http://fgtu.donntu.ru/fm/1999-1/22.htm

УДК 622.273

 

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДИК ПРОГНОЗА УСТОЙЧИВОСТИ ВЫРАБОТОК ПРОВОДИМЫХ ВСЛЕД ЗА ЛАВОЙ

Канд. техн. наук Н.Н.ГАВРИШ, инж. А.Ю.СТУЛИШЕНКО (ДонГТУ)

 

В настоящее время ряд шахт Донбасса отказывается от применения столбовых систем разработки и переходят на сплошные и комбинированные на базе сплошных. Основными причинами этого являются следующие факторы:

увеличение глубины ведения горных работ, и, как следствие, рост горного давления, что вызывает необходимость проведения выработок в зонах, частично разгруженых от горного давления ;
ухудшение экономического положения шахт, что не позволяет заблаговременно проводить выработки;
при сплошной системе разработки практически вся порода от проведения штреков остается под землей, что особенно важно с точки зрения экологии .

В связи с этим возрастает интерес к выработкам проводимым вслед за очистным забоем.

На данный момент в отрасли имеются два нормативных документа в которых приведены методики определения смещений пород в выработках такого типа: ВНИМИ [1] и ДонУГИ [2].

Был проведен анализ факторов, влияющих на устойчивость выработок, которые были учтены в приведенных выше методиках. Результаты анализа представлены в таблице 1.wpe31.jpg (14712 bytes)

Одним из существенных недостатков вышеприведенных методик определения смещений является то, что в них не учитывается влияние времени на величину смещений в горной выработке, а приводится некая конечная величина, что на подтверждается натурными наблюдениями [3]. wpe30.jpg (13149 bytes)

К достоинствам методики ВНИМИ можно отнести то, что в ней учитывается коэффициент ослабления пород ko который определяется по формуле:

ko = kc – kw,

где kc — коэффициент, учитывающий дополнительную нарушенность массива пород поверхностями без сцепления, либо с малой связностью (зеркала скольжения, трещины и т.п.);

kw — коэффициент влияния естественной влажности и степени пластичности пород.wpe32.jpg (17262 bytes)

Отсутствие коэффициента ослабления пород в методике ДонУГИ указывает на то, что сопротивление пород сжатию определялось в куске породы, а не в массиве как в методике ВНИМИ.

Для более наглядного сравнения двух методик была построена сравнительная номограмма смещения пород (рисунок 1) при m =1 м, s cж=40 МПа и охране штрека односторонней бутовой полосой. wpe33.jpg (13183 bytes)

 

Как видим характер зависимости U = f (Нр) одинаков в обеих методиках и функции были бы абсолютно идентичны если бы прочность пород в методике ДонУГИ была бы скорректирована на величину коэффициента ослабления пород. Расчеты проводимые для разных величин прочности пород и мощности угольного пласта позволяют сделать вывод, что средняя величина коэффициента ослабления пород, которую следовало бы применить в методике ДонУГИ для получения результатов соответствующих методике ВНИМИ, составляет 0,37.wpe34.jpg (14670 bytes)

Еще одним недостатком данных нормативных документов является то, что в них не рассмотрены такие схемы охраны выработок при сплошной системе разработки при которых вентиляционный штрек используется повторно, а конвейерный проводится с некоторым опережением. В сложившейся в настоящее время в угольной промышленности ситуации данные схемы являются весьма перспективными и производительными. Их применение позволит обеспечить нормальное проветривание забоев подготовительных выработок, вести в них более эффективную борьбу с внезапными выбросами угля и газа и снизить затраты на поддержание выработок за счет уменьшения величины смещения.wpe35.jpg (12261 bytes)

Однако основным недостатком существующих методик является то, что в них не учитываются особенности характера развития смещений, а именно: обе методики предполагают затухающий характер смещения пород на контуре выработки. В действительности затухающий характер носят только скорости смещения пород.

С целью доказания вышеизложенного были проведены натурные наблюдения на шахте 1—3 “Новогродовская” (ГХК Селидовуголь) и шахте им. Бажанова ( Макеевуголь).

На шахте 1—3 “Новогродовская” в условиях 12-й южной лавы пласта k8 на глубине 850 м промежуточный штрек 1 (рисунок 2) сооружается на расстоянии 5—7 м от границы вынимаемого массива и поддерживается в выработанном пространстве. При вынимаемой мощности пласта 1,06 м со стороны выработанного пространства штрек охранялся рядом костров, а со стороны конвейерного штрека - бутовой полосой, возводимой при помощи дробильно-закладочного комплекса “Титан” 3.

Конвейерный штрек 2 проводится с опережением очистного забоя на 50-100 м. Для охраны штрека со стороны выработанного пространства устанавливался органный ряд, два ряда костров и бутовая полоса шириной 33 м.

Шахтные измерения проводились по экспресс-методике определения смещений, суть которой заключалась в том, что сначала по длине выработки измерялась высота от почвы до крепи, а затем путем вычитания полученной высоты штрека (Низм) из проектной его высоты (Нпр) была получена общая конвергенция кровли и почвы (U). После этого, путем анализа плана горных работ, было определено время существования каждого измеренного сечения (t). При этом учитывалось месячное подвигание лавы.

По данным, полученным в результате измерения сечения в промежуточном штреке, были построены зависимости вертикальных смещений пород на контуре выработки (U) от длины (L) (рисунок 3) и времени существования выработки (t) (рисунок 4), а также зависимость скорости смещения пород на контуре выработки (V) от времени ее существования (рисунок 5).

Наличие разброса смещений на графиках 3 и 4 является случайным и очевидно связано с несоблюдением на шахте параметров охраны и крепления данной выработки.

Из приведенных выше графиков видно, что при удалении от очистного забоя смещения пород на контуре выработки постоянно возрастают. Отсюда следует, что расчеты смещений приведенные в существующих методиках не совсем корректны, так как они предполагают затухающий характер смещений. В тоже время скорость смещений уменьшается. Если при удалении от забоя на 1,6 м скорость смещений составляет 1130 мм/мес, то на расстоянии 860 м от забоя выработки они составляют 6,6 мм/мес.

Исходя из графиков (рисунки 3—5), выработку можно условно разбить на два участка. Первый — зона интенсивных скоростей смещения пород. Этот участок выработки примерно равен 40 м. Максимальные смещения на этом участке составили 300 мм, время существования данной зоны — 1,5 месяца. Скорость смещения пород изменяется от 1130 мм/мес до 165 мм/мес.

Второй участок — зона затухающих скоростей смещения пород. На этом участке скорость смещения пород снижается со 165 мм/мес до 6,6 мм/мес. Длинна зоны в наблюдаемой выработке составила 820 м, а время ее существования — 3 года.

Параметры первой зоны (ее протяженность во времени и пространстве, абсолютные величины смещений и скорость смещений) представляют значительный практический итствие в методиках определения смещений такого фактора как время существования выработки;

предположение в методиках затухающего характера смещений, что не подтверждается шахтными наблюдениями.

2. Выработки можно условно разбить на два участка: интенсивных и затухающих скоростей смещения пород. Задачей дальнейших исследований является более глубокое изучение данных зон, что позволит обосновать их границы и параметры в зависимости от глубины разработки, прочности вмещающих пород и конструкции искусственных сооружений для охраны выработки.

 

Библиографический список

1. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию выработок на угольных шахтах СССР. — ВНИМИ, Ленинград, 1986 .

2. Технологические схемы проведения, крепления и охраны выработок, сохраняемых позади очистного забоя, на пологих и наклонных пластах Донбасса. — ДОНУГИ, Донецк, 1984.

3. О. Якоби. Практика управления горным давлением. Пер. с нем. — М.: Недра, 1987.

a Н.Н.Гавриш, А.Ю.Стулишенко, 1999.