WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

С целью изучения влияния лавы верхнего слоя на напряженно-деформированное состояние надрабатываемого слоя для условий пласта III-го Томь-Усинского месторождения были проведены аналитические исследования с использованием метода конечных элементов.

В качестве примера, иллюстрирующего характер полученных при расчетах результатов, на рис.1 приведены изолинии остаточных деформаций для центрального сечения лавы. Как следует из рис. 1, в угольном пласте в направлении подвигания лавы образуется зона остаточных деформаций глубиной до 0,5 м, которая располагается в нижней части забоя и приводит к существенному снижению прочностных характеристик надрабатываемой части пласта.

Полученные в результате аналитических исследований зоны предельных состояний верхней части надработанного слоя показали, что на глубины зоны разрушения наиболее существенное влияние оказывают: глубина ведения горных работ, физико-механические свойства угольного массива, длина лавы, мощность верхнего слоя и наличие породных прослойков.

При различных сочетаниях данных факторов величина глубины зоны разрушения может отличаться в несколько раз (рис. 2).

С учетом вышеизложенного мощность межслоевой защитной угольной пачки, оставляемой между слоями, следует определять из выражения:

mз.п. lз.р. + a,

где: mз.п. – мощность угольной пачки, оставляемой между слоями угля, м (рис. 3); lз.р. – глубина зоны разрушенного угля, формирующаяся в угольном массиве, расположенном ниже верхнего слоя, под воздействием опорного давления, возникающего впереди забоя лавы верхнего слоя, м; а – минимально допустимая мощность неразрушенной пачки угля, при снижении которой происходит ее обрушение в призабойном пространстве лавы нижнего слоя, м.

При мощности межслоевой защитной угольной пачки (mз.п.lз.р.+a) пачка выполняет защитную функцию и исключает обрушение пород кровли между забоем лавы и перекрытиями секций крепи.

2. Нагрузку на межслоевую защитную угольную пачку, а, следовательно, и минимально допустимую по фактору «горное давление» мощность защитной пачки необходимо определять с учетом расстояния между лавой надрабатываемого слоя и трещинами разлома в основной кровле пласта, образовавшимися при отработке вышерасположенного слоя.

В соответствии с известными методиками нагрузка, действующая на межслоевую защитную угольную пачку, принимается, как правило, равной весу обрушившихся и лежащих на пачке пород кровли. Различия известных методик (ВНИМИ, КузНИУИ, КузГТУ) заключается в подходах к обоснованию высоты столба пород, пригружающих пачку. В большинстве случаев этот параметр рекомендуется принимать равным высоте зоны беспорядочного обрушения пород кровли. В условиях отработки мощных пологих угольных пластов высота зоны беспорядочного обрушения кровли по данным различных авторов достигает 30 м.

Как следует из результатов шахтных и аналитических исследований оценка нагрузок на защитную угольную пачку по весу столба пород в зоне беспорядочного их обрушения может считаться допустимой при отработке пластов, кровля которых представлена относительно слабыми породами большой суммарной мощностью. Известные методики позволяют получить приемлемые для практических целей результаты при выполнении следующего условия:

mв < hн.·(kр - 1),

где: mв – вынимаемая мощность верхнего слоя; hн – суммарная мощность пород непосредственной кровли пласта; kр – коэффициент разрыхления пород непосредственной кровли пласта при отработке верхнего слоя.

При mв>hн·(kр-1) с увеличением разности mв-hн·(kр-1) возрастает вероятность существенного увеличения нагрузок на защитные угольные пачки, что связано с процессами деформирования и осадок основной кровли.

Выполненные исследования показали, что при отработке пластов, в кровле которых залегают труднообрушаемые породы, нагрузка на защитную угольную пачку в значительной степени зависит от характера взаимодействия блоков основной кровли, образовавшихся при отработке верхнего слоя.

Характерными являются два варианта взаимодействия породных блоков основной кровли:

- с образованием в выработанном пространстве лав надрабатываемого слоя устойчивых арочных шарнирных систем;

- без образования в выработанном пространстве лавы надработанного слоя устойчивых арочных систем с периодическим обрушением блоков основной кровли по мере прохождения лавой расстояний, равных установившемуся шагу обрушения пород основной кровли в выработанном пространстве верхнего слоя.

При устойчивой работе лавы надработанного слоя без длительных простоев более благоприятные условия, с точки зрения нагрузок на защитную пачку, создаются при образовании в выработанном пространстве лав надработанного слоя арочных шарнирных систем из породных блоков основной кровли. При сохранении устойчивости данной арочной системы нагрузки на защитную угольную пачку определяются весом пород непосредственной кровли. При разрушении арочной системы из породных блоков основной кровли, что наиболее вероятно при длительных простоях надработанного слоя, нагрузка на защитную угольную пачку может возрасти до величины, при которой будет разрушаться защитная пачка реально возможной мощности.

В условиях с периодическими обрушениями пород основной кровли следует различать два периода работы лавы надработанного слоя:

- период подработки блока основной кровли без существенных его опусканий в выработанном пространстве;

- период осадки (обрушения) блока основной кровли при подходе лавы к передней трещине разлома в основной кровле на определенное расстояние.

В первый из указанных периодов величина нагрузки на защитную угольную пачку, а, следовательно, и ее минимально необходимая мощность, является относительно постоянной величиной, во второй – может возрастать в несколько раз за счет нагрузки, создаваемой блоком основной кровли, опускающимся над призабойным пространством нижней лавы. Как показали аналитические исследования, выполненные с использованием известных решений (Ф.П. Глушихина, Ю.В. Громова, Ю.А. Коровкина), нагрузки на защитную угольную пачку при осадке блока основной кровли могут достигать 60-85 т/м2 и более. Проявление таких осадок наиболее вероятно при подходе нижней лавы к передней трещине АВ (рис. 4) разлома в основной кровле на расстояние менее мощности пород непосредственной кровли пласта.

При прохождении лавы под трещиной разлома возможно проскальзывание породного блока ABCD (рис. 4) вдоль передней трещины разлома АВ со значительными вертикальными опусканиями данного блока над призабойным пространством лавы нижнего слоя и передачей нагрузки, при которой межслоевая пачка не способна выполнять защитную функцию.

Как следует из вышесказанного, при ведении очистных работ в условиях с периодическими обрушениями блоков основной кровли решение задачи предотвращения обрушений пород непосредственной кровли в нижних лавах следует осуществлять с учетом местоположения лавы относительно передней трещины разлома АВ (рис. 4) в основной кровле. В период подработки блока ABCD до подхода лавы к передней трещине АВ на расстояние (bhн) как правило целесообразно оставление между отрабатываемыми слоями защитной угольной пачки. При сокращении этого расстояния до величин меньших hн оставление защитной пачки любой практически приемлемой мощности не предотвращает обрушений пород непосредственной кровли в призабойном пространстве нижней лавы. Необоснованное увеличение мощности защитной пачки приведет лишь к увеличению потерь полезного ископаемого и вероятности самовозгорания угля в выработанном пространстве.

В период работы лавы нижнего слоя на расстоянии от передних блокообразующих трещин АВ равном (bhн), передняя часть блока АВСD труднообрушающихся пород основной кровли защемлена впереди забоя лавы, что исключает возможность ее практически значимых опусканий над призабойным пространством лавы нижнего слоя. Нагрузка на защитную угольную пачку при (bhн) определится только весом пород непосредственной кровли угольного пласта.

3. При отработке мощных пологих пластов, в кровле которых залегают труднообрушаемые породы, межслоевая защитная угольная пачка не способна предотвратить, по условиям ее нагружения, обрушений пород непосредственной кровли в призабойное пространство лавы надрабатываемого слоя при подходе ее к трещинам разлома, возникшим в труднообрушаемых породах при отработке первого слоя, на расстояние менее мощности пород непосредственной кровли пласта.

Анализ случаев обрушений пород кровли нижних слоев, отрабатываемых с оставлением защитной угольной пачки, позволил сделать вывод о том, что в большинстве случаев указанные проблемы наблюдаются в условиях труднообрушаемых кровель. В Томь-Усинском районе Кузбасса доля пластов, в кровле которых залегают труднообрушаемые породы, достигает величины 55 %.

В результате проведенных шахтных исследований установлено, что обрушения межслоевой защитной угольной пачки происходят при расположении лавы надработанного слоя от передней трещины разлома в основной кровле на расстоянии (bhн) меньшем мощности пород непосредственной кровли (рис. 5). Работа нижних лав на участках (bhн) характеризуется так называемым периодом осадки блока основной труднообрушаемой кровли пласта. Проявление периодов осадки кровли возможно при разрушении или отсутствии шарнирной арочной системы из блоков основной кровли угольного пласта. Вероятность возникновения арочной системы в цепи блоков основной кровли определяет отношение длины блока основной кровли Lо к его высоте H:

С=Lо/H

Возникновение арочной системы происходит при C<1 (на практике устойчивое ее состояние при C=0,5), а отсутствие при C>1 (на практике разрушение системы при C=1,47). Длинноблочное разрушение труднообрушаемых кровель, при котором в большинстве случаев выполняется условие Lо/H>1, определяет разрушение или отсутствии шарнирных арочных систем из блоков основной кровли и проявление периодов их осадки.

В случае разрушения или отсутствия шарнирной арочной системы из блоков основной кровли на участках с расстоянием от лавы нижнего слоя до блокообразующих трещин в основной кровле равным величине, не превышающей мощности пород непосредственной кровли (bhн), в результате разворота блока основной кровли АВСД (рис. 5), относительно точки А, и снижения сил трения между гранями блоков в трещинах разлома АВ и СД, происходит проскальзывание блока АВСД вдоль трещины АВ с опусканием его переднего конца. При этом нагрузка на межслоевую защитную угольную пачку передается через породы непосредственной кровли в виде удара и составляет не менее 50% веса блока АВСД и веса пород непосредственной кровли, находящихся над пачкой, и определяется из выражения:

где: Pз.п. – нагрузка на межслоевую защитную угольную пачку в период осадки блока основной кровли, т/м2; hн- мощность пород непосредственной кровли угольного пласта, м; п – плотность горной породы, т/м3; Q – вес блока основной труднообрушаемой кровли, т/м2; Hо – мощность основной труднообрушаемой кровли, м; Lо – установившийся шаг обрушения основной труднообрушаемой кровли, м; f – коэффициент трения.

Рассчитанная с использованием приведенного выражения (Ф.П. Глушихина) нагрузка на пачку в момент прохождения лавы участков (bhн) достигает величины 60-85 т/м2 и более. Поэтому на участках (bhн) оставление защитной угольной пачки нецелесообразно, так как практически любая приемлемая мощность пачки под воздействием такой нагрузки не предотвратит обрушения пород кровли в призабойное пространство лавы нижнего слоя.

При (bhн) в качестве способов предотвращения обрушений пород кровли в лавах надработанных слоев целесообразно рассматривать способы, основанные на опережающем упрочнении пород непосредственной кровли или установке опережающей крепи, например, в виде установки металлических штанг в шпуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-исследовательской квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи повышения безопасности очистных работ и снижение на 20 % потерь полезного ископаемого в защитных межслоевых пачках угля при системах разработки мощных пологих угольных пластов наклонными слоями.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований:

1. Разработан способ предотвращения обрушений пород кровли в лавах надрабатываемых слоев, заключающийся:

- в оставлении межслоевой защитной угольной пачки в качестве меры предотвращения обрушений пород кровли на стадии деформирования подрабатываемого блока основной труднообрушающейся кровли;

- в установке опережающей крепи на стадии осадки подрабатываемого блока основной труднообрушающейся кровли.

2. Научно обоснованы геомеханические модели процессов нагружения и разрушения верхней части надрабатываемого угольного массива при слоевой системе разработки для типовых структур пород кровли разрабатываемого пласта.

3. Установлено, что при слоевой системе разработки мощных пологих пластов, в кровле которых залегают труднообрушающиеся породы, нагрузку на межслоевую защитную угольную пачку и минимально допустимую по фактору «горное давление» мощность защитной пачки необходимо определять с учетом расстояния между лавой надработанного слоя и трещинами разлома в основной кровли пласта.

4. Разработана методика определения мощности межслоевой защитной угольной пачки при использовании слоевой системы разработки, учитывающая, в отличие от известных методик, влияние на величину данного параметра очистных работ в первом слое и тип пород кровли разрабатываемого пласта.

5. Обоснована нецелесообразность и опасность оставления при отработке мощных пологих пластов угля, в кровле которых залегают труднообрушаемые породы, межслоевой защитной угольной пачки при подходе лавы надработанного слоя к трещинам разлома на расстояние, меньшее мощности пород непосредственной кровли пласта.

6. К числу горно-геологических факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на величину мощности межслоевой защитной угольной пачки, при использовании слоевой системы разработки относятся: глубина ведения горных работ, физико-механические свойства угольного массива, длина лавы, мощность верхнего слоя и наличие породных прослойков.

Ожидаемый экономический эффект при внедрении разработанных рекомендаций в условиях отработки пласта III-го шахты «Распадская-Коксовая» составит около 30 млн. рублей на 1 млн.т. добытого угля.

Новые технические решения, разработанные в процессе выполнения исследований, защищены двумя патентами на изобретения.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»