CC BY
38
УДК 622.831.245
В.М. Ануфриев, А.В. Рогачков, А.В. Ремезов, Л.М. Коновалов
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ВЛИЯНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ЛАВЫ 1827 ПЛ. ТОЛМАЧЕВСКОГО НА ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ ШТРЕК НИЖЕ ПОДГОТАВЛИВАЕМОЙ ЛАВЫ 1829
Необходимо в начале статьи вернуться к истории, вызвавшей необходимость проведения работ по снижению влияния горного давления лавы № 1827 на параллельную ниже проведенную по пласту выработку - вентиляционный штрек № 1829.
Вентиляционный штрек 1827 был проведен ниже лавы 1825 с оставленным целиком угля 20 м. Осложнений с состоянием крепи штрека не было.
При дальнейшем планировании горных работ в связи с прогнозными показаниями, усложняющими состояние основной кровли, в результате расчетов ширина целика между конвейерным штреком 1827 и вентиляционным штреком 1829 была принята 30м. До разрезной печи 1827 очистной забой 1827 отрабатывался оставленным с целиком 30м, при этом влияние горного давления от очистного забоя 1827 на вентиляционный штрек 1829 не было. В связи с этими данными, ориентируясь на ранее отработанную лаву 1825, было принято решение о сокращении целика угля между конвейерным штреком 1827 и вентиляционным штреком 1829 до 25м. При дальнейшей отработке очистного забоя 1827 влияние очистного забоя 1827 на крепь вентиляционного штрека 1829 усилилось. При этом в результате исследования результатов каротажных работ было выявлено изменение состояния кровли пласта на данной площади выемочного столба № 1827. В результате основная кровля стала зависать на значительной площади, в результате чего увеличилось горное давление на межлавный целик и крепь вентиляционного штрека 1829.
В результате интеллекту-
ального поиска решений было принято решение по бурению отсечных скважин и производства БВР с целью образования искусственной трещиноватости в основной кровле и обрушения зависающей консоли.
Задачей данных исследований является определить эффективность принятых и выполненных мероприятий.
Для выполнения мероприятий вентиляционный штрек 1829 был оборудован тремя замерными станциями, которые в свою очередь были оборудованы станциями контроля расслоения пород кровли выработок (СКЦ) (рис. 1).
Геологическая характеристика пл. Толмачевского выемочного столба 1827
Исходными геологическими данными для расчета параметров скважинного торпедирования являются:
Состав пород кровли уточнен по данным геофизических исследований результатом каротажа по скважинам 10623, 10605,10559, расположенным вдоль столба очистного забоя 1829.
Непосредственная кровля пласта представлена мелкозернистым алевролитом темносерого цвета, трещиноватым, мощность слоя которого изменяется от 0 до 1,4 м.
Основная кровля пласта представлена слоями песчаника (от мелкозернистого до среднезернистого). В верхней части слоя залегает песчаник крупнозернистый. Слои песчаников основной кровли - труднообру-шающиеся. Оценка кровли по нагрузочным свойствам произ-
Н /
водится по отношению ло/ ,
где Нл
суммарная мощность
легкообрушающихся слоев пород, м; т - вынимаемая мощность угольного пласта, м.
По данным разреза
Ьл* = о-14 = 0 _ 06,
т 2,28
следовательно, согласно п. .4 [1] кровля пл. Толмачевского по нагрузочным свойствам относится к тяжелой. Наиболее сложные условия по проявлению горного давления на крепь следует ожидать на участке середины столба лавы, где Нл.о. = 0 м.
Толща основной кровли пласта по данным каротажа состоит в основном из переслаивания песчаников с плавными границами перехода одной разности в другую. По данным каротажа выделены 3 слоя труднообру-шаемых пород, шаг посадки которых зависит от мощности, крепости пород и наличию слабых контактов. Наиболее тяжелый по нагрузочным свойствам (асж до 70 МПа, мощность от 7,4 до 9,2 м) слой песчаника слоистого близкого к среднезернистому, залегающему на расстоянии от 3,6 до 12,8м от кровли пласта.
Прочность пород на растяжение и сжатие (&р, <Усж,
МПа), модуль упругости (Е, МПа) и коэффициент Пуассон (и); скорость продольной волны
в массиве (Срм , см/с), объемный вес пород (у, Н/см3); сцепление (С, МПа); угол внутреннего трения (ц>, град.) установлены по данным [2], совпадают с данными геологического прогноза шахты и приведены в табл. 1.
Мощность рыхлых отложений над выемочным столбом очистного забоя № 18-29 колеблется от 6-12 до 10-50 м на
Таблица 1
Породы „м ар МПа °сж МПа Е -10 -4 МПа М у, Н/см3) СМ Ср , см/с & см/с2 н °р, МПа
Песчаник, м/з, с/з 6,9 60,6 3,1 0,21 0,0256 3713 981 11,1
Породы Сцепление, С, МПа Угол внутр. трения, р, град. Глубина разработки, м Акустическая жест- СМ С р 3 кость, у —— , Н с/см Я Радиус заряда (патрона) Гз, см
Песчаник м/з, с/з 16,8 39 420,0 9,7 1,8-3,0
приподнятых участках поверхности.
Мощность пл. Толмачевского в контуре выемочного столба очистного забоя № 18-29 по данным зарисовок по 18-27 конвейерному штреку и данным разведки колеблется от 2.00 до 2.43 м.
Пласт угля состоит из двух пачек, разделенных прослойком алевролита мощностью 0.210.48 м. Уголь пласта - блестящий и полублестящий с тонкими прослойками матового. Уголь кларенового типа с содержанием витринита 88%. В угольных пачках и прослойке хорошо развиты трещины кливажа, которые простираются под
углом 40-60° к оси штреков и имеют крутое падение.
Трещины кливажа нередко способствуют отжимам угля от забоя и бортов штреков. Особую опасность представляют отжимы угля от бортов штреков, куски которых могут достигать до 1.0 х 1.0 х 0.5 м.
При ведении горных работ возможны также частичные замещения и размывы пласта, заполненные песчаником и «колчеданом».
Угол падения пласта в контуре лавы будет меняться: от 6° у уклонов до 8° в нижней части монтажной камеры и до 14° в ее верхней части.
Пласт, как по падению, так
и по простиранию имеет плика-тивную нарушенность.
Уголь пласта имеет следующие прогнозные характеристики: марка угля - «Г», зольность пластовая -21.1%, зольность угольных пачек -8.4%,
влажность материнская -
3.3%,
природная газообильность-16-18 м3/т.
Пласт не самовозгорающийся, угрожаемый по горным ударам (в контуре лавы), не опасен по внезапным выбросам угля и газа и опасен по взрывчатости угольной пыли и газа метана.
Рис. 1. Схема расположения отсечный шпуров и замерных станций
Таблица 2. Условия и параметры лавы № 18-29 (заключение гл. геолога на отработку лавы)
Наименование параметров объектов Характеристика, показатели
Размеры блока, м: по простиранию по падению - для подсчета балансовых запасов: 2550м (от зап. борта 18-2 вент. уклона до вост. борта 18-2 флангового уклона). - для подсчета промышленных запасов: (2300+20=2320 м (2300 м от границы доработки до вост. борта монтажной камеры и + 20 м на 5 уклонов) Фронт лавы по данным маркш. Службы - от монтажной камеры до пром. разрезной печи от 266,0 до 264,5м - от пром. разрезной печи до границы доработки от 270,2 до 271,0м
Вмещающие породы
Пласт почти повсеместно имеет ложную кровлю мощностью около 0.10 м, представленную углистым (сажистым) аргиллитом (/"= 2) или сильно трещиноватым алевролитом («сло-енка»). Она обрушается практически сразу после обнажения.
Непосредственная кровля в контуре лавы сложена мелко и среднезернистым трещиноватым алевролитом мощностью 26 м. На отдельных участках мощность ее может уменьшаться до 0-0.5 м и замещаться песчаником. В таких локальных местах наблюдается, как правило, капеж воды, а иногда и струйчатое выделение воды.
Основная кровля представлена мелко и среднезернистым песчаником. Мощность - 8-16 м.
Непосредственно в почве пласта залегает или углистый аргиллит (реже), или влажный слабый алевролит (типа влажной глины) мощностью 0.030.12м. Ложная почва из-за малой прочности технологически оставляться не может и вынимается вместе с пластом.
Основная почва пласта сложена из мелкозернистого алевролита. Почва пласта относится к среднеустойчивой с предель-
ным сопротивлением вдавливанию 1.5-2.5 МПа.
Замерная станция №1 (ПК 12
- 15) была установлена 26.09.06.
Начальный отсчёт на замерных пунктах и первичное расстояние от замерных пунктов до очистного забоя .№1827 см. табл.3.
На основании инструментальной регистрации значений изменения вертикальной конвергенции с помощью конвергометра на 4.10.06. выявлено следующее:
Средние значения скорости вертикальной конвергенции показали, что средневзвешенная скорость вертикальной конвергенции на ЗС №1 составила 0,14мм/сут (за недельный период от начального времени заложения станций), а среднее значение общих смещений составило 1,2 мм.
Очистной забой №1827 на
4.10.06 находился на удалении (95
- 120 м) от замерных пунктов ЗС №1, т.е. подвигание очистного забоя 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 скоро-
Таблица 3
сти вертикальной конвергенции составило 0,21 мм/сут за месячный период измерений, в то же время положение очистного забоя №1827 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 смещений и скорости смещений пород кровли оценивалось проявление горного давления в пространстве и во времени. Анализ графических зависимостей построенных в результате инструментального контроля на замерных станциях выявил следующее:
Активное влияние динамических нагрузок на участке ЗС № 1 зарегистрировано с 31.10.2006 (расстояние на данный момент времени от ЗС №1 до лавы № 1827 составило 21м ) по 12.12.2006 (расстояние на данный момент времени от ЗС №1 до лавы № 1827 составило -1 Юм - остановка лавы на границе отработки).
Замерная станция №2 (ШС 38 - 42) была установлена
19.09.06. Начальный отсчёт на замерных пунктах и первичное расстояние от замерных пунктов до очистного забоя № 1827 отраже-ш в табл. 4..
На основании инструментальной регистрации значений изменения вертикальной конвергенции, с помощью конвергометра на
26.09.06. выявлено следующее.
Замерные пункты Начальный отчет, мм Расстояние от замерных пунктов до очистного забоя № 1827 в плане, м
ЗП 1 2551 165
ЗП 2 2630 159
ЗП 3 2543 153
ЗП 4 2407 146
ЗП 5 2485 140
26.09.2006 10.10.2006 24.10.2006 07.11.2006 21.11.2006 05.12.2006 19.12.2006 02.01.2007 16.01.2007 30.01.2007 13.02.2007
Период, Т, сут
• ЗП1 ■ ЗП2 'й ЗПЗ ЗП4 ^Н1 - ЗП5
Рис. 2. Графическая зависимость скорости вертикальной конвергенции от времени наблюдений на ЗС № 1.
Средние значения скорости вертикальной конвергенции: Средневзвешенная скорость вертикальной конвергенции на ЗС №2 составляла 0,42 мм/сут за недельный период, а среднее значение общих смещений составило 3,0 мм. Очистной забой лавы №1827 на 4.10.06 находился на удалении (-116 - -156м) от замерных пунктов ЗС № 2.
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 №1827 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 1829 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 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 1827 и как следствие изменение начальных параметров вентиляционного штрека
№1829.
Замерная станция №3 (ПК 48 -52) была установлена 19.09.06.
Начальный отсчёт на замерных пунктах и первичное расстояние от замерных пунктов до очистного забоя №1827 отражены в табл. 5.
Средние значения скорости вертикальной конвергенции показали: средневзвешенная скорость
вертикальной конвергенции на ЗС №3 составила ОД 8 мм/сут (за недельный период от начального времени заложения станций), а среднее значение общих смещений составило 2,4 мм. Очистной забой №1827 на 5.10.06 находился на удалений (-218 - -258) м от замерных пунктов ЗС № 3.
На основании сіаіистичгсюго анализа измерения вертикальной конвергенции за период с
19.09.06 по 20.02.07 (которые производились с недельной периодичностью) можно сделать следующие выводы.
Максимальное (среднее по пяти замерным пунктам) значение скоро-
Таблица4
Замерные пункты Начальный отчет, 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
Таблица 5
Замерные пункты Начальный отчет, мм Расстояние от замерных пунктов до очистного забоя № 1827 в плане, м
ЗП 1 2592 - 169
ЗП 2 2453 - 179
ЗП 3 2316 - 189
ЗП 4 2522 - 199
ЗП 5 2467 - 230
-0—ЗП1
Период, Т, сут
-ЗП2 й ЗПЗ —♦ —ЗП4 ■
ЗП5
Рис.3 Графическая зависимость скорости вертикальной конвергенции от времени наблюдении на ЗС № 3
сти вертикальной конвергенции составило 0,18 мм/сут за 5 месячный период, в то же время положение очистного забоя №1827 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 визуальной оценки наблюдений состояния контура и крепи вентиляционного штрека 1829 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.
В результате анализа установлено, что интенсивность горного давления на участке ЗС № 2 стабилизировалась раньше, чем на других замерных станциях. Это свидетельствует о положительной эффективности мероприятий по отсечению зависших породных консолей в отработанном пространстве очистного забоя 1827 у конвейерного штрека 1827.
Это можно объяснить тем, что на линии расположения замерных пунктов замерной станции № 1, расположенной в вентиляционном штреке 1829 в
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
конвейерном штреке 1827 работы по отсечению консоли не проводились, что повлияло на максимальное смещение кровли в конвейерном штреке 1827.
Максимальное значение скорости вертикальной конвергенции зарегистрировано на участке ЗС № 1 и на одном замерном пункте ЗС № 2, составило
0,8мм/сут.
В целом состояние выработки удовлетворительное.
В заключение необходимо сказать, что наблюдения за состоянием кровли вентиляционного штрека № 1829 необходимо продолжить при отработке очистного забоя 1829.
1. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках. ВНИМИ. Ленинград. 1982г.
2 .Штумпф Г.Г, Рыжков Ю.А. и др. Физико-технические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна. Справочник. Москва. Недра. 1994
3. Чельцова Н.М. Геомеханические основы выбора способов эффективного поддержания и рационального расположения подготовительных выработок при труднообрушаемых кровлях в условиях Интин-ского месторождения (автореферат). - Ленинград. 1988 г.
3. Коновалов Л.М. Совершенствование способов управления горным давлением в повторно используемых выработках шахт Ленинского района Кузбасса. Дис... канд.. .техн. наук. -Кемерово, 1994 г.
4. Справочник взрывника. Под редакцией Б.Н. Кутузова. Москва. Недра. 1988.
□ Авторы статьи:
Рогачков Ремезов
Антон Владимирович Анатолий Владимирович
- студент гр. МГд-051 - докт. техн. наук, проф.
каф. подземной разработки месторождений полезных ископаемых
Ануфриев Валерий Михайлович - соискатель каф. подземной разработки месторождений полезных ископаемых
Коновалов Леонид Михайлович канд.техн.наук, директор ООО «ЦАКК»
