушением.

8.1. Общие сведения.

Сущность этого способа разработки заключается в том, что вслед за выемкой полезного ископаемого сразу или с некоторым отставанием налегающие породы обрушаются под действием собственного веса или принудительно. Характерной особенностью всех систем с обрушением является сплошная отработка шахтных полей без оставления внутриблоковых, междублоковых и междуэтажных целиков. При некоторых вариантах систем допускается лишь временное оставление целиков (двухстадийная выемка), которые погашаются сразу после отработки камеры. Такой порядок выемки необходим для создания благоприятных условий самообрушения вышележащих пород, в результате которого снижаются нагрузки на краевые зоны массива руды.

Системы разработки с обрушением (столбовые системы, слоевое обрушение, подэтажное обрушение, этажное самообрушение, этажное принудительное обрушение) обычно применяют при разработке мощных месторождений в неустойчивых, склонных к обрушению, породах, когда допускается сдвижение и обрушение земной поверхности.

При любых вариантах систем между очистными выработками и обрушающимся породным массивом должна постоянно сохраняться значительного объема предохранительная "подушка" из отбитой руды и обрушенных пород для защиты выработок от воздушного удара.

Все системы с обрушением вызывают сдвижение или обрушение земной поверхности и характеризуются постоянным нарастанием опорного давления на пограничный с обрушающимися блоками рудный массив до тех, пор, пока не произойдет посадка подработанной толщи пород.

Таким образом, управление геомеханическими процессами при системах разработки с обрушением вмещающих пород заключается в целенаправленном изменении параметров систем разработки, в частности, последовательности и шага обрушения пород, величины опорного давления на краевую часть массива, толщины предохранительной подушки и объёмов обрушающихся пород.

8.2. Факторы, определяющие характер сдвижения и обрушения пород.

На развитие процесса обрушения налегающих пород влияют:

• строение налегающих пород;

• физико-механические свойства налегающих пород;

• условия залегания;

• применяемые системы разработки;

• интенсивность и концентрация очистных работ;

• соотношение пролета подработки и глубины залегания месторождения.

Перечисленные факторы, можно разделить на две большие группы: горно-геологические и технологические.

Горно-геологические факторы. Из них следует выделить следующие: мощность рудного тела (залежи, пласта, жилы), угол падения, глубину работ, площадь распространения, механические свойства и структурные особенности массива пород, гидрогеологические условия месторождения, рельеф местности и др.

При отработке рудных тел их мощность и площадь оказывают существенное влияние на характер и величину сдвижения налегающих горных пород. Практикой установлено, что чем они больше, тем значительнее распространение зон сдвижения и обрушения пород, больше величина оседания и обрушения земной поверхности, выше скорости деформирования пород.

Углы падения отрабатываемых рудных тел влияют на картину формирования зон сдвижения и обрушения, на форму и, прежде всего, симметричность, а также параметры мульд на поверхности.

Отмечается обратная зависимость величин деформаций земной поверхности от глубины разработки. При малой мощности залежи (пласта) и значительной глубине работ опасные сдвижения пород могут не достигать поверхности (безопасная глубина разработки). Опорное давление и зона его распространения увеличиваются пропорционально глубине, а перенапряжения пород бывают причиной горных ударов.

Свойства пород и их структурные особенности определяют механизм происходящих деформаций, их склонность к пластическому течению или хрупкому разрушению; трещиноватый массив однородного строения и слоистая толща пород при отработке деформируются и разрушаются неодинаково. Геологические нарушения значительно изменяют характер происходящих механических процессов.

Гидрогеологические условия, определяющие степень увлажненности пород месторождения, влияют на их пластические свойства. Облегчается сдвижение отдельных слоев или участков массива по контакту обводнения пород (особенно глинистых). Вследствие этого могут существенно изменяться углы сдвижения, скорости деформирования, формы и площади мульд сдвижения и обрушения земной поверхности.

Существенные коррективы в картину сдвижения и обрушения пород вносит рельеф местности (гористый или равнинный). Если для равнинного рельефа характерны более правильные формы оседания и обрушения поверхности, то для гористого — они определяются конкретным расположением гор и долин. Здесь могут иметь место деформации и обрушения подрабатываемых участков по плоскостям ослаблений и геологических нарушений, при увлажнении наблюдаются оползневые явления.

Технологические факторы. Зависят от деятельности человека, и в отличие от горно-геологических факторов не остаются неизменными; их воздействие можно регулировать. Из основных технологических факторов следует отметить: применяемую систему разработки или способ управления горным давлением, порядок ведения горных работ, интенсивность и концентрацию очистной выемки, размеры отрабатываемых участков (шахтных полей), методы ведения взрывных работ и др.

Вообще говоря, способ управления горным давлением определяет класс применяемой системы разработки и оказывает самое существенное влияние на состояние подрабатываемого массива горных пород. При системах с обрушением предусматривается постоянное, вслед за выемкой руды, обрушение подрабатываемых пород. От порядка отработки месторождения зависит характер деформаций пород, очередность их сдвижения и обрушения, образование мульд на поверхности. Правильно выбранный порядок может обеспечивать непрерывность деформирования и плавность посадки пород. От интенсивности выемки зависит скорость нарастания деформаций, появление в толще трещин и разрывов.

Размеры отрабатываемых участков (шахтных полей) оказывают существенное влияние на процесс смещения и обрушения пород. При небольших размерах месторождений и большой глубине работ могут иметь место опасные зависания подрабатываемых пород, угрожающие внезапной посадкой.