ГОРНЫЕ УДАРЫ: ПЯТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ В ВОСТОЧНЫХ ШТАТАХ США

Алан A. Камполи(горный инженер), Карла A. Кертис(геолог) и Клауд A. Гуд(Питсбургский Исследовательский центр. Горное управление, Питсбург, Пенсильвания)

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ СОЕДИНЕННЫХ ШТАТОВ:
Дональд Пол Ходел, секретарь
ГОРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ:
Дэвид С. Браун, исполняющий обязанности директора

РЕЗЮМЕ

Это исследование Горного управления проводилось, чтобы получить лучшее понимание проблемы удара угольной шахты и ее эффекта на подземную угольную промышленность в Восточных Соединенных Штатах. Чтобы достигнуть этого, информация была собрана на геологических условиях, добывая методы, и технические параметры в пяти склонных к удару шахтах. Два геологических условия, как находили, вызвали возникновение ударов в Восточных Соединенных Штатах: (1) относительно толстый перегружают и (2) чрезвычайно твердые слои, происходящие немедленно выше и ниже моего угольный пласт. Дополнительно, вероятность возникновения удара увеличена определенными методами горной промышленности, которые концентрируют усилия во время горной промышленности отступления, в областях, где геологические условия являются способствующими ударам. Горной промышленности планов, которые разрешают развитие пунктов линии столба или длинных промежутков крыши, которые проектируют по областям рта, нужно избежать, потому что эти особенности могут поспособствовать возникновению ударов.

ВВЕДЕНИЕ

Обзор литературы и сообщений о несчастном случае относительно сильных отказов в угольных шахтах показывает беспорядок относительно определения типа вовлеченного отказа. Сильные отказы в угольных шахтах могут быть классифицированы как сильные удары, взрывы, и вспышки. Сильный удар - внезапное действительное воздействие или вибрация угольного столба, который может сопровождаться ребром или лицом разрыву. Взрыв - мгновенный взрывчатый отказ угля или связанных слоёв. Вспышка - непосредственное изгнание угля и газа от твердого лица. Уголь распыляется в процессе. Выпущенный газ является смесью преобладающе метана и углекислого газа. Вспышки приводят к впадине перед или к одной стороне входа. Во время вспышки испускаются большие количества газа. Впоследствии, есть быстрое сокращение газовой нормы эмиссии со временем. Эта работа касается взрывов, с которыми сталкиваются во время угольной промышленности отступления. Поскольку «удар» - срок, относился к этому типу отказа в Восточных Соединенных Штатах, термин будет использован всюду по этой бумаге. Угольная промышленность отступления концентрирует усилия на столбах непосредственно у области закладки. Эта ситуация напряжения сделана хуже, когда горная промышленность проводится в областях, заключенных в кожух в твердые связанные слои. Лежание над слоями формирует консольные лучи по смежным областям закладки, которые передают давление на смежные у столба. Доступные удары показа данных вызвали 49 несчастных случаев с 1978 до 1984 и привели к 14 несчастьям с 1959 до 1984 в Восточных Штатах Кентукки, Западной Вирджинии, Пенсильвании, и Вирджинии.

ПОДТВЕРЖДЕНИЯ

Эта работа, возможно, не была выполнена без помощи многих людей, хорошо познакомивших с ударами угольной шахты. Клоуд Бланкеншип, горный инженер, ОШБЗ(Отдел шахтной безопастности и здоровья) , Принстон, Западная Вирджиния; Энтони Зона, руководитель,отдел контроля за кровлей, ОШБЗ, Центр технологии безопасности Бруктен, Питсбург, Пенсильвания; Гарри Гармон, окружной инженер, Франк Бако, старший инженер, и Роберт Павловский, геолог, ассоциации США., Гэри, Западная Вирджиния; A. Р. Христианский, административный менеджер, Чарльз Коуч, руководитель, Рик Бонхан, главный инженер, и Джеральд Лукас, директор безопасности, Бунвелл, Западная Вирджиния; Кеннет Купер, генеральный директор, Джон T. Кларк, главный инженер, и Фрэнсис Оливер, директор безопасности, Омар, Западная Вирджиния; Джеймс Р. Вилсек, генеральный директор, Леонард П. Моква, менеджер разработки, отделения Вирджиния; Дэн Ашкрафт, директор угольных шахт, главный горный инженер, Питсбург, Пенсильвания; Мартин Валери, общий руководитель, Дуайт Стронг, руководитель, Дон Винстон, главный инженер, Сандра Шарма, старший горный инженер, Западная Вирджиния; и Мартин Хаудук, консультант, предоставили оценочную информацию, способность проникновения в суть, и совет, который сделал эту публикацию возможной.

РАЗВТИЕ И МЕХАНИЗМЫ УДАРА

Уголь и смежная породы, когда подвергнуто увеличивающемуся грузу, тот, который наложен приближающейся линией столба, приспосабливаются деформацией и переломом крыши, пола, и угольных столбов. Иногда отказ основания является катастрофическим. Когда это происходит, уголь может быть удален яростно из столба. В некоторых областях пол может внезапно подняться. Отказ обычно сопровождается в соответствии с очень громким сообщением, и сотрясениями или колебаниями, которые могут быть обнаружены, некоторое расстояние далеко настроено в окружающей земле и в моем атмосфера. Отказ этого вида может вовлечь только единственный столб, часть столба, или нескольких столбов, с различными степенями насилия. Такие отказы обычно происходят около линии столба в камере, добывающей группу, или в или около лица в прогрессе или отступлении лава добывающая группа. Несколько геологических условий, как полагают, вызывают удары в восточных американских каменноугольных бассейнах. Перегружение составляет 500 футов или более толстый. Сильная, лежащая слой, обычно массивный песчаник или конгломерат, немедленно происходит выше или близко к угольному пласту. Пол силен и не поднимается с готовностью. Эти предположения были оттянуты из экспертизы 117 инцидентов удара во время периода с 1925 до 1950, выполнены Голландией и Томас (4). Исследования случая, которые следуют, вновь подтверждают много аспектов их работы. Размер и конфигурация столбов угольной шахты определены функцией, которую они должны выполнить. Они могут быть обязаны поддерживать перегружение, чтобы минимизировать поверхностное понижение или препятствовать тому, чтобы вход воды примкнул к работам. В этих случаях столбы обычно широки и превышают ширину, требуемую поддерживать перегружение. Негабаритные столбы могут также быть обязаны обеспечивать барьер, чтобы оградить важные главные подземные шоссе от структурного повреждения. Вентиляция или требования перевозки на прогрессе могут вызвать геометрию столба далеко из оптимального проекта для горной промышленности отступления. Горная промышленность под тяжелым покрытием с сильными, компетентными смежными слоями, которые могут заставить угольные удары происходить, лучше достигнута, используя проект столба разрушения, чтобы предотвратить опасные накопления напряжения (2). Когда открытие развито в угольном пласте, часть естественной поддержки основания удалена, и груз крыши по истощенной области должен нести уголь, который остается. Пол также реагирует на тот добавленный груз через уголь. Естественная тенденция крыши, пола, и угольных столбов состоит в том, чтобы закрыть это открытие. В действительности угольные столбы, имеющие существенный груз, ухудшатся, приводя к уступающему периметру и сползание. Это расширяет неподдержанный промежуток и передает дополнительный груз на сохранение структурно компетентного угля. Рис. 1 идеализированная иллюстрация регулирования области напряжения к потере равновесия и созданию высокой погрузки на краю угольного столба из-за концентрации напряжения.


 
Рис. 1. Регулирование напряжения вокруг единственного штрека.
Рис. 1. Регулирование напряжения вокруг единственного штрека.

Груз, переданный столбу, определен процентом извлечения и толщиной перегружения. Распределением напряжения в столбе, однако, управляют физические свойства крыши, пола, и угольного пласта, наряду с геометрией проекта столба. Вероятное распределение напряжения на широком столбе идеализировано в числе 2. В идеале, у столба есть достаточно области контакта крыши, чтобы нести груз без отказа и достаточного пола, имеющего область, чтобы сопротивляться грузу. Это далее постулируется, что крыша и пол очень стойкие к уступанию. Так как уголь вообще - рыхлый материал, края разрушения столба. Таким образом, усилия низки на уступающих краях столба и увеличиваются быстро по короткому расстоянию в ядро столба. Государство напряжения в основной зоне столба - функция его ширины и отрезок времени, это поддерживало крышу. В широком столбе это постулируется, что уровень напряжения существенно ниже в ядре столба чем около краев (3).

Рис. 2. Регулирование напряжения вокруг длинного забоя.
 
Рис. 2. Регулирование напряжения вокруг длинного забоя.

Рис. 3 указывает идеализированный образец напряжения по узкому столбу. Поскольку узкий столб берет груз, разрушения столба, и крыша и пол имеют тенденцию сходиться. При этом условии столб разрушения неспособен к переносу последующей разгрузки. В результате твердый уголь имеет дополнительный вес. Формирование вторичной арки как показано в числе 4 с временной зависимостью, будучи функцией природы слоёв (3). Столб, загружающий гипотезы, только представленные для развития секции столба, подобен для горной промышленности отступления, с дополнением сил зоны границы. В то время как распределение напряжения во рту является трудным иметь размеры, эффект связанных давлений границы на активную секцию столба обозначен конвергенцией непосредственно у линия столба. Конвергенция кровли-к-этажному, навлеченная приближающейся линией столба, представляет полное движение крыши, пола, и системы столба. В зависимости от физических свойств угольного пласта, смежных слоёв, и глубины покрытия, боковая степень зоны конвергенции может измениться от нескольких десятков ног к сотням ног. В рис.4 разгрузка угольного пласта, чтобы быть обсужденной в двух из исследований случая, которые следуют, массивная крыша песчаника, объединенная с рыхлым угольным пластом, приводит к консольной погрузке и зонам конвергенции 300 футов у линия столба. Угольные столбы, выставленные высоким давлениям зоны границы, приведут или поддержат груз, в зависимости от их размера и силы.

Рис. 3. Регулирование напряжения вокруг узкого столба.
 
Рис. 3. Регулирование напряжения вокруг узкого столба.


 Рис. 4. Регулирование напряжения из-за уступания узкого столба.
Рис. 4. Регулирование напряжения из-за уступания узкого столба.

Опасность удара может развиться в столбе промежуточного размера, особенно когда столб окружен меньшими уступающими столбами. Столб промежуточного размера в рис. 4 угольного пласта вообще 160x160-футовым квадратом (2). Столб этого размера может уступить вокруг его периферии. Уголь, к которому приводят, вокруг периметра ограничивает ядро столба. Рис. 5 - идеализированное представление плана условий в таком столбе. Боковые силы, проявленные герметичным ядром, уравновешены боковым заключением, предоставленным периметром, к которому приводят.

Рис. 5. Идеализированная диаграмма основной погрузки заключения критического столба размера.
 

Рис. 5. Идеализированная диаграмма основной погрузки заключения критического столба размера.

ССЫЛКИ

1. Голланд C. T. and E. Томас. Горные удары: аспекты возникновения, причины, и контроль. БиМайнес B 535,1954, 37 с.
2. Хаудук M. частная статья, 1985; доступная после запроса A. A. Каполи, БиМайнес, Питсбург, Пенсильвания.
3. Гуд C. A., A. Зона, и A. A. Каполи. Контроль горных ударов. v. 21, No. 10, 1984, с. 48-53.
4. Хеннен Р. В. Вайоминг и Округа МакДовелл. Геологический отчет, 1915, 783 с.
5. Блакеншип C., A. T. Кастанон. Многократные случаи горных ударов., ОШБЗ (4015 Арлингтон, VA 222031, 1983, 17 с.
6. Миллер T. C., Р. Спорик. Применение гидравлических устройства для измерения относительные давления в угле: доклад о достигнутых результатах. БиМайнес RI 6571, 1964, 13 с.
7. Талман В. Г. и Дж. Л. Шродер, младший. Контроль горных ударов в пласте №4 «Покахонтас» горн. инженер (Лителтон), авг. 1958, стр 877-891; сентябрь 1958, 982-1004 с.
8. Вест M. Л. и C. E. МакГрав. Отчет о несчастных случаях горных ударов. ОШБЗ (Вирджиния 24641), 1974, 12 с.
9. Диамонд В. P. и Дж. Р. Левин. Прямой метод определение содержания газа в угле: процедуры и результаты. БиМайнес RI 8515, 1981, 36 с.
10. Кисселл Ф. Н. Особенности движения и залегания метана в районе Питсбурга пласта №3 «Покахонтас» и пластов «Хартшорн» района Оклахомы. БиМайнес RI 7667, 1972, 22 с.
11. Девис Дж. E. Случаи выброса угля. ОШБЗ (Западная Вирджиния 25880), 1983, 26 с.
12. Хеннен Р. В. Геологический отчет района Файет конти , 1919, 1002 с.
13. Гроз Г. С. Случаи предотвращения выбросов угля. ОШБЗ (Западная Вирджиния 258801), 1984, 9 с.