CC BY
34
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 622.272.031:622.833.33
В.О. Торро, Н.Г. Сердобинцев, А. В. Ремезов
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ МОЩНОГО ПОЛОГОГО ПЛАСТА КАМЕРНОЙ СИСТЕМОЙ СЛОЯМИ
В НИСХОДЯЩЕМ ПОРЯДКЕ
Исследования были проведены при испытаниях экспериментальной технологической схемы при отработке пласта 1У-У в пределах горного отвода шахты Усинская участка со сложной конфигурацией (рис. 1). Целью исследований являлось установление характера деформации между-камерных целиков и кровли пласта, определение величины и скорости конвергенции «кровля -почва» и «борт - борт».
Пласт 1У-У имеет общую среднюю мощность 9,6м, залегает под углом 10-12° на глубине 150250м от дневной поверхности. Коэффициент крепости угля 0,8-1,5; предел прочности на сжатие -
10-14 МПа. Строение пласта сложное в 0,8-1,0м ниже кровли пласта расположен прослой углистого аргиллита мощностью 0,6-0,8м с коэффициентом крепости 1,5-2,0. В непосредственной кровле пласта залегают конгломераты (до 0,6м) и песчаники мощностью до 16м коэффициентом крепости 12-14. залегание конгломератов имеет линзообразный характер. В непосредственной почве залегают алевролиты мощностью 2-4м коэффициентом крепости 4-6 пределом прочности на сжатие 48-60МПа.
По пласту развиты трещины кливажа с элементами залегания двух основных систем: угол
Рис. 1. Выкопировка из плана горных работ пласта 1У-У шахта “Усинская»
Рис. 2. Параметры технологической схемы
падения 70-80°, азимут угла падения 140°: угол падения 75-85°, азимут угла падения 220°.
Дополнительную сложность, при отработке пласта слоями в нисходящем порядке на данном участке шахтного поля, представляет волнистая гипсометрия кровли. Это проявляется в виде наличия в кровле пласта ленточных размывов эпигенетического (руслового) характера.
Размывы представлены прочными соединениями галечников с песчаником. Глубина вклинивания размывов в пласт достигает 2,5 м, ширина размывов до 10 м. На отрабатываемом участке вклинивание 1,0 м, ширина 3-5 м.
Связь пород размыва с углем и породами кровли слабая, вследствие чего они при обнажении обрушаются (выпадают), создавая высокие нагрузки на крепь выработок, осложняя взаимо-
действие механизированных крепей с кровлей в очистных забоях.
Выемочные камеры (печи) №2 и №3 длиной соответственно 255 и 216 м пройдены от демонтажного штрека по восстанию пласта под углом 69° до западного вспомогательного уклона (рис. 1). Выемочный цикл включал две последовательные заходки шириной 4, длиной 2,5 и высотой 3 м. выемка осуществлялась комбайном ГПКС, крепление кровли сталеполимерными анкерами длиной 1,6 м, диаметром 20мм. Количество анкеров в ряду 6. Борта по мощности крепились на три сталеполимерных анкера длиной 2,2м (рис. 2).
Отработка оставшейся по мощности части пласта производилась от забойной ее части отступающим забоем участками длиной 40-50м с оставлением уступов и креплением бортов. Ши-
50_______________________________ҐОО_______________________________Г&О_______________________________300________________________¿.усгс
1 л \Ґср —
\Л& -0.2. ^/гсгс.
V- '"V.
’ *"
29.06. 30.06 /.О 2.07 . 3.0 7 . 07 . ^.07 . Є.07 . 7.07 &. 07 9.07
Мота
' '
І0.07 //. 07
£>атсг
Рис. 4. Смещение кровли в камере №2 впереди влияния отработки камеры №3,
зафиксированное самописцем
рина камеры на уровне первого слоя 8м, второго -7м и третьего слоя - 5м при высоте слоев 3,0-3,5м.
Для наблюдений за смещениями кровли и бортов камеры №2 были установлены и оборудованы семь наблюдательных станций (рис.1).
При отработке первого слоя были установлены самописцы перемещений СПН-72 на ПК-9, сигнализатор смещения кровли на ПК-9 +2м, реперные станции из контурных и глубинных реперов на ПК10 и ПК15. по мере отработки оставшейся по мощности части пласта были установлены реперные станции по бортам камеры.
При отработке камеры №3 были оборудованы семь наблюдательных станций, пять станций по длине камеры с интервалом 25-40м и две станции в сбойках.
Измерения смещений при отработке пласта
ІУ-У в камере №2 показали:
1. Смещения кровля-почва составили от 2мм (на участке выше монтажного штрека) до 30мм (на участке ниже монтажного штрека;
2. Смещение кровли происходило плавно со средней скоростью 0,3-0,5мм/сут. Смещение кромки бортов на уровне второго слоя достигало 9-12мм, а на глубине заделки анкеров (~ 2м) составило 1 -2мм;
3. Расслоений кровли на глубину 1,7-2,0м не зафиксировано.
Отработка пласта в камере №3 оказывала существенное влияние на проявление горного давления в камере №2. Величина и скорость смещения кровли и бортов в камере №2 начинали заметно возрастать впереди линии забоя по первому слою в камере №3 за 10-50м, достигали макси-
■а ¿у, &ЄО-
-
-5^0
&80-
■
2-^іг
2&о-
гею-
у я ¿у
у£>¿7 Ж¿7 <¿■¿7
^■¿7
-
\ Ел =
\ & 3 /
/
\ \ /
\ 7
—^¿5гт-3- £7 І
■ -1 - - 1 /) * 1
І / ¿/77. 3 ' <0^7£7-^> 3 >
£їт Ґ / -З*3' ^-/7£ЗіУ £ , '"¿'іволгу
- 1 - - ' 1
я о Ґ6 -уд.
24-
Є5-& з ¿7 УС>С7
Д гд 39 Л? Г-Г 24-
Г2СУ Ґ&& Ґ&о
р- ЗУ гя . £ £!
2~С7С7 _
>7 «>-г
ь-сгу /;дґ
Рис. 5. Величина смещения «борт-борт» на глубине закрепления анкеров в камере №2 в зоне влияния первого слоя камеры №3
Рис. 6. Смещение кровли в камере №3
мальных значений и продолжались позади забоя при его отходе до 100м.
Величина смещения кровли в камере№2 в зоне влияния забоя первого слоя камеры №3 составляла на станциях (рис. 3):
1. №0 0 196мм при средней скорости 5,0 и максимальной 7,86мм/сут.;
2. №1 - 157 мм при средней скорости 6,28 и максимальной - 8,86мм/сут.;
3. №2 - 193 мм при средней скорости 3,2 и максимальной - 5,91мм/сут.;
4 №3а - 16 мм при средней скорости 0,5 и максимальной - 0,86мм/сут.
На рис. 4 приведена непрерывная запись смещения кровли в камере №2 станции №2 при отработке первого слоя в камере №3.
На начало записи забой в камере №3 находился в 15м ниже станции №2 камеры №2. за период 29.06 по 10.07 в камере №3 была произведена отработка первого слоя до монтажного штрека. В начале этого периода смещение кровли происходило плавно с незначительной (0,09мм/ч) скоро-
стью, затем в течение 3,5-4,0 часов скорость смещения резко увеличилась до 1мм/час, затем уменьшилась до 0,4м/час, 0,2м/час и в конце указанного периода составила 0,13мм/час. Общее смещение кровли составило 50 мм, деформаций кровли не зафиксировано. В период отработки оставшейся по мощности части пласта в каме-ре№3 смещение кровли камере №2 продолжалось, но величина и скорость были значительно ниже. Общее смещение №2 при отработке пласта в камере №3 составило 276мм.
Смещение кровли в камере №2 вызвало смещение бортов внутри камеры. Величины смещения «борт-борт» на глубине закрепления анкеров (1,8-23,0м) в камере№2 в зоне влияния первого слоя камеры №3 составили по станциям (рис. 5):
№0 на уровне верхнего анкера 2 слоя 160мм;
№2 на уровне верхнего анкера 3 слоя 344мм;
№3а на уровне верхнего анкера 3 слоя 51мм, а на уровне верхнего анкера 2 слоя - 16мм.
В период отработки оставшейся по мощности части пласта смещение бортов внутри камеры
-ґї
V
' /
Рис. 7. Смещение борта в камере №3
продолжалось, однако, скорости их смещений были заметно ниже. Общая величина смещений «борт-борт» в камере №2 при отработке пласта камерой №3 составила по станциям «0» - 251мм, №2 - 364мм, №3а - 118 и 44мм. Величина скорости смещения бортов на уровне третьего слоя выше, чем 2 слоя.
При отработке третьей камеры в верхнем слое наблюдения за смещением кровли производились по самописцам перемещения кровли СПН-72, установленным на замерных станциях №1-5, установленных позади забоя на расстоянии №1 - 80м, №2 - 37м, №3 - 30м, №4 - 40м и №5 - 50м. Результаты измерений представлены на рис. 6. Из рис. 6 видно, что скорость смещения кровли во времени в момент прохождения камеры примерно одинакова на всем ее протяжении. Общее смещение кровли в камере №3 составило 57-146 мм в зависимости от расположения станции и длитель-
ности нахождения в эксплуатации. Смещение кровли происходило плавно.
Общая измеренная величина смещения кровли в камере №3 за время отработки пласта составила на станции №1 - 90мм, из которых 60мм за период отработки первого слоя, №2 соответственно 10975мм, №3 - 79-42мм, №4 - 44-8мм, №5 - 23мм за период отработки оставшейся по мощности части пласта, т.е. основное смещение кровли пласта происходит при выемке первого (верхнего) слоя мощного пологого пласта.
Скорость смещения (сближения бортов камеры в начальный период эксплуатации примерно одинаково, увеличилась несколько при длительной эксплуатации - более 60 суток (рис.7).
Деформации кровли в камере №2 были незначительны. При отработке первого слоя произошло 2-3 отслоения кровли площадью 0,4-9м2 на глубину 0,05-0,4м. отслоения произошли в местах зале-
Рис. 8. Поперечное сечение камеры №2 в районе станции №1 на момент окончания отработки камеры №3
гания в непосредственной кровле конгломератов линзообразного характера и геологического нарушения.
В дальнейшем, при отработке оставшейся, по мощности, части пласта и отработке пласта в камере №3 деформаций кровли не наблюдалось.
Деформации бортов в камере №2 происходили уже при отработке первого слоя.
Разрушение бортов происходило в основном в верхней части пласта по трещинам кливажа на глубину до 0,2-0,3м.
При отработке пласта в камере №3 смещение бортов слоями по плоскости напластования наблюдались по всей длине камеры №2 на величину до 0,3м. при этом наибольшим деформациям подверглись борта первого и третьего слоев. В первом слое вследствие отжима уголь разрушен на отдельные куски, в третьем слое деформацией - в основном напочвенная часть пласта на высоту 1,0-1,3м от почвы (рис. 8).
Деформация происходит в основном по трещинам кливажа с шагом 1,2-2,5м. Видимая глубина трещин достигает 2м. В камере №3 в начальный период отработки деформации кровли не отмечено.
Первые признаки деформаций проявились при отработке первого слоя на расстоянии до 140м. Исследования, проведенные с использованием индикаторных клиньев, показали, что ширина трещин со временем увеличивается и к концу отработки камеры ширина отдельных трещин достигала 14-20 мм с относительным вертикальных
смещений бортов трещин до 20-25 мм. Глубина трещин изменялась от 0,4 до 1,65 м.
Проведение исследовательских сбоек №1 и №2 позволило оценить глубину отжима бортов камеры. На момент проведения сбоек глубина отжима бортов камеры в верхней части пласта на расстоянии 1,5м от кровли составила 1,2-1,5м с потерей устойчивости верхней части борта.
Выводы
1. Возможна отработка мощных пластов с ограниченными запасами камерной системой разработки слоями в нисходящем порядке;
2. Смещение кровли в камерах в основном происходило плавно без скачков;
3. Основное смещение кровли происходило при выемке верхнего слоя (53-68%) при отработке пласта тремя слоями;
4. Резкое увеличение скорости и величины смещения кровли в камере отмечено при отработке верхнего слоя соседней камеры;
5. Скорость и величина смещения борта камеры при ее отработке были незначительны и достигали до 12мм. Они заметно возрастали впереди линии забоя по первому слою соседней отрабатываемой камеры за 10-50м, достигали максимальных значений и продолжались позади забоя при его отходе на 100м;
6. Наибольшей деформации подверглись борта первого и третьего слоев. В первом слое борт разрушался на отдельные куски на всю высоту слоя, в третьем - только напочвенной части.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Временные указания по управлению горным давлением в очистных забоях на пластах мощностью до 3,5 м с углом падения до 35° ВНИМИ. Ленинград, 1982,136 с.
2. Разработать предложения по управлению тяжёлой кровлей пласта 1У-У на шахтах Томусинского угольного района. Отчёт КузНИУИ. Ответственные исполнители Н. Г. Сердобинцев, С. Г. Дъяконов. Шифр работы 0592530000, Прокопьевск, 1989.
3. Указания по управлению горным давлением в очистных забоях под (над) целиками и краевыми частями при разработке свиты угольных пластов мощностью до 3,5 м с углом падения до 35°. ВНИМИ. Ленинград, 1984, 62 с.
4. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. ВНИМИ. Ленинград, 1982, 120 с.
5. Провести наблюдения за геомеханическим состоянием углепородного массива при отработке пласта 1У-У по камерной системе разработки в выемочном участке № 1 блока № 1. Отчёт КузНИУИ. Ответственные исполнители Н. Г. Сердобинцев, В. О. Торро. Междуреченск, 2001г.
□Авторы статьи:
Торро
Виктор Оскарович, ст. препод. каф. разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом филиала СибГУ в г. Междуреченске, тел. 905 071 7218
Сердобинцев Николай Григорьевич, инженер технического отдела ш. Ольжерасская-Новая, тел. 913 416 4153.
Ремезов
Анатолий Владимирович , докт.техн.наук, профессор каф. разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом КузГТУ. Email: [email protected]
