Научная статья на тему 'Оценка структурного ослабления горных пород'

Оценка структурного ослабления горных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
1089
110
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Катков Г. А., Толмачев С. А., Бедарев Н. Т., Петухов С. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Оценка структурного ослабления горных пород»

Граммонит ТМ допущен к постоянному применению для ручного и механизированного заряжания сухих и осушенных шпуров, скважин и камер, номер журнального постановления 08-10/494 от 29.04.02. по ТУ 84-086 28424-7402002.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

В результате проведенных

промышленных испытаний Грам-монита ТМ в сравнении с Граммо-нитом 79/21 установлено:

1. Улучшились санитарногигиенические показатели.

2. Дробление горных пород и руды и удельный расход Граммо-

нита ТМ на Урале применения Граммонита 79/21.

3. Применение 3 % воды при машинном заряжании скважин в условиях шахт позволяет повысить плотность заряжания на 10-12 % в сравнении с сухими ВВ.

Соснин В.А. — кандидат технических наук, ФГУП «ГосНИИ «Кристалл». Шеменев В.Г. — кандидат технических наук, ИГД УрО РАН.

Хрущев Г.Н. — кандидат технических наук, ИГД УрО РАН.

Соколов В. С. — ИГД УрО РАН.

Сафьянов В.И, Кухарчик Г.М. — Высокогорский ГОК.

© Г.А. Катков, С.А. Толмачев,

Н.Т. Беларев, С.В. Петухов, 2003

УЛК 622.831

Г.А. Катков, С.А. Толмачев, Н.Т. Беларев,

С.В. Петухов

ОЦЕНКА СТРУКТУРНОГО ОСЛАБЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОЛ

Условия подземной добычи угля постоянно усложняются вследствие увеличения глубины ведения горных работ, повышения структурной нарушен-ности, газоносности и выбросо-опасности угольных пластов. Совокупное влияние этих факторов приводит к формированию зон предельного состояния массива, снижению прочности вмещающих пород и, как следствие, к потере устойчивости горных выработок.

Протекание геомеханических процессов нагружения, деформирования и устойчивости горных выработок зависит, в первую очередь, от физико-механичес-ких свойств угля и вмещающих пород. Базисными механическими характеристиками горных пород, используемыми при расчетах паспортов крепления и поддержания выработок, являются: - предел

прочности на сжатие и растяжение; -угол внутреннего трения и величина сцепления пород; -структурные ослабления.

В настоящее время предел

прочности пород на одноосное сжатие является основой всех нормативно-методических документов по расчету и прогнозированию проявлений горного давления в очистных и подготовительных выработках [1-4]. При этом, в расчетах рекомендуется пользоваться расчетным сопротивлением пород сжатию ( ^ ), величина которого определяется с учетом вмещающих выработку слоев, залегающих на расстоянии от контура выработки в кровле, равном 1,5 В, а в почве и боках выработки на расстоянии В, где В-ширина выработки в проходке, по формуле:

^ = ^р х к , МПа (1)

где ^ - среднее значение сопротивления пород одноосному сжатию; к - коэффициент, учитывающий нарушенность и структурное ослабление массива горных пород.

Сопротивление пород одноосному сжатию определяется согласно ГОСТ 21163.2.84. Этот показатель, например, для шахт Кузбасса принимается, как правило, по данным геологоразведки по

кернам, выбуренным из массива, находящегося в естественном состоянии. При ведении горных работ резко изменяется напряженно-деформированное состояние массива. В зонах, подверженных сдвижениям и деформациям, происходит раскрытие существующих трещин геотектонического происхождения и образование новых в результате разрыва сплошности массива по плоскотям ослабления или природному кливажу. Таким образом, в результате процессов литогенеза, последующих тектонических изменений, влияния очистных работ, изменения гидрологического режима и других физикохимических процессов формируется пространственная неоднородность структуры горного массива. Эту неоднородность и должен учитывать коэффициент структурного ослабления массива, входящий в формулу (1).

Структурное ослабление горных пород может быть двух типов:

1. Структурные ослабления по поверхностям большой протяженности, по которым происходит скольжение одной части деформируемого массива относительно другой. Такими поверхностями ослабления являются контакты между слоями, поверхности расслан-цованности в породах, дизъюнктивные нарушения и тектонические трещины большой протяженности.

2. Структурные ослабления по площадкам ограниченных разме-

Зависимость коэффициента структурного ослабления (к) от прочности породы на растяжение (Не ) и расположения выработки: 1 - выработки вкрест простирания пород; П - выработкипо простиранию и падению; Ш - выработки в зонах повышенного горного давления

ров, которые смещены в пространство одна относительно другой. Такие поверхности ослабления придают массиву блоковое строение со слабыми связями между жесткими и прочными блоками. Поверхностями ослабления являются трещины различного происхождения - тектонические, гравитационные, кливажные, расслоения и др.

Структурные ослабления первого типа не представляют особых трудностей, т.к. выявляются на стадии детальной разведки и учитываются при проектировании выемочных полей и мест заложения выработок. Определение коэффициента структурного ослабления второго типа является довольно сложным процессом, т.к. на его величину оказывает влияние целый ряд факторов: форма отдельности, масштабный эффект, неод-

нородность отдельных блоков по прочности, слоистость и кливаж массива, тензор напряжений относительно систем трещин.

Значительная нарушенность массива пород в шахтах и отсутствие специального оборудования по определению структуры массива и прочностных характеристик пород приводят к тому, что при проектировании паспортов проведения и крепления горных выработок закладываются искаженные исходные данные расчетной прочности пород.

Это приводит к несоответствию параметров применяемых крепей фактическим смещениям на контуре выработок и нагрузкам на крепь и, как следствие, является причиной многочисленных аварийных ситуаций.

В результате исследований, проведенных Сибирским филиа-

лом ВНИМИ в различных горногеологических условиях залегания угольных пластов, установлены показатели, характеризующие степень ослабления массива пород. Получены зависимости коэффициента структурного ослабления от прочности породы на растяжение, ширины выработки, расположения выработки относительно напластования пород (см. рисунок).

Предлагаемая методика оценки структурного ослабления массива пород основана на определении прочности пород на растяжение в кровле выработок приборами типа «Викинг» или БУ-39 и установленных корреляционных зависимостях. Она рекомендована к использованию на угольных шахтах Кузбасса, где прошла испытания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методика расчета параметров прочности и предельных состояний угольных пластов в призабойной зоне. -М.,1983, ИГД им. А.А. Скочинского.

2. Штумпф Г.Г.,Рыжков Ю.А.,Шаламанов В.А. и др. Физико-технические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна. - М: Недра, 1984.

3. ВылегжанпнВ.Н, Егоров П.В.,Мурашов В.И. Структурные модели горного массива в механизме геомеханиче-ских процессов.- Новосибирск, Наука, 1990.

4. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. - СПб, 2000.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Катков Г.А. — профессор, доктор технических наук, Московский государственный открытый университет (МГОУ). Толмачев С.А. — кандидат технических наук, и.о. профессора МГОУ.

Бедарев Н. Т. — кандидат технических наук, научный сотрудник Сибирского филиала ВНИМИ.

Петухов С.В. — инженер, Сибирский филиал ВНИМИ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.