ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ БАРЬЕРНЫХ УГОЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ ПРИ ЗАКРЫТИИ ШАХТ.

Рассмотрены вопросы определения оптимальных размеров барьерных угольных целиков при закрытии шахт. Применение предложенной методики позволит рассчитывать целики, способные сохранять эксплуатационные свойства на протяжении всего срока службы.

Барьерные угольные целики призваны для предотвращения взаимного влияния соседних шахт, в первую очередь от перетока подземных вод. Значение их возросло особенно в последние годы, поскольку начато достаточно интенсивное закрытие угольных шахт и случаи соседства закрытой и действующих шахт участились. Уже отмечены случаи поступления вод из затопленного выработанного пространства закрытой шахты в выработки действующей шахты, что привело к возникновению аварийных ситуаций. Эти события поставили перед наукой и практикой ряд вопросов, требующих незамедлительного разрешения. Во-первых, не оказался изучен вопрос длительной надежности целика в условиях больших глубин, наличия водного напора и воздействия техногенных факторов (влияние горных работ по собственному и смежным пластам).

В настоящее время барьерные целики рассчитываются по формулам, полученным в условиях работы шахт на малых (200-300 м) глубинах, т.е. для глубин, где действующие напряжения на целик меньше предела прочности угля на сжатие.

С возрастанием глубины горных работ геомеханические процессы в горном массиве претерпевают не только количе ственные, но и качественные изменения

Как. видно из представленных зависимостей, с возрастанием уровня напряжений в горном массиве изменяется и характер реологических процессов. Стадия А соответствует мгновенному деформированию образца горной породы, стадия Б — деформированию с переменной скоростью, стадия В — деформированию с постоянной скоростью, стадия Г— ускорение деформирования перед разрушением. Кривые 1, 2, 3 соответствуют различной степени напряженного состояния породного образца: о7Ясж — 0,4; 0,6; 0,8 прочности на одноосное сжатие.

Угольные пласты в процессе своего генезиса подвергаются действию повышенных напряжений. В результате они и вмещающие породы оказываются разбитыми системой или несколькими системами трещиноватости, ориентированных, как правило, нормально к плоскости напластования. В процессе отработки угольного пласта в его краевой части под действием зоны опорного давления формируется система техногенных трещин, которые, обычно, ориентированы примерно нормально к плоскости напластования и параллельно линии очистного забоя. Расстояние между трещинами составляет от нескольких сантиметров до метров. На шахте «Торецкая» на пласте к8 «Каменка» были выполнены исследования трещиноватости боковых пород и пласта. Для этого из штрека по нормали к пласту (угол падения пласта составляет 38°) бурились скважины наглубину 12 м с отбором керна. В результате изучения отобранного керна выявлена система эндогенной трещи новатости с шагом 0,8-0,9 м. В угольном пласте выявлена система трещин, расположенных под углом 87° к напластованию и шагом 0,5-0,6 м.

При ведении горных работ с помощью длинных очистных забоев в краевой части пласта формируются зоны опорного давления. В них действуют напряжения, которые выше первоначальных в 2-3 раза. В случае, когда они превышают предел прочности угля, в краевой части происходит образование новых трещин с интенсивностью до 10-12 м"'.

Рис. 2. Расслоение пород почвы и кровли пласта l3 при их подработке (по данным замеров при помощи аппаратуры «Спектр»): "—" — места установленных контактов

В процессе выемки угольного пласта происходит не только перераспределение напряжений в окружающем выработку горном массиве, но в сдвижение приходят породы почвы и кровли. В результате образуются трещины расслоения, которые являются проводниками дренируемого газа и воды. Для изучения процесса расслоения пород общепринятым является метод глубинных реперов [4], разработанный во ВНИМ.И И.М. Петуховым и Ф.Н. Воскобоевым, а также вида оптические, механические или электронные щелемеры [2]. Для их реализации обязательным является бурение скважин, в которых размещаются реперы или приборы, что является очень трудоемким и дорогостоящим. Поэтому в настоящее время наиболее доступным является применение аппаратуры «Резонанс» [3] или более совре¬менной — «Спектр» конструкции ОФТГП ДонФТИ НАНУ. В основу метода положен эффект разных резонансных частот у различных породных слоев, особенно при наличии расслоений. Первичный сейсмосигнал создается ударом молотка в кровлю (почву) выработки. На шахте им. Артема ПО «Дзержинск-уголь» были выполнены замеры в очистном забое по пласту А, оборудованному крепью КГУ. Пласт был ранее подработан очистным забоем по пласту /2'"в, находящемся на расстоянии 25 м в почве.