Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРОДНОГО МАССИВА НА БЕЗАВАРИЙНУЮ РАЗРАБОТКУ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ'

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРОДНОГО МАССИВА НА БЕЗАВАРИЙНУЮ РАЗРАБОТКУ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
54
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОРОДНЫЙ МАССИВ / ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЕ / ПОТЕРЯ УСТОЙЧИВОСТИ / ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА / АВАРИЙНЫЕ СИТУАЦИИ

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Масаев Ю. А., Масаев В. Ю.

Кузнецкий угольный бассейн характеризуется большим разнообразием горно-геологических условий. Добыча угля подземным способом ведется на различных глубинах, а горные породы, слагающие угленосные отложения представлены песчаниками, алевролитами, аргиллитами и гравелитами, и их свойства, в зависимости от условий залегания и прочностных характеристик значительно отличаются. Их основными структурно-текстурными элементами (макродефектами) являются трещины, слоистость, межслоевые контакты. Состояние породных массивов в значительной степени влияет на качество проведения горных выработок. Срок службы горных выработок, устойчивость породных обнажений в значительной степени зависят от физико-механических свойств окружающих горных пород - плотностных, прочностных, деформационных и других. Решение различных горно-подготовительных и других задач горного производства требует более дифференцированного подхода и оценки прочности пород массива. В наибольшей мере это касается прочности пород для обоснования устойчивости породных обнажений в горных выработках. Прочность, характеризующая разрушаемость пород буровзрывным способом, исполнительными органами проходческих и выемочных комбайнов, занимает промежуточное положение между прочностью на макро- и микроуровнях. Разработка угольных месторождений подземным способом производится на разных глубинах и состояние горных пород окружающих угольные пласты бывает различным в зависимости от действующих напряжений, обводненности и других факторов. При проходке горных выработок и выемке угольных пластов резко изменяется состояние окружающих горных пород, происходит их деформация, последствиями которых являются выдавливание, высыпание и обрушение породных обнажений, приводящих к аварийным ситуациям. Происходящие обрушения горных пород связаны с потерей их устойчивости и причиной таких проявлений является недостаточная изученность геомеханических процессов в породных массивах, проявляющихся при разработке месторождений полезных ископаемых на различных глубинах в различных горных породах.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Масаев Ю. А., Масаев В. Ю.

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

ROCK MASS GEOMECHANICAL CHARACTERISTICS INFLUENCE ON ACCIDENT-FREE DEVELOPMENT OF COAL DEPOSITS

The Kuznetsk coal basin is characterized by a wide variety of mining and geological conditions. Underground coal mining is carried out at various depths, and the rocks that make up coal-bearing deposits are sandstones, alerolites, argillites and gravelstones, and their properties, depending on the conditions of occurrence and strength characteristics, di er signifcantly. Their main structural and textural elements (macrodefects) are cracks, stratifcation, interstratal contacts. The state of rock masses to a large extent a ects the quality of mine workings. The service life of mine workings, the stability of rock outcrops largely depend on the physical and mechanical properties of the surrounding rocks - density, strength, deformation, and others. The solution of various mining-preparatory and other tasks of mining production requires a more di erentiated approach and an assessment of the rock massif strength. To the greatest extent, this concerns the strength of rocks to justify the stability of rock outcrops in mine workings. Strength, which characterizes the destruction of rocks by the drilling and blasting method, by the executive bodies (cutter heads) of tunneling and excavating machines, occupies an intermediate position between strength at macro- and microlevels. The development of coal deposits by the underground method is carried out at di erent depths and the state of the rocks surrounding the coal seams is di erent depending on the acting stresses, watering and other factors. When driving mine workings and excavating coal seams, the state of the surrounding rocks changes dramatically, their deformation occurs, the consequences of which are extrusion, precipitation and collapse of rock outcrops, leading to emergency situations. The ongoing rock collapses are associated with the loss of their stability and the reason for such manifestations is the insufcient knowledge of geomechanical processes in rock masses, which manifest themselves during the development of mineral deposits at various depths in various rocks.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРОДНОГО МАССИВА НА БЕЗАВАРИЙНУЮ РАЗРАБОТКУ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ»

I. АКТУАЛЬНО I. URGENT

Ю. А. Масаев// Yu.A. Masaev

канд. техн. наук, профессор ФГБОУ ВО КузГТУ имени Т. Ф. Горбачева,Почетный член Академии горных наук Candidate of technical sciences, professor FGBOU VO KuzGTU named after T.F.Gorbachev Honorary Member of the Academy of Mining Sciences.Honorary Worker of Higher Professional Education of the Russian Federation.

В. Ю. Macaeii//V.Yu. Masaev m asaev-62 я,т ai I. ru

канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВО КузГТУ ФГБОУ ВО Кузбасская ГСХА candidate of technical sciences, assistant professor FGBOU VO KuzGTU named after T.F. Gorbachev, Kemerovo State Agricultural Academy

УДК 622.235.5

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИС ТИК

ПОРОДНОГО МАССИВА НА БЕЗАВАРИЙНУЮ РАЗРАБОТКУ

УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ROCK MASS GEOMECHANICAL CHARACTERISTICS

INFLUENCE ON ACCIDENT-FREE DEVELOPMENT OF COAL

DEPOSITS

Кузнецкий угольный бассейн характеризуется большим разнообразием горно-геологических условий. Добыча угля подземным способом ведется на различных глубинах, а горные породы, слагающие угленосные отложения представлены песчаниками, алевролитами, аргиллитами и гравелитами, и их свойства, в зависимости от условий залегания и прочностных характеристик значительно отличаются. Их основными структурно-текстурными элементами (макродефектами) являются трещины, слоистость, межслоевые контакты. Состояние породных массивов в значительной степени влияет на качество проведения горных выработок. Срок службы горных выработок, устойчивость породных обнажений в значительной степени зависят от физико-механических свойств окружающих горных пород - плотностных, прочностных, деформационных и других. Решение различных горно-подготовительных и других задач горного производства требует более дифференцированного подхода и оценки прочности пород массива. В наибольшей мере это касается прочности пород для обоснования устойчивости породных обнажений в горных выработках. Прочность, характеризующая разрушаемость пород буровзрывным способом, исполнительными органами проходческих и выемочных комбайнов, занимает промежуточное положение между прочностью на макро- и микроуровнях. Разработка угольных месторождений подземным способом производится на разных глубинах и состояние горных пород окружающих угольные пласты бывает различным в зависимости от действующих напряжений, обводненности и других факторов. При проходке горных выработок и выемке угольных пластов резко изменяется состояние окружающих горных пород, происходит их деформация, последствиями которых являются выдавливание, высыпание и обрушение породных обнажений, приводящих к аварийным ситуациям. Происходящие обрушения горных пород связаны с потерей их устойчивости и причиной таких проявлений является недостаточная изученность геомеханических процессов в породных массивах, проявляющихся при разработке месторождений полезных ископаемых на различных глубинах в различных горных породах.

The Kuznetsk coal basin is characterized by a wide variety of mining and geological conditions. Underground coal mining is carried out at various depths, and the rocks that make up coal-bearing deposits are sandstones, alerolites, argillites and gravelstones, and their properties, depending on the conditions of occurrence and strength characteristics, differ significantly. Their main structural and textural elements (macrodefects) are cracks, stratification, interstratal contacts. The state of rock masses to a large extent affects the quality of mine workings. The service life of mine workings, the stability of rock outcrops largely depend on the physical and mechanical properties of the surrounding rocks - density, strength, deformation, and others. The solution of

f AKTvanhHO A

various mining-preparatory and other tasks of mining production requires a more differentiated approach and an assessment of the rock massif strength. To the greatest extent, this concerns the strength of rocks to justify the stability of rock outcrops in mine workings. Strength, which characterizes the destruction of rocks by the drilling and blasting method, by the executive bodies (cutter heads) of tunneling and excavating machines, occupies an intermediate position between strength at macro- and microlevels. The development of coal deposits by the underground method is carried out at different depths and the state of the rocks surrounding the coal seams is different depending on the acting stresses, watering and other factors. When driving mine workings and excavating coal seams, the state of the surrounding rocks changes dramatically, their deformation occurs, the consequences of which are extrusion, precipitation and collapse of rock outcrops, leading to emergency situations. The ongoing rock collapses are associated with the loss of their stability and the reason for such manifestations is the insufficient knowledge of geomechanical processes in rock masses, which manifest themselves during the development of mineral deposits at various depths in various rocks.

Ключевые слова: ПОРОДНЫЙ МАССИВ, ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЕ, ПОТЕРЯ УСТОЙЧИВОСТИ, ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА, АВАРИЙНЫЕ СИТУАЦИИ.

Key words: ROCK MASS, CRACK FORMATION, STABILITY LOSS, DEFORMATION PROPERTIES, EMERGENCY SITUATIONS.

Механические процессы, возникающие в породных массивах при проведении горных выработок могут иметь нежелательные последствия в виде обрушений пород в выработку, чрезмерно больших смещений контура, а также динамических проявлений. Для обоснованного выбора способа и средств предотвращения этих явлений необходимо предварительная оценка степени развития механических процессов в конкретной геомеханической обстановке. Иными словами, для того чтобы правильно выбрать тип крепи, ее конструкцию, несущую способность, необходимо знать, в каком механическом состоянии будут находиться контактирующие с ней породы: в разрушенном или неразрушенном, какие размеры возможных нарушений, величины смещений породного контура и т.п. Такое прогнозирование механического состояния породного массива является оценкой устойчивости породных обнажений, то есть способностью обнажаемых пород сохранять форму и размеры выработки, заданные по условиям нормальной эксплуатации.

Кузнецкий угольный бассейн характеризуется большим разнообразием горногеологических условий разработки угольных месторождений. В его строении принимают участие породы всех периодов палеозоя и мезозоя от кембрия до юра. Строение пород Кузбасса, в основном, довольно сложное и характеризуется множеством складок разнообразных форм, крупных и мелких геологических нарушений. По структурно-тектоническим признакам угольные месторождения и комплексы горных пород бассейнов могут быть разделены на три основных типа: простые, средней сложности и со сложными условиями

залегания. Простые условия характеризуются преимущественно пологим моноклинальным залеганием пластов без существенных нарушений в пределах выемочных полей и участков, но в некоторых районах тектоника месторождений является более сложной.

Горные породы, слагающие угленосные отложения Кузнецкого бассейна, представлены песчаниками, алевролитами, гравелитами и конгломератами. Все эти породы тесно связаны между собой, в особенности песчаники и алевролиты, образуя переходные разновидности.

Основными литологическими разновидностями пород являются песчаники (около 53 %) и алевролиты (36 %), аргиллиты составляют 9,2 %, конгломераты и гравелиты - 0,6 %, углистые алевролиты и аргиллиты, и другие разновидности - 1,2 %.

Песчаники, преимущественно, средне- и мелкозернистые серого и темно-серого цвета, а крупно-зернистые имеют небольшое распространение в некоторых районах. Породы сложены обломочным материалом и цементом. По данным петрографических исследований, обломки обычно слабо окатаны, плохо отсортированы, представлены кварцами (15-50 %), полевыми шпатами (5-23 %), обломками кремнистых, эффузивных и глинистых пород (10-30 %), встречаются хорошо окатанные включения угля. Цемент поровый, контактовый, поровоконтактовый и базальный, состоит обычно из кремнистого, глинистого, слоистого и карбонатного материалов. В песчаниках балахонской серии преобладает кремнистый, карбонатный и карбонатно-глинистый цемент, а в песчаниках кольчугинской серии - карбонатный и глинистый цемент.

Песчаниками представлена в подавляющем большинстве основная кровля угольных пластов бассейна.

Алевролиты угленосных отложений очень разнообразны по вещественному составу, структуре, текстуре и цвету. Преобладающий цвет серый и тёмно-серый, текстура слоистая за счет углистых и песчаного материалов. По минеральному составу алевролиты полимиктовые: содержание кварца варьирует в пределах 20-46 %, полевого шпата 8-16 %, встречаются включения углистых веществ в виде рассеянных частиц и прослойков (1-3 %). Цемент поровый, контактовый, реже базельный, по составу глинистый, карбонатный, реже кремнистый. Алевролитами сложена, в основном, непосредственная кровля и почва рабочих угольных пластов бассейна.

Аргиллиты слагают обычно непосредственную кровлю и почву угольных пластов, имеют тонкозернистую структуру, массивную, реже слоистую текстуру. Основными структурно-текстурными элементами (макродефектами) горных пород бассейна являются трещины, слоистость и межслоевые контакты. Из общего объема макродефектов строения массива горных пород более 80 % составляют трещины и контакты слоев.

По интенсивности трещиноватости (Ит), т. е. по числу трещин, приходящихся на 1 м в направлении, перпендикулярном к трещинам, углевмещающие горные породы Кузбасса целесообразно по условиям ведения горных работ разделить на 6 групп: очень слаботрещиноватые с интенсивностью Ит < 0,5 (среднее расстояние между трещинами 1т < 2 м); слабо-трещиноватые Ит = 0,5-1 (1т = 2-1 м); среднетрещиноватые ) И= 2-5 (1т = 0,5-2 м); сильнотрещиноватые Ит = 6-10 (1т = 0,17-0,1 м); очень сильнотрещиноватые Ит= 11-40 (1т = 0,09-0,025 м); раздробленные Ит > 40 (1т = 0,025 м). Очень слаботрещиноватыми и слаботрещиноватыми породами в основном являются прочные песчаники массивной текстуры. Они наиболее часто встречаются в основной кровле угольных пластов. Непосредственная кровля и почва подавляющей части рабочих пластов сложена среднетрещиноватыми породами. Сильно-и очень сильнотрещиноватые породы залегают главным образом в зонах крупных геологических нарушений, а раздробленные - в ложной кровле и почве пластов.

Состояние породных массивов в значительной степени влияет на качество проведения горных выработок. Срок службы горных выработок, устойчивость породных обнажений

в значительной степени зависят от физико-механических свойств окружающих горных пород - плотностных, прочностных, деформационных и других.

Плотность песчаников, алевролитов и аргиллитов бассейна колеблется от 2,41103 до 2,19103 кг/м3, углистых пород и пород с сильно нарушенной структурой - 1,7103 до 2,45103 кг/ м3; объемная масса изменяется, соответственно в пределах (2,3-2,55)103 и (1,35-2,3)103 кг/м3. Встречаются песчаники, алевролиты и аргиллиты с включениями сидерита, пирита, халькопирита и других тяжелых минералов магнетического происхождения, в зависимости от содержания в них железа плотность этих пород составляет от 2,95103 до 3,6103 кг/м3.

Повышенной плотностью характеризуются породы, содержащие кальцит, плотность кальцитосодержащих песчаников и алевролитов, чаще всего, равна 2,72103 - 2,78103 кг/ м3. Плотность углей рабочих пластов бассейна составляет от 1,26103 до 1,5 103 кг/м3, объемная масса - от 1,23 103 до 1,46103 кг/м3. В ряде угольных пластов встречаются включения железистого колчедана и солитового железняка с пределом прочности при сжатии до 100-120 МПа. Они значительно затрудняют работу комбайнов и бурильных установок, в некоторых случаях исключают возможность проведения горных выработок комбайнами. Поэтому вопросам прогноза и определения содержания железняка и других соединений тяжелых минералов в угольных пластах имеет важное значение для выбора горнотехнической техники.

Общая пористость горных пород составляет от 0,4 до 30 %, а пористость углевмеща-ющих пород не превышает 10-12 %.

Прочность горных пород Кузбасса колеблется в очень широких пределах как по площади, так и по глубине залегания. Предел прочности на одноосное сжатие песчаников составляет 10-180 МПА, алевролитов - 8-140 МПа, аргиллитов - 6-70 МПа, каменного угля - 8-24 МПа. Исходя из технологии подготовительных и очистных работ, породы бассейна по прочности на сжатие могут быть разделены на шесть групп (табл. 1).

Следует отметить, что предел прочности на сжатие пород непосредственной почвы большинства рабочих пластов угля на 20-30 % больше, чем пород непосредственной кровли.

Породы непосредственной кровли угольных пластов более трещиноваты, характеризуются большей слоистостью, макродефективно-

Таблица 1 Классификация горных пород Кузнецкого бассейна по пределу прочности на сжатие Table 1 Classification of rocks of the Kuznetsk Basin by compressive strength

Группа пород Характеристика пород по прочности Предел прочности на сжатие, МПа Участие в объеме изученных пород,%

1 Весьма прочные > 150 4

2 Прочные 90-150 10

3 Выше средней прочности 70-80 20

4 Средней прочности 40-70 41

Слабые 20-40 18

Очень слабые < 20 7

стью строения. Предел прочности на растяжение в 5-36 раз меньше, чем на сжатие, причем с увеличением трещиноватости, слоистости и другой макродефектности соотношение между этими показателями возрастает. У однородных пород массивной текстуры предел прочности на сжатие обычно в 8-12 раз больше, чем на растяжение, в то время, как у слоистых и, в особенности у трещиноватых пород, он обычно в 15-20 раз больше.

Предел прочности углей на растяжение обычно в 8-11 раз меньше, чем на сжатие, угол внутреннего трения составляет 36-38°.

Проведенные исследования указывают на высокую эффективность разрушения горных пород и углей отрывом и сколом (механическим, гидравлическим и другими способами).

Решение различных горно-подготовительных и других задач горного производства требует более дифференцированного подхода и оценки прочности пород массива. В наибольшей мере это касается прочности пород для обоснования устойчивости породных обнажений в горных выработках. Прочность, характеризующая разрушаемость пород буровзрывным способом, исполнительными органами проходческих и выемочных комбайнов, занимает промежуточное положение между прочностью на макро- и микроуровнях.

Расчетную прочность слоистых пород и пород с другими поверхностями ослабления (ис) в пределах сечения проводимой горной выработки рекомендуется определять по формуле:

Ей,

!= 1

(1)

где и- прочность горной породы в образце г -го слоя (отдельности), МПа; Ко. - коэффициент, учитывающий снижение прочности пород за счет контакта напластования между г-м и смежным с

ним слоем (коэффициент контактного ослабления); п - коэффициент структурно-текстурного ослабления непосредственно г-го слоя; К - коэффициент, учитывающий снижение прочности пород г-го слоя при обводнении; т. - мощность г-го слоя породы, м.

Расчетная прочность однородных горных пород массивной текстуры без макродефектов строения (им), по которым проводят горные выработки, может быть определена по формуле:

°м= W

(2)

где ст - прочность породы в образце, в пределах сечения проводимой выработки в нормальных (необводненных) условиях; Кв - коэффициент, учитывающий снижение прочности горных пород при обводнении.

Деформационные свойства. Одним из важнейших деформационных свойств горных пород является хрупкость, характеризующая способность пород разрушаться без заметной пластической деформации. Характерной особенностью горных пород Кузбасса является то, что подавляющее большинство их разрушается хрупко. Такое поведение горных пород под нагрузкой указывает на повышенные их упругие свойства, оказывающие значительное влияние на эффект разрушения горных пород и характеризуются модулями Юнга, сдвига и всестороннего сжатия (табл. 2).

По величине модуля Юнга горные породы Кузбасса могут быть разделены на четыре группы (табл. 3).

Исследования показали, что упругие деформации пород I-II групп составляют обычно более 80-85 %, III группы - более 70 % общей величины их деформации. Высокие упругие свойства подавляющего большинства углевме-щающих пород указывают на их довольно большую удароопасность в условиях предельно на-

Таблица 2 Упругие свойства пород Кузнецкого бассейна Table 2 Elastic properties of rocks of the Kuznetsk basin

Горные породы Модуль Юнга Модуль Сдвига Коэффициент Пуассона

Песчаники 2,2104-4104 1,2104-2104 0,18-0,3

Алевролиты 1,7104-3,5104 0,8104-1,5104 0,2-0,29

Аргиллиты 1,4104-2,2104 0,6104-1,0104 0,22-0,35

Предельные значения показателей 0,4104-7104 0,2104-3,2104 0,8-0,43

пряженного состояния. Об этом свидетельствует опыт подготовительных и очистных работ на глубинах разработки более 250-300 м, вызывающих повышение удароопасности как вмещающих горных пород, так и угольных пластов, в особенности при проведении горных выработок в зоне влияния очистных работ.

Водно-физические свойства горных пород имеют важное значение при разработке месторождений полезных ископаемых и поэтому важно знать и учитывать влияние влаги при ведении горно-подготовительных и очистных работ на механические свойства горных пород.

Исследования показали, что водопо-глощение при полном насыщении песчаников, алевролитов и аргиллитов Кузбасса обычно не превышает 6-8 %, причем пород массивной текстуры - 3-6 %. Водопоглощение лишь глинистых, сильнотрещиноватых и перемятых пород в зонах геологических нарушений составляет 1216 %, в отдельных случаях достигает 20-25 %.

Водопоглощение каменных углей изменяется от 4-5 % до 14 % в зависимости от их марки. Наиболее высокое оно у углей марок Ж и СС, наименее - у углей марки Т. При водонасыщении угли марок Ж и СС со значительным содержанием фюзена и витрена приобретают существенную вязкость, что приводит к резкому снижению производительности горнопроходческих машин и механизмов, в особенности комбайнов, бурильных установок и погрузочных машин.

По данным лабораторных испытаний около 85 % углевмещающих горных пород бассейна набухают в воде, однако относительная величина набухания примерно 90 % песчаников не превышает 0,2-0,3 %, алевролитов и аргиллитов - 0,3-0,5 %. Набухание слабых и очень слабых пород достигает 2-3 %, причем у тонкослоистых и трещиноватых пород оно происходит, в основном, из-за расщепления по контактам напластования и раскрытия трещин.

Подавляющее большинство горных пород

Таблица 3 Классификация горных пород Кузнецкого бассейна по величине модуля Юнга Table 3 Classification of rocks of the Kuznetsk basin by the value of the Young's modulus

Группа пород Характеристика пород по степени упругости Модуль Юнга, £-10-4 МПа Представлены преимущественно породы

I Высокоупругие 5-7 Весьма прочные песчаники преимущественно массивной текстуры с преобладанием кварцевого цемента. Встречаются в основной кровле и почве угольных пластов (главным образом балахонской серии).

II Повышенной упругости 3-5 Прочные и весьма прочные песчаники и алевролиты, в основном массивные, слабослоистые, малопористые. Залегают обычно в основной кровле и почве пластов угля.

III Средней упругости 1-3 Песчаники, алевролиты, аргиллиты и переслаивания этих пород различной структуры и текстуры. Этими породами сложены непосредственная кровля и почва большей части рабочих пластов угля в бассейне.

IV Малоупругие 1 Обводненные аргиллиты, перемятые породы в зонах геологических нарушений, породы на выходах пластов под наносы и др.

Таблица 4 Классификация горных пород Кузнецкого бассейна по степени размокаемости Table 4 Classification of rocks of the Kuznetsk basin according to the degree of dampness

Группа пород Характеристика пород по степени размокания Коэффициент размокания Участие в объеме испытанных пород,%

I Неразмокаемые 1 7

II Слаборазмокаемые 0,8-1,0 20

III Среднеразмокаемые 0,5-0,8 40

IV Сильноразмокаемые 0,2-0,5 18

V Весьма сильноразмокаемые и разрушающиеся полностью 0-0,2 15

размокает под влиянием влаги, примерно 10-12 % всех углевмещающих пород разрушается полностью при обводнении и полном насыщении. Особенно интенсивно, обычно в течении 3-12 ч, размокают трещиноватые и тонкослоистые аргиллиты и алевролиты. Разрушение пород происходит, как правило, по трещинам контактам слоев и другим поверхностям ослабления.

Уменьшение прочности пород при водона-сыщении характеризуется коэффициентом раз-мокания (водопрочности), который определяется из выражения

п=и /и (3)

' сж.и сж , 4 '

где исжи и исж - пределы прочности породы на сжатие, соответственно, после насыщения ее водой и до насыщения.

По степени снижения прочности при полном водонасыщении углевмещающие породы Кузбасса разделены на пять групп (табл. 4).

Размокаемость в наибольшей мере обусловлена вещественным составом, характером его распределения и поверхностями ослабления пород. Подавляющее большинство песчаников и алевролитов на кремнистом и кремнисто-карбонатном цементе слабо размокают в воде. Породы непосредственной кровли и почвы рабочих пластов угля, в особенности кровли, при полном водонасыщении теряют до 40-60 % и более прочности при сжатии, в результате чего резко снижается эффективность работы.

Разработка угольных месторождений подземным способом производится на разных глубинах и состояние горных пород окружающих угольные пласты бывает различным в зависимости от действующих напряжений, обводненности и других факторов. При проходке горных выработок и выемке угольных пластов резко изменяется состояние окружающих горных пород, проис-

ходит их деформация, последствиями которых являются выдавливание, высыпание и обрушение породных обнажений, приводящих к аварийным ситуациям. Примером таких ситуаций служат аварии происшедшие на шахтах «Тайжина», «Листвяжная», «Есаульская», «Ульяновская», «Распадская». Нарушалась устойчивость пород кровли отрабатываемых угольных пластов и происходило обрушение горных пород с образованием куполов на участках лавы и конвейерных штреков. В разных условиях высота куполов достигала от 0,02 м до 7 метров, а длина (по длине лавы) в пределах от 3 до 90 метров. На ликвидацию последствий таких аварий затрачивается много времени и денежных средств.

Происходящие обрушения горных пород связаны с потерей их устойчивости и причиной таких проявлений является недостаточная изученность геомеханических процессов в породных массивах, проявляющихся при разработке месторождений полезных ископаемых на различных глубинах в различных горных породах.

Как было указано ранее, механическое состояние породного массива оценивается устойчивостью породных обнажений. Но на устойчивость породных обнажений оказывает влияние целый ряд факторов, зависящих от происхождения и условий залегания горных пород, основными из которых являются слоистость и естественная трещиноватость. В зависимости от глубины залегания, действующих напряжений и водона-сыщенности горных пород развитие трещиноо-бразования происходит в процессе формирования вещественного состава горной породы и геодинамических проявлений. При высвобождении, по каким либо причинам, упругой энергии в породном массиве, происходит образование новых поверхностей трещин, сопровождающийся последовательным (каскадным) переходом упругой энергии с больших масштабов на мень-

шие, создающие зарождение новых (зародышевых) микротрещин.

Для предотвращения аварийных ситуаций необходимо повысить уровень знаний о состоянии горно-геологической среды до начала и после начала разработки месторождений полезного ископаемого и соблюдать требования правил безопасности.

При подготовке к выемке угольных месторождений и проведении комплекса горных выработок происходит изменение состояния породного массива и образование новых систем

трещин и расколов частей горных пород, что приводит к снижению прочностных свойств вмещающих пород и последующему возникновению аварийных ситуаций.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Масаев, Ю. А. Анализ исследований по оценке устойчивости породных обнажений в горных выработках / Ю. А. Масаев, В. Ю. Масаев // Вестник научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности.

- Кемерово, № 2, 2021. - С. 22-29.

2. Масаев, Ю. А. Исследование условий формирования зон трещинообразования в породном массиве при сооружении горных выработок / Ю. А. Масаев, В. Ю. Масаев // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - Кемерово, ООО «ВостЭКО», № 1, 2020. - С. 17-21.

3. Масаев, Ю. А. Исследование условий формирования нарушенности законтурного массива и ее влияние на устойчивость горных выработок / Ю. А. Масаев, В. П. Доманов, В. Ю. Масаев, Е. Н. Балаганская // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности / научно-технический журнал. - Кемерово, № 1, 2015. - С. 16-20.

4. Масаев, Ю. А. Новые разработки в области крепления и повышения устойчивости породных обнажений в горных выработках / Ю. А. Масаев, В. Ю. Масаев, Л. Д. Филина // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - Кемерово, № 1 (107), 2015. - С. 41-45.

5. Соколов, С. В. Комплексные геофизические исследования состояния углепородного массива в условиях Кузбасса / С. В. Соколов, Е. А. Салтымаков, А. Н. Кормин // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - Кемерово, № 2, 2017. - С. 66-71.

6. Демин, В. Ф. Напряженно-деформированное состояние приконтурного улепородного массива / В. Ф. Демин, Д. С. Шонтаев, Т. К. Балгабеков, А. Д. Шонтаев, А. Н. Конкыбаева // Ежемесячный и производственно-экономический журнал «Уголь», № 5, 2020. - С. 63-68.

7. Зыков, В. С. Внезапные выбросы угля и газа и другие газодинамические явления в шахтах. - Кемерово, ООО «Фирма ПОЛИГРАФ», 2010. - 334 с.

8. Соломойченко, Д. А. Определение величин напряжения и деформаций в окрестностях подготовительных выработок / Известия высших учебных заведений. Горный журнал, № 1, 2015. - С. 68-72.

9. Гоголин, В. А. Деформационные и прочностные характеристики горных пород при сжатии / Вестник Кузбасского государственного технического университета. - Кемерово, № 3, 2016. - С. 3-8.

10. Соколов, С. В. Комплексные геофизические исследования состояния углепородного массива в условиях Кузбасса / С. В. Соколов, Е. А. Салтымаков, А. Н. Кормин // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - Кемерово, № 2, 2017. - С. 51-60.

11. Попов, В. Б. К вопросу технического расследования причин аварий в угольных шахтах / В. Б. Попов, А. С. Голик, А. С. Ярош // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - Кемерово, ООО «ВостЭКО», № 1, 2020. - С. 61-66.

12. Шлапаков, П. А. О результатах расследования аварий и ликвидации эндогенного пожара на шахте «Талдин-ская-Южная» / П. А. Шлапаков, А. Ю. Ерастов,

13. Демин, В. Ф. Определение устойчивости выемочных выработок в зависимости от горно-технологических параметров разработки / В. Ф. Демин, Н. А. Немова, Т. Д. Мальченко, Т. В. Демина, А. С. Казкен // Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений. Труды V Международной конференции, 7-8 октября 2016 г - Екатеринбург, 2016. - С. 171-177.

14. Латышев, О. Г. Паспорт прочности трещиноватого породного массива / О. Г. Латышев, В. В. Франц, Д. В. Прищепа, В. В. Соколов // Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений. Труды V Международной конференции, 7-8 октября 2016 г - Екатеринбург, 2016. - С. 118-122.

REFERENCES

1. Masaev, Yu. A. Analysis of studies on the assessment of the stability of rock outcrops in mine workings / Yu. A. Ma-saev, V. Yu. Masaev // Bulletin of the Scientific Center of VostNII on industrial and Environmental safety. - Kemerovo, No. 2, 2021. - pp. 22-29.

2. Masaev, Yu. A. Investigation of conditions for the formation of fracture zones in the rock mass during the construction of mine workings / Yu. A. Masaev, V. Yu. Masaev // Bulletin of the Scientific Center for the safety of work in the coal industry. - Kemerovo, VostECO LLC, No. 1, 2020. - pp. 17-21

3. Masaev, Yu. A. Investigation of the conditions for the formation of the disturbance of the legal massif and its effect on the stability of mine workings / Yu. A. Masaev, V. P. Domanov, V. Yu. Masaev, E. N. Balaganskaya // Bulletin of the Scientific Center for the safety of work in the coal industry / scientific and technical journal. - Kemerovo, No. 1, 2015.

- pp. 16-20.

4. Masaev, Yu. A. New developments in the field of fastening and increasing the stability of rock outcrops in mine work-

f AKTvanhHO A

ings / Yu. A. Masaev, V. Yu. Masaev, L. D. Filina // Bulletin of the Kuzbass State Technical University. - Kemerovo, № 1 (107), 2015. - Pp. 41-45.

5. Sokolov, S. V. Complex geophysical studies of the state of the carboniferous massif in the conditions of Kuzbass / S. V. Sokolov, E. A. Saltymakov, A. N. Kormin // Bulletin of the Kuzbass State Technical University. - Kemerovo, No. 2, 2017. - pp. 66-71.

6. Demin, V. F. The stress-strain state of a contoured uleporod array / V. F. Demin, D. S. Shontaev, T. K. Balgabekov, A.D. Shontaev, A. N. Konkybaeva // Monthly and industrial-economic journal "Coal", No. 5, 2020. - pp. 63-68.

7. Zykov, V. S. Sudden emissions of coal and gas and other gas-dynamic phenomena in mines. - Kemerovo, LLC "Firm POLYGRAPH", 2010. - 334 p.

8. Solomoichenko, D. A. Determination of stress and strain values in the vicinity of preparatory workings / News of higher educational institutions. Mining Journal, No. 1, 2015. - pp. 68-72.

9. Gogolin, V. A. Deformation and strength characteristics of rocks under compression / Bulletin of the Kuzbass State Technical University. - Kemerovo, No. 3, 2016. - pp. 3-8.

10. Sokolov, S. V. Complex geophysical studies of the state of the carboniferous massif in the conditions of Kuzbass / S. V. Sokolov, E. A. Saltymakov, A. N. Kormin // Bulletin of the Kuzbass State Technical University. - Kemerovo, No. 2, 2017. - pp. 51-60.

11. Popov, V. B. On the issue of technical investigation of the causes of accidents in coal mines / V. B. Popov, A. S. Golik, A. S. Yarosh // Bulletin of the Scientific Center for the safety of work in the coal industry. - Kemerovo, VostECO LLC, No. 1, 2020. - pp. 61-66.

12. Shlapakov, P. A. On the results of the investigation of accidents and the elimination of endogenous fire at the Taldins-kaya-Yuzhnaya mine / P. A. Shlapakov, A. Y. Erastov,

13. Demin, V. F. Determination of the stability of excavation workings depending on mining and technological parameters of development / V. F. Demin, N. A. Nemova, T. D. Malchenko, T. V. Demina, A. S. Kazken // Design, construction and operation of complexes of underground structures. Proceedings of the V International Conference, October 7-8, 2016 - Yekaterinburg, 2016. - pp. 171-177.

14. Latyshev, O. G. Strength passport of a fractured rock mass / O. G. Latyshev, V. V. Frants, D. V. Prishchepa, V. V. Sokolov // Design, construction and operation of complexes of underground structures. Proceedings of the V International Conference, October 7-8, 2016 - Yekaterinburg, 2016. - pp. 118-122.

\\\\\ \ ■■. \ V V ■■

hayjho-texhhhe ckhh acypHan №4-2022 Jk ^^

gE^THHK 1O

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.