CC BY
14
25.Abukova L.A., Dmitrievskij A.N., Eremin N.A. Cifrovaja mo-dernizacija nefte-gazovogo kompleksa Rossii. // Neftjanoe hozjajstvo. 2017, №11, s54-58.
УДК 622.831.1
ПРОЯВЛЕНИЯ ОПОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПЕРЕСЕЧЕНИИ
ПРОМЕЖУТОЧНЫХ УКЛОНОВ ЛАВАМИ ПО ПЛАСТУ
«БАЙКАИМСКОМУ»
В.О. Торро, А.В. Ремезов, Е.В. Кузнецов, В.А. Федорин
При пересечении выработок длинными очистными забоями в результате проявления опорного давления возникают проблемы, связанные с интенсивными обрушениями кровли в переходимых выработках. В этой связи было принято решение об изучении проявлений опорного давления. В итоге проведения контурных исследований получен результат, показывающий корреляционную связь между средневзвешенной величиной вывалов непосредственной кровли в очистном забое и величиной вертикальных напряжений (определяемых с учетом глубины залегания пласта).
Ключевые слова: контурные исследования, корреляционная связь, глубина залегания, вывал пород кровли, вертикальные напряжения, опорное давление, расчетная схема, зольность угля, теория плит, глубина разработки.
Участившееся число аварий, связанных с вывалами пород кровли в выработках пересекаемых очистными забоями, вызывают вынужденные простои и значительные потери добычи. В этой связи возникла необходимость в решении данной проблемы. Для чего был проведён комплекс испытаний по пласту «Байкаимский» на шахте «им. 7 Ноября», направленных на изучение проявлений опорного давления при пересечении промежуточных конвейерного и путевого уклонов № 31 лавами № 1382 и № 1384.В качестве базовых для исследований был использован ряд литературных источников [1-20].
Исследования проводились по пласту «Байкаимский» мощностью 4,6 м, который имеет ложную кровлю 0,3-0,6 м, представленную трещиноватым мелкозернистым алевролитом, с многочисленными ослабляющими поверхностями, в виде прожилков угля, отпечатков растительных остатков, зеркал скольжений, f=3 (коэффициент крепости по шкале М.М. Про-тодьяконова),осж=30МПа(предел прочности на одноосное сжатие), склонным к обрушению при обнажении. Непосредственная кровля пласта сложена мелкозернистым алевролитом, мощностью от 0 до 14м, f=4^5,oсж=40^50МПа. По устойчивой площади обнажения и продолжительности ее устойчивого состояния, непосредственная кровля определяется от среднеустойчивой до неустойчивой. Мощность основной кровли составляет до 76 метров. Сложена кровля крепким мелкозернистым песчани-
ком/=8^9,осж=80^90МПа, трудно обрушаемым, склонным к зависанию, с прогнозируемым шагом обрушения до 20метров. Непосредственная почва представлена трещиноватым мелкозернистым алевролитом мощностью 8-12м, f=3^4,oсж=30^40МПа, средней устойчивости, сопротивление вдавливанию 3-4 МПа. Глубина ведения работ варьируется от 150 до 300м.
Исследуемые выработки лавы №1382 расположены на глубине 210^300м. Схема оконтуривающих горных выработок, расположения зон ПГД и мест установки реперов в выемочном столбе №1382 приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема заложения реперов в оконтуривающих горных
выработках лавы №1382
На данном участке шахтного поля процесс обрушения пород ложной и непосредственной кровли появляется как при работе лав в обычных зонах, так и зонах повышенного горного давления. Результаты шахтных наблюдений по лаве №1382 приведены на рис. 2 и табл.1.
Рис. 2. Схема расположения зон куполообразования в лаве №1382
Таблица1
Данные по вывалообразованию пород непосредственной
кровли в лаве №1382
Дата Место образования купола, секц. Высота купола, м
с секции № по секцию №
27.02.2012 105 127 5,0
28.02.2012 95 117 4,5
29.02.2012 105 112 3,5
18.03.2012 81 95 4,0
21.03.2012 114 125 5,0
23.03.2012 48 61 4,5
23.03.2012 104 90 4,5
25.03.2012 37 55 3,5
25.03.2012 84 103 3,0
27.03.2012 77 95 3,5
28.03.2012 24 37 2,5
28.03.2012 77 100 2,5
05.04.2012 38 52 2,0
05.04.2012 113 128 4,5
06.04.2012 109 126 4,0
07.03.2012 21 40 2,0
07.04.2012 93 117 3,0
08.04.2012 78 94 3,5
09.04.2012 69 85 3,0
11.04.2012 52 65 2,5
12.04.2012 36 52 2,0
В результате контурных исследований, проведённых в лаве №1382, были получены данные, на основе которых построены графики динамики изменения зольности и вывалообразования рис. (3-4). На рисунках прослеживается взаимосвязь зольности и высоты вывала.
Рис. 3. Динамика изменения зольности в лаве №1382
Рис.4. Динамика изменения высоты вывалов в лаве №1382
Процесс куполообразования в Зоне I, лавы № 1382 за время с 27.02.2012г. по 28.03.2012г., изображен на рис. 5.
Рис.5. Динамика куполообразования в лаве № 1382 при прохождении промежуточного конвейерного уклона №31(Эона I)
Динамика куполообразования в лаве № 1382 при прохождении промежуточного конвейерного уклона №31, промежуточного путевого уклона №31 и сбойки между ними (Зона II), приведена на рис.6.
Динамика куполообразования в лаве № 1382 при прохождении промежуточного путевого уклона №31(Зона III) приведена на рис. 7.
Рис. 6. Динамика куполообразования в лаве № 1382 при прохождении промежуточного конвейерного уклона №31, промежуточного путевого уклона №31 и сбойки между ними (Зона II)
Рис. 7. Динамика куполообразования в лаве № 1382 при прохождении промежуточного путевого уклона №31(Зона III)
Анализ полученных в результате наблюдений данных позволяет сделать следующие выводы:
1. Горное давление нарастало от штреков к средине лавы;
2. При достижении предельных величин горного давления происходило обрушение кровли (вывал).
Аналогично протекали процессы проявления горного давления при отработке выемочного столба № 1384.
Характеристика функционирования очистного забоя №1384 приведена в табл. 2.
Таблица 2
Темпы подвигания очистного забоя №1384
в/ш№1384 к/ш№ Го 1384
Период Подвигание за квартал, м/квартал Период Подвигание за квартал, м/квартал.
Пкв-л 260 Пкв-л 265
III кв-л 400 III кв-л 350
IV кв-л 455 IV кв-л 365
I 100 I 95
II 85 II 75
Суммарное по- 1300 Суммарное 1150
двигание, м подвигание, м
Схема оконтуривающих горных выработок, расположения зон ПГД и мест установки реперов в выемочном столбе №1382 приведена на рис. 8.
Граница барьерного целика
Рис. 8. Схема заложения реперов в оконтуривающих горных
выработках лавы №1384
При переходе промежуточных уклонов №31 лавой №1384 на расстоянии 60м от сопряжения вентиляционного штрека №1384 с промежуточными уклонами №31 на протяжении 30 м, а также на расстоянии 70 м, от сопряжения конвейерного штрека №1384 с промежуточным уклоном №31 на протяжении 30 м в результате наблюдений были выявлены зоны повышенного горного давления (ЗПГД) (рис. 8).На базе результатов исследований были построены графики динамики изменения зольности и высо-
ты вывалов при отработке выемочного столба № 1384 (рис. 9, рис. 10). Здесь также как и в лаве № 1382 прослеживается связь между зольностью и величиной высоты вывалов в кровле пласта.
зольность, %
40,0
30,0 20,0 10,0 0,0
Длина выемочного участка, м
1!1Ь11Ш111111111111111Ш1111111111111 N111114111Ш1Ш НИШИ 11111Ш|!1Ш111М1111111М111Щ|11!1111Н1111111111 N111(11111!111И11111111111111НП111111111|М111ИН111^11111 ИИНЩ Ц1111Л1 N1111111111111111 N11111111^11111111111111^11111111111111111111111111111^11111 N1111111111111Л1111111111Ц1111И1 N111
оьпсигн^^^югдоогогчг^стгооооослг^ою^о^о
^н ^н гч м ^
Рис. 9. Динамика изменения зольности в лаве №1384
Рис. 10. Динамика изменения высоты вывалов в лаве №1384
По контурным исследованиям, получен результат, показывающий корреляционную связь между средневзвешенной величиной вывалов непосредственной кровли в очистном забое и величиной вертикальных напряжений (определяемых с учетом глубины залегания пласта), имеющую отрицательное значение, соответственно в лаве №1384 - «минус» (-0,405).
Для приближённого расчета параметров опорного давления по среднему сечению столба лавы №1384 был принят комплексный подход, учитывающий различные теоретические аспекты[2, 8, 9, 11, 12, 20]:
1.Для построения графика, характеризующего параметры опорного давления, в качестве базовых использовался ряд схем:
1.1. Расчетная схема для определения шага обрушения основной кровли в режиме установившегося движения (рис. 11);
Рис. 11. Расчетная схема для определения шага обрушения основной кровли в режиме установившегося движения: нагрузка на основную кровлю (консольная плита на жестком основании Ь1/Н1>2); Р0 - сосредоточенная сила на основную кровлю по свободному краю; дзак- вертикальная составляющая тензора напряжений в месте заделки основной кровли; с - ширина краевой
зоны пласта; нагрузка на вторую породу мост; £о, ен - углы наклонов основной и непосредственной кровли; Ь1- шаг обрушения основной кровли; 1н- ширина призабойного пространства
1.2. Схема формирования напряжений в породах кровли взаимовли-яющих выработок (рис. 12);
Рис. 12. Схема формирования напряжений в породах кровли взаимовлияющих выработок 1 и 2: 3 - целик между выработками; 4 - кривая давления в кровле выработки 1;5 - кривая давления в кровле выработки 2; 6 - суммарная кривая давления в кровле взаимовлияющих
выработок 1 и 2
1.3. Схема волнообразного проявления опорного давления впереди забоя лавы (рис. 13);
Рис. 13. Схема волнообразного проявления опорного давления впереди
забоя лавы: 1, 2, 3,4 - кривые опорного давления в кровле;
I, II, III, IV - положения очистного забоя
2. Основой построения графика параметров опорного давления по среднему сечения столба лавы №1384, послужили фактические данные по графикам зольности угля (рис.9) и вывалов пород (рис.10) [2,8,9,11,12];
3. Учтено, что согласно теории плит, консольная плита полностью теряет свою несущую способность при: qзак>0,8oсж.
4. При расчете для коэффициентов концентрации и деконцентрации напряжений были приняты значения, как для выработок прямоугольной формы: К1 =0,3-0,6, К1=1,3-3[2,8,9,11-13].
Согласно вышеперечисленных практических и теоретических положений, при осж=30МПа, был получен следующий график характера опорного давления по среднему сечения столба лавы №1384(рис.14).
Рис. 14. График распределения опорного давления по среднему сечению
выемочного столба №1384
Выводы
1. В горном массиве, не подвергаемом активному техногенному воздействию, глубина залегания, при определенных величинах (в данном случае 240-295м) не оказывает существенно влияния на устойчивость пород кровли .
2. Полученная корреляционная зависимость в лаве № 1384 между эксплуатационной зольностью и средневзвешенной величиной вывалов непосредственной кровли в очистном забое, подтверждает, что, в данном случае, фактор глубины разработки не оказывает существенного влияния на устойчивость пород кровли и интенсивность куполообразования зависит преимущественно от крепости и трещиноватости пород кровли.
3. При суточном подвигании очистного забоя более 3 м, высота вы-валообразований значительно снижается и не превышает 2 м.
Список литературы
1. Указания по управлению горным в очистных забоях под (над) целиками и краевыми частями при разработке свиты пластов мощностью до 3,5 м и с углом падения до 35°. Л.: ВНИМИ, 1984. 59 с.
2. Анализ инструментальных наблюдений за конвергенциями в конвейерном штреке 18-8 при отработке выемочных столбов по пласту «Толмачёвский» в восходящем порядке / В.О. Торро, А.М. Ремезов, Е.В. Кузнецов, В.В. Климов // Вестник КузГТУ. 2017. № 4. С. 47-57.
3. Черняк И.Л., Бурчаков Ю.И. Управление горным давлением в подготовительных выработках глубоких шахт. М.: Недра,1984. 304 с.
4. Игнатов Е.В., ИвановаО.В., Грибанова Г.И. Геомеханические регламентации к способам охраны и крепления выработок при разработке пластов длинными столбами // Вестник КузГТУ. 2011. № 3. С. 26-28.
5. Слесарев В. Д. Определение оптимальных размеров целиков различного назначения. М. Углетехиздат. 1948. 195 с.
6. Цимбаревич П.М. Механика горных пород. М.: Углетехиздат. 1948. 184 с.
7. Бублик Ф.П., ИвановГ. А., Плахов А. В. К вопросу определения нагрузки на предохранительные и барьерные целики // Уголь. 1974. № 2. С. 3-5.
8. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М.: Недра. 1980. 360 с.
9. Торро В.О., Калинин Е.А., Сердобинцев Н. Г. Результаты наблюдения за проявлением горного давления в монтажной камере 21-1-5 // Вестник КузГТУ. 2008. № 5. С. 13-17.
10. Климов В.В., Ремезов А.В. Исследование влияния опорного давления, формируемого очистным забоем на состояние прилегающих
горных выработок в условиях отработки угольных пластов средней мощности на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» как в нисходящем, так и в восходящем порядке на примере отработки запасов угля в границах шахтного поля шахты «Полысаевская» // Вестник РАЕН ЗСО. 2013. №15. С. 30-38.
11. Горное давление. Его проявления при ведении горных работ в массиве горных пород / А. В. Ремезов [и др.] // Кемерово. ООО «Офсет». 2013. 681 с.
12. Факторы оценки устойчивости демонтажных камер при формировании их очистным забоем / В.О. Торро, А.М. Ремезов, В.В. Климов, Е.А. Дедиков // Вестник КузГТУ. 2017, № 6. С. 47-53.
13. Геомеханика: учеб. пособие / П.В. Егоров [и др.] // ГУ КузГТУ. 2002. 339 с.
14. Анализ проявления опорного давления при нисходящем порядке отработки выемочнных столбов по пласту «Толмачёвский» / А.В. Ремезов, В.О. Торро, Е.В. Кузнецов, В.В. Климов // Вестник КузГТУ. 2017. № 4. С. 37-46.
15. Рациональные способы и средства охраны выемочных выработок в очистных забоях / М.И. Середенко [и др.] // Технологические процессы и механизация отработки угольных пластов Кузбасса // Сб. науч. тр. Прокопьевск. КузНИУИ. 1990. С. 157-164.
16. Ремезов А.В., Зельцер Ю.Г., Бонин А.М. Исследования проявления горного давления при работе спаренных лав на шахте «Октябрьская» ПО «Ленинскуголь» // Совершенствование технологии отработки угольных месторождений Кузбасса. Сб. науч. тр. Кемерово. Ассоциация «Куз-бассуглетехнология». 1991. С. 108-115.
17. Гмошинский В.Г. Горное давление на пологий угольный пласт в окрестности выработок // Уголь. 1957. № 6. С. 16-23.
18. Беляев А.М. Сопротивление материалов. М. Недра. 1965. 856 с.
19. Исследование влияния опорного давления, формируемого очистными забоями 18-10, 18-8, 18-6 на оконтуривающие выемочные столбы горные выработки, обработка показаний, полученных на замерных станциях. Выявление локальных зон в массиве по показаниям аэрофотоснимков, показаниям сейсмоакустических исследований при оконтурива-нии выемочных столбов подготовительными выработками / Отчет по НИР // Кемерово. КузГТУ. 2013. 87 с.
20. Oskar Jacobi. Praxis der Gebirgsbeherrschung // Vertag Gluckauf GmbH. Essen. 1981. 568 p.
Торро Виктор Оскарович, ст. преподаватель, torrovo amail.ru, Россия, Кемеровская область, Междуреченск, Филиал КузГТУ в г. Междуреченске,
Ремезов Анатолий Владимирович д-р техн. наук, проф., lion742amail.ru, Россия, Кемерово, КузГТУ,
Кузнецов Евгений Владимирович, канд. техн. наук, зам. директора по науке, kevlad@,mail.ru, Россия, Кемеровская область, Междуреченск, Филиал КузГТУ в г. Междуреченске,
Федорин Валерий Александрович, д-р техн. наук, lion742@mail.ru, Россия, Кемерово. ИУФИЦ УУХ СО РАН
BEARING PRESSURE DEVELOPING PROCESSES AT INTERSECTION INTERMEDIATE GRADES WALLS ON THE SEAM "BAJKAIMSKY""
V.O. Torro, A.V. Remezov, ЕУ. Kuznetsov, V.A. Fedorin
At intersection of developments by long breakage faces as a result of bearing pressure developing process there are the problems connected with intensive roof cavings in recut developments. Thereupon the solution on studying of developing processes of a bearing pressure was accepted. As a result of conducting of researches the result showing a correlation between the average magnitude of inrushes of direct roofing in a breakage face and magnitude of vertical voltage (defined taking into account a seam depth of occurrence) is gained.
Keywords: researches, a correlation, a depth of occurrence, an inrush of a roof rock, vertical voltage, a bearing pressure, the settlement circuit design, ash content of coal, the theory ofplates, depth of working out.
Torro Victor Oskarovich, Senior Teacher, torrovo@,mail. ru, Russia, Kemerovo region, Mezhdurechensk, Branch KuzGtU in the Mezhdurechensk.
Remezov Anatoly Vladimirovich, Doctor of Technical Science, Professor, lion742@, mail.ru, Russia, Kemerovo, KuzGTU,
Kuznetsov Evgeny Vladimirovich, Candidate of Technical Science, Deputy Director by Science, kevlad@mail. ru, Russia, Kemerovo region, Mezhdurechensk, Branch KuzGtU in the Mezhdurechensk,
Fedorin Valery Alexandrovich, Doctor of Technical Science, lion742@mail.ru, Russia, Kemerovo, IUFITS UUH of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science.
Reference
1. Ukazanija po upravleniju gornym v ochistnyh zabojah pod (nad) celikami i kraevymi chastjami pri razrabotke svity plastov moshhno-st'ju do 3,5 m i s uglom padenija do 35°. L.: VNIMI, 1984. 59 s.
2. Analiz instrumental'nyh nabljudenij za konvergencijami v konvejernom shtreke 18-8 pri otrabotke vyemochnyh stolbov po plastu «Tolmachjovskij» v voshodjashhem porjad-ke / V.O. Torro, A.M. Remezov, E.V. Kuznecov, V.V. Klimov // Vestnik KuzGTU. 2017. № 4. S. 47-57.
3. Chernjak I.L., Burchakov Ju.I. Upravlenie gornym davleniem v podgotovitel'nyh vyrabotkah glubokih shaht. M.: Nedra,1984. 304 s.
4. Ignatov E.V., IvanovaO.V., Gribanova G.I. Geomehanicheskie reglamentacii k sposobam ohrany i kreplenija vyrabotok pri razra-botke plastov dlinnymi stolbami // Vestnik KuzGTU. 2011. № 3. S. 26-28.
5. Slesarev V. D. Opredelenie optimal'nyh razmerov celikov razlichnogo naznacheni-ja. M. Ugletehizdat. 1948. 195 s.
6. Cimbarevich P.M. Mehanika gornyh porod. M.: Ugletehizdat. 1948. 184 s.
7. Bublik F.P., IvanovG. A., Plahov A. V. K voprosu opredele-nija nagruzki na pre-dohranitel'nye i bar'ernye celiki // Ugol'. 1974. № 2. S. 3-5.
8. Borisov A.A. Mehanika gornyh porod i massivov. M.: Nedra. 1980. 360 s.
9. Torro V.O., Kalinin E.A., Serdobincev N. G. Rezul'taty nabljudenija za pro-javleniem gornogo davlenija v montazhnoj kamere 21-1-5 // Vestnik KuzGTU. 2008. № 5. S. 13-17.
10. Klimov V.V., Remezov A.V. Issledovanie vlijanija opornogo davlenija, formiruemogo ochistnym zaboem na sostojanie prilegajushhih gornyh vyrabotok v uslovijah otrabotki ugol'nyh plastov srednej moshhnosti na shahtah OAO «SUJeK-Kuzbass» kak v nishodjashhem, tak i v voshodjashhem porjadke na primere otrabotki zapasov uglja v grani-cah shahtnogo polja shahty «Polysaevskaja» // Vestnik RAEN ZSO. 2013. №15. S. 30-38.
11. Gornoe davlenie. Ego projavlenija pri vedenii gornyh rabot v massive gornyh porod / A. V. Remezov [i dr.] // Kemerovo. OOO «Of-set». 2013. 681 s.
12. Faktory ocenki ustojchivosti demontazhnyh kamer pri for-mirovanii ih ochistnym zaboem / V.O. Torro, A.M. Remezov, V.V. Kli-mov, E.A. Dedikov // Vestnik KuzGTU. 2017, № 6. S. 47-53.
13. Geomehanika: ucheb. posobie / P.V. Egorov [i dr.] // GU KuzGTU. 2002. 339 s.
14. Analiz projavlenija opornogo davlenija pri nishodjashhem po-rjadke otrabotki vyemochnnyh stolbov po plastu «Tolmachjovskij» / A.V. Remezov, V.O. Torro, E.V. Kuz-necov, V.V. Klimov // Vestnik KuzGTU. 2017. № 4. S. 37-46.
15. Racional'nye sposoby i sredstva ohrany vyemochnyh vyra-botok v ochistnyh zabojah / M.I. Seredenko [i dr.] // Tehnologicheskie processy i mehanizacija otrabotki ugol'nyh plastov Kuzbassa // Sb. nauch. tr. Prokop'evsk. KuzNIUI. 1990. S. 157-164.
16. Remezov A.V., Zel'cer Ju.G., Bonin A.M. Issledovanija pro-javlenija gornogo davlenija pri rabote sparennyh lav na shahte «Ok-tjabr'skaja» PO «Leninskugol'» // Sovershenstvovanie tehnologii otra-botki ugol'nyh mestorozhdenij Kuzbassa. Sb. nauch. tr. Kemerovo. As-sociacija «Kuzbassugletehnologija». 1991. S. 108-115.
17. Gmoshinskij V.G. Gornoe davlenie na pologij ugol'nyj plast v okrestnosti vyrabotok // Ugol'. 1957. № 6. S. 16-23.
18. Beljaev A.M. Soprotivlenie materialov. M. Nedra. 1965. 856 s.
19. Issledovanie vlijanija opornogo davlenija, formiruemogo ochistnymi zabojami 18-10, 18-8, 18-6 na okonturivajushhie vyemochnye stolby gornye vyrabotki, obrabotka pokazanij, poluchennyh na zamer-nyh stancijah. Vyjavlenie lokal'nyh zon v massive po poka-zanijam ajero-fotosnimkov, pokazanijam sejsmoakusticheskih issledovanij pri okon-turivanii vyemochnyh stolbov podgotovitel'nymi vyrabotkami / Otchet po NIR // Kemerovo. KuzGTU. 2013. 87 s.
20. Oskar Jacobi. Praxis der Gebirgsbeherrschung // Vertag Gluckauf GmbH. Essen. 1981. 568 p.
