CC BY
0УДК 622.016.22
И. А. Колдунов
ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ИЗУЧЕНИЮ ВЛИЯНИЯ ВОДОПРИТОКОВ В СТВОЛЫ НА ИХ УСТОЙЧИВОСТЬ
В статье представлены результаты работы по установлению влияния водопритоков в стволы на их устойчивость методом корреляционно-регрессионного анализа результатов обследования более 400 сопряжений вертикальных стволов на глубоких горизонтах.
Ключевые слова: водоприток, устойчивость ствола, корреляционно-регрессионный анализ, обследование сопряжений стволов, крепь.
Введение. В настоящее время при массовом закрытии угольных шахт Донбасса возникает перераспределение гидробаланса в этом регионе [1].
В результате усложнились условия эксплуатации действующих угольных предприятий, которым сейчас приходится работать в обводненном массиве. При затоплении ликвидируемых смежных шахт, в настоящее время происходит восстановление ранее сдренированных водоносных горизонтов и приток воды, в действующие шахтные стволы, начинает увеличиваться. Например, в ствол ВВПС № 2 шахты им. А. Ф. Засядько водоприток увеличился более чем в 10 раз.
Таким образом, проведение исследований по изучению влияния водопритоков в стволы на их состояние весьма актуально.
Методика и результаты исследования. Для достижения поставленной задачи была использована, вошедшая в нормативно руководящий документ [2], зависимость степени нарушенности крепи сопряжений глубоких вертикальных шахтных стволов Y, балл от различных факторов:
7 = а0(1 + )а еаК еаКв (1 + Кс)а (!)
Яср
где ао, а1-а4 - коэффициенты, учитывающие вид крепи, определяют согласно таблицы 1;
у - объемный вес пород, МН/м3;
Н - глубина горизонта сопряжения ствола, м;
Яср - средневзвешенная по мощности прочность пород на сжатие в рассматриваемой зоне сопряжения, МПа;
Ко - показатель влияния очистных выработок;
Кв = & / &50 - коэффициент изрезанности массива выработками околоствольного двора (&, &5о - площади, м2, в плане соответственно околоствольных выработок и зоны вокруг ствола в радиусе 50 м);
Кс - структурный показатель состава вмещающих пород. Таблица 1 - Значения коэффициентов уравнения (1)
Крепь Коэффициенты
a0 a1 a2 a3 a4
Бетонная 0,56 1,85 0,71 -0,96 0,08
Смешанная бетонная, бетонитовая и кирпичная 0,57 1,46 0,71 -0,35 0,22
Железобетонная 1,43 0,43 0,51 -2,29 0,00
Тюбинговая 1,35 0,00 0,82 -3,22 0,00
Средневзвешенную прочность пород на сжатие Яср, в мега-паскалях, в рассматриваемой зоне сопряжения следует рассчитывать по формуле:
яср = £ (^т ,)/ ¿т , (2)
1=1 1=1
где п - количество породных слоев в рассматриваемой зоне сопряжения;
Ясг - прочность пород на сжатие (в массиве) 1-го слоя в рассматриваемой зоне сопряжения, МПа;
тг - мощность 1-го слоя пород, м.
Показатель влияния очистных выработок Ко следует вычислять по формуле:
X (l - \Hr - H\/0,3Hg )£ tg(c - 60°), (3)
К
о
g
k=1
где Ц - глубина залегания j-го пласта; Ц - глубины залегания ¡-го пласта;
- угол оконтуривания ствола очистными работами с к-той стороны (к - число сторон оконтуривания; ктах = 4) по j-му пласту, градус, значения которого не должны превышать 85° для антрацитовых районов Донбасса и 80° - для остальных районов, и который определяют по формулам:
Х\ = arctg + 0,8а;
Х2 = arctg (j-^j;
, (4)
= агсЬд ;
= агсгд ;
где Н - глубина пересечения данного пласта со стволом, м;
а - угол падения пласта, градус;
¡1 - ¡4 - проекции на горизонтальную плоскость расстояний от ствола до очистных выработок в данном пласте по направлениям соответственно восстания, простирания, падения и обратному простиранию пласта, м;
Л - предельный угол, определяющий фактическую границу мульды сдвижения, градус, принимаемый равным 70° для антрацитовых районов Донбасса и 60° - для остальных районов.
Структурный показатель состава вмещающих пород Кс следует вычислять по формуле:
К = -(Кср)(5)
I=1
где Яс.+1 - прочность пород на сжатие (в массиве) (¡+1)-го слоя в рассматриваемой зоне сопряжения, МПа.
Отметим, что среди многообразия анализируемых влияющих факторов на состояние стволов недостаточно было учтено влияние воды. В то время, как известно, что вода снижает проч-
ностные свойства вмещающих горных пород, выщелачивает бетонную крепь и т. д.
Был проведен корреляционно-регрессионный анализ зависимости степени нарушенности сопряжения 7, балл не только от факторов, полученных в уравнении (1), а также от водопритоков в стволы К«г, м3/час.
В результате анализа полученная ранее зависимость для 420 сопряжений вертикальных стволов шахт Донбасса, имеющая вид:
Y = 0.77(1 + ^)124б0'58*0б"°'94К (1 + Кс)0Д3. (6)
Rcp
была преобразована:
7 = 0.78(1 + ^Н)0'78е0'39Кое"°'57К" (1 + Кс)0Д3е3'84Км>. (7)
Яср
Расчеты показали, что корреляционное отношение п выросло с 0,64 в уравнении (6) до 0,78 в уравнении (7), а коэффициент достоверности выводов Стьюдента увеличился с 22,0 до 39,7. Это говорит о корреляционной связи между степенью нарушенности сопряжения 7 не только от факторов, полученных ранее в уравнении (1), а также от водопритока в ствол К«.
Тем не менее, полученной формулой нельзя пользоваться как прогнозной, так как в ней не учтен вид крепи, агрессивность воды, положение водоулавливающих колец.
Сравнительный анализ корреляционной связи между степенью нарушенности сопряжения 7 без влияния водопритока в ствол и с влиянием водопритока К« для различных типов крепей сопряжений стволов с учетом вышеперечисленных новых факторов приведен ниже.
Для бетонных сопряжений зависимость:
Y = 0,66(1 + ^У-62 б°'61К0 б"°'99К (1 + Кс)0Д2. (8)
Rcp
приобрела вид:
Y = 0,86(1 + H )0,74 б0Д8 К б -0'65 Ке (1 + Кс )0,09 б6Д4 ^. (9) R
0,74 „0,18К0 _-0,65Кв si , Тг \0,09 „6,14Км>
с
cP
Расчеты показали, что корреляционное отношение п выросло с 0,63 в уравнении (8) до 0,85 в уравнении (9), т. е. весьма существенно. Это указывает на тесную связь между степенью нарушенности сопряжения 7 в уравнении (9) с новым фактором К«.
Для кирпичных и бетонитовых крепей сопряжений стволов зависимость:
7 = 0,62(1 + ^Н)1'59 е°'60К0е"°'28К" (1 + Кс)0Д8. (10)
Rcp
приобрела вид:
7 = 0,68(1 + Н)ш еМ7 *0 е"0'23 ^ (1 + Кс )од 6е2'9(Ш*. (11)
Яср
Расчеты показали, что корреляционное отношение п выросло незначительно с 0,72 до 0,77. Т. е. новый фактор К« в уравнении (11) влияет незначительно.
Для железобетонных и тюбинговых сопряжений зависимость:
7 = 1,30(1 + ^Н)0'59 еМ7К0е"2'02К" (1 + Кс)0Д0. (12)
Rcp
приобрела вид:
gH
Rcp
Y = 0,85(1 + ^Г66би'Э5б"и'/5(1 + Кс)°,12б2'/2. (13)
Расчеты показали, что корреляционное отношение практически не выросло (в уравнении (12) п = 0,80, а в уравнении (13) п = 0,82).
Таким образом, влияние водопритока воды в ствол на состояние сопряжений с бетонитовой, кирпичной, железобетонной и тюбинговой крепью не существенно и им можно пренебречь.
Выводы. Проведенный сравнительный анализ корреляционной связи между степенью нарушенности сопряжений глубоких вертикальных шахтных стволов от различных факторов без влияния водопритока в ствол и с влиянием водопритока для различных типов крепей показал, что вода оказывает значимое влияние на бетонную крепь. На другие типы крепей стволов влияние водопритока не существенно.
Исследования проводились в ФГБНУ «РАНИМИ» в рамках государственного задания (№ госрегистрации 1023020700021-4-2.7.1;2.7.5)
ЛИТЕРАТУРА
1. Техногенные последствия закрытия угольных шахт Украины / Гавриленко Ю. Н., Ермаков В. Н., Кренида Ф., Улиц-кий О. А., Дрибан В. А.: монография. - Донецк: Норд Пресс, 2004. - 631 с.
2. Расположение, охрана и поддержание горных выработок при отработке угольных пластов на шахтах. Руководящий документ / РАНИМИ. - Утв. Мин. угля и энергетики ДНР 15.04.21. -Донецк, 2021. - 267 с.
Колдунов Игорь Александрович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела горного давления, ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, k.io@mail.ru.
CONDUCTING RESEARCH TO STUDY THE IMPACT OF WATER INFLOWS INTO SHAFTS ON THEIR STABILITY
The article presents the results of work to establish the influence of water inflows into the shafts on their stability by the method of correlation-regression analysis of the results of a survey of more than 400 of vertical shaft linking at deep levels.
Keywords: water inflow, shafts stability, correlation and regression analysis, survey of shaft linking, support.
Koldunov Igor Alexandrovich, Ph. D. in Engineering Sciences, Senior Researcher at the Department of Mining Pressure, RANIMI, Russia, DPR, Donetsk, k.io@mail.ru.
