7

Лекция №2 (дата .09.12)

Технологические характеристики пород и угольных пластов

Основными свойствами массива являются устойчивость пород в призабойной зоне очистного забоя, их обрушаемость в выработанном пространстве, трещиноватость, расслоение и др.

Способность массива проявлять свои свойства при ведении горных работ – это и есть технологические характеристики пород и угольных пластов.

Качественные и количественные значения этих свойств определяются горно-геологическими условиями и собственно технологией ведения горных работ.

Технологические характеристики вмещающих угольный пласт пород

Горный массив по нарушенности, слоистости, сочетанию пород по напластованию и другим признакам может иметь самую разнообразную структуру: от однородной до очень сложной. Именно поэтому для выполнения различных расчетов необходимо использовать структуру конкретного участка шахтного поля с известными физико-механическими характеристиками пород.

Относительно угольного пласта вышележащие породы разделяются на ложную, непосредственную и основную кровли, непосредственную и основную почвы.

Ложная кровля – слой породы, залегающий непосредственно над пластом угля, обрушающийся вслед за выемкой и имеющий очень низкую устойчивость.

Непосредственная кровля – это один или несколько слоев пород, залегающих над пластом, которые в призабойном пространстве после обнажения определенное время не обрушаются. Непосредственная кровля характеризует устойчивость пород очистного забоя.

Основная кровля – это мощный слой или несколько слоев над непосредственной кровлей. Шаг обрушения этих слоев со стороны выработанного пространства значительно больше, чем у пород непосредственной кровли.

Силу горного давления в призабойном пространстве лавы, главным образом, определяют свойства основной кровли.

Надежность технологических процессов по выемке угля определяется проявлениями горного давления в лаве и в выработанном пространстве.

Непосредственная почва – это толща пород, залегающая непосредственно под угольным пластом. Со свойствами непосредственной почвы связаны явления пучения, сползания (это явление возникает только на крутых пластах) и вдавливание в почву крепи.

Основная почва – это толща пород, залегающая ниже непосредственной почвы.

Горное давление – это силы, возникающие в массиве и проявляющиеся в виде сдвижений, деформаций и разрушений вмещающих пород, изменений нагрузок на крепь и массив угля.

Одним из главных последствий проявления горного давления является трещиноватость массива, определяющая виды и формы разрушения пород кровли.

Трещинообразование и разрушение пород кровли

В результате выемки угольного пласта происходит изменение напряженного состояния породного массива (кровля-почва) в окрестности очистной выработки.

Нарушается сплошность массива пород непосредственной кровли, происходит раскрытие трещин по напластованию (расслоение на отдельные пачки), при этом возможно высыпание пород в призабойное пространство.

Затем происходит разрушение вмещающих пород в основной кровле, участвующей в проявлении горного давления, как в призабойной части пласта, так и в выработанном пространстве. При слабых вмещающих породах чаще всего происходит сводообразное обрушение кровли, а при более крепких – отделение от кровли породных плит и блоков, зависающих над крепью. Суммарное проявление смещений массива и раскрытие слоевых трещин приводят к вывалам кровли. При незначительной мощности непосредственной кровли и крепких породах основной кровли возможны их осадки по вертикальным к напластованию трещинам, которые при больших смещениях вызывают посадку крепи “нажестко”.

Устойчивость горных пород в значительной степени зависит от природной трещиноватости. По своему происхождению трещины разделяются на эндогенные, появившиеся в результате генезиса (усадки вещества), и экзогенные, являющиеся результатом тектонических процессов.

Эндогенные трещины в угольных пластах и вмещающих их горных породах обычно образуют две взаимно перпендикулярные, хорошо прослеживающиеся системы трещин, называемых кливажом.

Основной кливаж обычно параллелен простиранию пласта, а торцевой – падению. Трещины характеризуются протяженностью и шириной раскрытия.

Эндогенная трещиноватость характерна также для пород, вмещающих угольный пласт. Обычно кливажи трещин направлены под углом к плоскости напластования пород.

Критерием трещиноватости можно считать отношение расстояния между трещинами к мощности породного слоя.

Наибольшая трещиноватость характерна для глинистых и песчано-глинистых пород. Наименьшая трещиноватость – для известняков. Таким образом, трещиноватость зависит от крепости пород, т.е., чем крепче породы, тем менее они трещиноваты.

Экзогенные трещины образовали в горных породах относительно упорядоченную систему, называемую кливажной. Кливажные трещины направлены под углом к плоскостям напластованию. При ведении горных работ породы, прежде всего, разрушаются по кливажу в форме параллельных отдельностей различной толщины.

В результате нарушения естественного состояния равновесия при ведении горных работ образуются технологические трещины, достаточно не упорядоченные в пространстве. Критерием такой трещиноватости является густота трещин – число трещин на 1 м² обнаженной площади массива или среднее расстояние между ними.

Во время выемки угля в лаве происходит образование различных видов трещин. Их вид и размер зависят от литологического состава пород кровли, их крепости и мощности, глубины залегания пласта, направления кливажа, его выраженности и др. и в свою очередь, обуславливают устойчивость и обрушаемость обнаженного массива, высыпание, вывалообразование и т.п. Технологические процессы в очистном забое (выемка, крепление) предотвращают или провоцируют эти проявления.