Геомеханическое обеспечение горных работ

Деформации пород в окрестности выработки. Влияние типа крепи и формы поперечного сечения выработки на характер разрушения пород. Распределение напряжений вокруг одиночной выработки. Способы управления горным давлением в подготовительных выработках.

Рубрика Геология, гидрология и геодезия
Вид курс лекций
Язык русский
Дата добавления 27.06.2014
Размер файла 4,6 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Лекция 8. УПРАВЛЕНИЕ КРОВЛЕЙ В ЛАВЕ

8.1 Производственные наблюдения проявлений горного давления в лавах

Целью производственных наблюдений за проявлениями горного давления в лавах является оценка эффективности управления кровлей в лавах для разработки технических и организационных мероприятий, улучшающих состояние кровли.

Задачи:

- определить отклонение фактического вывалообразования из кровли от расчетного и определить его причины;

- получить количественную оценку (параметры) поведения кровли для проектирования новых участков на том же пласте;

- получить однозначные результаты испытания крепи;

- установить закономерности между состоянием и техническими мероприятиями по управлению кровлей и её геологическим строением.

Критерий эффективности крепи является частота и размеры вывалов породы из кровли. Если средняя удельная площадь вывалов перед крепью и суммарная длина вывалов высотой более 0,3 м больше 30 %, тогда считается, что управление кровлей не эффективно.

Методика производственных наблюдений заключается в следующем. Лава делится на равномерно распределенные по всей её длине участки наблюдений шириной 1-1,5 м (например, над каждой четвёртой секцией крепи). На каждом участке измеряются размеры вывалов и уступов в кровле, подсчитываются число трещин и регистрируется состояние поверхности забоя, а также положение конвейера и крепи в лаве. В специальную таблицу заносятся расстояние от конца козырька крепи до забоя, расстояние между носком основания секции и конвейером, между завальной стороной конвейера и забоем, расстояние от конца козырька до первой точки его контакта с кровлей, высота породной подушки над козырьком крепи и др. (рис. 8.1)

Наблюдения в каждой лаве проводятся обычно дважды а неделю, при хорошей кровле - реже, при плохой - чаще. Можно лаву обследовать выборочно через 20-30 м подвигания или систематически. На обследование один человек затрачивает 2-3 часа.

Рисунок 8.1 - Эскиз состояния кровли в лаве

Давление в гидростойках измеряется в течении двух недель на четырёх секциях самопишущими манометрами, которые переставляются через 2 - 3 дня на новые секции. По лентам самопишущих манометров определяется давление начального распора, среднее за цикл и максимальное, затем умножается на площадь поперечного сечения цилиндра гидростойки и определяется сопротивление крепи.

Рабочим сопротивлением крепи называется усилие, с которым крепь сопротивляется опусканию кровли; удельное рабочее сопротивление - сопротивление отнесенное к единице площади крепи, поддерживаемой крепью; номинальное - паспортное сопротивление.

На основании обобщения наблюдений установлено, что начальный распор обычно ниже номинального из-за: недостаточной длительности распора; наличия вывалов в кровле; недостаточной производительности насосной станции; больших потерь в магистрали.

Давление и расход рабочей жидкости в гидросистеме крепи регистрируется в течение нескольких часов в добычную смену при помощи самопишущих манометров и расходомеров, установленных на концевых секциях крепи в лаве. Это позволяет получить данные о перепаде давления на нижнем и верхнем концах лавы в зависимости от расхода жидкости во время передвижения крепи. Исследования необходимы для:

- установления недостаточности рабочего сопротивления крепи для данных условий и установления причин недостаточной производительности насосной станции: малый диаметр трубопровода; повреждение клапанов, гидрораспределителей;

- оценки состояния крепи;

- накопления статистических данных.

8.2 Проектирование способа управления кровлей в лаве

Успешная работа очистного забоя в значительном мере зависит от умения предотвратить образование вывалов и ступенчатого опускания кровли очистных забоев, которое определяется правильным выбором следующих параметров: реакции крепи; расстояниях между забоем и концами призабойных консолей перекрытий; продолжительности запаздывания крепления. Рекомендации:

- при сроке службы крепи 8-10 лет её следует проверять на наиболее неблагоприятные условия, если условия разные;

- следует учитывать, что реальные параметры не выдерживаются при эксплуатации крепи, так рабочее сопротивление равно только начальному распору; расстояние между забоем и концами верхняков крепи примерно в два раза больше паспортного;

- следует применять крепи с удельным сопротивлением не менее 400 кН/м2;

- если расстояние между забоем и концами секций крепи более 0,3 м, следует предусмотреть встроенные дополнительные элементы, уменьшающие это расстояние;

- время запаздывания крепления должно быть как можно меньшим (2-4 секции, для чего пригодна схема передвижки крепи с резервирование шага передвижения, для более прочных пород - без резервирования);

- для предотвращения распространения вывалов породы из кровли предусматривать упрочнение пород химическими анкерами или нагнетанием составов.

Основой для выбора типа механизированной крепи является соответствие её характеристики горно-геологическим условиям эксплуатации, проверка механизированной крепи по фактору горного давления. Эти факторы рассмотрены в курсе УСМГП.

Лекция 9. Геомеханика надработки и подработки угольных пластов

В шахтном поле в большинстве случаев расположен не один, а несколько пластов, т.е. свита пластов. Если пласты расположены на значительных расстояниях один от другого (70-200 м), то порядок отработки пластов может быть как снизу вверх, так и сверху вниз. При небольшом расстоянии между пластами порядок отработки пластов играет большую роль. В связи с этим, сближенные пласты, при разработке которых надо учитывать их совместное залегание.

Нисходящий порядок выемки пластов имеет наибольшее распространение. Если выемка сближенных пластов начинается с верхнего пласта, то такой порядок называется надработкой пласта. Верхний пласт - надрабатывающий; нижний - надрабатываемый.

Надрабатываемый пласт подвергается сложному процессу нагружения и разгрузки на площади большей, чем отрабатываемая площадь верхнего пласта. Под влиянием оказываются очистные и подготовительные выработки надрабатываемого пласта (рис. 9.1)

Для безопасного ведения очистных работ на нижнем пласте необходимо знать расстояние, на которое должен отставать забой лавы на нижнем пласте, определяемое по формуле:

, (9.1)

где L1 - расстояние от забоя лавы до границы опорного давления верхней лавы (80-120 м);

, (9.2)

М - междупластье, м;

L3 - запас, учитывающий неравномерность подвигания лав, равен 30 - 40 м;

Рисунок 9.1 - Схема надработки пласта

Нижний пласт в результате надработки претерпевает попеременно сжатие и разгрузку от двух волн напряжений - передней и задней зон опорного давления надрабатывающего пласта. Это приводит к уменьшению мощности пласта, к его разрушению или утонению, создает благоприятные условия для газоотдачи, а в месте пониженных напряжений происходит расширение пласта.

Для того, чтобы нижний пласт не подработал верхний пласт, минимальное его отставание не должно быть меньше, определенного по формуле:

, (9.3)

где д - угол сдвижения пород по простиранию (85 град.).

Характер и величина деформации пород в надрабатываемых выработках зависят от мощности, структуры и свойств пород междупластья, способа проведения выработки, её охраны. В подработанных и надработанных зонах выделяют три зоны (рисунок 3.1): I - зона сжатия пласта и пород; II - зона разгрузки пласта и пород; III - зона уплотнения надработанной толщи. В зоне сжатия надрабатываемого пласта при М = 50 м зафиксировано уменьшение мощности пласта на 0,3 %; в зоне разгрузки - расширение на 0,4 % за счет увеличения пористости надрабатываемых пород и пласта. Зона уплотнения протяженная; процесс уплотнения длительный; напряжения восстанавливаются до гидростатических. Общий характер вторично подрабатываемого массива аналогичен характеру деформаций пород толщи при первичной надработке. Однако, при вторичной надработке максимальные величины и скорости деформаций в зонах сжатия и разгрузки характеризуются меньшими величинами. Таким образом, первичная надработка сопровождается качественным изменением свойств пласта и пород, которые сохраняются длительное время (более 5 лет).

Подработка пласта - это влияние разработки нижнего пласта (подрабатывающего) на вышерасположенный (подрабатываемый) пласт. При подработке верхний пласт может попадать в различные зоны. Разрешается подрабатывать пласт, если он попадает во II зону сдвижения массива (зону последовательного, послойного прогиба пород с разрывом сплошности) и в верхние, но не в I зону обрушенных пород. При этом междупластье должно быть:

, (9.4)

где m - мощность пласта, м, (до 2,0 м).

Для Донбасса при мощности пласта до 1,5 м пригодна формула А.П. Килячкова.

, (9.5)

где б - угол падения пласта, град.

На рисунке 9.2 показано взаимное расположение лав при подработке пласта, где также, как и при надработке, выделены три зоны напряжений.

Рисунок 9.2 - Схема подработки пласта

В зоне сжатия на верхнем пласте (II зона) его мощность уменьшается на 0,2 % при междупластье 25 м, а в зоне разгрузки увеличивается на 0,4 %. Происходит дренаж газа, осушение верхнего пласта, предварительно разламывается основная кровля, что благоприятно сказывается при отработке верхнего пласта. Это приводит к тому, что опасные по горным ударам и внезапным выбросам угля и газа пласты становятся не опасными. Подработка и надработка пластов - самое эффективное мероприятие для предотвращения динамических явлений.

, (9.6)

где L2 -шаг осадки основной кровли.

Лекция 10. Расположение полевых выработок

ВНИМИ рекомендует охранять основные выработки: целиками; в оболочке целиков (см. рис. 10.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 10.1 - Охрана выработок целиками по ВНИМИ

Расположение целиков над целиками приводит к синергетическому эффекту, а взаимодействие зон опорного давления способствует его умножению и, поэтому целики должны быть шириной 300 м и более.

Назимко В.В. и др. (Дон ГТУ) предложили три способа охраны выработок (рис. 10.1): образование региональной зоны разгрузки (а) и сохранение её защитными полосами угля по собственному пласту и предохранительными целиками по смежным пластам; б - для повышения надежности сохранения разгрузочной зоны использовать закладочный массив; в - способ на использовании эффекта разгрузки, возникающего на участках наложения краевых частей выработанных пространств.

а) б) в)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 10.2 - Способы охраны выработок ДонГТУ
Предложены также три механизма деформирования надрабатываемых выработок: разрушение под действием отжимающих напряжений в зоне I под угольным пластом (рис. 10.3);

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)
Рисунок 10.3 - Смещение пород в выработках при надработке (а); распределение зон напряжений (б)
Разрушение пород происходит за счет разуплотнения в зоне I, под действием вращающегося тензора напряжений в зоне II, разрушение только под действием касательных максимальных напряжений (зона III).
Механизм стабилизации конвергенции на уровне насыщения заключается в том, что ранее разрушенные породы, примыкающие к контуру выработки перемещаются радиально, сжимаются, самозаклиниваются под действием растущей и разуплотняющейся зоны неупругих деформаций.

На рисунке 10.4 показано распределение напряжений и зон в массиве, окружающем выработку при её надработке, где 3 область разуплотнения; 4 - область относительного сжатия; 5 - кривая распределения напряжений.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 10.4 - Распределение зон в окрестности выработки

Расклинивающий эффект неустойчив. Главная форма потери устойчивости - складкообразование в кровле, в почве выработки.

Таким образом, процесс деформирования пород в окрестности надрабатываемой выработки определяется сочетанием механизмов деформирования и уровнем конвергенции насыщения. При этом имеет место субординация механизмов деформирования. Если сочетание действующих напряжений в движущейся зоне опорного давления и прочности пород таково, что породы успевают разрушиться через 1-2 месяца, тогда включается первый механизм разрушения в зоне опорного давления. Дальнейшее включение второго и третьего механизмов зависит от соотношения накопленной конвергенции и уровня её насыщения.

Если разрушение по первому механизму исчерпано полностью, остальные механизмы не запускаются. Критическая зона устойчивости III, где действуют максимальные касательные напряжения и возникают соответствующие деформации, выработка может хорошо пройти зону I, но разрушиться в зоне III (кривая 5 на рис. 10.3).

На рассмотренных выше механизмах основаны способы обеспечения устойчивости выработок. Выбрав допустимый уровень конвергенции насыщения (учитываются горно-геологические и горно-технические факторы) надрабатывают выработку, а через 3 - 4 месяца после зоны активного сдвижения выработку ремонтируют. Второе направление - замораживание градиента деформации вокруг контура выработки, при котором сохраняется кольцевая зона сжатых пород у контура выработки и разуплотненная зона в глубине массива, способная быть компенсатором сдвижения. Управлять смещением пород на контуре выработки так, чтобы смещения были равномерными и радиальными, т.е. бороться с образованием складок в кровле и в почве, так как они снижают распор. Доля первичного трещинообразования 5-20% от общего смещения, 80-95% конвергенции реализуется после возникновения породных складок и в результате их развития.

Для предупреждения складкообразования рекомендуется способ локального анкерования (рисунок 10.5) другие виды усиления крепи направленного характера. Рекомендуемая схема расположения анкеров в 1,5 - 5 раз эффективнее традиционной.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 10.5 - Схема локального анкерования

Лекция 11. ПОДГОТОВКА ВЫЕМОЧНЫХ ПОЛЕЙ

11.1 Определение основных параметров зон повышенного горного давления (ПГД) от целиков, оставленных на соседних пластах

В зависимости от ширины целика, прочности угля, мощности пласта, степени нарушенности в предельном состоянии может находиться весь целик или только его краевые зоны. Обычно размеры целиков больше удвоенной ширины зоны предельного состояния угля, поэтому с достаточной точностью эти зоны не учитываются. На рисунке 11.1 показано расположение зоны ПГД и величины напряжений.

Рисунок 11.1 - Схема расположения зоны ПГД

Контур зоны ПГД замкнут, так как целик находится в окружении отработанного пространства двух лав. Зона ПГД строится так: откладываются значения l1 и l2 от нормали проведенной по центру целика. l1 и l2 определяются по формулам:

; (11.1)

, (11.2)

Дl1 и Дl2 определяются по таблицам и зависят от длины лавы, расстояния от целика вниз.

По таблице определяется значение максимального напряжения и напряжения на участке равном 0,1 половины длины лавы. Дальность зоны ПГД не превышает трех размеров зон опорного давления.

При этом используется приведённая расчётная мощность междупластья

, (11.3)

где h - фактическая мощность междупластья, м;

Кн - коэффициент, учитывающий влияние неоднородности пород междупластья

, (11.4)

з - процентное содержание песчаников, известняков в междупластье;

fП - коэффициент крепости песчаника;

fС - коэффициент крепости сланцев.

При определении параметров зон ПГД от краевых частей надрабатывающих и подрабатывающих пластов по таблицам следует определить параметры зоны при отношении ширины целика к половине длины лавы равном единице.

От степени опасности зон ПГД зависит выбор мер по управлению горным давлением. Для пластов с углом падения менее 35°: ПГД повышенной опасности на расстоянии от целика до 50 % от максимальной зоны ПГД; опасные при 50-75 % и прогнозные на глубине более 75 %. На пластах с углом падения более З5° значения для степеней опасности следующие: 1 до 45 %; II 45-70 %; III более 70 %.

В зонах повышенной опасности резко снижается устойчивость пород непосредственной кровли в очистных забоях, увеличивается отжим угля, наблюдается зажатие секций механизированных крепей, возможны завалы лав.

В опасных зонах снижается устойчивость непосредственной кровли, увеличивается количество и высота вывалов, возможны случаи завалов лав.

В прогнозных зонах устойчивость кровли снижается незначительно и не оказывает влияние на ведение работ.

Максимальна глубина распределения зоны ПГД составляет 0,9 длины лавы.

Для обеспечения безопасной работы в лавах на участках ПГД I, II зон опасности необходимо увеличить плотность крепи, предварительно упрочнять кровлю.

11.2 Основные правила подготовки выемочных полей

1. Пласты отрабатывать в нисходящем порядке; выработки располагать в разгруженных от горного давления зонах, но следует учитывать и опасность, вызванную пониженным давлением.

2. Не оставлять в выработанном пространстве одиночных или протяженных больших целиков.

3. При проведении выработки параллельно геологическому нарушению её следует располагать на значительном расстоянии; не рекомендуется при этом располагать выработку в лежачем боку пологих надвигов.

4. Полевые выработки располагать в устойчивых породах, лучше всего под нижним пластом.

5. Расстояние между полевыми выработками, квершлагами, выработками околоствольного двора не менее трехкратной ширины или высоты выработки большего сечения.

6. Этажные квершлаги необходимо располагать по вертикали один под другим.

7. При работе лавы от квершлага монтажную камеру располагают в 20-40 м от него и работы ведут на квершлаг.

8. Пластовые уклоны следует располагать за зоной опорного давления лав. Если отрабатывается несколько пластов, то целики для охраны уклонов нельзя применять, необходимо работать лавами от уклонов при односторонней работе лав.

9. Рекомендуется выход лав на базовую выработку без оставления целиков.

10. Можно использовать базовые выработки (основные) в качестве монтажных камер, применяя при этом дополнительные мероприятия: проведение выработки повышенного сечения; упрочнение боков выработки анкерами; возведение литой полосы со стороны выработанного пространства. На удароопасных пластах лавы располагают не перпендикулярно основной выработке, а под некоторым углом.

Лекция 12. РАСПОЛОЖЕНИЕ ПОЛЕВЫХ ВЫРАБОТОК

12.1 Условия разработки пластов на больших глубинах

Отличия разработки угольных пластов на больших глубинах обусловлены изменением горно-геологических условий залегания пластов. Распределение пластов по обрушаемости кровли следующее: категория А1 - 13,1 %; А2 - 65,5 %; А3 - 13,6 %; А4 - 1,1 %; А4 - 6,7 %, т.е. категории А1 меньше на 37 %, на 30 % больше для А2.

По устойчивости нижнего слоя: Б1 - 5,5 %; Б2 - 16,3 %; Б3 - 37 %; Б4 - 31,.5 % ; Б5 - 9,7 %.

Прогнозируется температура пород на глубине 901 - 1200 м: 26,8 - 52,7°С; на глубине 1201 - 1800 м: 35,6 - 74,.8°С. Геотермический градиент (1,3 -3,9°С)/100 м.

Опасные по выбросам угля и газа 20 % пластов; 11 % - по самовозгоранию. Ожидаемый приток воды менее 2 м3/т.

Увеличится выделение газа в выработки за счёт выделения из песчаников.

На глубине более 800 м сосредоточено 15 % всех запасов угля в Донбассе.

Имеются сведения о 100 крупных геологических участках, запасы угля которых превышают 5 млрд. т. Длина участков 5 - 18 км по простиранию; 9 - 9,5 км по падению. Количество пластов - от 1 до 20 при мощности 0,65 - 1,1 м. Угол падения 10 - 13°. Промышленные запасы шахтных полей 55 - 390 млн. т.

В проектах последнего десятилетия предусматривается вскрытие центрально-сдвоенными стволами и фланговыми вспомогательными, капитальными квершлагами на одном двух горизонтах. Шахтное поле разделено на блоки, которые отдельно вскрыты, проветриваются, а уголь транспортируется к главному стволу.

Штреки основных направлений, панельные уклоны, бремсберги, ходки проектируется проводить полевыми с охраной целиками. Для проветривания лав - возвратноточная схема проветривания. Большинство выработок поддерживаются за лавами.

Таким образом, в проектах не учтено влияние природных факторов, которые оказывают решающее значение на выбор схем вскрытия, подготовки, системы разработки, охраны выработок. Факторы: горное давление, газоносность пластов и пород.

На большой глубине в запредельное состояние переходят не только алевролиты, аргиллиты, но и песчаники, известняки. Пластовые, полевые выработки подвержены большим деформациям, особенно выработки примыкающие к лавам. Второй способ их охраны (охрана искусственными ограждениями для повторного использования) не годится. Такие факторы, как крепь повышенной несущей способности и податливости, крепь усиления, тампонаж закрепного пространства, увеличение сечения выработки на 15% снижают смещение пород в выработку и то в первый период в зоне временного опорного давления.

На больших глубинах сплошные и комбинированные системы разработки лучше, по фактору горного давления, но они сложны по проветриванию, транспорту. Действие горного давления на выемочные выработки не снижается.

При высокой газоносности необходима дегазация угольных пластов, выработанного пространства, особенно при сплошной системе разработки.

Разгрузка массива пород, окружающего горные выработки - основное техническое решение для снижения отрицательного воздействия природных факторов.

12.2 Расположение полевых выработок в разгруженном от горного давления массиве горных пород

Критерии перехода на охрану полевых выработок с предварительной разгрузкой: смещение кровли, почвы менее 0,5 м, что является предельным для арочной трёхзвенной крепи.

Разгрузка массива осуществляется при отработке разгрузочной лавы, ниже которой располагаются выработки (рис. 12.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 12.1 - Характер сдвижения надработанного массива горных пород по ДонУГИ

Выделяются зоны: полных сдвижений (1); сложных сдвижений (2). В 1 зоне произошла разгрузка массива, породы над выработанным пространством в пределах зоны полных сдвижений передали свой вес на почву пласта.

Во вторых зонах напряжения изменяются от минимальных до гидростатических и превышающих гидростатические под угольным пластом.

Выработки рекомендуется располагать в зоне полных сдвижений на определённых расстояниях от выработанного пространства и границ угольного пласта.

Расстояние между выработками

, м, (2.1)

где Кi - коэффициент, зависящий от глубины разработки и прочности пород междупластья, Кi = 1…5;

b1, b2 - ширина выработок, м.

Крайние выработки должны стоять от краевой части пласта на величину lн

, (12.2)

где m - мощность пласта, м;

Н - максимальная глубина заложения выработок, м;

Ку - коэффициент, учитывающий устойчивость кровли выработок,

Ку = 1, при неустойчивых породах (G < 40 МПа);

Ку = (0,8 - 0,6), при средней устойчивости пород (G = 40 - 60 МПа);

Ку = (0,5 - 0,4), при устойчивых породах (G > 60 МПа);

Ко - коэффициент, учитывающий обрушаемость пород:

Ко = 1 для легкообрушающейся кровли;

Ко = 1,15 при средней обрушаемости кровли;

Ко = 1,25 для труднообрушающейся кровли;

Кh - коэффициент, учитывающий расстояние от почвы пласта до выработки: при h = 10 м Кh = 1; h = 15 м Кh = 0,95; h = 20 м Кh = 0,85.

Для фланговых полевых выработок расстояние до краевой части пласта равно 0,5•lн.

Отставание забоя подготовительной выработки от забоя разгрузочной лавы (рис. 12.2) равно 1,25•lн.

Рисунок 12.2 - Взаимное положение забоев выработок

При соблюдении параметров lg, lн длина разгрузочной лавы 180 - 200 м. Под ней также необходимо располагать приёмно-отправительные площадки, камеры.

При подходе основных лав к выработанному пространству разгрузочной лавы оставляются целики угля шириной

, (12.3)

где Кд - коэффициент, учитывающий направление движения основной лавы:

если лава движется на целик Кд = 0,8;

параллельно выработкам Кд = 0,6;

от границ целика Кд = 0,4.

Целики не должны разрушаться. Их ширина 23 - 62 м.

Для сохранения разгрузочных зон, при их создании или при подходе основных лав предусматривается возведение плотной закладки в краевых частях разгрузочных лав.

Лекция 13. Создание зон разгрузки массива горных пород лавой

Разработано 16 схем для условий: мощность пласта (m) 0,8 - 0,9 м; глубина разработки (Н) 700 - 1400 м; угол падения пласта (б) менее 10° - 8 схем, более 10° - 8 схем; газовыделение до 4 м3/мин и более 4 м3/мин; опасные и неопасные по выбросам угля и газа.

На схемах приняты условные обозначения дорог для доставки вспомогательных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

- напочвенная;

- монорельсовая;

- канатно - кресельная.

Условия применения схем:

при G менее 40 МПа, Н до 700 м;

при G от 40 до 60 МПа, Н до 700 - 900 м;

при G более 60 МПа, Н более 900 м;

Рассмотрим наиболее простые схемы.

Схема 2.13 (согласно первоисточнику) предусматривает разгрузку главных полевых штреков при панельной подготовке разгрузочной лавой по простиранию. Конвейерный и вентиляционный штреки, проводимые вслед за разгрузочной лавой, периодически соединяются квершлагами с главными полевыми штреками, за квершлагами пластовые штреки погашаются. На рисунке 13.1 приведён план расположения очистного и подготовительных забоев и разрез по падению пласта. Пласт не опасен по внезапным выбросам угля и газа. Угол падения пласта более 10 град. На рисунке 13.1 не уточнена схема проведения откаточного штрека по пласту за лавой, где расположен конвейер и др. вопросы.

Рисунок 13.1 - Схема предварительной разгрузки главных штреков при панельной подготовке
Для пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, согласно схеме (рис. 13.2) за лавой проводятся 3 выемочных штрека, из которых по двум бортовым поступает свежая струя воздуха, а по третьему проводимому в нижней части лавы, выдаётся исходящая струя воздуха. При этом свежий воздух на верхний штрек подаётся по сбойке, соединяющей бортовые штреки в выработанном пространстве, а исходящая струя воздуха по наклонному вентиляционному квершлагу на главный вентиляционный (полевой) штрек. Материалы доставляются по всем выработкам с помощью монорельсовых дорог.
Рисунок 13.2 - Схема создания зоны разгрузки лавой с тремя выработками
Лекция 14. Создание зон разгрузки массива горных пород при проведении пластовых выработок
Массив разгружается после образования щели или скважины по угольному пласту.
Основные принципы:
- выработки проводятся только с присечкой почвы;
- форма сечения выработок прямоугольная или трапециевидная;
- предусматривается упрочнение кровли;
- применяется крепь направленной податливости до величины мощности пласта.
14.1 Статистический метод
Смещение кровли и почвы определяется в выработке без разгрузки массива,
; (14.1)
, (14.2)
где Ksk, Ksп - коэффициенты, учитывающие влияние глубины разработки, расчётной прочности пород, опорного давления;
b - ширина выработки.
Смещение кровли после образования щели по угольному пласту:
, (14.3)
, (14.4)
где l - параметр,
, (14.5)
lщ - длина щели, м.
Необходимо задать значение lщ, учитывая, что оптимальное lщ = 0,75b.
Высота щели
. (14.6)
Если вместо щели в пласте бурятся скважины, необходимо вычислить коэффициент (Кскв), учитывающий влияние межскважинных целиков:
, (14.7)
где d - диаметр скважин, примерно равен высоте щели;
n - число рядов скважин по мощности пласта.
14.2 Аналитический метод
На рисунке 4.5 приведена схема для определения ширины зоны разгрузки со стороны восстания пласта (Взв) и падения (Взн). Ширина выработки горизонтальная (Вш.п.) и наклонная (Вшн) разгрузочное действие щели распространяется в почве и ограничивается линией АС со стороны восстания и А`C` со стороны падения пласта.
Рисунок 14.1 - Схема для определения ширины зоны разгрузки пласта
Положение линий определяется углом разгрузки (ц), который вычисляется по формуле
, (14.8)
где В - коэффициент
, (14.9)
ус - предел прочности почвы на сжатие;
ур - предел прочности на растяжение.
Для определения ширины зоны разгрузки массива (рис. 4.5) изображается в масштабе и определяются Взв и Взп.
Аналитически
, (14.10)
, (14.11)
где б - угол падения пласта, град;
lв, lп - соответственно высота выработки со стороны восстания и падения.
14.3 Схемы разгрузки при проведении выработок
На рисунке 14.2 в плане и на разрезе показано расположение крепи, анкеров, разгрузочной щели при проведении штрека, где: 1 - верхняк; 2 - верхняя, 3 - нижняя боковые стойки крепи; 4 - щель; 5 - анкеры.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 14.2 - Схема разгрузки массива пород скважинами при проведении выемочной выработки
Разгрузка массива может осуществляться буровзрывным способом при кровлях средней устойчивости и устойчивых.
Отставание места производства работ по разгрузке массива от забоя выработки в пределе 15 - 20 м.
При прочности кровли на сжатие менее 60 МПа рекомендуется применять винтовые анкеры; при прочности 60 - 90 МПа - анкеры с закреплением по всей длине химическими составами или трубчатые. Длина анкеров 1,8 - 2,0 м.
Лекция 15. Схемы подготовки и системы разработки пластов на больших глубинах
В зависимости от условий разработки рациональны две группы схем:
- главные выработки полевые и расположенные в разгрузочных зонах, создаваемых разгрузочными лавами, примыкающие к лавам выработки проводятся в неразгруженном массиве;
- главные и выемочные выработки пластовые проводятся в разгруженных зонах, создаваемых при проведении выработок.
15.1 Первая группа схем
Предложено 8 систем разработки для пластов с углом падения более 10 град:
1) столбовая система разработки с поддержанием выработки за лавой;
2) столбовая система разработки с погашением двух выработок за лавой; третья выработка поддерживается в выработанном пространстве;
3) столбовая система разработки с отработкой через столб;
4) столбовая система разработки, но с последовательной отработкой столбов; вентиляционный штрек проводится вприсечку;
5) комбинированная система разработки «парные штреки»; за лавой проводятся три штрека;
6) сплошная система разработки с полевым штреком; выемочные штреки оформляются за лавой;
7) столбовая система разработки; столбы подготавливаются спаренными штреками; схема проветривания с подсвежением;
8) то же, но без подсвежения.
Для выбора системы разработки вычисляется безразмерный критерий Кср
, (15.1)
где Uпред - предельная податливость крепи;
Uк2 - смещение кровли в повторно используемой выработке.
По графику (рис. 15.1) в зависимости от мощности пласта и глубины разработки выбирается система разработки, номер которой помещён справа от графика.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 15.1 - График зависимости kср от мощности пласта и глубины разработки
На рисунке 15.2 приведена система разработки по схеме №1. Столбовая система разработки с повторным использованием конвейерного штрека в качестве воздухо-подающего для лавы нижележащего столба, позади которой он погашается. Схема проветривания прямоточная с подачей подсвежающего воздуха по участку конвейерного штрека, расположенному впереди лавы и выдачей исходящего воздуха по остальной части штрека на фланговый вентиляционный ходок.
Рисунок 15.2 - Способ подготовки и система разработки длинными столбами с повторным использованием штрека при прямоточном проветривании с подсвежением исходящей струи воздуха
Для пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, рекомендуется система разработки по схеме №2, изображённая на рисунке 15.3.
Рисунок 15.3 - Способ подготовки и система разработки длинными столбами при прямоточном проветривании с подсвежением исходящей струи воздуха
Согласно схеме №2 за лавой оба штрека погашаются. Свежая струя подаётся по откаточному штреку, подсвежающая по верхнему штреку, проведённому вприсечку. Исходящая струя воздуха выдаётся по специальному вентиляционному штреку, который проводится вслед за лавой в её верхней части. При подготовке нижнего столба штрек проводится вслед за лавой от флангового ходка с отставанием от действующей лавы. Для проветривания этого штрека используется свежий воздух, поступающий по бывшему вентиляционному штреку отработанного яруса. Схема №2 сложная, но может применяться на большой глубине при отработки пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа.
5.2 Вторая группа схем
Основные принципиальные решения для создания второй группы систем разработки:
- использование эффекта разгрузки массива вокруг выработок позволяет максимально снизить или исключить проявление горного давления непосредственно в выработке, а переместить их в массив, примыкающий к границам разгруженных зон;
- расширение области применения столбовой системы разработки, в которой предусматривается повторное использование выработки, прямоточная схема проветривания с подсвежением исходящей струи;
- обеспечение высокой безопасности работ по условиям выхода людей непосредственно на свежую струю воздуха при аварийной ситуации в выемочном поле;
- осуществление сонаправленного движения угля и воздуха по лаве.
Наиболее простая система разработки представлена на рисунке 15.4. Средняя наклонная панельная выработка проводится в почве пласте на расстоянии 10 - 15 м от него. Конвейерный штрек за лавой охраняется кострами в сочетании с подпорно-оградительной крепью; кровля плавно опускается на величину, равную мощности пласта. Проветривание прямоточное. Свежая струя воздуха подаётся по двум штрекам, исходящая - по откаточному штреку за лавой на фланговый ходок. Предусматривается щелевая или иная разгрузка массива горных пород.
Рисунок 15.4 - Способ подготовки и система разработки длинными столбами с повторным использованием штреков в разгруженных зонах при прямоточном проветривании с подсвежением исходящей струи воздуха
Лекция 16. Особенности вскрытия шахтных полей на больших глубинах
Направления совершенствования схем вскрытия:
- главные магистральные и основные наклонные выработки блоков и горизонтов проводятся в разгруженных от горного давления зонах;
- вскрытие и подготовка шахтных полей вертикальными стволами и капитальными квершлагами с применением транзитных наклонных выработок, что приводит к уменьшению числа основных углеподъёмных горизонтов при больших размерах шахтного поля по падению, к уменьшению начальной глубины стволов;
- вскрытие и подготовка шахтного поля участками-блоками с прохождением слепых стволов или блочных стволов для спуска угля и грузов на основной горизонт;
- автономное вскрытие и разработка частей шахтного поля больших размеров шахтами-блоками с передачей угля на центральную промплощадку по транспортным выработкам, расположенным под дневной поверхностью;
- вскрытие и подготовка блоков шахты с выдачей угля на поверхность и выполнением вспомогательных операций по блочным стволам. Предложено 15 схем вскрытия [9]. Схема вскрытия №3 - вскрытие вертикальными стволами, пройденными до верхней границы шахтного поля, с подготовкой уклонных полей транзитными уклонами представлена на рисунке 16.1. Размер шахтного поля по падению более 3 км.

Размещено на http://www.allbest.ru/

В этой схеме реализованы все направления совершенствования схем вскрытия шахтного поля: проведение выработок в разгруженных зонах; один углеподъёмный горизонт; наименьшая глубина стволов; бесступенчатый транспорт угля.

Лекция 17. МЕТОДОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕЩИНОВАТЫХ МАССИВОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УПРОЧНЕНИЮ

Геомеханические основы упрочнения массива пород вокруг примыкающих к лавам выработок, которые включают закономерности взаимной связи между деформационными, фильтрационными свойствами массива пород и технологическими свойствами скрепляющих составов изложены в предыдущих главах. Они являются основой для выбора и обоснования новых технологий, параметров упрочнения, скрепляющих составов и направлены на уменьшение затрат по упрочнению пород на сопряжении лав с выработками. Ниже, на примере использования дешевых модифицированных карбамидных составов, показано в какой последовательности и каким образом использовать установленные закономерности поведения массива горных пород и взаимодействующего с ним состава.

Коротко о содержании и деятельности:

- выделяются зоны в массиве впереди лавы по проницаемости;

- определяется место, время упрочнения;

- подбирается состав;

- назначается вид технологии;

- подбирается оборудование;

- оперативно определяются параметры расположения шпуров;

- определяются параметры нагнетания.

- контролируется качество упрочнения.

Методические подходы при выполнении отдельных этапов рассмотрены ниже.

Прежде всего, используя закономерности изменения проницаемости (эмпирические формулы, график) в зависимости от расстояния до лавы и в глубь массива от стенки выработки, выделяются три зоны массива: до 5 м; 5-20 м; более 20 м от лавы. Это позволяет учесть проницаемость пород для определения параметров фильтрационного потока, параметры расположения шпуров для нагнетания, конфигурацию упрочненного участка.

Во-вторых, для определения места, времени выполнения работ по упрочнению в зависимости от скорости подвигания лавы определяется время отверждения состава, по которому подбираются компоненты состава.

В-третьих, зная параметры деформации массива, подбирается скрепляющий состав с соответствующими им деформационными и прочностными свойствами.

В-четвертых, зная место работы по упрочнению, время отверждения состава, обеспечивающее выход в призабойное пространство упрочненной кровли, назначается вид технологии упрочнения: оперативное, предварительное или заблаговременное.

В-пятых, при выбранном составе подбирается оборудование для нагнетания состава в массив. Серийно выпускаемые установки "Нагус", КСН применяются для оперативного упрочнения. Для других участков (более 5 м от лавы) возможно применение простой однорастворной схемы нагнетания составов, например, из емкости с помощью сжатого воздуха от шахтной магистрали сжатого воздуха или от автономного переносного баллона.

В-шестых, оперативно определяются параметры расположения шпуров. Для этого по методу ДГМИ при бурении шпура измеряется прибором ПСЛ-2 интенсивность сейсмоакустических волн, по величине которой назначаются параметры расположения шпуров и пустотность трещиноватых пород согласно таблице 17.1 [10].

В-седьмых, определяется расход, темп и время нагнетания состава, глубина герметизации шпуров в зависимости от схемы их расположения.

И последнее, контроль качества упрочнения непосредственно после отверждения состава в массиве перед выходом упрочненной кровли в призабойное пространство осуществляется при помощи прибора ПСЛ-2 или прибором, основанным на методе истечения сжатого воздуха через шпур.

Таблица 17.1 - Параметры массива и расположения шпуров

Показатель

Параметр

Интенсивность сейсмоакустических волн, мкА

менее 150

151-200

201-300

301-500

Пустотность массива, %

0,3

0,3

0,3

0,5

Длина шпура, м

4,0

3,0

2,5

2,0

Глубина герметизации, м

1,2

0,9

0,7

0,6

Расстояние между шпурами, м:

при безнишевой выемке угля

при наличии ниш

1,5

1,3

1,0

1,0

3,0

2,6

2,0

2,0

Отдельные элементы методики ДГМИ используются на практике, в частности, определение проницаемости, сейсмоакустических свойств массива, параметров расположения шпуров.

Реализовать рассмотренную выше методологию планируется в методических указаниях, в которых без расчётов по измеренной величине интенсивности сейсмоакустических волн, таблично приводятся параметры расположения шпуров, технологии нагнетания составов, технологических параметров скрепляющих составов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Якоби О. Практика управления горным давлением: Пер. с нем. - М.: Недра, 1987. - 566 с.

2. Булычёв Н.С. Механика подземных сооружений. - М.: Недра, 1982. - 270 с., (гл. 3 §§ 8, 9, 12).

3. Методичні вказівки для виконання практичних занять з дисципліни "Геомеханічне забезпечення гірничих робіт"/Укл. М.К. Клішин, Пятаченко А.А. - Алчевськ: ДГМІ, 2003. - 8 с.

4. Орлов А.А. Классификация состояния кровли в очистных выработках // Уголь. - 1967. - №4.

5. Копылов А.Ф., Назимко В.В. Механизмы деформирования надрабатываемой выработки. - Уголь Украины. - 1994. - №5. - С.10-12.

6. Копылов А.Ф., Назимко В.В. Повышение устойчивости надрабатываемых выработок//Уголь Украины. -1994. -№8. -С.23-24.

7. Черняев В.И. Расчёт напряжений и смещений пород при разработке свиты пластов. - Киев: Техника, 1987. - 149 с.

8. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. - М.: Недра, 1980. - 360с.

9. Альбом схем вскрытия и систем разработки пологих пластов Донбасса на больших глубинах с расположением выработок в разгруженных зонах. - М.: ИГД им. А.А. Сочинского, 1990. - 168 с.

10. Клишин Н.К., Данилов А.А. Упрочнение горных пород на угольных шахтах // Материалы межд. конф. «Безопасность жизнедеятельности на пороге XXI века» (Алушта, сентябрь 1999 года). - Алчевск: ВО МАНЭБ, ДГМИ, 1999. - С. 44-47.

11. Клишин Н.К., Лёвин А.А., Тоцкий А.В., Гришан Н.К. Фильтрационные свойства трещиноватого массива. //Сб. науч. тр. ДГМИ. - Алчевск: ДГМИ, 2001. - Вып. 14. - С. 114-120.

12. Клишин Н.К., Склепович К.З. Исследования скрепляющих составов на основе карбамидных смол // Вестник МАНЭБ. - С.-Пб.: 2001. - № 9 (45). - С. 35-37.

13. Клишин Н.К., Куленич Б.И., Герасько О.А. Напряженно-деформированное состояние кровли очистной выработки в зонах влияния выемки угля и передвижения крепи: // Сб. науч. тр. ДГМИ. - Алчевск: ДГМИ, 2001. - Вып. 14. - С. 17-25.

14. Клишин Н.К., Кашперский С.А., Гришан Н.К. Исследование влияния трещиноватости массива на напряженно-деформированное состояние вокруг подготовительной выработки в зоне влияния очистных работ // Сб. науч. тр. ДГМИ. - Алчевск: ДГМИ, 2001. - Вып. 14. - С. 78-82.

15. Клишин Н.К., Лёвин А.А. Исследование напряженно- деформированного состояния горных пород вокруг выработки в зоне влияния лавы // Сб. науч. тр. ДГМИ. - Алчевск: 2001. - Вып. 14. - С. 98-106.

16. Клишин Н.К., Пятаченко А.А., Гришан Н.К. Определение параметров технологии упрочнения кровли в очистных забоях // Вестник МАНЭБ. - С.-Пб.: 2000. - № 2 (26). - С. 35-37.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Состояние массива горных пород в естественных условиях. Оценка горного давления в подготовительных выработках. Схема сдвижения массива при отработке одиночной лавы. Виды разрушения кровли угольных пластов. Расчет параметров крепи очистной выработки.

    учебное пособие [11,5 M], добавлен 27.06.2014

  • Выбор формы поперечного сечения и типа крепи горной выработки. Определение площади поперечного сечения выработки и расчет арочной крепи. Расчёт проветривания выработки и разработка графика проведения работ. Определение стоимости проходки 1 м выработки.

    курсовая работа [887,0 K], добавлен 21.07.2014

  • Определение площади, формы поперечного сечения и вида крепи выработки. Расчет анкерной крепи. Сопротивление пород сжатию в кровле. Технология проведения горной выработки и организация проходческих работ. Разработка графика цикличной организации проходки.

    контрольная работа [76,8 K], добавлен 10.03.2013

  • Анализ горнотехнической ситуации при отработке запасов на данном пласте. Выбор места расположения выработки относительно угольного пласта и вмещающих пород, обоснование способов проведения, формы и величины поперечного сечения выработки пласта.

    курсовая работа [564,5 K], добавлен 22.06.2015

  • Методы расчета поперечного сечения выработки, горного давления. Выбор типа и параметров крепи. Обоснование комплекса проходческого оборудования и технологической схемы проведения выработки. Энергоснабжение забоя выработки. Работы в проходческом забое.

    курсовая работа [291,2 K], добавлен 11.08.2011

  • Выбор комплекса основного проходческого оборудования. Оценка устойчивости пород на контуре сечения выработки, обоснование формы сечения и конструкции крепи, расчет сечения выработки в свету. Расчет прочных размеров крепи, составление паспорта крепления.

    дипломная работа [7,4 M], добавлен 11.12.2010

  • Определение размеров поперечного сечения выработки. Расчет физико-механических свойств пород. Оценка напряженного состояния пород, расчет устойчивости и выбор крепи. Погрузка породы и маневрово-транспортные операции. Режим работы рудника и рабочих.

    реферат [202,2 K], добавлен 18.09.2014

  • Выбор формы поперечного сечения выработки и материала крепи. Определение площади поперечного сечения. Проектирование и расчет буровзрывных работ. Проветривание горных выработок. Расчет прочных размеров горной крепи. Организация работ по уборке породы.

    курсовая работа [301,8 K], добавлен 02.04.2015

  • Обоснование выбора комплекса проходческого оборудования. Оценка устойчивости пород на контуре сечения выработки, обоснование формы сечения и конструкции крепи. Разработка паспорта буровзрывных работ и взрывной сети. Расчет подачи свежего воздуха.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 04.12.2010

  • Физико-механические свойства пород. Назначение, срок службы выработки, материал и конструкция крепи, а также способы проведения выработки. Расчет размеров и площади сечения в свету и вчерне. Раннее значение высоты для однопутной и двухпутной выработок.

    контрольная работа [497,6 K], добавлен 10.12.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.