а)УДК 622.831
Донецкий национальный технический университет
83000, Украина, г.Донецк, ул.Артема,58
На основании выполненных исследований установлено, что наличие в выработанном пространстве податливой опо- ры, с определенной величиной усадки, создает благоприятные условия для устойчивости пород кровли и почвы и сохранению сплошности подработанной.
Общеизвестно, что Донецкий угольный бассейн явля- ется основным поставщиком высококачественных углей для металлургической промышленности и энергетики Украины. Разработка угольных пластов в этом районе характеризуется относительно низким уровнем технико-экономических показа- телей. Обусловлено это в первую очередь, ухудшающимися с
глубиной горно-геологическими условиями.
Практика работы шахт Донбасса показывает, что с ро- стом глубины горных работ с 600 до 1200м устойчивость бо- ковых пород резко ухудшается, а в породах кровли начинает проявляться природный и весьма опасный фактор – расслое- ния, приводящие к обрушениям. Такое положение способству- ет изменению устойчивости и прочности пород в направлении простирания пласта и приводит к тому, что хаотическое чере- дование обрушенных и необрушенных участков в очистном забое создает переменные нагрузки на призабойное простран- ство. Негативные последствия такого положения могут прояв- ляться и в том, что основная кровля, не имея подпора в выра-
ботанном пространстве, в зоне опорного горного давления со- здает повышенные нагрузки на угольный пласт. Под их дей- ствием в породах непосредственной кровли имеет место тре- щинообразование еще до подхода очистного забоя. Положение существенно изменяется, если в выработанном пространстве разместить широкую податливую опору в виде закладочного массива (с определенной величиной усадки).
Результаты выполненных нами исследований, а также опыт ведения горных работ показываю, что наиболее благо- приятный режим работы боковых пород обеспечивается при соблюдении оптимальных параметров закладочного массива, выполняющего роль широкой податливой опоры с конечной величиной усадки.
Для доказательства этого положения были выполнены исследования напряженного состояния пород кровли на моде- лях из оптически-чувствительных материалов. Исходя из ре- ального поведения вмещающих пород и области применения оптического метода, в ходе выполнения эксперимента уста- навливалась исходная картина распределения касательных напряжений после выемки угля в лаве. Считается [1], что тре- щинообразование в породах происходит в основном в резуль- тате воздействия растягивающих напряжений в местах их вы- соких концентраций.
Исследования проводились на моделях, в которых мощность непосредственной кровли соответствовала 6m, где m – мощностью разрабатываемого пласта, м (m = 1,0 м). Гео- механический масштаб модели 1:100. Моделируемая глубина 700, 800, 1000 и 1200 м. Для определения оптимальных пара- метров закладочного массива в моделях изменяли два пара- метра – усадку и отставание закладочного массива от забоя.
Породы кровли в моделях были условно расчленены на блоки, которые взаимодействовали между собой подобно гео- механической системе. Критерии подобия определены в соот- ветствии с методикой [2].
Полученные на основе анализа данные показывают, что варьируя геометрическими параметрами обнажений боко-
вых пород можно управлять геомеханическими процессами
происходящими в массиве (рис.1). Установлено, что вероят-
ность появления трещин горного давления в породах кровли всегда больше при способе управления кровлей полным об- рушением (рис.1а). Наиболее благоприятная геомеханическая обстановка в окрестности горной выработки имеет место при отставании закладочного массива от груди забоя до 3,5 м и усадке не более 35% (рис.1б).
а)
б) Рис.1 Схема взаимодействия пород непосредственной кровли при полном обрушении кровли (а) и при отставании закладоч- ного массива на 3м (б)
Непосредственная кровля, опирающаяся одной сторо- ной на массив угля, а другой - на закладочный массив, под- вержена сжимающим усилиям благодаря действующему гори- зонтальному распору. Контактирующие между собой пород- ные блоки создают над выработкой устойчивую конструкцию за счет действующего горизонтального распора, что и способ- ствует сохранению сплошности пород подработанной толщи.
Таким образом, в результате выполненных нами ис- следований определено, что при наличии в выработанном про- странстве широкой податливой опоры и соблюдении ее опре- деленных параметров сплошность нависающей толщи нару- шаться не будет. Такое состояние пород имеет место и в выра- ботанном пространстве.
Особенно благоприятное воздействие податливая опо- ра оказывает на состояние сопряжения лавы с примыкающей выработкой, что приводит к значительному облегчению тех- нологии ведения горных работ.