Технологические характеристики пород вмещающих угольные пласты Устойчивость обнажений пород непосредственной кровли (нижнего слоя) и почвы (верхнего слоя)

Кливаж пород – это трещины основной природной трещиноватости имеют выдержанное направление и расположены параллельно друг другу. Трещиноватость определяет устойчивость обнажений.

Устойчивость – это свойство горных пород образовывать недеформирующиеся обнажения при ведении очистных работ.

Устойчивость определяется способностью не разрушаться при обнажении под действием собственного веса и внутренних напряжений в лаве. Устойчивость пород кровли зависит от технологии крепления и частоты трещин

Обрушаемость пород кровли в выработанном пространстве

Обрушаемость - способность пород кровли самообрушаться со стороны выработанного пространства лавы при отсутствии опоры. Существуют первичные обрушения – посадка кровли в выработанном пространстве на определенном расстоянии отхода лавы от разрезной печи и периодические – по мере движения очистного забоя.

Пологое и наклонное падение

Обрушаемость пород кровли зависит от литологического состава и значения коэффициента крепости пород по проф. М.М.Протодьяконову; значения геомеханического критерия (конвергенции на 1 м ширины призабойного пространства, шага первой посадки и последующих осадок массива пород, а также технологии (способы управления кровлей, сопротивления крепи и др.).

Классификация пород кровли по обрушаемости дает: 1) возможность рекомендовать способы управления горным давлением, 2) мероприятия по применению наиболее экономичного способа управления кровлей полным обрушением (табл. 2).

Класс пород кровли по обрушаемости позволяет использовать рекомендации по применению наиболее эффективного способа управления горным давлением в очистном забое (управление кровлей в выработанном пространстве).

Таким образом, принятые в настоящее время классификационные признаки вмещающих угольные пласты пород дают возможность прогнозировать следующие технологические решения при выемке угля:

0. По обрушаемости пород – выбор способа управления кровлей и технические мероприятия по его выполнению.

1. По устойчивости нижнего слоя кровли – принятие шага расстановки крепи в лаве, тип механизированного комплекса и мероприятия по повышению устойчивости пород в призабойном пространстве с целью предотвращения обрушений и вывалоообразований.

2. По устойчивости почвы – определение способа удержания применяемого оборудования, в том числе и крепи с учетом ее силового воздействия, и проведение мероприятий по снижению удельных нагрузок на почву и предотвращению сползания пород на крутом падении угольных пластов

   Горно-геологические и технологические характеристики угольных пластов.

Угольный пласт – это залежь, ограниченная двумя параллельными поверхностями вмещающих ее пород относительно выдержанной мощности и имеющая значительное по площади распространение в земной коре.

Исторический опыт подземной добычи угля показывает, что достаточно полное представление об условиях горных работ дают геологические и горнотехнические характеристики угольного пласта:

• мощность пласта;

• угол падения пласта;

• сопротивляемость массива угля резанию;

• крепость, устойчивость и обрушаемость боковых пород пласта;

• склонность угля пласта к самовозгоранию;

• газоносность пласта и его боковых пород;

• водоносность пласта и его боковых пород;

• температура пласта и боковых пород.

При отсутствии по мощности пласта породных прослоек пласт называется однородным по сложению, при наличии их – сложным.

Для описания мощности пласта используют понятия общей, полезной и вынимаемой мощности .

Общая мощность - это суммарная толщина пласта от почвы до кровли, включающая угольные и породные пачки.

Полезная мощность - это суммарная толщина только угольных пачек пласта.

Вынимаемая мощность - это извлекаемая часть общей мощности пласта. От мощности пласта зависит технология его извлечения, вид применяемого при этом оборудования, интенсивность и концентрация горных работ.

Мощность пластов изменяется в широком диапазоне (от долей метра до десятков метров) и это обуславливает необходимость классификации пластов по мощности, которая предусматривает следующие группы:

• весьма тонкие пласты (общая мощность ≤ 0,7м);

• тонкие пласты (общая мощность 0,71м  m  1,2м);

• пласты средней мощности (общая мощность 1,21–3,5 м)

• мощные пласты (общая мощность свыше 3,5 м).

Практика показала, что наиболее комфортные условия горных работ и наиболее полное решение проблемы горного производства достигаются при разработке пластов средней мощности.

Колебание мощности по длине лавы и в пределах выемочного поля

, %.

При m=15% пласт считается выдержанным по мощности, при m>15% – невыдержанным.

Средняя мощность пласта вдоль лавы

.

Для выбора механизированного комплекса существует следующая классификация мощности: тонкие (0,7...1,2 м), средней мощности (1,21...2,5 м), мощные (2,51...5 м).

Для обеспечения максимального приспособления горных работ к условиям подземной добычи угольные пласты по углу падения делят на следующие группы;

• пологие (угол падения до 18);

• наклонные (19-35);

• круто наклонные (36-55);

• крутые (56-90);

Пологие пласты с углом падения до 2-3º условно считают горизонтальными. Среди пологих пластов также выделяют подгруппу с углом падения до 10º.

Рис. 2. Классификация угольных пластов по углу падения: а – горизонтальное и слабонаклонное залегание пласта (=0…2); б – пологое (=3…18) и наклонное (=19…35) залегание пласта; в – крутонаклонное (=36…55) и крутое (>55) залегание пласта; 1 – кровля пласта; 2 – почва пласта; 3 – висячий бок; 4 – лежачий бок; 5 – угольный пласт.

Проектирование и эксплуатация механизированных комплексов осуществляется для углов падения: до 18 – пологое падение, 18...35 – наклонное, более 35 – крутое.

Угол падения определяет технологию его разработки: 1) до 12 разрабатываются лавами как по простиранию, так и по падению (восстанию); 2) от 13 до 18 – только по простиранию, но при таких же средствах механизации; 3) при углах 19...35 механизированные комплексы должны иметь специальные связи для предотвращения сползания.

Под сопротивляемостью резанию понимают способность углей противостоять воздействию при его разрушении механическими средствами.

Сопротивляемость углей разрушению зависит от природных и горнотехнических факторов.

Природные – степень метаморфизма, трещиноватость, строение пласта, крепость и др.

Горнотехнические – ширина призабойного пространства, тип и плотность крепи, способ управления кровлей, глубина захвата, скорость подвигания лавы, направление и способ выемки и др.

Степень метаморфизма определяет крепость, твердость угля. Малометаморфизованные – вязкие, высокометаморфизованные – большее твердые.

Значительно снижает сопротивляемость угля разрушению наличие отжима в призабойной зоне.

Наличие трещин и отжима, прослоек породы в угольном пласте и др. определяют сопротивляемость угля резанию.

Различают (А) в неотжатом массиве А и в призабойной зоне (в отжатом массиве) – А_пр.

Существует три категории: А₁<1,8 – слабые; 1,8А₂3 – средние; А₃3 – крепкие. , где к – коэффициент отжима

Коэффициент отжима зависит от мощности пласта (m) и глубины захвата (r) (для условий Донбасса)

.

Он также зависит от жесткости крепи, ее сопротивления (Р)и ширины призабойного пространства ,

где а, в, с – коэффициенты, зависящие от марок угля.

Чем больше ширина призабойного пространства (l, м), тем меньше сопротивляемость угля резанию. При увеличении жесткости крепи отжим уменьшается. Чем меньше мощность пласта, тем меньше отжим угля.

Работа исполнительного органа в зоне отжима обуславливает минимальное энергопотребление.

Дополнительные характеристики залегания угольного пласта связаны с деформациями, которым он подвергся в процессе формирования и складкообразования. Деформации угольного пласта именуют геологическими нарушениями:

а) пликативными (без разрыва сплошности породной толщи) – складчатые нарушения, местные вздутия, утонения, выклинивания и размывы пласта (рис. 3 );

б) дизъюнктивными (с разрывом сплошности породной толщи) – сбросы, взбросы, надвиги (рис. 4 ).

Геологические нарушения приурочены, в основном, к зонам перегиба слоев осадочных пород. Если складка в зоне перегиба ориентирована выпуклостью вниз, то ее называют - синклиналью. Складка выпуклостью вверх - антиклиналь.

В общем случае геологические нарушения имеют произвольное направление своего проявления и значительно осложняют извлечение угля из недр.

Технологическая переходимость (П) разрывных нарушений оценивается относительной амплитудой смещения пласта

,

где h – максимальная амплитуда смещения пласта, м; – мощность пласта в нарушении, м.

При П<0,5 наблюдается легкопереходимое для механизированных комплексов нарушение; 0,5П<1 – труднопереходимое; П1 – непереходимое.

Рис. 3. Пликативные нарушения: а – размыв пласта; б – расщепление пласта; в – складки пласта: синклиналь (А), антиклиналь (Б).

Рис. 4. Дизъюнктивные геологические нарушения пласта: а – сброс; б – взброс; в – сдвиг.