CC BY
29
УДК 622.272 И.И. Кайдо
ОСОБЕННОСТИ СОХРАНЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК НА ГРАНИЦЕ С ВЫРАБОТАННЫМ ПРОСТРАНСТВОМ ПРИ ЗОНАЛЬНОЙ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ МАССИВА
Описаны особенности сохранения и формирования подготовительных выработок на границе с выработанным пространством при зональной дезинтеграции массива. Установлено, что основным направлением для поддержания выработок на границе с выработанным пространством должно быть активное управление состоянием массива укреплением его анкерами с закреплением по всей длине.
Ключевые слова: горная выработка, сохранение, формирование, массив горных пород, зональная дезинтеграция.
ТЪ отечественной угольной про--Ш.9 мышленности и горной науке накоплен значительный опыт и разработаны эффективные научно-технические решения по применению бесцеликовой технологии разработки угольных пластов [1-6]. Однако, открытие явления зональной дезинтеграции [7], раскрытие его физической сущности, разработка модели и методических подходов к корректировке представлений о геоме-ханических процессах вокруг подготовительных выработок [8-10] создают основу для анализа и уточнения, разработанных раннее научно-
технических решений по применению бесцеликовой технологии разработки угольных пластов.
Основная идея бесцеликовой технологии заключается в использовании эффекта стабилизации геомеханических процессов в массиве вблизи границы пласта с выработанным пространством после завершения стадии активных осадок кровли в выработанное пространство и перераспределения напряжений в зоне опорного давления.
К сожалению, даже через десятилетие после опубликования сведений об открытии явления зональной дезинтеграции, оно не учитывается при анализе закономерностей геомеханических процессов, происходящие в период проходки и эксплуатации выработки до сохранения её на границе с выработанным пространством [5] (рис. 1).
Вокруг выработки к моменту её формирования на границе с выработанным пространством выделяют зоны А и Б соответственно сохранения сплошности пласта и пород кровли, зону отжима В и зону расслоения пород кровли Г, а также зону Д обрушенных пород кровли.
С учетом явления зональной дезинтеграции до момента образования структуры, показанной на рис. 1, в массиве вокруг выработки в период её проходки формируется структура концентрических цилиндрических зон, характеризующихся трещиноватостью более интенсивной чем в нетронутом массиве (рис. 2).
Основные параметры зональной дезинтеграции массива вокруг подготови-
Рис. 1. Схема структурирования массива вокруг выработки на границе с выработанньш пространством согласно [5]
Рис. 2. Структура зональнодезинтегрированного массива вокруг выработки. 0, I, II, III - номера зон дезинтеграции
тельных выработок состоят в следую- щем [9,10]:
Значение параметра q Характеристика проявления зональной дезинтеграции
q<0,5 Не проявляется. Реализуется равномерное всестороннее сжатие массива в радиальном направлении за счет подвижности его структурных элементов.
0,5^<1,6 Разрушение элементов вблизи выработки, приводящее к сглаживанию её контура и формированию нулевой зоны дезинтеграции - кругового контура радиусом г0.
Я=1,4-1,6 Разрушение элементов вблизи выработки, приводящее к раскрытию трещин первой зоны дезинтеграции Г1.
Я>1,6 Разрушение элементов вблизи выработки, приводящее к раскрытию трещин второй и последующих зон дезинтеграции.
Рис. 3. Сохранение подготовительной выработки на границе с выработанным пространством
-ч
А-А
Б-Б
Рис. 4. Формирование подготовительной выработки на границе с выработанным пространством
1) В боках протяженной подготовительной выработки формируются зоны в виде границы (цилиндрической поверхности), радиус г которой задается формулой Курлени-Опарина относительно радиуса выработки г0
г= г о 2г/2; (1)
1) Дезинтеграция локализуется в зоне, прилегающей границе, определяемой по формуле 1, с внешней границей (ци-
линдрической поверхности), радиус рг которой определяется по формуле р=Го Ф2(г-1)/2 . (2)
где Ф=1,618 - число золотого сечения.
3) Область проявления зональной дезинтеграции определяется по значению геомеханического параметра q = уННс*., у - объёмный вес горных пород; Н - глубина расположения горной выработки; Нж -предел прочности угля при одноосном сжатии (таблица).
Для построения зон предложена де-зинтеграционная палетка, в основу кото-
рой положен принцип формирования первой границы г0 в виде окружности охватывающей поперечное сечение горной выработки произвольной формы. Сохранение выработки для повторного использования на границе с выработанным пространством (рис. 3) в условиях зональной дезинтеграции осложняется образованием зон повышенной трещиноватости не только в угольном пласте, но также и в кровле. В результате конвергенция сечения выработки будет проявляться в виде интенсивных деформаций массива и крепи.
В практике [3] установлено, что с целью снижения конвергенции выработок, расположенных на границе с выработанным пространством, можно формировать новую выработку проходкой вслед за очи-
1. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на шахтах СССР. - изд. 4-е, доп. - Л., 1986.- 222 с.
2. Прогрессивные паспорта крепления, охраны и поддержания подготовительных выработок при бесцеликовой технологии отработки угольных пластов. Л. ВНИМИ. - 1985. 112 с.
3. Совершенствование бесцеликовой технологии отработки пологих средней мощности и мощных угольных пластов на шахтах концерна "Кузнецкуголь" // Никишичев Б.Г., Соловьев А.С., Кайдо И.И., Морозов Ю.Ф. - М. ЦНИЭИуголь. -1991. -155 с.
4. Черняк И.Л. Повышение устойчивости подготовительных выработок.- М. Недра.- 1993.256 с.
5. Жаров А. И. Закономерность геомехани-ческих процессов при бесцеликовых технологических схемах. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1995. - 42 с.
6. Способы активного управления геомеха-ническим состоянием массива горных по
стным забоем (рис. 4). Однако и в этом случае часть зон дезинтеграции, расположенных в борту новой выработки может негативно влиять на устойчивость выработки.
Таким образом, рассмотренные особенности сохранения и формирования подготовительных выработок на границе с выработанным пространством при зональной дезинтеграции массива дают основание предположить, что на глубоких горизонтах разработки угольных пластов существенно возрастает необходимость активного управления состоянием массива путем укрепления его анкерами с закреплением по всей длине. Паспорта крепления должны учитывать геометрические параметры зональной дезинтеграции.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
род при подземной разработке угольных месторождений России. // Воскобоев Ф.Н., Бучатский В.М., Гусельников Г.М., Джигрин А.В., Семенов Ю.А., Звездкин В.А., Трусов С.Е.- Березовский, 2003. - 305 с.
7. Открытие № 400 СССР. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок / Е. И. Шемякин, М. В. Курле-ня, В. Н. Опарин, В. Н. Рева, Ф. П. Глушихин, М. А. Розенбаум. - Опубл. в БИ, 1992, № 1.
8. Кайдо И. И. О природе явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок (гипотеза). -ГИАБ.-2009.- №1. - С. 16-21.
9. Кайдо И. И. Кластерная модель явления зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок.- гИАб.-2009.- №6. - С.48-57.
10. Кайдо И.И. Управление состоянием массива при зональной дезинтеграции массива вокруг подземных выработок.- ГИАБ.-2009.- №9. - С.38-46.111ГЛ
— Коротко об авторе --------------------------------------------------------------------
Кайдо И.И. — кандидат технических наук, горный инженер-физик, доцент кафедры ПРПМ,
Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
l1
