WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Наряду со значительной прогрессивностью этих «Указаний…», они имели и недостатки. В частности, дальность и степень влияния целиков на подготовительные выработки приняты без достаточного учета их ширины и фактора времени. Анализ рассчитанных параметров влияния целиков и краевых частей пластов, выполненный согласно этому документу, показал, что для условий шахт Челябинского бассейна размеры зон влияния, как правило, были существенно завышены, а рекомендации по расположению, охране и поддержанию подготавливающих горных выработок адекватны не во всех случаях.

Причиной сложившейся ситуации явилась недостаточная изученность закономерностей влияния целиков и краевых частей пластов на состояние подготовительных выработок вообще и, в частности, для условий шахт Челябинского бассейна, где ранее такие систематические исследования были проведены только в 1970-х годах. При этом обобщение материала основывалось на упрощенных инженерных решениях. Поэтому перенос полученных результатов на более широкий спектр горно-геологических и горнотехнических условий был малообоснованным. В более поздние периоды такие исследования были фрагментарными. За это время глубина горных работ изменилась от 100…300 м. до 300…600 м.

На основе выполненного анализа состояния изученности вопросов были сформулированы следующие задачи:

1. Разработка методики определения величин и направлений главных напряжений в зонах влияния целиков и краевых частей пластов угля, в зависимости от основных горно-геологических и горнотехнических факторов (глубины расположения выработок, прочности пород, размеров целиков и отработанных участков, прилегающих к ним, вынимаемой мощности пласта, фактора времени).

2. Установление закономерностей влияния повышенного и пониженного поля напряжений вблизи целиков и краевых частей на состояние горных выработок.

3. Разработка рекомендаций по выбору рационального места расположения и поддержанию подготовительных выработок на основе оценки поля напряжений в зонах влияния целиков и краевых частей угольных пластов.

2. Экспериментальные исследования влияния целиков и краевых частей угольных пластов на подготовительные выработки


Приведены результаты шахтных наблюдений за состоянием подготовительных выработок. Выполнена оценка влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на размеры зон ПГД в зависимости от ширины зоны опорного давления на влияющем пласте. Выполнены исследования прочностных свойств горных пород на различных глубинах. Для решения поставленных задач применялся комплексный метод исследований, включающий:

- натурные исследования: обследование шахт, визуальные наблюдения, инструментальные наблюдения, специальные шахтные эксперименты, отбор проб пород для лабораторных исследований;

- лабораторные исследования, в которые входят: моделирование, изучение физико-механических свойств горных пород;

- экспериментально–аналитическая оценка состояния напряжённо-деформированного состояния горных пород в зоне влияния целиков и краевых частей угольных пластов.

На основании анализа, обобщения инструментальных наблюдений и математической обработки результатов установлено, что между размером зоны временного опорного давления впереди очистной выработки Lод, глубиной разработки Н и вынимаемой мощностью пласта mв существует зависимость, приведенная в таблице. В результате аналитических решений определён коэффициент концентрации давления у груди забоя лавы Kmax при глубине разработки Н = 200...600 м, вынимаемой мощности пласта mв = 1,5...3,5м, который составил: Kmax = (2,2...2,6) Н; на границе зоны опорного давления Kmax = (1,1…1,15) Н (см. таблицу).

Размер зоны влияния ПГД (далее по тексту - дальность влияния) под краевую часть пласта по нормали к напластованию составлял (0,6... 1,1) Lод, на уровне влияющего пласта, в сторону массива (0,5…1,0) Lод, в сторону выработанного пространства (0,1...0,2) Lод. Сильное влияние под кромку краевой части проявляется на глубину (0,3...0,5) Lод, в плоскости пласта, в сторону массива (0,3...0,5) Lод, в сторону выработанного пространства до 0,1Lод.

Дальность влияния по глубине под целиком шириной (0,5...1,25) Lод составляла до 1,5 Lод, в сторону выработанного пространства до 0,25 Lод. При ширине целика менее 0,05 Lод влияние его было либо слабым, либо совсем не отмечалось.

Дополнительно к результатам шахтных исследований были выполнены исследования на моделях из эквивалентных материалов по общеизвестной методике Г. Н. Кузнецова.

Отработано 5 моделей: глубина составляла 50…170 см, мощность междупластий 0…60 см, вынимаемые мощности пластов 3 см, прочность материала моделей бсж. м. = 0,04…0,05 МПа, удельный вес = 0,015 МН/м3.


Зависимость параметров опорного давления от основных горно-геологических и горнотехнических факторов

Н, м

mв,м

Lод,м

LН,м

b,м

Kmax

d,м

KLц

KLш

1

200

1

29

64

12

2,28

1,6

1,15

±0,05

1,10

±0,05

2

2

37

81

15

2,26

3,0

3

3,5

43

92

17

2,23

4,4

4

300

1

41

96

16

2,41

2,1

5

2

52

121

20

2,39

3,6

6

3,5

60

139

23

2,35

5,2

7

400

1

52

128

20

2,54

2,3

8

2

67

161

25

2,52

4,2

9

3,5

76

185

29

2,46

6,0

10

500

1

62

160

24

2,56

2,3

11

2

77

202

30

2,47

4,3

12

3,5

88

231

35

2,39

6,0

13

600

1

71

192

28

2,59

2,4

14

2

87

242

35

2,42

4,4

15

3,5

100

277

40

2,31

6,1

Примечание

Lод – размер зоны временного опорного давления впереди лавы, м;

LН – размер выработанного пространства, при котором давление вблизи

его центра достигает первоначального, м;

b – параметр, характеризующий снижение давления в упругой части зоны временного опорного давления, м;

Kmax – максимальный коэффициент концентрации у груди забоя лавы, в

долях от Н;

d – расстояние от груди забоя до местоположения максимума опорного

давления, м;

KLц – уровень давления на расстоянии равном Lод по центру лавы в долях

от Н;

KLш - уровень давления на расстоянии равном Lод по конвейерному штреку лавы в долях от Н.

При моделировании установлено:

- результаты моделирования согласуются с результатами шахтных наблюдений;

- подтверждаются известные результаты исследований о том, что негативные проявления горного давления под целиками и краевыми частями обусловлены более высоким напряженным состоянием горных пород;

- если зона ПГД по уровню нормальных напряжений и по дальности влияния в сторону массива и под кромку краевой части согласуется с результатами шахтных исследований, то в сторону выработанного пространства конфигурация зоны с повышенными напряжениями по моделированию не удаляется дальше, чем линия проведённая по нормали к напластованию от створа кромки краевой части пласта;

- анализ напряжённого состояния массива, на основе оценки нормальных напряжений, полученных при моделировании и по теории упругости, при заданных граничных условиях на уровне влияющего пласта показал их весьма плотную сходимость.

3. Экспериментально-аналитическая оценка напряженного состояния пород в зоне влияния целиков и краевых частей угольных пластов


Считая, что влияние целиков и краевых частей пластов на подготовительные выработки определяется возникающим повышенным напряженным состоянием пород, выполнены расчёты различных компонент напряжения с учётом горно-геологических условий шахт Челябинского бассейна.

Разработка методики прогноза проявлений горного давления целиков и краевых частей угольных пластов на подготовительные выработки в зонах повышенного горного давления основывалась на оценке величины максимального тангенциального давления, действующего на контур выработки круглого сечения при различных сочетаниях величин внешних максимальных и минимальных главных напряжений.

При решении этих задач наряду с анализом и обобщением ранее выполненных исследований использованы апробированные методы шахтных инструментальных наблюдений, моделирование на моделях из эквивалентных материалов и аналитические решения.

Оценка напряжённого состояния пород основывалась на определении граничных условий на уровне влияющего пласта (рис. 3.1). Углы давления (tg) принимались исходя из полученной нами зависимости (рис. 3.2).

Принята расчетная формула:

tg = 4,4 (Н/бсжм)0,5. (3.1)

где бсж.м. - прочность массива пород на одноосное сжатие для

Челябинского бассейна, бсж.м = (0,18…0,25) бобр, МПа;

бобр – прочность образцов горных пород на сжатие, МПа.

Распределение давления в упругой части зоны опорного давления принято на основании исследований параметров зон опорного давления в пластовых выработках впереди очистного забоя в виде:

бду = бду max е – ( х – d) / b. (3.2)

где бду max – максимальное дополнительное нормальное напряжение в точке максимума опорного давления, МПа;

х - расстояние от груди забоя в сторону массива, м;


LH = 2H/ tg

Рис.3.1. Схемы частичного (а) и полного (б, в) восстановления нагрузок

Параметр b определялся по результатам наблюдений за деформациями контура подготовительных выработок в зоне опорного давления и сдвижений поверхности впереди забоя, м:

b = ( 4 + 0,04 Н ) mв 0,33. (3.3)

Распределение давления в зоне предельного состояния на восходящей ветви до точки максимума определялся по формуле

бду = бпл - Н + 2,6 бпл х / mв. (3.4)

Pages:     | 1 || 3 |






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