В последние годы уголь в лавах стали добывать комплексами высокой производительности. Это привело к существенному увеличению скорости подвигания очистных забоев, что нашло отражение в геомеханических моделях, на основе которых изучаются проявления горного давления. В связи с этим была предпринята попытка статистически обобщить указанные явления на примере пологозалегающих угольных пластов Донбасса. Данные проанализированы для предприятий Днепропетровской, Донецкой и Луганской областей: ОАО "Павлоградуголь", ГП "Луганскуголь", ГП "Первомайскуголь", ГП "Снежноеантрацит", ГП "Шахтерскантрацит", ГП "Антрацит", ГП "Торезантрацит", ГП "Свердловантрацит", ГП "Ровенькиантрацит", а также шахт "Красноармейская-Западная" № 1 и "Краснолиманская". Работа выполнялась в содружестве с научными сотрудниками Национального горного университета.
Устанавливали следующие показатели: наименование, мощность и угол падения пласта, длину лавы; способ охраны конвейерного и вентиляционного штреков; мощность, коэффициент крепости и параметры трещиноватости пород кровли; скорость подвигания забоя лавы; шаг обрушения пород кровли лавы (первичного и установившегося); глубину отработки; объемный вес пород; пучение пород почвы и др. Получены фактические данные по 43 шахтам (79 лавам). Диапазон глубин составил 115 -1279 м, скорость отработки лав 12 -130,3 м/мес.
Из результатов исследований следует, что применительно к первичному обрушению характерна такая тенденция: при увеличении скорости подвигания очистного забоя шаг обрушения увеличивается. Корреляционная зависимость имеет вид медленно возрастающей степенной функции. Для установившегося шага обрушения зависимость между исследуемыми величинами практически не выражена. В целях более точного и детального анализа шахты сгруппировали по территориальному признаку. Для каждой из групп составлены статистические совокупности и построены корреляционные зависимости между шагом обрушения и скоростью подвигания забоя.
Западном Донбассе шахты (группа V) добывают угли низкой степени метаморфизации. Вмещающие породы трещиноваты, невысокой прочности. Шаг обрушения основной кровли практически постоянен для всего представленного диапазона скоростей подвигания очистного забоя. Увеличение скорости ведения очистных работ не влияет ни на первичное, ни на установившееся обрушение.
К группе С отнесены шахты "Красноармейская-Западная" № 1 и "Краснолиманская", расположенные восточнее шахт ОАО "Павлоградуголь", добывающие угли более высокой степени метаморфизма. Вмещающие породы здесь также слабые с сильно развитой вертикальной трещиноватостью. Пласты отрабатывают при достаточно высоких скоростях подвигания очистного забоя. Для данной группы увеличение скорости подвигания забоя не оказывает заметного влияния на шаг обрушения кровли. Корреляционная зависимость имеет вид слабовозрастающей линейной функции.
Группу В составляют шахты, расположенные на востоке Донецкой области и на юге Луганской, добывающие в основном антрациты. Вмещающие породы трещиноваты, сильно метаморфизированы. Прослеживается увеличение шага первичного обрушения при возрастании скорости подвигания очистного забоя, зависимость имеет вид монотонно возрастающей степенной функции. С достаточно высоким коэффициентом корреляции данные можно аппроксимировать и линейной зависимостью. Для установившегося обрушения также наблюдается слабовыраженная тенденция к увеличению шага обрушения при возрастании скорости очистных работ. В этой группе шахт зависимость первичного обрушения от скорости подвигания лавы, по сравнению с двумя предыдущие группами, более выражена. Для установившегося обрушения наблюдается слабовыраженная линейная зависимость.
Группа А охватывает шахты Луганской области разрабатывающие угли и антрациты высокой степени метаморфизма. Зависимость шага первичного и установившегося обрушения от скорости подвигания забоя имеет наиболее ярко выраженный характер. Корреляционная зависимость в обоих случаях представляет собой быстровозрастающую нелинейную функцию.
Для учета таких параметров, как глубина отработки, прочность и структура углевмещающих пород, данные отобраны по комплексному показателю разработки
где &gammaо – объемный вес пород кровли, т/м3; H – глубина отработки, м; Rс – предел прочности пород кровли на одноосное сжатие, МПа; kс – коэффициент структурного ослабления.
Всего по показателю &Omega выделено четыре группы шахт: I - &Omega = 1,1…3; II - &Omega = 3,1…5,2; III - &Omega = 5,7…9; VI - &Omega = 9,5…19. Из На первичное обрушение наибольшее влияние скорость выемки угля оказывает в том случае, когда &Omega= 5,7…9.
Поскольку прочность вмещающих пород и параметры трещиноватости в пределах каждой из выделенных групп меняются не значительно, можно отметить, что ярко выраженная зависимость влияния скорости подвигания забоя на глубине 500-900 м для условий шахт группы III и имеет нелинейный характер. При установившемся обрушении влияние скорости подвигания забоя также достаточно хорошо выражено, причем в большей степени для глубин разработки от 500 до 900 м и имеет тот же характер.
Выводы. Степень влияния скорости подвигания лавы на критический размер выработанного пространства сильно зависит от уровня метаморфизма вмещающих пород, стратиграфии (структуры) породного массива, параметров трещиноватости, а также от глубины разработки угольных пластов.
Для первичного обрушения пород кровли отмечается нелинейный характер зависимости шага обрушения от скорости выемки угля, а для установившегося - слабовыраженный линейный. Тенденция становится отчетливей по мере изменения горно-геологических условий разработки пластов в направлении с запада на восток.