Постановка задачи исследования перераспределения зон повышенного горного давления при разработке свиты сближенных пластов.
Автор:А.В.Рой студент IV курса кафедры маркшейдерского дела ДонНТУ , И.В.Назимко
Угольные шахты Украины отрабатывают запасы на глубинах, средняя отметка которых достигла 700м. Значительная часть шахт отрабатывает пласты залегающие на глубине более 1000м. На таких глубинах, уровень горного давления очень высок. Вертикальный компонент напряженний в нетронутом массиве за пределами влияния очистных работ превышает 25мкПа. При отработке свиты сближенных пластов возникают зоны наложения ПГД в котором массив горных пород обладает повышенной склонностью к выбросоопасности. В связи с этим исследования таких зон является актуальной задачей.
В данном докладе описывается постановка задачи исследования динамики перераспределения зон ПГД при развитии горных работ на двух сближенных пластах в условиях шахты Павлоград уголь , шахты "Героев Космоса".
Горнотехническая ситуация в западной части шахтного поля представлена следующим образом. Горные работы ведутся на двух пластах: нижнем сВ10 и верхнем с11 (рис. 1 и 2). Пласты имеют мощность 0,7-0,9 м с локальным её понижением на незначительных площадях до 0,6 м и повышением до 0,95—1,0 м. Расстояние между ними составляет до 19—20 м, что позволяет охарактеризовать их как сближенные. Таким образом, горные работы, проводимые на одном пласте, оказывают непосредственное влияние на соседний. На рассматриваемом участке шахтного поля в районе скважины 14961 имеется локальное уменьшение мощности пласта сВ10до 0,2 м. Эта зона находится на значительном расстоянии (более 600 м) от разгрузочных лав с охраняемыми магистральными выработками. Поэтому решение по технологии, с помощью которой лава (лавы) будут его преодолевать (перенарезка комплекса, сокращение длины лавы или просто переход), не повлияет на геомеханическую ситуацию в центральной части рассматриваемого участка в региональной зоне разгрузки. В верхней части шахтного поля сохраняется наклонное расположение выемочных столбов, примерно под 45˚ к ориентации разгрузочной лавы .В нижней части шахтного поля имеется геологическое нарушение, которое представлено поперечным сбросом. Его амплитуда в пределах шахтного поля переменна. В частности в районе 1010-й и 1012-й лав амплитуда достигает 24-27 м. Азимут нарушения около 170-180˚. При прослеживании амплитуды нарушения в западной части шахтного поля она прогнозируется от 17 м до 0 м, т.е. происходит вырождение нарушения. Точное расположение данного нарушения в западной части шахтного поля неизвестно. Также под сомнением его наличие. В связи с этим планирование расположен выемочных столбов в нижней части шахтного поля производится без его учёта. Направление выемочных столбов при этом будет по восстанию, под углом примерно 75-80˚к разгрузочной лаве.Очистные работы по пласту сВ10 в западной части шахтного поля закончены лавами 1040 и 1014, от
работка которых завершена в 1996 году. По верхнему пласту с11 очистные работы проведены далее вглубь блока. Так в верхней части уклонного поля отработана лава 1144. Её отработка завершена в конце 1998 года. В нижней части блока крайней является лава 1118, отработка которой завершена в июле 1999 года. Таким образом очистные работы по верхнему пласту развиты вглубь блока на 2 выемочных столба дальше, чем по нижнему пласту.
По обоим пластам пройдены разгрузочные лавы, предназначенные для создания региональной зоны разгрузки для магистральных штреков. На рис. 1 представлена выкопировка из плана горных работ шахты им. Героев Космоса по пласту с11. Дальний от ствола край выемочного поля разгрузочной лавы 1162 расположен на расстоянии 450—500 м от границы блока №1. Лава отработана по столбовой системе разработки в 1988—1990-м годах. В створе с лавой 1162 по пласту сВ10отработана лава 1062. Её отработка произведена 1997-1998-м годах. Таким образом, выработанное пространство лавы 1162 может быть охарактеризовано как относительно старое, а лавы 1062 как относительно новое.
Выемочный столб лавы 1062 несколько смещён по отношению к столбу лавы 1162. Так дальний от стволов край расположен непосредственно на границе (рис. 2). Отработка лавы произведена по столбовой системе: от дальней границы в сторону центральной части шахтного поля. Лава 1062 была остановлена на расстоянии примерно 700-750 м от крайней отработанной в западной части шахтного поля лавы. Таким образом, лавы 1162 и 1062 своими выемочными столбами перекрывают друг друга и образуют сплошную зону региональной разгрузки, протянувшуюся от существующей на данный момент границы очистных работ вплоть до границы блока №2. Развитие горных работ и предполагает базирование на расположении магистральных выработок в данной зоне разгрузки.
В верхней части шахтного поля очистные работы проводятся таким образом, что лавы по верхнему и нижнему пластам располагаются в створе одна над другой. В нижней части шахтного поля выемочные поля лав смещены один относительно другого. При этом бортовой штрек отрабатываемой лавы нижнего пласта располагается под средней частью выработанного пространства отработанной ранее лавы верхнего пласта.
В целом на шахте практикуется нисходящая система отработки пластов. Т. е. сначала отрабатываются лавы на верхнем пласте, а затем на нижнем. Такой порядок отработки будет задан при моделировании развития горных работ.
В настоящее время имеется участок 2-го западного магистрального откаточного штрека (2ЗМОШ) (рис. 1, 2). Он пройден преимущественно по пласту сВ10. 2ЗМОШ (рассматриваемая часть) проводился в 1992-1997 годах. К серьёзному недостатку расположения штрека следует, в первую очередь, отнести его расположение в краевой зоне ПГД от отработанной ранее по пласту с11 разгрузочной лавы 1162. Очевидно, в дальнейшем это негативно скажется на состоянии данной части штрека.
Также имеется участок 1-го западного магистрального конвейерного штрека (1ЗМКШ) (рис. 1, 2). Он пройден в 1993-1995 годах. Располагается в краевой части разгрузочной зоны от лавы 1162. Однако 1ЗМКШ не попадает в зону ПГД. Это следует считать положительным моментом. Ранее (в 1984 году) в нетронутом массиве был пройден участок данного штрека длиной более 400м. В настоящее время из-за неудовлетворительного состояния данная часть штрека погашена и не используется.
Третьей магистральной выработки, необходимой для развития горных работ в западной части шахтного поля, в настоящее время не существует. Его функции предполагается выполнять первому западному магистральному откаточному штреку. В 1996 году была предпринята попытка его проведения. Было пройдено более 300 м выработки в массиве. На момент его проведения ещё не существовало разгрузочной лавы 1162. В настоящее время этот участок магистрального штрека погашен из-за неудовлетворительного состояния.
Как видно, проблемы с состоянием магистральных выработок на шахте существуют. Неудачные попытки их проведения в 80-х годах привели к необходимости отработки разгрузочных лав 1162 и 1062. Эти лавы предназначены для создания региональной зоны разгрузки, которая используется для расположения в ней магистральных выработок.
В данной научно-исследовательской работе рассматривается один из рациональных вариантов развития горных работ. В его основе лежат следующие основные принципы. Зона региональной разгрузки со стороны верхней части шахтного поля охраняется целиками угля. С нижней стороны от разгрузочных лав уголь извлекается полностью. Очистные забои здесь подходят на минимальное расстояние к зоне разгрузки. Минимальных размеров целики, оставленные здесь для демонтажа механизированных комплексов, будут раздавлены, и произойдёт слияние выработанных пространств. Из-за увеличения зоны отработки в ней будет происходить снижение эффекта разгрузки. Магистральные выработки при этом следует расположить с охраняемой стороны зоны разгрузки – в верхней части разгрузочного пространства (рис. 3). Однако в настоящее время магистральные выработки расположены с обеих сторон зоны разгрузки. Поэтому, данный способ может быть реализован только после перенесения 1ЗМКШ в верхнюю часть зоны разгрузки. На шахте предполагается использовать уже существующий участок конвейерного штрека. Исходя из этого, вновь проводимый отрезок штрека располагаем в верхней части зоны разгрузки, и соединяем с существующим участком штрека диагональной
Расчётная схема варианта планирования развития горных работ представлена на рис. 3. На нём серым цветом показаны предполагаемые выработанные пространства от лав по пласту сВ10. Чёрным цветом пространства от лав по пласту с11. Как уже упоминалось, лавы в верхней части шахтного поля находятся строго одна над одной.
Выработанные пространства вводятся в следующем порядке:
1)старые выработанные пространства – лавы 1162, 1116; 2)лавы 1144, 1062; 3)лава 1118; 4)лавы 1120, 1146, 1016, 1044; 5)лавы 1122, 1148, 1018, 1046; 6)лавы 1124, 1150, 1020, 1048; 7)лавы 1126, 1152, 1022, 1050; 8)лавы 1128, 1154, 1024, 1052; 9)лавы 1130, 1156, 1026, 1054; 10)лавы 1132, 1028, 1056; 11)лава 1030; 12)лава 1032.Такое деление предполагает, что лавы, расположенные в одном этапе, отрабатываются в одно время. При этом можно заметить, что лавы с номерами 11ХХ отрабатываются ранее соответствующих лав с номерами 10ХХ (например 1150 ранее 1050). Этот порядок отработки подразумевает первоначальную отработку лав на верхнем пласте, а затем на следующем этапе на нижнем. Фактически это означает нисходящую систему отработки пластов, которая и применяется на шахте. Отставание в отработке лав по нижнему пласту принято равным одному столбу.
Таким образом, проанализировав исходные условия, на их основании создана цифровая модель массива в котором будет производится развитие горных работ. и в дальнейшем будет использоваться для расчета напряженных состояний в массиве горных работ.
Литература
- Назимко В. В. Геомеханические основы устойчивости подготавливающих выработок в зонах разгрузки при воздействии очистных работ: Дисс. … докт. техн. наук: 05.15.02., 05.15.11. Донецк, 1989. - 337 с.