CC BY
50
УДК 622.272 И.И. Кайдо
ОСОБЕННОСТИ ОХРАНЫ ЦЕЛИКАМИ ПОДГОТОВИ ТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ЗОНАЛЬНОЙ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ МАССИВА
Описаны особенности охраны целиками подготовительных выработок при зональной дезинтеграции массива на основании исследований процессов деформирования и разрушения выработок в пласте Байкаимском гидрошахты «Инская».
Ключевые слова: Горная выработка, охрана целиками, массив горных пород, зональная дезинтеграция, напряженное состояние.
Современная прогрессивная концепция подземной добычи угля предполагает максимальную концентрацию горных работ по схеме "шахта-лава". Реализация такой технологической схемы сопряжена с необходимостью обеспечения не только грузопотоков, но также и проветривания подготовительных выработок и очистного забоя. Сложности проведения и поддержания подготови-тельных выработок большого сечения предопределили целесообразность многоштрековых схем подготовки
выемочных столбов. Предлагаются трех- и четырехштрековые схемы с оставлением целиков угля для охраны выработок от вредного влияния опорного давления [1,2 ]. Поскольку в настоящее время недостаточно проводится исследований по геомеханическому обоснованию параметров системы целиков, охраняющих подготовительные выработки на всех этапах ведения горных работ. В связи с этим очевидна целесообразность разработки методических подходов с использованием современных представлений геомеханических процессов, учитывающих явление зональной дезинтеграции [3-8], а также результаты исследований, выполненных раннее в институте ВНИИгид-роуголь для обо-снования параметров короткозабойной гидравлической технологии [9-10].
Результаты комплексных исследований проявлений горного давления в выемочных выработках на пласте Байкаимский (рис. 1), в значительной степени могут дать представление о геомеханиче-ских процессах
Рис. 1. Схема участка экспериментальных исследований проявлений горного давления в выемочных выработках в пласте Байкаимский
в целиках, охраняющих подготовительные выработки при многоштрековой
Рис.3. Схема расположения вентиляционной скважины в целике (А) и результаты оценки глубины и размеров зоны разрушения контура скважин (Б) в уступной (а), средней (б) и нижней (в) частях рабочей зоны в начальный период (сплошные линии) и при подходе очистного фронта (штриховые линии). 0, I, II, III - зоны дезинтеграции 212
подготовке высокопро-изводительных комплексномеханизированных очистных забоев.
Результаты визуальных наблюдений и регистрации параметров разрушения вентиляционных скважин позволили зарегистрировать явление зональной дезинтеграции вокруг скважин (рис. 2) и в целиках (рис. 3).
Интенсивность горного давления в пределах рабочей зоны имеет максимальное значение в уступной части (а) вследствие совместного влияния выработанных пространств, расположенных по восстания и по простиранию пласта. Среднее значение указанных величин наблюдается в средней части (б), где имеет место влияние только выработанного пространства, расположенного по простиранию пласта.
Минимальное опорное горное давления формируется в нижней части (в), где проявляется влияние поддерживающего эффекта гра-
Рис. 4. Геомеханические условия, в которых проявляется явление зональной дезинтеграции
ницы пласта с выработанным пространством, проходящей по целику, охраняющего аккумулирующий штрек.
Для оценки геомеханических условий (глубины горных работ) реализации явления зональной дезинтеграции в ра-
боте [4] предложена формула 1, которая иллюстрируется серией графиков (рис.4). Раннее, в работе [11], на основании результатов исследований на пласте Байка-имском гидрошахты «Ин-ская» была предложена классификация условий по гео-механическому критерию
(формула 2), частный случай которой при прочности угля 10 МПа представлен также на рис. 4.
Н> 8р £р.н./[2 у(1-2у)(к -1,5 -Ес/ Еу)], (1)
4= уН/Яс,
(2)
где Н - глубина горных работ; вр - растягивающих деформаций; 8р.н. -величина относительной предельной деформации растяжения пород; у - объёмный вес пород; V - коэффициент Пуассона; к - коэффициент концентрации напряжений; Ес - модуль сжатия; Еу - модуль уп-
Рис. 5. Изменение модуля деформации в целиках, охраняющих выемочные печи в зависимости от расстояния до границы с выработанным пространством: 1 - 56 м; 2 - 44 м; 3 - 32 м; 4 -
10 м; 5 - 10 м при подходе очистного забоя ; 0, I, II, III - номера зон дезинтеграции
Рис. 6. Изменение распределения напряжений в целиках печи в зависимости от расстояния до границы с выработанным пространством: 1 - 56 м; 2 - 44 м; 3 - 32 м; 4 - 10 м; 5 - 10 м при
подходе очистного забоя; 0, I, II, III - номера зон дезинтеграции
ругости; Я - предел прочности при одноосном сжатии.
При q < 0,5 реализуется равномерное всестороннее сжатие массива в радиальном направлении к центру (оси) выработки за счет подвижности его структурных элементов.
Если 0,5 < q < 1,6, то подвижность структурных элементов массива исчерпывается и начинается разрушение элементов вблизи выработки при-водящее к сглаживанию её контура и формированию фиктивного кругового контура радиусом г0.
При q = 1,4 -1,6 формируется первая зона дезинтеграции.
При q > 1,6 формируются последующие зоны дезинтеграции.
Инструментальными исследованиями методом разности давлений с использованием скважинных гидравличе-
ских датчиков на пласте 26а шахты «Юбилейная» на глубине около 300 м установлено изменение несущей способности угольных целиков шириной 10 м в зависимости от их удаленности от границы с выработанным пространством (рис. 5), а также изменение напряжений в целиках (рис. 6). Как показал анализ этих результатов целики шириной 10 м (при мощности пласта 2,5 м) деформируются опорным давлением с образованием в средней части несущего ядра, где уголь находится в объёмном напряженном состоянии и способен сохранять несущую способность значительно превышающую прочность на одноосное сжатие. Однако, исследование конвергенции выработок методом контурных и глубинных реперов установлены величины смещений, характеризующие состояние выработок как неустойчивое (рис. 7 и 8).
Рис. 7. Развитие смещений контура выемочных штреков в зависимости от расстояния до нарезного забоя, расположенного: 1 - в нижней части рабочей зоны; 2 и 3 - в средней части, 4 и 5 - в уступной части
Таким образом, охрана подготовительных выработок целиками при многоштрековой подготовке высокопроизводительных комплексномехани-
зированных очистных забоев может
быть сопряжена с большими величинами конвергенции сечений, препятствующих планомерной работе и создающих аварийные ситуации. Одной из возможных причин деформирования це-
Рис. 8. Развитие смещений контура выемочных печей в процессе эксплуатации участка выработки расположенного: 1 - в нижней части рабочей зоны; 2 и 3 - в средней части, 4 и 5 - в уступной части
ликов является эффект зональной дезин- тем создания дополнительных зон ос-
теграции, который приводит к измене- лабления его в глубине от выработки.
нию структуры угольного массива пу-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коршунов Г.И., Логинов А.К., Шик В.М. Многоштрековая подготовка угольных пластов. - С-Пб.: Наука, 2007. - 250 с.
2. Казанин О.И. Обоснование схем многоштрековой подготовки выемочных участков газоносных угольных пластов на больших глубинах. Автореф. дисс. ... докт. техн. наук.- СПб. ГГИ (ТУ) им. Г.В. Плеханова.- 2009.
3. Открытие № 400 СССР. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок / Е. И. Шемякин, М. В. Курленя, В. Н. Опарин, В. Н. Рева, Ф. П. Глу-шихин, М. А. Розенбаум. - Опубл. в БИ, 1992, № 1.
4. Зональная дезинтеграция горных пород и устойчивость подземных выработок /
Опарин В.Н., Тапсисв А.П.,. Розснбаум М.А, Рева В.Н., Бадтиев Б.П., . Тропп Э.А, Чанышев
A.И. / ИГД СО РАН. - Новосибирск: Изд.ИГД СО РАН, 2008. - 278 с.
5. Морозов А.Ф., Метлов Л. С., Мордасов
B.И. Устойчивость подготовительных выработок в условиях зональной дезинтеграции горных пород. Ч. 1. -Донецк: Донеччина, 1999.
6. Кайдо И.И. О природе явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок (гипотеза). -МГГУ.-ГИАБ.-2009.- №1. -С. 16-21.
7. Кайдо И.И. Кластерная модель явления зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок. - МГГУ.-ГИАБ.-2009.-№6. - С.48-57 .
8. Кайдо И.И. Управление состоянием массива при зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок.- МГГУ.-ГИАБ.-2009.- №9. -С.38-46 .
9. Кайдо И.И Исследование горного давления в подготовительных и нарезных выработках на гидрошахтах Кузбасса. Тр. ВНИИ-гидроуголь. Совершенствование технологии отработки угольных пластов и оборудования при гидродобычи. Новокузнецк. 1984. с. 44 -50..
10. Кайдо И.И Разработка способа охраны выемочных выработок при отработке пологих угольных пластов на гирдошахтах Кузбасса. Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. М. ИГД им. А.А. Скочинского.- 1987 . 14 с. ДСП.
11. Атрушкевич О.А., Кайдо И.И., Топоров С.П Взаимодействие анкерной крепи с углепородным массивом в подготовительных выработках. Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых. Материалы I Международной конференции, Новокузнецк, СибГГМА , 1996. с.48-50. \ЕШ
— Коротко об авторе ---------------------------------------------------------------------
Koйдо И.И. - кандидат технических наук, горный инженер-физик, доцент кафедры ПРПМ, Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ИНСТИТУТ ГОРН ОГО ДЕЛА ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ Р АН
AЛЕKCAHДРОBA
Татьяна
Школаевна
Развитие методов оценки и управления эколого-технологическими системами при рудной и россыпной золотодобыче и использовании вторичного сырья в Дальневосточном регионе
д.т.н.
