Автореферат магистерской работы составил
Мельников Денис Валериевич
магистр факультета геотехнологий и управления производством
Донецкого национального
технического университета
ДонНТУ
83000 Украина, Донецк, ул. Артема, 58
кафедра "Разработка месторождений полезных ископаемых"
Мой научный руководитель-к.т.н.,доцент каф.РПМ Стариков Г.П.

  Тема моей работы-"Обоснование и выбор методики определения параметров отжима угля в очистных забоях". Тема данной работы является все более актуальной в последнее время.Потому,что влияние упомянутых выше параметров очень велико, особенно на производительность очистного забоя. Ранее это влияние слабо изучалось.Но сейчас оно получило широкую возможность изучения,так как появились более новые технологии ведения очистных работ.И поведение очистного забоя принимало новый характер.

  Под отжимом угля понимается разрушение краевой части угольного забоя в сторону выработанного пространства. Это разрушение происходит под действием опорного давления,которое оказывает влияние на краевую часть забоя.В зависимости от глубины расположения пласта и прочности угля отжим проявляется в различной степени.

  "Глубина" и "прочность"-это одни из основных факторов,влияющих на степень отжима.

  
Динамика опорного давления

  Наиболее четко динамика опорного давления выражена в передней зоне очистного забоя. Для удобства и простоты рассмотрим динамику опорного давления в серединном сечении передней зоны, но при этом необходимо иметь в виду и его динамику во всей передней зоне. Подвигание забоя вызывает возрастание пролета непосредственной, основной кровли и покрывающей толщи, т.е. возрастание суммарного изгибающего момента, действующего в плоскости, перпендикулярной к забою. Возрастание этого момента зависит от возрастания приведенного пролета.

Зависимость эпюры опорного давления впереди лавы от пролета при отсутствии раздавливания краевой зоны.

  При прочих равных условиях динамика опорного давления зависит от устойчивости краевых зон. Рассмотрим вначале динамику опорного давления при сохранении устойчивости краевой зоны, когда ее раздваивания не происходит и при ее достаточно малых деформациях ползучести. Действие опорного давления приводит к сжатию краевой зоны и выдавливанию почвы. По мере увеличения пролета выработки интенсивность опорного давления и, как правило, ширина его зоны - возрастают, а его максимум все более приближается к забою (краю массива, целика). Динамика опорного давления имеет в действительности более сложный характер вследствие того, что породы покрывающей толщи деформируются пачками, имеющими свои пролеты; опорное давление на пласт является результатом всего этого сложного взаимодействия. Кроме того, по мере увеличения пролета выработки вследствие выемки происходит быстрое нагружение массива (или целиков) вблизи опорного контура, в момент обрушений пачек кровли - их ударная разгрузка, а при взрывной отбойке - их ударное нагружение. По мере подвигания забоя изменения величины максимума опорного давления и расстояния от него до забоя происходят в определенных пределах, как в периоды между посадками основной кровли, так и в периоды между полными оседаниями пород всей покрывающей толщи до поверхности. Это объясняется нестабильностью механических характеристик покрывающей толщи пород и разрабатываемых пластов, а также их трещиноватости, изменениями их мощностей и др.

   Рассмотрим далее вопрос о динамике опорного давления для случаев, когда происходит раздавливание краевой зоны - отжим. Интенсивность и характер распределения опорного давления сильно меняются по мере деформирования краевой зоны во времени вследствие ползучести, а также особенно вследствие ее раздавливания.

  
Динамика опорного давления впереди лавы при раздавливании краевой зоны.

  При каждом сжатии краевой зоны пласта опорным давлением происходят немедленные деформации, а во времени развиваются деформации ползучести. В зависимости от соотношения величины опорного давления и механических характеристик пласта могут происходить уплотнения и разрушения краевой зоны, но в общем случае могут образоваться две зоны: С1 - зона разрушения и С2 - зона уплотнения. Раздавливание краевой зоны приводит к соответствующему возрастанию пролета и, следовательно, к возрастанию интенсивности и ширины зоны опорного давления, при этом максимум опорного давления перемещается в направлении от забоя. В тех случаях, когда раздавливания краевой зоны не происходит, а происходит лишь ее уплотнение, эпюра опорного давления может приобретать иной вид кривой. Огромное влияние на интенсивность и характер распределения опорного давления имеет глубина разработки. Влияние глубины разработки имеет некоторую аналогию с влиянием пролета выработки, а именно: с возрастанием глубины максимум опорного давления возрастает и перемещается к забою (краям массива, целика). При сжатии краевой зоны опорным давлением мощность пласта уменьшается на высоту

Dh = Dhв + Dhн,

   где Dhв и Dhн - соответственно максимальные перемещения кровли и почвы у забоя. Забой деформируется в направлении выработанного пространства. Следует особо подчеркнуть, что интенсивность деформирования и раздавливания краевой зоны соответствует эпюре распределения опорного давления вдоль забоя, т.е. не постоянна по всей длине лавы, во многих случаях раздавливание краевой зоны происходит лишь в ее средней части. Задняя зона опорного давления в одних условиях может проявляться более, в других - менее четко; динамические процессы опорного давления в ее пределах имеют своеобразный характер и постепенно затухают. На уровне почвы разрабатываемого пласта давления в задней зоне опорного давления могут носить весьма неравномерный, пиковый характер, который сглаживается по мере удаления в покрывающую толщу и почву. Динамика опорного давления в боковых зонах проявляется в пределах зоны Sq2, в основном аналогично его динамике проявления в зоне Sq1. Его максимум ориентируется вблизи забоя (по простиранию). В пределах длины задней зоны опорного давления боковые зоны испытывают затухание динамики. С течением времени в боковых зонах, за пределами задней зоны, в результате накопления деформаций ползучести могут происходить монотонные изменения распределения и параметров опорного давления. Эти зоны являются зонами псевдостатического состояния опорного давления, что вполне оправдывает принятое для них наименование.

  
О параметрах опорного давления

  Параметры опорного давления не стабильны, а по мере подвигания забоя изменяются в весьма широких пределах, т.е. имеется динамика опорного давления, которая обусловлена динамикой изменений пролетов зависаний пород покрывающей толщи, деформациями и разрушениями краевой зоны очистного забоя и вмещающих пород (кровли и почвы), а также технологическими параметрами: способ подготовки, система разработки, скорость подвигания очистных работ, глубина захвата, длина лавы и др. Зависания пород покрывающей толщи создают суммарный изгибающий момент М, который в определенные периоды достигает абсолютного максимума. Доля влияния Мi на интенсивность опорного давления и характер его распределения, как правило, превалирует и может в несколько раз превосходить влияние литостатического давления. Так, пределы изменений максимальной интенсивности опорного давления составляют

qmax > (1,5- 5) yH

Ширина передней зоны опорного давления изменяется в пределах от 20 до 250 м, а расстояние от забоя до максимума опорного давления изменяется от 0 до 15 м и более. По некоторым данным, ширина боковой зоны опорного давления (по падению и восстанию) изменяется от 15 до 20м.Наряду с изучением физической природы опорного давления разработка методов его расчета представляет значительные трудности. Одно из первых решений для определения ширины боковой зоны опорного давления было предложено М.М.Протодьяконовым еще в 1926 г., которое вследстсвие присущих ему недостатков в настоящее время не применяется. Значительную работу по обобщению теоретических представлений об опорном давлении проделал В.Д.Слесарев, который предлагал инженерный подход к вопросам об определении интенсивности опорного давления и его ширины на основе использования задачи Бруссинесека - Фламана. Теоретические представления по вопросу об опорном давлении одним из первых изложил Вебер. Его представления о волнах горного давления получили широкую известность. В последующем из иностранных специалистов этим вопросом занимались: А.Эккард, Г.Шпакелер, Д.В.Филлипс, М.Худспес, А.Уинетепли и др. В современной литературе известны предложения по расчетам опорного давления ряда отечественных авторов: С.А.Христиановича и Г.И.Баренблата, В.Г.Гмошинского, К.А.Ардашева, А.Г.Протасени и др. Все эти решения предлагались для плоской задачи, которая, как и в лабораторных исследованиях, рассматривалась в двух вариантах: в сечении по простиранию или падению. Примером расчета опорного давления впереди лавы в сечении по простиранию являются расчеты С.А.Христиановича и Г.И.Баренблата. Решение дается на основе теории упругости. Рассматривается сплошная, однородная, изотронная, упругая полуплоскость, в которой на произвольной глубине выполнена горизонтальная прямоугольная щель с отношением пролета к ее высоте, равным 200. Предлагается, что такая полуплоскость является моделью срединной части толщи пород, выделенной двумя вертикальными плоскостями, перпендикулярными к очистному забою. Далее предполагается, что краевую зону длинного забоя можно представить в виде своеобразного клина, плотно подогнанного к краю выреза. Врешении В.Г.Гмошинского, как и в предыдущем, рассматривается плоская осесимметричная задача, но в дополнение предпринята попытка учесть раздваивание краевой зоны пласта. В результате им предлагается кривая распределения опорного давления впереди длинного очистного забоя, которая состоит из двух ветвей: восходящей, в направлении от забоя к массиву и нисходящей.

  
Отжим угля в забое

  Отжим угля из забоя,приводящий к увеличению ширины незакрепленной полосы кровли,является наиболее частой причиной вывалов породы.В связи с тем,что он начинается сразу же после выемки угля или в течение нескольких часов после нее,обнаженные участки кровли не могут быть своевременно подхвачены верхняками крепи.Наклон плоскости забоя в результате отжима(обрушение или,наоборот,зависание верхних пачек)нередко чередуется.Плоскость забоя,в котором произошел отжим угля,может являться продолжением плоскостей расчленения кровли по трещинам,наклоненным в сторону выработанного пространства.

  Отжим угля в забое обычно происходит по плоскостям изломов сдвига.Только в исключительных случаях такие плоскомти совпадают с кососекущими трещинами кливажа,хотя нередко ошибочно считают,что все определяется только кливажом.Поэтому изменение положения линии забоя относительно простирания пласта в большинстве случаев не влияет на отжим угля в забое.Частота отжима и ширина обнажаемой в результате его полосы кровли растут с увеличением мощности пласта.

  Отжим угля в призабойной части пласта происходит при определенной велечине смещения кровли,а также скорости подвигания забоя.Наблюдения показали,что увеличение скорости подвигания забоя уменьшает оседание кровли.Таким образом,чтобы уменьшить степень отжима угля и повысить устойчивость очистного забоя,необходимо увеличить скорость подвигания лавы.

Список литературы

1.Якоби О."Практика управления горным давлением" М.:Недра,1987;
2.Кравченко В.И."Безопасность при управлении горным давлением в лавах пологих пластов" М.:Недра,1975;
3.Борисов А.А."Механика горных пород и массивов" М.:Недра,1980.-360с.



НАЗАД