CC BY
17
В.И. Мурашев
д-р техн. наук, проф., главный научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
Д.В. Ботвенко
канд. техн. наук, заведующий лабораторией ОАО «НЦ ВостНИИ»
А.А. Шулаяков
инженер ОАО «НЦ ВостНИИ»
УДК 622.016.6:622.02:539.2/.8
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОН ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ
НА ОКРУЖАЮЩИЙ ГОРНЫЙ МАССИВ
На стадии проектирования при помощи программного комплекса определяются зоны влияния очистных забоев на окружающий горный массив.
Ключевые слова: ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ, ОЧИСТНЫЕ ВЫРАБОТКИ, РАЗРУШЕНИЕ ПОРОД, КРЕПОСТЬ УГЛЯ, ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ, РАСЧЕТ, ЗОНА РАЗРУШЕНИЯ
X
Возникновение аварийных и опасных ситуаций в шахтах прямо или косвенно связано с состоянием горного массива в окрестности подготовительных и очистных выработок. В результате нарушения естественного состояния горного массива в нем происходит ряд геомеханических и газодинамических процессов. Это перераспределение напряжений,
разрушение угольного пласта и вмещающих пород, формирование первого и последующих шагов обрушения кровли в очистных забоях, зон разрушения пород кровли (интенсивного, блочного, крупноблочного), десорбция метана, окисление угля.
Современные технологии разработки пологих и наклонных пластов угля, в том числе склонных к само-
возгоранию, предполагают системы отработки длинными столбами по простиранию с полным обрушением кровли. Длина выемочных столбов зачастую составляет от 1500 м и более. В связи с этим подготовка выемочных участков, как правило, производится спаренными выработками. Большая протяженность выемочных столбов обуславливает сроки их отработки до года и бо-
Рисунок 1 - Зависимость общей высоты зоны разрушения пород кровли коб от крепости угольного пласта f
h об. и
140 120 100 00 60 40 20 О
11
13
-
4 - -1 -- —_
---^ -
—н- -9 -f к- -PI— -
1
Т
♦ ш. "Распадения", лава Л-9-21 бис -■— ш. "Распадская". лэеа5а-6-18 ш, "Раепадекая", пава 5а-7-2& ш. "Листвяжная", лава 1112 —я^ш. 'Ульяновская", лэеа 50-15
" По лосуяи некая", лава 30-321 ---uj "Полоеухинекая", ла&а 26-322
15 V, м/сут
Рисунок 2 - Зависимость общей высоты зоны разрушения пород кровли коб от скорости подвигания очистного забоя V
62
лее. В течение этого периода происходят изменения параметров, определяющих уровень эндогенной пожароопасности как выработанного пространства, так и межлавных целиков.
По мере подвигания очистного забоя происходит перемещение зоны опорного давления, действующего на забой и межлавные целики угля. В процессе этих динамических проявлений уровень эндогенной пожа-роопасности может как понижаться, так и повышаться. При отжиме краевой части ленточного целика его ширина уменьшается, а область влияния зоны опорного давления смещается в глубь целика, что может привести к развитию системы трещин, пронизывающих целик на всю его ширину, и, следовательно, к фильтрации воздуха из действующих выработок в выработанное пространство очистного забоя. На рисунках 1, 2, 3 показана зави-
симость высоты общей зоны разрушения пород от крепости угольного пласта, скорости подвигания очистного забоя и ширины шнека очистного комбайна.
Схема геомеханического состояния горного массива в окрестности очистного забоя с зонами разрушения пород кровли приведена на рисунке 4.
В таблице 1 представлены данные по расчету зон разрушения кровли очистных забоев.
С использованием характеристик угольных пластов и вмещающих пород, технических решений разработки очистных забоев получены исходные данные для расчета: глубина отработки Н, м; мощность пласта т, м; угол падения ОДдад ,град; крепость угля
скорость подвигания V, м/сут; крепость кровли
длина лавы Д, м; ширина захвата I, м. По результатам ввода их в программный комплекс были получены зоны: интенсивного Нр блочного Н2 и крупноблочного разрушения пород кровли, сумма которых и является общей высотой разрушения пород кровли коб.
Наибольшие размеры зон разрушения (особенно крупноблочного) пород кровли возникают при значениях крепости угольного пласта 0,5 и менее.
Следует также отметить, что в зонах интенсивного и блочного разрушения воздухопроницаемость пород кровли имеет наибольшие значения. В зоне же крупноблочного разрушения проницаемость пород кровли осуществляется за счет развития природных трещин, через которые воздух может попадать к местам концентрированных потерь угля.
Рисунок 3 - Зависимость общей высоты зоны разрушения пород кровли Иоб от ширины шнека очистного комбайна I
63
Таблица 1 - Численные значения параметров зон разрушения горного и угольного массивов
Глубина со X 5 С 4(03 Ц Ш 2 s Я II с . > X Вынимаем мощность (Мзрость подви-гания у. Крепость пласта^ Крепость кровл F "Первич ный шаг, м Вторичный шаг, м Зо интеюивн ого е , о > X Q о ä 5 со 1 g ю Зо круп-наоблоч-ного Высота зоны оазоу-
ш. «Распадская», лава 4-9-21 бис
289 265 0,8 10 1,6 9 0,7 8 55 10,6 1,1 0,6 10,2 11,9
289 265 0,8 10 1,6 7 0,7 8 51,7 9,9 1,2 0,6 10,2 12,1
289 265 0,63 10 1,6 9 0,7 8 55,0 10,6 1,4 0,7 10,2 12,3
289 265 0,63 10 1,6 7 0,7 8 51,7 9,9 1,5 0,8 10,2 12,5
289 265 0,8 10 1,6 4,6 0,7 8 46,5 8,9 1,4 0,7 10,2 12,4
289 265 0,5 10 1,6 14,4 0,7 8 61,9 11,9 0,9 0,5 10,2 11,6
ш. «Распадская», лава 5а-6-18
414 300 0,8 7 4,3 7,2 0,7 9 43,7 8,4 6,9 3,4 33,8 44,1
414 300 0,8 7 4,3 10 0,7 9 47,5 9,1 6,0 3,0 33,8 42,8
414 300 0,8 7 4,3 14 0,7 9 51,6 9,9 5,2 2,6 33,8 41,6
414 300 0,8 7 4,3 12 0,8 9 49,7 9,6 2,8 1,4 33,8 38,0
414 300 0,8 7 4,3 0,9 0,8 9 25,9 4,9 10,7 5,3 33,8 49,9
414 300 0,8 7 4,3 4,9 0,8 9 39,7 7,6 7,9 3,9 33,8 45,6
ш. «Распадская», лава 5а-7-28
421 299 0,8 8 4,0 6,4 0,8 7,5 38,8 7,5 3,7 1,8 36,2 41,7
421 299 0,8 8 4,0 8 0,8 7,5 40,9 7,9 3,3 1,7 36,2 41,2
421 299 0,8 8 4,0 10 0,8 7,5 43,3 8,3 3,0 1,5 36,2 40,7
421 299 0,8 8 4,0 12 0,8 7,5 45,4 8,7 2,8 1,4 36,2 40,4
421 299 0,8 8 4,0 10,7 0,8 7,5 44,1 8,5 2,9 1,4 36,2 40,6
421 299 0,8 8 4,0 8,4 0,8 7,5 41,5 7,9 3,3 1,6 36,2 41,1
ш. «Листвяжная», лава 1112
170 250 0,8 6 3,6 8,5 1,0 3,6 46,7 8,9 0,6 0,3 28,9 29,7
170 250 0,8 6 3,6 8,5 0,7 3,6 46,7 8,9 3,5 1,8 28,9 34,1
170 250 0,63 6 3,6 8,5 1,0 3,6 46,7 8,9 0,7 0,4 28,9 29,9
170 250 0,63 6 3,6 8,5 0,7 3,6 46,7 8,9 4,3 2,2 28,9 35,4
ш. «Ульяновская», лава 50-15
258 300 0,8 1 2,55 5,2 0,8 6,5 41,3 7,9 1,4 0,7 17,7 19,8
258 300 0,8 1 2,55 8 0,8 6,5 46,0 8,8 1,2 0,6 17,7 19,5
258 300 0,8 1 2,55 10 0,8 6,5 48,7 9,4 1,1 0,5 17,7 19,3
258 300 0,8 1 2,55 12 0,8 6,5 50,9 9,8 0,9 0,5 17,7 19,2
258 300 0,63 1 2,55 5,2 0,8 6,5 41,3 7,9 1,7 0,9 17,7 20,3
258 300 0,63 1 2,55 6 0,8 6,5 42,8 8,2 1,6 0,8 17,7 20,2
258 300 0,63 1 2,55 8 0,8 6,5 46,0 8,8 1,5 0,7 17,7 19,9
258 300 0,63 1 2,55 10 0,8 6,5 48,7 9,3 1,3 0,7 17,7 19,9
ш. «Полосухинская», лава 30-321
390 160 0,8 3 2,4 6 0,4 6 39,8 7,65 41,2 20,6 23,7 85,6
390 160 0,8 3 2,4 8 0,4 6 42,8 8,2 40,7 20,4 23,8 84,8
390 160 0,8 3 2,4 10 0,4 6 45,2 8,7 39,9 19,9 23,7 83,7
390 160 0,8 3 2,4 12 0,4 6 47,4 9,1 39,1 19,5 23,8 82,4
390 160 0,63 3 2,4 6 0,4 6 39,8 7,7 46,7 23,4 23,8 93,9
390 160 0,63 3 2,4 8 0,4 6 42,8 8,2 46,5 23,3 23,8 93,6
ш. «Полосухинская», лава 26-322
445 200 0,8 3 2,0 5,1 0,3 7,4 37,6 7,2 76,9 38,5 18,9 134,3
445 200 0,8 3 2,0 10 0,3 7,4 44,5 8,5 77,6 38,8 18,9 135,2
445 200 0,8 3 2,0 12 0,3 7,4 46,6 8,9 77,7 38,8 18,9 135,4
445 200 0,8 3 2,0 14 0,3 7,4 48,4 9,3 77,7 38,8 18,8 135,5
445 200 0,63 3 2,0 5,1 0,3 7,4 37,6 7,2 86,6 43,3 18,9 148,9
445 200 0,63 3 2,0 10 0,3 7,4 44,5 8,6 87,4 43,7 18,8 150,0
Результаты расчетов зон разрушения позволяют для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий оценить аэродинамические связи с вышележащими пластами и концентрированными потерями, дают возможность на стадии проектирования внести корректировку в те и ли иные технические решения и избежать негативных последствий эндогенных пожаров как в действующем очистном забое, так и в выработанном пространстве.
т - мощность пласта; ддДдД- напряжения в нетронутом массив, МПа; 8д - напряжения на кромке забоя;8»дгл— напряжения в максимуме опорного давления; &Х°ср - расстояние от забоя до зоны нормальных напряжений; Х°ср - расстояние от забоя до зоны максимальных напряжений; К°п - первичный шаг обрушения пород основной кровли; Я°] - вторичный шаг обрушения пород основной кровли; ИИ И3 - соответственно зоны интенсивного, блочного и крупноблочного разрушения пород кровли
Рисунок 4 - Схема геомеханического состояния горного массива в окрестности очистного забоя
с зонами разрушения пород кровли
BUNDLED SOFTWARE USE IN ORDER TO DETERMINE COAL EXTRACTION FACES INFLUENCE ZONES ON SURROUNDING ROCK MASSIF V.I. Murashev, D.V. Botvenko, A.A. Shulayakov
At project making stage with the help of a bundled software influence zones of
coal extraction faces on surrounding rock massif are determined.
Key words: GEOMECHANICAL STATE, EXTRACTION OPENINGS, ROCK
CRUSHING, COAL STRENGTH, INITIAL DATA, CALCULATION, DESTRUCTION
ZONE
Мурашев Вячеслав Иванович e-mail: ncvostnii@yandex.ru
Ботвенко Денис Вячеславович e-mail: 340670@kemtel.ru
Шулаяков Алексей Андреевич e-mail: ncvostnii@yandex.ru
65
