В практике горного дела накоплен определенный опыт отработки предохранительных целиков и участков пластов под объектами на поверхности. Его анализ показывает, что наиболее безопасным для поверхностных объектов является извлечение угля камерами. Это подтверждается опытом отработки участка пласта n₁ на шахте "Бутовская" камерной системой разработки, при котором установлено, что при извлечении угля из пласта на 50% оседание земной поверхности не происходит [2]. Очевидно, что повысить степень извлечения угля можно за счет замещения его породой. В этом состоит основной смысл подхода к извлечению предохранительных целиков. Параметры камерной системы разработки с закладкой выработанного пространства в конкретных горно-геологических условиях определяются на основе результатов аналитических [3] и лабораторных [4] исследований сжимаемости составных углепородных опор, представляющих собой ленточные угольные целики с выложенными по обеим его сторонам породными полосами, и зависимость оседаний земной поверхности от степени извлечения угля. Эта зависимость представлена на рис.1.

Методика расчета параметров камерной системы разработки учитывает физико-механические свойства угля и породы, как закладочного материала, определяющие вместе с их размерами сжимаемость составных опор, т.е. величину опускания кровли пласта. Крепость угля f_уг определяет несущую способность угольного целика. Угол внутреннего трения породы j _п - интегральный показатель, отражающий прочностные свойства породы и компрессионные характеристики породной насыпки. Помимо этого, учитываются: глубина залегания, удельное содержание песчаников в подрабатываемой толще, степень подработки массива, угол падения пласта, размеры выработанного пространства и целиков угля, оставленных за границами предохранительного целика, порядок и направление отработки камер.

1. Определяем размеры мульды сдвижений поверхности при условии отработки целика по всей его площади, рассчитываем допустимые [e ]_д деформации для зданий и сооружений, попадающих в зону подработки.

2. Определяем оседания земной поверхности, при которых деформации объектов на подрабатываемой территории [h _m]_д, будут меньше допустимых.

   ,

   где [e ]_д - максимальные допустимые горизонтальные деформации для наиболее ответственного объекта на поверхности; L₂ – длина полумульды по восстанию; – функция кривой мульды сдвижений земной поверхности, которая учитывает расположение здания относительно её центра.

   3. Рассчитываем предварительное значение сжимаемости опор S, обеспечивающее допустимое оседание не более [h _m]_д, по следующей формуле:

   ,%

   где k_п - коэффициент, учитывающий величину погрешности при определении сжимаемости опоры аналитическим способом, k_п=0,73; k_з - коэффициент запаса, учитываемый при определении допустимой подработки объектов на поверхности, который принимается равным 0,7m.

   4. Определяем комбинации В_уг и В_п, при которых сжимаемость опоры S имеет заданное значение, используя следующую зависимость:

   ,

   где В_уг и В_п - ширина соответственно угольного целика и бутовых полос; Н - расчетная глубина; f_уг - коэффициент крепости угля, j _п - угол внутреннего трения породы. Например, для средних глубин Донбасса (Н=670м), коксующихся углей (f_уг=1,3) и песчаных сланцев (j _п=40° ) получим комбинации В_уг и В_п для S равной 30% в виде графика представленного на рис.2. Сначала принимается значение В_уг исходя из условия устойчивости целика в первоначальный момент времени до возведения бутовых полос. Далее, с помощью графика (рис. 2) находится значение В_п и определяется соотношение параметров камерной системы разработки (при условии полной закладки ширина камер равна 2В_п). Например, для угольного целика шириной 2m ширина породных полос составит 1,25m, что обеспечит сжимаемость опор (опускание кровли) не более 0,3m.

   5. Составляется календарный план отработки целика. По нормативной методике расчета сдвижений и деформации земной поверхности [5] с помощью ЭВМ определяются значения ожидаемых сдвижений и деформаций для каждого из подрабатываемых объектов. Полученные значения сравниваются с допустимыми. В случае их превышения принимаются размеры опор с меньшей сжимаемостью, а расчет повторяется до тех пор, пока значения деформаций земной поверхности не будут находиться в пределах допустимых.

   Список использованных источников

   1. Бондаренко Ю.В., Сапицкий К.Ф., Кравченко А.А. О целесообразности отработки брошенных запасов угля.//Уголь Украины. -1998. -№3. - с.7-9.

   2. Сапицкий К.Ф., Сухань Е.Я., Сивохин В.И., Быков А.В. Применение короткозабойной технологии для выемки охранных целиков.// Известия ВУЗов. Горный журнал. - 1994. - №3.

3. Бондаренко Ю.В., Кравченко А.А. Математическое моделирование реакции сопротивления при сжатии составных по площади углепородных опор.// Известия Донецкого горного института. - 1997.-№1.- с.35-41.

4. Кравченко А.А., Бондаренко Ю.В. Лабораторные исследования компрессионных характеристик составных по площади углепородных опор.//Известия Донецкого горного института. - 1998.- №1,7.- с. 84-87.

5. Правила охраны зданий и сооружений от вредного влияния горных работ. – М.: Недра, 1981. – 265 с.