CC BY
34
© В.К. Елшин, В.А. Шерстов, А.С. Курилко, В.С. Марков, 2010
УДК 622.83:551.345
В.К. Елшин, В.А. Шерстов, А.С. Курилко,
В. С. Марков
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ НА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ РОССЫПЯХ
Приведены результатами измерений смещений пород кровли в призабойном пространстве на многолетнемерзлых россыпях.
Ключевые слова: посадка кровли, призабойное пространство, льдистые россыпи.
Неделя горняка
ІТЛак показали инструментальные наблюдения и визуальные обследования шахт Заполярья Якутии, наиболее опасным с точки зрения безопасности ведения очистных работ является наличие клиновидных повторножильных льдов в кровле. Такие кровли, по классификации ВНИИ-1 относятся к слабоустойчивым и, как правило, это обусловливает меньшие пролеты каме-ро-лав (<15 м) и соответственно увеличивает процент потерь песков в недрах до 12—15 %.
Первые опытные работы по применению сплошной системы разработки с креплением выработанного пространства деревянными стойками на льдистых россыпях проведены Иркутским политехническим институтом в 1974 г.[1].
Отработка опытной панели с выемочной мощностью пласта 2,8—3,7 м осуществлялась двумя параллельными лавами с движением забоев от борта рассечки к штреку (рис. 1). Визуальное обследование показало наличие сильнольдистых отложений с монолитной, нерасслоенной структурой.
Управление кровлей осуществлялось полным обрушением с помощью двух рядов органнокустовой крепи: несущей и посадочной. Плотность забойной кре-
пи на закрепленной части выработанного пространства составляла 0,1 ст/м . Средняя скорость подвигания очистных забоев составила 31,8 м в месяц. При отработке опытной панели начало прогиба пород кровли в лаве 4 зафиксировано при ее длине 30—32 м. Общая площадь обнажения составила 2400 м2. Опускание пород кровли развивалось медленно, со скоростью 1,2—1,5 мм/сут.
После перехода мощной ледяной жилы в лаве 4 появились расслоения, при этом скорость опускания кровли увеличилась до 3—4 мм/сут.
Повреждения крепежных стоек при посадке кровли начались на середине пролета, между исходным целиком и органной крепью, и постепенно распространились на органную крепь. После излома органной крепи, в связи с потерей ее несущей способности, посадка кровли произошла одновременно на всей площади лавы 4 и на примыкавшей к ней половине лавы 3 с образованием сильной воздушной волны. Опускание пород кровли за два дня до обрушения составило от 34 мм (по бортам лавы) до 124 мм (центр лавы).
В большей части замерных пунктов опускание кровли находилось в пределах 50—70 мм.
Рис. 1. План горных работ на момент обрушения пород кровли на шахте 1 месторождения Улахан-Батор:
• забойная крепь;
I х х I выходы ледяных жил в кровле
Анализ характера обрушения пород кровли показал, что в сильнольдистых наносах горное давление в выработанном пространстве деформируется по гипотезе свода обрушения, со средней мощностью обрушившихся пород не более 6—7 м. Высота свода обрушения от длины пролета лав составила 12 %.
Аналогичные выводы в части характера обрушения пород кровли при разработке сильнольдистых россыпей сделал В.Б.Мельников [2].
Обзор проведенных исследований и экономических расчетов [3,4] показал, что применение механизированных крепей при разработке сильнольдистых россыпей позволит значительно повысить безопасность ведения горных работ, снизить потери в недрах и уменьшить объем нарезных работ. В этой связи были проведены исследования по выявлению принципиальной возможности применения механизированных крепей при разработке россыпей.
Отработка экспериментального столба шириной 50 м и длиной 311 м на одной из россыпных шахт Заполярья с применением механизированной крепи Т-13К началась при пролете монтажной камеры 10 м. Основная часть покрывающей толщи представлена покровными илисто-
глинистыми образованиями, характеризующимися включениями повторножильных льдов различной мощности и пространственной ориентации. Средняя мощность торфов и песков составляла соответственно 28,5 и 2 м. Пласт песков представлен тонкоплитчатым, хорошо окатанным галечником глинистых сланцев, сцементированным песчаноглинистым заполнителем. Температура продуктивного пласта минус 7—8 °С. Коренные породы — светложелтые песчано-глинистые сланцы.
Результатами визуальных обследований пород кровли, по мере подвигания очистного забоя, была составлена карта ледяных включений и было выявлено значительное количество ледяных жил и прослоек мощностью до 3—3,5 м с различной пространственной ориентацией (рис. 2), что, безусловно, сказалось на характере деформирования и обрушения пород кровли. Исследования показали, что до пролета лавы 24 м состояние пород кровли как в призабойном, так и в выработанном пространствах было удовлетворительным, имели место лишь одиночные коржи площадью 2—10 м2 с мощностью отслоившихся пород 0,1—0,5 м в призабойном и 0,5—1 м в выработанном пространстве.
Рис. 2. Схема расположения наиболее мощных ледяных жил на опытно-промышленной шахте 20-бис месторождения Улахан Уруйэ
На поведение пород кровли в выработанном пространстве, до ее первой посадки, оказали большое влияние различно ориентированные линзы льда, которые рассекались трещинами с раскрытием до 5—6 мм при глубине проникновения до 0,3 м.
Первое массовое обрушение пород кровли произошло в два этапа. Ослабление пород кровли, вызванное ледяной жилой толщиной 1 му заднего борта монтажной камеры и расположенной параллельно очистному забою, явилось причиной посадки кровли со стороны транспортного штрека при пролете лавы 28 м. Площадь обрушения составляла 400-450 м при мощности обрушившихся пород 1— 1,2 м.
В призабойном пространстве было отмечено заколообразование площадью 20—22 м2 по центру лавы и 2—5 м2 по бортам рассечки. Мощность отслоения 0,3—0,5 м. При подвигании забоя еще на 3 м произошло интенсивное обрушение пород кровли по всему периметру отработанного пространства с образованием консоли шириной 0,5—0,6 м. Высота свода обрушения составила 4—5 м при мощности навала по-
род 4 м. Обрушение в основном крупноблочное с размерами блоков 3x3x2 м и менее. Зависимость высоты свода от пролета лавы после посадки кровли находилась в пределах 11—13 %.
Скорость опускания пород кровли у заднего борта монтажной камеры (реостатная стойка СР-2) до пролета лавы
25—26 м была незначительна и составляла 0,1—0,25 мм/сут. Увеличение скорости опускания пород кровли, перед ее посадкой, зафиксировано при пролете лавы
26—28 м до 1,6 мм/сут., а в центре выработанного пространства до 3—4 мм/сут.
Вторичные осадки кровли сопровождались образованием за механизированной крепью консолей: при монолитной кровле с незначительным количеством ледяных пролинзовок их длина доходила до 6—7 м, при наличии в кровле мощных ледяных жил — от 0 м (козырек крепи) до 1 м.
При достижении предельной длины консоли, иногда в сочетании в этот период с передвижкой механизированной крепи или сотрясательным воздействием от взрывных работ, происходило интенсивное повышение скорости опускания пород кровли. В 3 м позади козырька
крепи при общем опускании 90 мм она составляла 130—150 мм/сут (реостатная стойка СР-2) и на расстоянии 6 м от крепи в направлении выработанного пространства опускание консоли достигало 1300— 1600 мм (визуальные наблюдения), иногда до смыкания с почвой. В призабойном пространстве скорость смещения пород кровли перед посадкой увеличивалась с
2—3 мм/сут до 25—28 мм/сут. (измерительная стойка СУИ-2М). После обрушения консоли происходила разгрузка массива и скорость опускания пород кровли в призабойном пространстве снижалась до 1,5—2 мм/сут.
При наличии в породах кровли повторно-жильных льдов характер проявления горного давления был несколько иной, чем при монолитной кровле. Основная сложность управления кровлей возникала при залегании ледяных жил параллельно очистному забою. Ввиду того, что мерзлые отложения склонны к пластическим деформациям, то даже
1. Изыскание систем разработки и способов механизации, создающих уменьшение потерь в целиках и объемов нарезных работ против существующих норм на шахтах прииска Кул ар: отчет о НИР; научный руководитель А.И.Скуратов, Иркутск, политехн, ин-т.- Иркутск, 1974. — 181 с.
2. Мельников В.Б. Особенности куполооб-разования при разработке высокольдистых россыпей камерными системами//Колыма. — 1978.— №10.— С. 8—12.
при ширине призабойного пространства
3—5 м не наблюдалось обрушений пород кровли в забой и имело место лишь местное заколообразование. В большинстве случаев происходило внутреннее расслоение по линзе льда и, следовательно, отрыв породного блока происходил в вертикальной плоскости по льду. Призабойное пространство было в удовлетворительном состоянии. Породы кровли обрушались блоками с размером 0,5 х 1x1,5 м, динамически нагружая оградительный элемент крепи.
Результатами измерения смещений пород кровли в призабойном пространстве выявлено, что за 16—17 часов до обрушения кровли скорость опускания последней составляла 3,5— 4 мм/сут, а непосредственно перед посадкой она увеличивалась до 23—28 мм/сут. После посадки пород кровли отмечено снижение скорости ее смещения до 1,3—2,3 мм/сут.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Лубий К.И., Прошунин М.Ф. К экономической оценке применения оградительной крепи при подземной разработке россы-пей//Колыма.— 1973. — №11. — С. 5—6.
4. Слепцов А.Е., Шерстов В.А., Елшин В.К. и др. Внедрение механизированных крепей на россыпных шахтах Северо-Востока// Вопросы горного давления. — Новосибирск. — 1980. — №38.—С. 81—84. ВШЭ
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------
Елшин В.К. — кандидат технических наук, ст. научный сотрудник,
Шерстов В.А. — доктор технических наук, гл. научный сотрудник,
Курилко А.С. — доктор технических наук, зав. лаб.
Институт горного дела Севера СО РАН им. Н.В. Черского, igds@vsn.ru
Марков В.С. — кандидат технических наук, доцент Якутского государственного университета им. М.К. Аммосова, г. Якутск, sekretar@sitc.ru
