Опыт надработок в зонах повышенного гоного давления на весьма сближенных крутых пластах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

А. Ю. ШИРМ АН КИН

Опыт надработки подготовительных выработок в зонах повышенного горного давления на весьма сближенных крутых пластах

На шахте «Зенковская» ПО «Прокопьев-скгидроуголь» отрабатываются весьма сближенные пласты «Пионер» и «Юнгор». Их междупластье мощностью 4-5 м сложено слабыми слоистыми и трещиноватыми алевролитами с прочностью аСж — 30 МПа. Кровля верхнего пласта «Пионер» представлена прочным песчаником мощностью 10-12 м с Осж - 80-85 МПа. На этом пласте оставлен межгоризонтный целик угля наклонной высотой 15-20 м. Подготовительные выработки на нижнем пласте «Юнгор» пройдены до начала очистной выемки на

пласте «Пионер». При этом вентиляционный штрек и верхняя часть группового ската на пласте «Юнгор» оказались расположенными в зоне влияния повышенного горного давления (ЗПГД) под межгоризонт-ным целиком пласта «Пионер» и подвергались влиянию надработки механизированного очистного забоя этого пласта (рис. 1).

Гор- +200

Рис. 1. Зоны ПГД от межгоризонтных целиков

В таких горно-технических условиях надрабатываемые выработки в зонах ПГД испытывают значительные деформации, превосходящие конструктивные параметры крепи (сопротивление, податливость).

Наблюдения за проявлениями горного давления, выполненные в рассматриваемых условиях на шахте «Зенковская» [1], показали, что в надрабатываемом вентиляционном штреке пласта «Юнгор» смещения боковых пород по нормали к напласто-выванию на расстоянии до 70 м позади над-рабатывающего забоя достигали порядка 700 мм. При таких смещениях крепь штрека деформировалась вплоть до потери эксплуатационной способности выработки и штрек необходимо было заново восстанавливать.

В таких условиях при дальнейшем ведении очистных работ на пласте «Пионер» существовала опасность разрушения группового ската на пласте «Юнгор» при проходе над ним надрабатывающего забоя по пласту «Пионер».

Для обоснования возможности прохода очистным забоем пласта «Пионер» над скатом и разработки технологических мероприятий по снижению напряженности массива были выполнены прогнозные ге-омеханические расчеты с двух позиций. Во-первых, рассмотрены условия предельного равновесия сил, препятствующих и способствующих разрушению междупластья при нахождении механизированного забоя над скатом.

При невыполнении этого условия возможно разрушение крепи ската и толщи междупластья с оседанием ее вместе с механизированным агрегатом. Во-вторых, произведен прогнозный расчет ожидаемых смещений боковых пород на сопряжении ската с вентиляционным штреком под действием повышенных напряжений от влияния надработки и ЗПГД от межгоризонтно-го целика.

Расчетная схема предельного равновесия сил приведена на рис. 2.

^стр.ослРсдв^Ркр.ск. ~ ^(1)

где Кстр осл— коэффициент структурного

ослабления пород междупластья;

асдв— силы сцепления и трения пород междупластья при сдвиге, кН/м;

^кохк. сопротивление крепи ската, кН/м;

Рмкр— нормальная составляющая веса крепи агрегата, кН/м.

Величина Рмкр, отнесенная к погонному метру крепи ската, определяется как

РНЛС = 300x2,5 - 750 кН/м (Рк=300 кН/м2 — номинальное рабочее сопротивление крепи агрегата, 1 =2,5 м — длина секции агрегата). СС080=31хсоз 50° = 20 кН/м (С = 31 кН/м — вес одного погонного метра агрегата; а — угол падения пласта). Таким

образом, сумма сил, способствующих разрушению междупластья, составляет 770 кН/м.

Сцепление и трение пород при сдвиге (о^) на длину секции агрегата (размер штампа) можно ориентировочно определить из сопротивления пород одноосному сжатию: асдв = 0,2 хсжх1с. При асж = 30 МПа имеем осдв = 0,2х30х 103х2,5 = 15х103 кН/м. Учитывая, что междупластье сложено слабыми тонкослоистыми и трещиноватыми породами, принимаем ориентировочно

К-стр.осл. “0,1. Тогда сопротивление междупластья сдвигу будет 1500 кН/м. Таким

образом, даже без учета сопротивления крепи ската, условие предельного равновесия (1) выполняется с двукратным запасом. Следовательно, опасность разрушения и оседания междупластья вместе с агрегатом маловероятна.

Расчетные смещения боковых пород на сопряжении вентиляционного штрека и ската, определенные в соответствии с [2], составляют порядка 500 мм, что существенно выше конструктивной податливости крепи выработок. В связи с этим для обеспечения устойчивости выработок необходимо применение технологических мероприятий, снижающих напряжения массива в зонах ПГД. В данном случае в качестве такого мероприятия был применен способ разгрузки массива от повышенных напряжений путем разбуривания межгоризонт-ного целика скважинами большого диаметра. На участке длиной 40 м (по 20 м по обе стороны от ската) из вентиляционного штрека на пласте «Пионер» были пробурены в межгоризонтном целике 25 скважин диаметром 500 мм с расстоянием между центрами скважин 1,6 м. Кроме того, на сопряжении вентиляционного штрека со скатом на пласте «Юнгор» крепь выработок была усилена кострами из шпального бруса.

Применение этих технологических мероприятий обеспечило безаварийную над-работку ската и вентиляционного штрека и их сохранение в эксплуатационном состоянии.

ГГ

пл. Пионер

СОЗоС

ПЛ. „ Шнеар "

Рис. 2

Условие предельного равновесия имеет вид:

Измерения, проведенные в вентиляционном штреке и на его сопряжении со скатом, показали, что смещения боковых пород не превышали 300 мм, т.е. уменьшились более чем в два раза по сравнению с таковыми на контрольном участке, где не проводились указанные мероприятия.

Таким образом, разгрузка массива посредством разбуривания целика скважинами большого диаметра является достаточно эффективным способом повышения устойчивости надрабатываемых подготовительных выработок в зонах ПГД на весьма сближенных пластах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ю.А.Ширманкин. Проблема устойчивости подготовительных выработок при механизированной разработке весьма сближенных крутых пластов средней мощности. «Горное давление, горные удары и сдвижение массива». Сб.научн.тр. ВНИМИ, часть I, С-Петербург, 1994, с.84-88.

2. Указания по рациональной разработке свит сближенных крутых и крутонаклонных пластов

Кузбасса, ВНИМИ, Л., 1985, с.40

© А.Ю.Ширманкин

Реклама научно-технических1 разработок ученых МПУ\

в

им

ш

> «¡5 ф »фф'ф 'тш «V» ф'т • • •

Новое технологическое решение

Автор! А, £ Пережило в

кафедра технологии, мех Тел, 236-94-66

угля

Способ нормализации пылегазовой обстановки в высокопроизводительных очистных забоях шахт

Предназначен для обеспечения эффективного и безопасного производства горных работ путем управления состоянием и свойствами угольных пластов через наземные скважины. Отличительной особенностью способа является разделение профилактических и горных работ во времени и пространстве. Применяется при подземной разработке опасных по пыли и выбросам высокогазоносных угольных пластов.

Предлагаются:

О Разработка проекта на внедрение способа.

О Консультации по выбору технологических параметров.

О Авторский надзор.

О Договор на передачу.