CC BY
43
М
© В.Е. Ануфриев, Н.Ф. Денискин, В.Н. Фелоринин, А.С. Позолотин, В.Г. Харитонов, 2003
УДК 622.274: 622.023.23.002.56
В.Е. Ануфриев, Н.Ф. Денискин, В.Н. Фелоринин, А.С. Позолотин, В.Г. Харитонов
ЭНДОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ ПРИКОНТУРНОГО МАССИВА ВЫРАБОТОК
Метод эндоскопических исследований дезинтеграции приконтурного массива выработок по предложению ВНИМИ на шахтах России начал использоваться с начала 1970-х годов. Для этих целей использовался эндоскоп РВП-451.
Вследствие ряда недостатков прибора этот метод не получил развития. Основные недостатки этого прибора состоят в следующем:
• жесткость корпуса, состоящего из нескольких оптических труб;
• отсутствие памяти видеоизображения;
• недостаточная подсветка;
• торцовый окуляр.
При стыковке, расстыковке труб поверхность линз покрывается рудничной пылью и они становятся малопрозрачными.
До настоящего времени особых изменений прибор не претерпел за исключением улучшения качества подсветки и замены торцового окуляра на угловой, который позволяет вести наблюдения не через торец, а сбоку, что упрощает процесс визуального осмотра стенок скважин. Однако вследствие выше-обозначенных недостатков прибора метод эндоскопических исследований дезинтеграции приконтурно-го массива на шахтах России за редким исключением не применяется и не развивается в отличие от зарубежной практики передовых угледобывающих стран. В США фирма «OPTIM INCORPORATED» поставляет оптиковолоконный стратоскоп с видеопамятью изображения в исполнении РВИ в ряд угледобывающих стран (Австралия, ЮАР, Япония, Англия, ФРГ и др.). В США этот метод используется на шахтах, рудниках, при строительстве тоннелей, гидротехнических сооружений.
На примерах исследования (с использованием эндоскопа РВП-451) дезинтеграции краевой зоны угольного пласта и кровли выработок можно показать полезность информации, получаемой визуальным зондированием стенок скважин.
Осмотр стенок скважин диаметром 43 мм и глубиной 4,5-6 м обычно начинается от дна скважины.
В угольном пласте борта одиночной выработки вначале наблюдаются (рис. 1) послойные 2 и нормальносекущие 3 системы трещин. Возможны и кососекущие трещины. По мере приближения к борту выработки появляются сопряженные кососекущие трещины 4 и нормальные трещины 5, секущие все слои. К устью скважины сопряженная система трещин 4 развивается. Следы трещин становятся толще, в отдельных узлах уголь размят, наиболее крупные следы делят массив на блоки, внутри которых размещены блоки меньших размеров с тонкими следами границ. К устью скважины наибольшее развитие получает та из сопряженных кососекущих систем трещин 4, которая падает к почве пласта. Трещины 5 на удалении от борта выработки это закрытие трещины. Такие трещины располагаются через 300-800 мм. При приближении к борту выработки трещины 5, секущие все слои развиваются в крупные раскрытые трещины 6.
Трещины 6 в зоне влияния очистных работ определяют границу неустойчивой части борта выработки. Берега таких трещин 6 обнажаются забоем лавы.
Трещины 4 являются следами сдвиговых деформаций, трещины 5 и 6 - деформациями отрыва. Таким образом, мы наблюдаем реализацию разрушения краевой зоны угольного пласта путем сдвига и отрыва. Глубину начала зарождения сдвиговых деформаций в виде сопряженных кососекущих трещин 4 и появлением трещин 5, вероятно, можно связывать с границей пластической области краевой зоны угольного пласта.
В слабых пачках пласта угля сдвиговые деформации могут наблюдаться по всей глубине скважины. Поэтому целесообразно наблюдательные скважины бурить в крепких пачках в несколько рядов.
Таким методом была определена (рис. 2) ширина (Хш) пластической зоны в борту вентиляционного штрека 905 и 905бис по пласту Полысаевскому ш. «Заречная»(г. Ленинск-Кузнецкий).
При появлении возможности измерения нормальной компоненты напряжений на глубине Х0 от борта выработки возникает возможность определения максимума (рис. 3) нормальной компоненты напряжений на границе пластической области с упругой (при линейной аппроксимации распределения напряжений в опорной зоне) из соотношения
ПАРАМЕТРЫ ОПОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В БОРТАХ ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ШТРЕКА 905 В 16-20 М ОТ ЛАВЫ 905 В ЗОНЕ ОСТАТОЧНОГО ОПОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ЛАВЫ 904 (СКОРОСТЬ ПОДВИГАНИЯ ЛАВЫ 905 - 10-12 М/СУТКИ)
Наименование выработки, места измерения Параметры опорного давления в бортах выработки (16 - 20 м от лавы)
Хо, м Хш> м G* , МПа , МПа 1max ’ K = cK /у-H 1ma xr
Вент. штрек № 905, лавный борт 1,2 4 4,1 13,7 2,4
Борт целика 0,8 4,5 2,5 14,1 2,5
Б
3
Рис. 1. Дезинтеграция борта путевого уклона пласта Бре-евского на сопряжении с кроссингом конвейерного штрека 17 - 26 ш. Комсомолец: 1 - скважина; 2 - послойные трещины; 3 - нормальносекущие трещины; 4 -сопряженная кососекущая система трещин; 5 - закрытая трещина, секущая все слои; 6 - раскрытые трещины, секущие все слои
4 х.=4м
Рис. 2. Распределение напряжений в боках вентиляционных выработок № 905, № 905бис в зоне (16 - 20 м от лавы) максимума опорного давления лавы № 905: 1 - вентиляционный штрек № 905,2 - вентиляционный штрек № 905бис; Х0 - глубина расположения фотоупругого датчика; Хт - глубина распространения пластических деформаций в борту выработки (координата максимума опорного давления)
1шах ____ 1
х,„ Х„
-К
В таблице представлены значения Т1 тах в
бортах вентиляционного штрека № 905 пл. Полыса-евского1 ш. Заречная, где на глубине Хо= 0.9-1.2м посредством фотоупругих датчиков измерялись
.— к
напряжения О1 , а эндоскопом РВП-451 - параметр Хм.
Эндоскопические исследования дезинтеграции кровли выработок позволяют выявить угольные, глиняные прослои, зоны дробления, трещины отры-
Рис. 3. Граница распространения пластической области в краевых зонах угольного пласта: 1 - границы пластической области; 2 - границы неустойчивой части борта выработки
Рис. 4. Строение кровли пласта Бареевского в вентиляционном штреке 17-129 (ш. Кирова) по данным эндоскопического зондирования скважин. (21.06.1995 г.). Высота контура неустойчивой части массива над выработкой 3,4 м.
ва, сдвига. Слабые межслоевые контакты разбиваются буровой коронкой, в результате образуются кольцевые каверны (КК), которые хорошо видно в эндоскоп. Эндоскопические исследования кровли пласта Бреевского в вентиляционном штреке 17-129 (ш.им. Кирова) позволили выявить контур неустойчивой части массива (рис. 4) на высоте 3,4-3,5 м.
Эндоскопические исследования скважин (рис. 5) на сопряжении вентиляционного штрека 18-30 по пласту Толмачевскому ш. «Комсомолец» позволяют сделать вывод о том, что контур устойчивой части массива размещен глубже горизонта 2,2 м, на котором наблюдается крупная трещина расслоения.
На нижней приемной площадке путевого уклона (ш. «Заречная»), закрепленного бетонной крепью возникла необходимость подвески разминовки монорельсовой дороги к кровле пласта посредством анкеров. В связи с этим четыре скважины (рис. 6) в кровле выработки были подвергнуты эндоскопическому обследованию с целью выявления границ контура устойчивой части массива над выработкой, пройденной 20 лет тому назад. Фрагмент эндоскопи-
ческого исследования скважины 1 представлен на рис. 7.
В результате эндоскопических исследований была определена (рис. 8) область неустойчивой части массива, область переходной зоны, область устойчивой части массива.
Основное назначение приборов страто-скоп(эндоскоп) состоит в оперативном исследовании строения и структуры пород приконтурного массива выработок в процессе их проведения. Кроме того, приведенные примеры показывают, что использование эндоскопических исследований и деформаций приконтурного массива на различных этапах поддержания выработок способствуют распознаванию (классификации) параметров, механизмов деформационных процессов, горнотехнических условий на разных стадиях эксплуатации выработок.
В связи с вышеизложенным актуальна задача разработки отечественных эндоскопов, отвечающих современным требованиям. Наличие современной научной и производственной баз позволяет решить эту задачу в короткие сроки.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------------
Ануфриев Виктор Евгеньевич — кандидат технических наук. Институт угля и углехимии Сибирского отделения, Денискин Н.Ф. , Федоринин В.Н., Позолотин А.С. — Институт угля и углехимии Сибирского отделения, РАН. Харитонов Виктор Геннадьевич — главный инженер шахты Заречная, г. Ленинск-Кузнецкий.
