CC BY
72
© Г.И Коршунов, А.И Пальцев Н.В. Кротов Ф.П Ивченко Р.C. Истомин, 2011
УДК 622.831.325
Г.И. Коршунов, А.И. Пальцев, Н.В. Кротов,
Ф.П. Ивченко Р. С. Истомин
ВЫБОР ПОСЛЕДОВА ТЕЛЬНОСТИ РАЗРАБОТКИ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ В СВИТАХ НА ШАХТАХ ОАО «СУЭК-КУЗБАСС»
Шахты ОАО «СУЭК-Кузбасс» разрабатывают свиты сближенных угольных пластов. Применяются технологические схемы с оставлением междулавных угольных целиков. В статье рассмотрены варианты последовательности отработки пластов в свите и рекомендовано производить выбор очередности их выемки и контроль опасности по суммарному критерию максимальной разгрузки и минимального влияния зон повышенного горного давления.
Ключевые слова: свиты, целики, зоны ПГД, порядок отработки пластов, контроль, опасности..
Я а стадии проектирования горных работ в угольных свитах при выборе очередности выемки пластов рассматриваются варианты с позиции достижения высоких техникоэкономических показателей шахт и обеспечения безопасности.
Очередность отработки пластов в свитах в настоящее время регламентируется перспективными геомеханиче-скими схемами регионального управления выбросо- и удароопасным состоянием массива при разработке свит угольных пластов. В нормативнометодических документах основополагающим технологическим принципом является бесцеликовая разработка угольных пластов, залегающих в свите [1, 2]. Опыт применения бесцеликовой технологии показал хорошую эффективность при разработке маломощных пластов и пластов средней мощности. Объемы добычи на таких пластах обеспечивались одновременной разработкой нескольких пластов в свите. На шахтах ОАО «СУЭК -Кузбасс » при интенсивной разработке угольных пластов мощ-
ностью 3-5 м с оставлением угольных междулавных целиков экономически целесообразным является вариант разновременной выемки в свите.
Поэтому, для обеспечения высоких скоростей проходки выемочных выработок и нагрузок на очистные забои актуальной является задача выбора оптимального порядка при интенсивной разработке свит сближенных угольных пластов, установления границ опасных зон и контроля их напряженно-
деформированного состояния.
Методические положения по геоме-ханическим схемам регионального
управления горным и газовым давлением основаны на закономерностях формирования в под - и надрабатываемом массиве горных пород зон с различным уровнем напряжений - зон разгрузки и зон пригрузки. По критериальным значениям напряжений в этих зонах выделяются защищенные зоны и зоны повышенного горного давления (зоны ПГД) [3-5]. Из рассматриваемых при проектировании вариантов очередности выемки запасов принимают тот, который имеет
максимальный суммарный объем защитной разгрузки пластов в свите. Степень влияния зон ПГД не принимается к учету. При обосновании графоаналитических методик расчета и построения защищенных зон, зон восстановления опасных нагрузок и зон ПГД базируются на геомеханических предпосылках сдвижения подработанных пород и формирования нагрузок на почве очистной выработки и краевых частях [5]. Особенностью деформирования пластов в зонах ПГД от оставленных на сближенном пласте свиты целиков угля и оставленных забоев является длительное действие на пласт, повышенных нагрузок, в связи с чем, в этих зонах происходят реологические процессы ползучести и реализация напряжений происходит в росте трещиноватости угольного пласта, расположенного при расстояниях, превышающих размер защищенной зоны. Длительное действие зон ПГД приводит к образованию в пласте структурных аномалий - участков с резко отличающимися деформационными свойствами. После прекращения действия повышенного горного давления (после выемки целиков) на над- или подработанных участках газодинамические аномалии сохраняются и являются причиной повышенной опасности в “бывших” зонах ПГД [3]. В зонах влияния целиков наблюдается повышенная завалоопасность пород кровли в очистных выработках [6].
Размеры зон ПГД в кровлю d1 и почву d2 от краевой части определяются в зависимости от размеров выработанного пространства и глубины разработки пласта, на котором оставлен источник ПГД [1].
Минимальными размерами целиков, которые не формируют зоны ПГД по мнению некоторых авторов различны. Автор [7] считает, что целики шириной
менее 2-3-х кратной мощности пласта разрушаются и не способствуют в зонах подработки и надработки повышению напряжений. Если ширина угольного целика превышает этот минимальный размер, то они сохраняют свою устойчивость и формируют зону ПГД, в которой концентрация напряжений растет по мере увеличения размеров выработанного пространства. Авторы [8] предлагают минимальную ширину целика 1ц определять по формуле:
1ц = kкp40лнmTR,
где ккр - коэффициент, учитывающий влияние класса кровли по обрушаемо-сти, равный 0,8; 1,0 и 1,2 соответственно для легко-, средне- и труднообрушаю-щей кровли; Н - глубина горных работ, м; т - мощность пласта, м; R - сопротивление угля одноосному сжатию, МПа.
Разрушенный угольный целик не является концентратором напряжений и не формирует зону проявлений ПГД. Если ширина целика превышает параметр 1ц , то целик передает дополнительное давление на породы почвы.
В соответствии с инструкциями по горным ударам [1] не формируют зоны ПГД целики угля шириной менее 0,1 I, где I - ширина зоны опорного давления.
В качестве примера формирования защищенных зон и области восстановления опасных нагрузок рассмотрим схему надработки при вариантах отработки среднего в свите пласта 2 по бес-целиковой технологии (рис. 1, а) и с оставлением угольных целиков ( рис. 1, б). Размеры выемочного блока по простиранию и вкрест простирания приняты по 1 км.
При варианте бесцеликовой отработки пласта 1 на уровне пласта 2 общая площадь защищенной зоны составит
0,260 км2 , область восстановления
Рис. 2. Варианты перехода зоны ПГД от краевой части пласта 2
опасных нагрузок составит 0,720 км2 и зона ПГД составит 0,02 км2.
При варианте отработки верхнего пласта 1 с оставлением целиков на уровне пласта 2 общая площадь с эффективной защитой составит 0,720 км2 и на зону ПГД приходится 0,280 км2 . Область восстановления опасных нагрузок не формируется.
Из схемы видно, что второй вариант (рис. 1, б) по критерию эффективности защитного действия более целесообразен, т.к. площадь суммарной защищенной зоны превышает в 2,7 раза площадь защищенной зоны,
Таблица 1
Периодичность контроля удароопасности при разработке угрожаемых пластов
Варианты ведения гор-
Степень влияния іонм ПГД
ных работ в зоне ПГД I II III
Варианты 1 и 4 2 м 5 м 10 м
Вариант 1 2 м 10 м* 10 м
Варианты 2 и 5 - 10 м 15 м
Вариант 27/ - 15 м 15 м
Варианты 3 и 6 - - 15 м
Вариант 3/ - - 20 м
Примечание:* при условии отсутствия категории «ОПАС НО» на участке степени влияния I______________________
Таблица 2
Периодичность контроля удароопасности при разработке опасных пластов
Степень влияния зоны ПГД
горных работ в зоне ПГД I II III
Варианты 1 и 4 2 м 5 м 10 м
Вариант 1/ 2 м 10 м* 10 м
Варианты 2 и 5 - 10 м 15 м
Вариант 2/ - 1 м 15 м
Варианты 3 и 6 - - 15 м
Вариант 3/ - - 20 м
которая формируется при варианте бес-целиковой технологии разработки пластов. Однако при этом увеличиваются площадь влияния зоны ПГД и соответственно объем профилактических мероприятий.
Поэтому при выборе последовательности разработки сближенных пластов в свитах целесообразно принимать во внимание объемы затрат на проведение профилактических мероприятий, которые включают инструментальный контроль за изменением
напряженно-деформированного состояния и формированием опасных ситуаций на участках разрабатываемых пластов при различных вариантах перехода горными выработками зон ПГД (рис. 2 и 3). При этом, на основе данных инструментального контроля появляется возможность дифференцировать степень влияния зоны ПГД, корректировать порядок и периодичность контроля опасного состояния. На угрожаемых по горным ударам пластах периодичность контроля опасности устанавливается в соответствии с табл. 1 и на опасных по горным ударам пластов в соответствии с табл. 2.
В зоне ПГД с I степенью влияния ширину защитной зоны п следует принимать равной 1,3п.
Например, при проведении подготовительной выработки по угрожаемому по горным ударам пласту в зоне ПГД при варианте 1 (в направлении из зоны ПГД в защищенную зону) инструментальный контроль удароопасности должен производиться не реже, чем через: - 10 м на участке с III степенью влияния зоны ПГД; - 5 м на участке степени влияния II; - 2 м на участке с I степенью влияния.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам (РД 05-328-99). М., НТЦ “Промышленная безопасность”, 2004 г. 96 с.
2. Петухов И.М., Кузнецов В.П. и др. Пер-
спективные геомеханические схемы регионального управления выбросо- и удароопасным состоянием массива при разработке свит угольных пластов. Методические положения, Л., ВНИМИ, 1989 г. 28 с.
3. Ильяшов М.А. Безопасная разработка
свит угольных пластов, склонных к газодинамическим явлениям, в зонах повышенного горного давления. -Донецк: Донбасс, 1998. 178 с.
4. Кузнецов В.П., Кротов Н.В. Гребенщиков А.А. Региональное управление горным и газовым давлением при разработке
свит угольных пластов. Журнал Уголь, № 7, 1997. с.6-11.
5. Петухов И.М., Шабаров А.Н., Кротов Н.В., Зубков В.В., Гончаров Е.В. и др. Управление геомеханическим состоянием массива горных пород. Справочное пособие, СПб, ВНИ-
МИ, 1994, - 259 с.
6. Кузнецов С.Т., Сычев В.В. Прогноз влияния целиков и краевых частей на состояние кровли в очистных забоях надработанных и подработанных пластов / Механика горных пород и горное давление.-Л., ВНИМИ, 1981. с. 17-20.
7. Черняев В.И. Расчет напряжений и смещений пород при разработке свиты пластов./ -Киев, Техника. 1987.-148 с.
8. Рева В.Н., Мельников О.И., Райский В.В. Поддержание горных выработок. -М. Недра, 1995.-270 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------
Коршунов Г.И. - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой БП и РГП Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет), bpirgp@spmi.ru Пальцев А.И. - горный инженер, начальник техн. управления ОАО «СУЭК-Кузбасс», geosecurlab@mail.ru ,
Кротов Н.В. - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Санкт-Петербургс-кий государственный горный институт (технический университет),geosecurlab@mail.ru Ивченко Ф.П. - кандидат технических наук, ведущий научн. сотрудник, Санкт-Петербургс-кий государственный горный институт (технический университет),) geosecurlab@mail.ru Истомин P.C. - аспирант, Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет), bpirgp@spmi.ru
