Источник: http://kms.chat.ru/PROGNOZ.htm
Одним из путей решения проблемы рационального использования природных ресурсов и наиболее полного извлечения угля из недр является расконсервация его запасов из предохранительных целиков. Более чем двадцатилетний опыт подработки вертикальных шахтных стволов и технических скважин [1,2,3] показывает реальную возможность как частичной, так и полной отработки предохранительных околоствольных целиков. Однако при этом, для принятия обоснованного решения о конкретных размерах такой подработки с учетом возможного применения конструктивных мер охраны ствола, необходим достоверный прогноз сдвижений и деформаций околоствольного породного массива.
В условиях разработки некрутых (с углом падения до 300) угольных пластов наиболее характерными являются вертикальные сдвижения массива, способные вызвать у подрабатываемых вертикальных выработок достаточно серьезные нарушения крепи и армировки. Поэтому разработка надежных методов прогноза вертикальных сдвижений и деформаций массива над очистными выработками является актуальной.
Опыт расчета сдвижений массива по существующей методике [4] показывает, что она страдает рядом неточностей и упрощений, которые в конечном счете приводят к погрешностям прогнозируемых величин. К основным недостаткам этой методики относятся такие, как некорректный учет степени подработанности массива по вертикали; приближенный расчет деформаций в зоне полных сдвижений; односторонний подход к расчету сдвижений, производимому на разрезе лишь по одному сечению мульды, т.е. без учета объемности процесса.
На основе анализа целого ряда экспериментов, проведенных в УкрНИМИ, авторами разработана новая методика расчета сдвижений подрабатываемого массива горных пород, которая лишена указанных выше недостатков. В ее основу легли следующие экспериментально доказанные положения.
Ключевую роль в формировании сдвижений и деформаций породной толщи над выработанным пространством играет зона полных сдвижений, границы которой в массиве с определенной степенью точности определяются с помощью углов полных сдвижений. Внутри этой зоны направление векторов сдвижения нормально к напластованию, а изменение их величины по высоте носит нелинейный характер. При этом наблюдается два характерных участка , где деформации растяжения массива в вертикальном (нормальном) направлении имеют повышенные значения. Один из них находится вблизи выработанного пространства угольного пласта, а второй — в районе границ зоны полных сдвижений.
Относительная величина сдвижения qп любой точки в зоне полных сдвижений зависит от относительной ее удаленности от угольного пласта по нормали к напластованию и может быть описана зависимостью
где а0 и а1 — эмпирические коэффициенты, учитывающие степень метаморфизма вмещающих пород;
n1 и n2 — параметры, определяющие местоположение сечения, параллельного напластованию, в котором расположена расчетная точка, в зоне полных сдвижений соответственно на разрезах вкрест и по простиранию:
где Мi — расстояние, измеряемое по нормали к напластованию от пласта до i-й расчетной точки массива;
D1 и D2 — размеры выработанного пространства соответственно вкрест и по простиранию пласта;
y1, y2 и y3 — углы полных сдвижений.
При удалении от зоны полных сдвижений величина вектора сдвижения уменьшается, принимая нулевые значения на границах области сдвижения массива и отличные от нуля на земной поверхности в пределах мульды. При этом относительная величина вектора сдвижения точки зависит от степени ее подработанности и от ее местоположения в мульде сдвижения в обоих главных сечениях.
Расчет производится одновременно на двух вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения, на каждом из которых выделяются следующие основные зоны сдвижения в подрабатываемом массиве горных пород (рис. 1): зона полных сдвижений (1), расположенная непосредственно над выработанным пространством (зона обрушений, находящаяся между выработанным пространством и зоной полных сдвижений здесь не рассматривается ввиду ее относительно малых размеров по нормали к напластованию); зоны перегибов слоев (2), граничащие с обеих сторон с зоной 1; зона неполных сдвижений (3), расположенная выше зон 1 и 2 между линией полной подработки массива (AB на рис. 1) и земной поверхностью.
Оценка точности предлагаемой методики произведена путем сравнения прогнозных сдвижений с фактическими, измеренными на наблюдательных станциях. Так, на рис.2 приведены графики фактических и ожидаемых оседаний крепи вентиляционного ствола №2 шахты «Центральная Белянка» объединения «Луганскуголь», подработанного в 1977 г. по пласту g3.
Здесь же помещен график ожидаемых оседаний, рассчитанных по методике [4], из сравнения с которым можно сделать вывод о том, что новая методика прогноза сдвижений массива горных пород дает более точные результаты. Разработан алгоритм для автоматизации расчетов на ЭВМ.
1. Охрана и поддержание глубоких вертикальных стволов в Донбассе/ В.М.Кулешов, И.А.Южанин, С.Б.Кулибаба, В.А.Дрибан: Обзор/ ЦНИЭИуголь. —М.,1987. — 31с.
2. Опыт расконсервации околоствольных целиков с применением гармонической отработки пластов/ С.Б.Кулибаба, С.В.Голдин, Г.И.Сазонов, А.П.Литвиненко// Уголь Украины. — 1989. — №7. — С. 7-8.
3. Выемка предохранительного целика под действующим вертикальным стволом/С.Б.Кулибаба, И.А.Южанин, И.А.Колдунов, С.В.Голдин// Уголь Украины. — 1991. — №8. — С. 28-31.
4. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР/ ВНИМИ Минуглепрома СССР. — Л.:ВНИМИ. — 1986. — 222с.