д.т.н. Должиков П.Н., Палейчук Н.Н., (ДонГТУ, г. Алчевск, Украина), Демина Д.В. - О ВЛИЯНИИ ИНТЕНСИВНОЙ ТРЕЩИНОВАТОСТИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ШАХТ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА

Автор: д.т.н. Должиков П.Н., Палейчук Н.Н., (ДонГТУ, г. Алчевск, Украина), Демина Д.В., (ВНУ им. В. Даля, г. Антрацит, Украина).
Источник: Сборник научных трудов Донбасского государственного технического университета. Вып. 33 – Алчевск: ДонГТУ, 2011 – 421 с.

К основным составляющим, которые определяют эффективность подземной добычи угля, относится состояние подготовительных выработок. Одним из основных факторов, определяющих их устойчивое состояние, является трещиноватость породного массива. Воздействие трещиноватости на физико-механические свойства пород изучалось Ерофеевым Б.Н., Малининым С. И. и др. [1-3]. Анализ отечественных и зарубежных публикаций показывает, что в настоящее время под интенсивной трещиноватостью, в основном, понимается отношение некоторого характерного размера трещин к структурному блоку со средним размером hср [4]. Однако данное определение относится к сформировавшимся системам трещин, в первую очередь, в результате тектонических процессов. Согласно [5] под интенсивной понимается такая трещиноватость, которая характеризуется увеличением количества и параметров трещин за фиксированный промежуток времени в определенном направлении пространства. Этому определению в большей степени соответствует технологическая трещиноватость. В связи с этим является актуальным исследование влияния интенсивной технологической трещиноватости на устойчивость подготовительных выработок.

Целью работы является исследование влияния интенсивной трещиноватости на устойчивость горизонтальных выработок шахт восточного Донбасса.

В качестве объекта исследований были выбраны горизонтальные
подготовительные выработки пласта h10: 15-й западный, 18-й восточный, 18-й западный, 20-й, 203-й и 204-й пром. штреки шахты «Партизанская», 10-й западный откаточный, вентиляционный, 3-й восточный пром., диагональный конвейерный и 1-й северный штреки шахты «Ком-сомольская» ГП «Антрацит», а также восточный и западный дренажные, конвейерные №1, 2, 5, 7, вентиляционный №1 штреки шахты им. В. В. Вахрушева ГП «Ровенькиантрацит». Вмещающие породы представлены сланцами глинистыми, мощность т которых в исследованных выработках находилась в пределах 4,7-9,5 м, а временная прочность на сжатие σc составляла 53,7-64,2 МПа, песчано-глинистыми т = 2,8-16,2 м, σc = 67,5,6-71 МПа и песчаными т = 7-24,6 м, σc = 73-96,8 МПа. Для оценки устойчивости выработок общая их длина разбивалась на участки по 40 м. Устойчивость оценивалась показателем S, определяемым, как отношение фактической площади поперечного сечения выработок к проектной, а также N– отношением количества неразрушенных рам металлокрепи к общему их числу на данном участке и расчетными значениями смещений пород U, исходя из значений показателя S[6].

Углы напластования пород в исследуемых выработках составляют
α = 2 - 19° при диапазоне глубин Н = 694 - 1115 м.

В результате анализа степени и характера деформирования контура
подготовительных выработок и элементов крепления на различных участках в условиях шахт ГП «Антрацит» и ГП «Ровенькиантрацит», по значению показателя ωN выделено четыре типа наиболее характерных зон: со значением показателя менее 0,5 – зона I-го типа, с ωN = 0,5 ч 0,65 –
зона II-го типа, со значением ωN = 0,651 ч 0,8 – III-го типа, а участки с ωN
> 0,8 соответственно IV-го типа.

С целью определения изменения величины показателя устойчивости ωN в зависимости от густоты трещин массива за фиксированный промежуток времени (1 мес.) для условий пласта h10 в течении года проводились инструментальные исследования. При помощи фотопланиметрического метода определялось исходное значение густоты трещин, затем определялось приращение количества трещин на 1 м длины выработки со временем в различных зонах. Наибольший интерес представляет интенсивность трещинообразования, при которой происходит качественный переход участка выработки из зон предыдущего в зоны последующих типов.

Результаты исследования развития трещиноватости в горизонтальных пластовых подготовительных выработках, срок эксплуатации которых превышал 5 лет, вне зон влияния очистных работ и тектонической нарушенности для условий пласта h10 представлены на рисунке 1.
Подход к унификации синтеза автоматов Мура

Рис. 1. – График развития трещиноватости во времени в зонах различного типа подготовительных выработок пласта h10; [7],

На рисунке 1 кривая 5 соответствует зоне IV типа на момент окончания исследования. Кривая 3 соответствует зоне II типа, (значение показателя устойчивости ωN = 0,6) переход на которую произошел на 8-м месяце исследований; до этого показатель ωN участка выработки, представленного кривой 3, составлял 0,75 (зона III типа). На участке выработки, представленном кривой 4 в течении года показатель ωN изменился с 0,825 (май 2009 г.) до 0,575 (апрель 2010 г.). Переход из зоны IV в зону III типа произошел на втором месяце исследований, а из зоны III в зону II типа – на пятом. В зонах, представленных кривыми 1 и 2, значение показателя ωN составляло соответственно 0,825 и 0,7 на момент начала исследований и 0,375, 0,45 по прошествии года. На участке, характеризуемого кривой 1, значение показателя ωN изменилось с 0,825 до 0,75 на четвертом месяце исследований, с 0,725 до 0,575 на шестом, с 0,55 до 0,375 на восьмом. На участке выработки, развитие трещиноватости в которой отражено кривой 2, исходное значение показателя устойчивости составляло 0,7; на третьем месяце опустилось до 0,65, а на одиннадцатом уменьшилось до 0,45.

Для зависимостей (1)-(4) точность постоянных коэффициентов составляет 0,001. Выбор данного значения обусловлен необходимостью в
соответствующей точности аппроксимации полиномиальными зависимостями для последующего определения интенсивности трещинообразования.

Зависимость изменения густоты трещин во времени для зон I-го типа (кривые 1 и 2) аппроксимируются полиномиальными зависимостями (1) и (2). Тогда, зная время, при котором произошел переход зоны II-го в зону I-го типа, определим интенсивность развития трещиноватости, при которой произошел данный переход.

Интенсивность изменения величины x функции y = f (x), при условии, что эта функция непрерывна и дифференцируема в каждой точке, определяется как производная первого порядка: v=f(x)=dy/dx.

Количество трещин на 1 п.м. длины выработки для участка, представленного кривой 1 в момент зафиксированного перехода из зоны II-го в зону I-го типа определяется при помощи выражения:

где v – интенсивность трещинообразования на участке выработ-
ки представленном кривой 1 в точке зафиксированного перехода из зо-
ны II-го в зону I-го типа.

Интенсивность трещинообразования для участка выработки,
представленного кривой 2 в момент перехода из зоны II-го в зону I-го
типа (t = 11 мес.) определяется выражением:

Для участков выработок, представленных кривыми 3 и 4, в момент зафиксированного перехода из зоны III-го в зону II-го типа (t3 = 8 мес., t4 = 5 мес.) значение интенсивности трещиноватости составляет:

Анализ полученных зависимостей показывает, что в условиях пласта h10 наиболее интенсивное развитие трещин (3 и 0,5 (тр. / м) /мес для зон, представленных кривыми 1 и 2 соответственно) происходит при переходе участка выработки из зоны II-го в зону I-го типа, а наименее интенсивное – при переходе из зоны III-го в зону II-го типа.

1. Малинин С.И. Геологические основы прогноза поведения пород в горных выработках по разведочным данным / С. И. Малинин. – М.: Недра, 1969. – 192 с.
2. Парчевский Л.Я. Исследование влияния породных полос на состояние подготовительных выработок: тез. докл. и сообщ. республ. межвуз. научн.технич. совещ. по охране подготов. выработок на шахтах Донецкого бассейна / Л.Я. Парчевский, А.М. Симанович – Коммунарск, 1966. – С. 45–51.
3. Шашенко А.Н., Пустовойтенко В.П. Механика горных пород:
учебник для ВУЗов. – К.: Новий друк, 2004. – 400 с.
4. Ерофеев Б.Н. Прогнозирование устойчивости горных выработок / Б.Н. Ерофеев. – Алма-Ата: Наука, 1977. – 81 с.

5. Должиков П.Н. Исследование особенностей условий эксплуатации арочных рамных крепей в зонах интенсивной трещиноватости / П.Н. Должиков, Н.Н. Палейчук, Ю.И. Кобзарь // Сборник научных трудов НГУ. – 2010. – №34, Т. 1. – С. 67-74.

6. Палейчук Н. Н. О горно-геометрических параметрах вывалооразований подготовительных выработок глубоких шахт / Н. Н. Палейчук // Науковий вісник Національного гірничого університету. – 2010. – №11-12. – С. 43-45.