CC BY
22
© A.B. Ремезов, B.B. Климов, Л.М. Коновалов, 2013
А.В. Ремезов, В.В. Климов, Л.М. Коновалов
АНАЛИЗ ПРОЯВЛЕНИЯ ОПОРНОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ ВЫЕМОЧНЫХ СТОЛБОВ В ВОСТОЧНОМ КРЫЛЕ УКЛОННОГО ПОЛЯ 18-2 ПЛАСТА ТОЛМАЧЕСКИЙ В ГРАНИЦАХ ШАХТНОГО ПОЛЯ ШАХТЫ «ПОЛЫСАЕВСКАЯ» ОАО ««СУЭК-КУЗБАСС» В НИСХОДЯЩЕМ ПОРЯДКЕ ОТРАБОТКИ ВЫЕМОЧНЫХ СТОЛБОВ
Приведены результаты исследования влияния опорного давления, формируемого очистным забоем на состояние прилегающих гор-ных выработок в условиях отработки угольных пластов средней мощности. Ключевые слова: опорное давление, шахтное поле, выемочный столб, безаварийная работа.
Безаварийная работа предприятия по добыче угдя как показывает практика, напрямую зависит от состояния прилегающих к выемочному участку горных выработок, их устойчивости к влиянию горно-геологических и горнотехнических факторов.
Исследование влияния опорного давления, формируемого очистным забоем на состояние прилегающих горных выработок в условиях отработки угольных пластов средней мощности рассмотрим на примере отработки одной из шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» — шахты «Полысаевская», выкопировка с плана горных работ (рис. 1).
Применяется схема подготовки угольных пластов — панельная, двукрылая. Подготовка выемочных участков длинными столбами по простиранию. Отработка выемочных столбов производится в обратном направлении, от границ шахтного поля к участковым главным выработкам.
Охрана оконтуривающих выемочные столбы горных выработок производится целиками угля. Сечение оконтуривающих выемочные столбы горных выработок — прямоугольное, крепление — анкерное. В зоне опережающей очистной забой опорного горного давления крепление оконтуривающих горных выработок усиливается согласно требованию ПБ 05-618-03 в угольных шахтах.
Р„ 1 III п '----- " Илшши мощности порча нешкротгвсннон кровли
«•с. Ш.,„, ,Тотпй, Восточная часп jMBB> __ is 2
Рис. 2. Графическая зависимость скорости вертикальной конвергенции от времени наблюдений на ЗС № 1
\ / \
>] \
\ / \
/ \ г / Т Г\ Л
/ / 4 4 г1 -Л < » £ Л \
V /
§ г I 1 я 1 1 з г НИ 5 5 5с Я 8 8
Рис. 3. Графическая зависимость скорости вертикальной конвергенции пород от времени наблюдений на ЗС № 2
Вентиляционные штреки отрабатываемых выемочных столбов частично сохраняются для управления газовыделением из отработанного пространства при помощи газоотсасываюших установок, установленных на вертикальные скважины.
В данной статье рассмотрена отработка пл. Толмачевского в уклонном поле 18-2 (рис. 1). Вначале отработка выемочных столбов на данном участке шахтного поля проводилась в нисходящем
Рис. 4. Состояние участковой подготовительной выработки при нисходящем порядке отработки выемочных участков пласта Толмачевского (отслоение пород краевой части выработки со стороны охранного целика)
Рис. 5. Графическая зависимость скорости вертикальной конвергенции от времени наблюдений на ЗС № 3
порядке. Первым был отработан выемочный столб 18-25. всего в этой части шахтного поля было отработано 4 выемочных столбов от 18-25 до 18-31. угол залегания пласта по падению в очистных забоях изменяется от 14° до 7-8°.
Глубина отработки выемочных столбов от 310 до 460 м на уровне выемочного столба 18-31.
Рис. 6. Геологическое строение кровли пласта Толмачевского
При отработке очистного забоя 18-25 горное давление от этого забоя стало через целик в 17 м оказывать влияние на состояние вентиляционного штрека 18-27: отслаивание угля с боков выработки на глубину до 1,0 м; проседание, опускание кровли до 0,5-0,7 м, пучение почвы по выработке до 1,2 м. Намеченные меры усилению крепления кровли 18-27 вентиляционного штрека положительных результатов не дали.
Особенно неудовлетворительное состояние вентиляционного штрека проявились на расстоянии 420 м, в зоне сопряжения разрезной печи 18-27. На основании визуального обследования и произведенных замеров было принято решение о проведении параллельно 18-27 вентиляционному штреку 18-27бис с оставлением между ними целика 35 м.
Для того чтобы не получить результат горного давления подобным аварийному состоянию 18-27 вентиляционного штрека,
Таблица 1
Замерные пункты Начальный отчёт, мм Расстояние от замерных пунктов до очистного забоя № 18-27 в плане, м
ЗП 1 2551 165
ЗП 2 2630 159
ЗП З 2543 153
ЗП 4 2407 146
ЗП 5 2485 140
начиная со сбойки №5, т.е. разрезной печи 18-29, для сохранения 18-29 вентиляционного штрека целик между ним и конвейерным штреком 18-27 увеличили до 26м. Также было принято решение произвести инструментальные наблюдения за деформированием массива пород, которые проводились с помощью трех замерных станций, а также при визуальных наблюдениях за состоянием контура и крепи выработки, охраняемой по способу массив — целик угля осуществлялись согласно разработанной методики проведения шахтных измерений в следующих начальных условиях.
Замерная станция №1 (ПК 12 — 15) была установлена 26.09.06 г. Начальный отсчёт на замерных пунктах и первичное расстояние от замерных пунктов до очистного забоя №1827 составили (табл. 1)
На основании инструментальной регистрации значений изменения вертикальной конвергенции с помощью конверго-метра на 4.10.06. выявлено следующее:
Средние значения скорости вертикальной конвергенции показали — средневзвешенная скорость вертикальной конвергенции на ЗС №1 составила 0,14 мм/сут. (за недельный период от начального времени заложения станций), а среднее значение общих смещений составило 1,2 мм (рис. 2).
Очистной забой №1827 на 4.10.06 находился на удалении (95 — 120 м) от замерных пунктов ЗС №1, т.е. подвигание составило 45 м.
Согласно статистическому анализу данных измерения вертикальной конвергенции за период с 26.09.06 по 20.02.07 (которые производились с недельной периодичностью) были сделаны следующие выводы:
Максимальное (среднее по пяти замерным пунктам) значение скорости вертикальной конвергенции составило 0,21 мм/сут. за месячный период измерений, в то же время положение очистного забоя №18-27 относительно ЗС№1 было практически на одной линии в плане, т.е. ЗС №1 находилась в зоне влияния очистной выработки. При дальнейшем удалении очистного забоя от ЗС№1 до границы доработки в плане, данные измерений показали степень снижения вертикальной конвергенции и стабилизации до уровня 0,08 мм/сут за период 5 месяцев.
По величине смешений и скорости смешений пород кровли оценивалось проявление горного давления в пространстве и во времени.
Анализ графических зависимостей построенных в результате инструментального контроля на замерных станциях выявил следуюшее:
Активное влияние динамических нагрузок на участке ЗС№1 зарегистрировано с 31.10.2006 (расстояние на данный момент времени от ЗС №1 до лавы № 18-27 составило 21 м) по 12.12.2006 (расстояние на данный момент времени от ЗС №1 до лавы № 18-27 составило 110 м — остановка лавы на границе отработки).
На основании анализа результатов оперативной визуальной оценки состояния контура и крепи вентиляционного штрека 18-29 на участке ЗС №1от 11.10.06. можно сделать сле-дуюшее заключение:
Изменения интенсивности проявлении горного давления за период наблюдения 5 месяцев практически не выявлено, что может быть обусловлено эффективностью предварительного торпедирования пород кровли в зоне опережаюшего опорного давления, вероятно, это повлияло на уровень динамических нагрузок, вследствие разупрочнения пород кровли и, следовательно, произошло их уменьшение.
Замерная станция №2 (ПК 34-40) была установлена 19.09.06 г. Начальный отсчёт на замерных пунктах и первичное расстояние от замерных пунктов до очистного забоя №1827 составили:
Таблица 2
Замерные пункты Начальный отчёт, мм Расстояние от замерных пунктов до очистного забоя № 1827 в плане, м
ЗП 1 2404 -68
ЗП 2 2549 -78
ЗП 3 2432 -88
ЗП 4 2475 -98
ЗП 5 2443 -108
На основании инструментальной регистрации значений изменения вертикальной конвергенции, с помощью конверго-метра на 26.09.06. было выявлено следующее:
Средние значения скорости вертикальной конвергенции: Средневзвешенная скорость вертикальной конвергенции на ЗС №2 составляла 0,42 мм/сут. за недельный период наблюдений, а среднее значение общих смещений составило 3,0 мм.
Очистной забой лавы №18-27 на 4.10.06 находился на удалении (-116 — 156 м) от замерных пунктов ЗС № 2.
Согласно статистическому анализу данных измерения вертикальной конвергенции за период с 19.09.06 по 20.02.07 (которые производились с недельной периодичностью) были сделаны следующие выводы:
Максимальное (среднее по пяти замерным пунктам) значение скорости вертикальной конвергенции составило 0,42 мм/сут. за 5 месячный период, в то же время положение забоя лавы №18-27 относительно ЗС № 2 было -120 м. При дальнейшем удалении очистного забоя от ЗС № 2 в плане данные измерений показали степень снижения вертикальной конвергенции и стабилизации до уровня 0,04 мм/сут за период 5 месяцев.
На основании анализа результатов оперативной визуальной оценки наблюдений состояния контура и крепи вентиляционного штрека 18-29 на протяжении ЗС № 2 от 11.10.06. можно сделать следующее заключение:
На протяжении участка от ПК 34 до ПК 40, (начальном участке заложения замерных пунктов ЗС №2) выявлено расслоение обнажений левой замковой части выработки на величину до
Таблица 3
Замерные пункты Начальный отчёт, мм Расстояние от замерных пунктов до очистного забоя№1827 в плане, м
ЗП 1 2592 -169
ЗП 2 2453 -179
ЗП З 2316 -189
ЗП 4 2522 -199
ЗП 5 2467 -230
0,1 м, что показывает степень активного проявления горного давления у замка выработки, результате зависание части породной консоли, не разупрочненной предварительным торпедированием в конвейерном штреке 18-27 и как следствие изменение начальных параметров вентиляционного штрека №18-29.
Возможно, следствием такого характера горного давления является зона влияния очистного забоя при нисходяшем порядке отработке выемочных участков и это отразилось в отслоениях пород краевой части выработки (рис.4).
Замерная станция №3 (ПК 48 — 52) была установлена 19.09.06 г. Начальный отсчёт на замерных пунктах и первичное расстояние от замерных пунктов до очистного забоя №1827 составили (табл. 3).
На основании инструментальной регистрации значений изменения вертикальной конвергенции с помошью конверго-метра на 5.10.06. выявлено следуюшее:
Средние значения скорости вертикальной конвергенции показали: Средневзвешенная скорость вертикальной конвергенции на ЗС №3 составила 0,18 мм/сут (за недельный период от начального времени заложения станций), а среднее значение обших смешений составило 2,4 мм.
Очистной забой №18-27 на 5.10.06 находился на удалении (-218--258) м от замерных пунктов ЗС № 3.
Согласно статистическому анализу данных измерения вертикальной конвергенции за период с 19.09.06 по 20.02.07 (которые производились с недельной периодичностью) были сделаны следуюшие выводы:
Максимальное (среднее по пяти замерным пунктам) значение скорости вертикальной конвергенции составило 0,18 мм/сут за 5 месячный период, в то же время положение очистного забоя №18-27 относительно ЗС № 3 в плане составило расстояние -240 м. При дальнейшем удалении очистного забоя от ЗС № 3 данные измерений показали степень снижения вертикальной конвергенции и стабилизации до уровня 0,042 мм/сут за период 5 месяцев.
На основании анализа результатов оперативной визуальной оценки наблюдений состояния контура и крепи вентиляционного штрека 18-29 на участке ЗС № 3 от 11.10.06. можно сделать следующее заключение:
Характер проявлений горного давления выражен в локальных отслоениях пород левой замковой части выработки на величину до 0,1 м (на участке заложения замерной станции №3 выработки).
В результате анализа установлено, что интенсивность горного давления (влияние динамических нагрузок) на участке ЗС № 2 стабилизировалась раньше, чем на других замерных станциях. Это свидетельствует о эффективности мероприятий по разупрочнению породных консолей в конвейерном штреке № 18-27.
Максимальное значение общих смещений выявлено на участке ЗС № 1 и составило в 31 мм (среднее значение по пяти замерным пунктам). Это объясняется тем, что данная замерная станция заложена перед очистным забоем вне влияния опорного давления и на ней зарегистрированы значения смещений вне зоны опорного давления, в зоне динамического опережающего опорного давления, в зоне динамического опорного давления за лавой, в зоне стабилизации смещений (статическая составляющая опорного давления). В то же время напротив ЗС № 1 не производилось шпуровое взрывание в конвейерном штреке № 18-27.
Максимальное значение скорости вертикальной конвергенции зарегистрировано на участке ЗС № 1 и на одном замерном пункте ЗС № 2, составило 0,8 мм/сут.
В целом состояние выработки было удовлетворительное.
По истечению четырех месяцев после отработки очистного забоя 18-27 был обследован № 18-29 вентиляционный штрек. Результатами обследования был установлен следуюший характер проявления и интенсивность горного давления: на участке выработки примерно в 820 м (от устьевой части ПК 12 до ПК 94) почти повсеместно присутствуют локальные отслоения замковых частей выработки на величину от 0,05 м до 0,15, локальное отслоение бока на величину от 0,1 м до 0,5, кроме этого в отдельных местах со стороны левого бока выработки интенсивные отжимы на величину до 0,6м, вывал пород кровли на величину от 0,2 до 1,0 м, деформация (прогиб) швеллера №8. На протяжении следуюшего участка вентиляционного штрека (от разрезной печи до монтажной камеры №18-29 увеличена ширина опорного целика и составляет 26 м.), после визуальных наблюдений, отжимов, отслоений, вывалов и т.д. не обнаружено. Состояние выработки удовлетворительное.
Учитывая негативное влияние горного давления со стороны отрабатываемого очистного забоя при подготовке выемочного столба 18-27 с оставлением межштрекового охранного целика в 20 м, было принято решение об увеличении охранного межштрекового целика между 18-27 конвейерным и 18-29 вентиляционным штреками до 26м, и впоследствии между 1829 конвейерным и 18-31 вентиляционным штреками до 31 м.
При визуальном наблюдении за выработанным пространством со стороны конвейерного штрека было обнаружено, что со стороны конвейерного штрека в отработанном пространстве на длительном расстоянии кровля не обрушалась и не заполняла отработанное пространство. Это наблюдалось и по восстанию пласта примерно на величину до 30 секций.
Анализ этих наблюдений, а также используя данные каротажа пород кровли пласта Толмачевский, было обнаружено, что характеристика основной кровли изменилась, породы основной кровли стали более крепкими, их мошность увеличилась, основная кровля приобрела свойства труднообрушаемой в нижней части отработанного пространства очистного забоя. Основная кровля стала зависать на значительной плошади; на охранный целик и ниже проведенный вентиляционный штрек стало проявляться повышенное горное давление. Под действием образовав-
шегося горного давления межштрековый целик стал разрушаться (проседать), в результате чего возросла скорость вертикальной конвергенции на замерных пунктах замерной станции № 3.
На основании полученных результатов значительной конвергенции кровли в 18-29 вентиляционном штреке было принято решение о проведении эксперимента с целью образования искусственного трещинообразования в консоли основной кровли и обрушения зависающей консоли (по отсечению образовавшейся консоли основной кровли) при помощи буровзрывных работ по нижнему борту 18-27 конвейерного штрека. Паспорт БВР составлялся по геологическим данным — состав пород кровли был уточнен по данным геофизических исследований в шпурах (каротажу), который представлен на рис. 6 по скважинам 10623, 10605, 10559, расположенным вдоль столба лавы 18-29.
Оценка кровли по нагрузочным свойствам производится по отношению
Ко/™ (1)
где Ьло — суммарная мощность легкообрушающихся слоев пород, м; т — вынимаемая мощность угольного пласта, м.
По данным разреза Ьпо/т = 0-1,4/2,28 = 0-0,6, следовательно, согласно п.1,4 [1], кровля пласта Толмачевского по нагрузочным свойствам относится к тяжелой. Наиболее сложные условия по проявлению горного давления на крепь следует ожидать на участке середины столба лавы, где Ьпо = 0 м.
Положение слабых контактов в разрезе следует приурочить к естественным трещинам и резким переходам между ли-тотипами.
Заключение
Проведенная исследовательская работа показывает, что с увеличением глубины разработки угольных пластов особенно сильное горное давление испытывают выработки, охраняемые угольными целиками. Охранный целик угля шириной менее 2025 м оставляемый между выемочными столбами в условиях глубины разработки 450 м, не обеспечивает нормального эксплуатационного состояния охраняемой выработки и за срок поддержания ее приходится многократно производить ремонт кре-
пления, усиливать крепь. Согласно рекомендациям ВНИМИ, для условий глубины разработки угольного пласта 450 м — ширина охранного целика должна быть равной не менее 30 м.
Инструментальные наблюдения показали, что с момента заложения замерных станций в вентиляционном штреке смешение пород кровли в штреке составило до 40 мм, эти смешения были обусловлены воздействием смежной лавой, зона опорного давления которой отмечалась начиная с 20 м впереди забоя. Смешения пород преимушественно замковой части выработки со стороны охранного целика происходило в 2 раза интенсивнее, чем со стороны массива. Это происходит вследствие активного воздействия консоли пород на охранный целик, а также, что напротив данного участка выработки не проводилось предварительное разупрочнение пород кровли.
Применение технологии предварительного разупрочнения пород кровли оказывает положительный эффект — в результате изменение скорости конвергенции пород в 2-3 раза менее интенсивнее, чем в условиях, где не проводилось разупрочнение пород кровли. Однако, что при фактическом строении пород основной кровли эффект ее разупрочнения был недостаточным, вследствие не правильного выбора схем расположения скважин и параметров их заложения. Показания изменений на участке замерной станции № 1 вентиляционного штрека утверждает предварительные предположения (увеличение колебаний вертикальной конвергенции) о не рациональном выборе схемы расположения скважин.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технология подземной разработки пластовых месторождений /А.А.Борисов, С.Г.Андрушкевич, Д.Ф.Борисов и др. М., Недра,1972.
2. Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03). Серия 5. Выпуск 11 /колл. авт. — М., 2007.
3. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. М., ВНИМИ,1978.
4. Механика горных пород и массивов, М.: Недра,1980.
5. Штумпф Г.Г., Рыжков Ю.А. и др. Физико-технические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна. Справочник. М.: Недра,1994.
6. Борисов A.A. Механика горных пород и массивов. — М.: Не-дра,1980. — 360 с.
7. Штумпф Г. Г., Рыжков Ю. A. и др. Физико-технические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна. Справочник. — М.: Недра, 1994.
8. Чельцова Н. М. Автореферат. Геомеханические основы выбора способов эффективного поддержания и рационального расположения подготовительных выработок при труднообрушаемых кровлях в условиях Интинско-го месторождения. Ленинград, 1988.
9. Коновалов Ё. М. Совершенствование способов управления горным давлением в повторно используемых выработках шахт Ленинского района Кузбасса. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Кемерово, 1994.
10. Исследование эффективности мероприятий по снижению влияния горного давления лавы 18-27 /В.М.Ануфриев, А.В.Ремезов, Л.М.Коновалов, А.В.Рогачков// Вестник КузГТУ. — 2007. — №4(62). — С. 17-22.
11. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. ВНИМИ. Ленинград, 1982.
12. Справочник взрывника. Под редакцией Б.Н.Кутузова. Москва. Недра, 1988.
13. Чельцова Н. М. Автореферат. Геомеханические основы выбора способов эффективного поддержания и рационального расположения подготовительных выработок при труднообрушаемых кровлях в условиях Ин-тинского месторождения. Ленинград, 1988. i«srj=j
Ремезов Анатолий Владимирович — доктор технических наук, профессор, Кузбасский государственный технический университет, [email protected], Коновалов Леонид Михайлович — кандидат технических наук, директор ООО «ЦАКк»,
Климов Виктор Викторович — заместитель главного инженера, руководитель технологической службы шахты «Полысаевская».
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
