8.9. Расчёт толщины предохранительной подушки для защиты выработок от воздушного удара.

Во избежание динамических воздействий от обрушающихся пород, в том числе воздушных ударов, при применении систем разработки с массовым обрушением действующие выработки в отрабатываемом этаже или подэтаже не должны иметь прямого контакта с незаполненным выработанным пространством.

Сила травмирующего воздействия воздушного удара определяется двумя факторами: величиной избыточного давления воздуха на фронте волны и скоростью воздушного потока.

При давлении на фронте ударной волны 0.2-0.9 атмосферы человек получает лёгкую контузию, при 0.35-1.05 атм. – разрыв перепонки. Отсюда допустимое давление на фронте ударной волны – 0.1 атм. (10 кПа).

При скорости больше 25-35 м/с воздух срывает человека с места, отсюда допустимая скорость движения воздуха равна 15 м/с.

В соответствии с требованиями правил безопасности эти выработки должны быть защищены предохранительной подушкой из раздробленной горной массы.

Предохранительная подушка может быть образована тремя способами:

• за счёт заполнения выработанного пространства обрушенными породами;

• за счёт временного оставления в выработанном пространстве части отбитой руды (при недостаточном затекании ранее обрушенных пород);

• принудительным обрушением пород висячего бока на определённую высоту.

Способ образования предохранительной подушки и её толщина выбираются в зависимости от принятой под висячим боком системы разработки.

В специальном проекте на производство массового взрыва секции, расположенной под необрушенными породами висячего бока, должны быть предусмотрены:

• характеристика заполнения выработанного пространства обрушенными породами (см. рис.8.6.);

• оценка устойчивости обнажения покрывающих пород;

• выбор типа предохранительной подушки (рудной или породной) по условию экономически допустимого интервала времени между созданием рудной подушки и её доизвлечением (в условиях ОАО «Апатит» этот интервал оценивается в 4.5 года);

• расчёт необходимой толщины предохранительной подушки;

• выбор схемы и параметров частичного принудительного обрушения пород для создания предохранительной подушки необходимой толщины на момент прекращения выпуска руды.

Расчёт предохранительной подушки производится из условия, чтобы перепад давления воздуха в действующих выработках при массовом обрушении покрывающих пород не превышал допустимого значения 0.02 МПа.

Минимально необходимая толщина предохранительной подушки может быть определена из выражения:

для рудной подушки:

(8.17)

для породной подушки:

(8.18)

где – высота выработанного пространства;

. (8.19)

где – коэффициенты, учитывающие аэродинамическое сопротивление, соответственно, рудной (породной) подушки, обрушающихся пород и рудовыпускных выработок; – коэффициент, учитывающий степень изолированности подземной пустоты; – коэффициент, учитывающий прочие факторы (неравномерность толщины подушки и среднего диаметра куска слагающих её пород и т.п.) и резерв.

Численные значения коэффициента К₁ определяются из выражения:

, (8.20)

где f – коэффициент крепости породы (по шкале М.М. Протодьяконова), обрушенной для образования подушки; – средний диаметр кусков пород, слагающих подушку, м; (для рудников ОАО “Апатит” средний диаметр куска отбитой руды принимается =0.35-0.40 м; породы — =0.8-1.0 м).

Значение коэффициента , учитывающего аэродинамическое сопротивление обрушающихся пород, зависит от характера обрушения и состояния выработанного пространства. При самообрушениях свода над выработанном пространством = 0.4; в случае полного самообрушения основных пород с мгновенным выходом на поверхность  =0.9-1.0.

Коэффициент K₃, учитывающий аэродинамическое сопротивление рудовыпускных выработок, определяется из выражения:

, (8.21)

где S_секц– площадь отбитой секции, подлежащая защите от воздушного удара, м²; n – число выпускных отверстий по площади секции; Sв– площадь выпускного отверстия, м²; а – показатель степени, учитывающий характер обрушения: а = 1 при самообрушении свода и а = 1.7-2.0 в случае полного самообрушения.

Коэффициент , учитывающий степень изолированности выработанного пространства, принимают равным 0.8-1.0 (меньшее значение соответствует сбойке с пустотой у основания, а большее у кровли выработанного пространства).

Коэффициент , учитывающий прочие факторы (неравномерность толщины и кусковатости пород подушки), принимают равным 1.2-1.4 (большее значение соответствует значительной неравномерности толщины и кусковатости пород подушки).

Если в блоке уже имеется рудная подушка известной толщины, то толщина образуемой над ней породной подушки должна быть не менее

, (8.22)

где – толщина рудной подушки, м; – коэффициент разрыхления горной массы, слагающий породную подушку (  = 1.5).

Максимальная величина подработки покрывающих пород вкрест простирания l_п._доп, при которой ещё может обеспечиваться создание предохранительной подушки за счёт затекания ранее обрушенных пород (рис.8.22) определяется по формуле:

Р ис. 8.22. Расчётная схема к определению толщины предохранительной подушки при затекании пород.

, (8.23)

где – высота выработанного пространства на границе отбойки; φ – угол затекания пород (для условий ОАО «Апатит» φ = 50⁰); α – угол падения контакта рудного тела.

Если , то затекание пород обеспечивает необходимую толщину предохранительной подушки и частичного принудительного обрушения не требуется. (l_П – ширина фронта подработки вкрест простирания).

При необходимо принудительное обрушение части пород висячего бока одновременно с массовым взрывом в блоке. При этом необходимая высота обрушения пород _. определяется:

, (8.24)

где – фактическая толщина породной подушки на момент окончания выпуска породы из секции; – коэффициент разрыхления покрывающих пород.

Принудительное частичное обрушение пород висячего бока может быть осуществлено по схеме, изображенной на рис. 8.23.

Р ис. 8.23. Схема частичного обрушения пород при системе этажного обрушения

1–контур частичного обрушения пород.

Принудительное частичное обрушение пород в проектах массовых взрывов предусматривается до тех пор, пока соотношения величин подработки вкрест простирания l и длины фронта работ по простиранию L не достигнут критических параметров, соответствующих полному самообрушению пород над выработанным пространством.