Проявление горного давления в подготовительных выработках при их повторной надработке или подработке

Ключевые слова: горные выработки, надработка, подработка, шахта, кровля, деформации, горные породы, кратность подработки, мощность пласта.

При разработке двух платов и более в свите и большинстве случаев неизбежна одинарная, а зачастую и повторная их надработка и подработка. На угольных шахтах в настоящее время накоплен опыт охраны надрабатываемых и подрабатываемых выработок.

Под влиянием подземных горных выработок в массиве возникает область пород, подвергающиеся сдвижениям и деформациям.

Сдвижение массива горных пород принято рассматривать в зависимости от характера деформирования и состояния пород в области влияния очистной выработки. Имеется немало схем и описаний процессов сдвижения, деформирования и перераспределения напряжений в массиве горных пород, основанных на натурных наблюдениях и на результатах моделирования [1,2,3,4,5,6].

Схема процессов сдвижения и изменения напряжённого состояния массива, количество зон с различным состоянием пород, их взаимное расположение у многих авторов различны. Это определяется, в первую очередь, особенностями решаемых разными исследованиями задач.

По степени и характеру влияния очистной выработки на массив горных пород в общей сфере влияния выработки могут быть выделены [7]: зона обрушения, зона полных сдвижений, зона разгрузки и опорного давления (рис.1).

Рис. 1. Схема перераспределения горного давления около очистной выработки: 1 — зона опорного давления; 2 — трещина зоны разгрузки; 3 — граница защищенного зоны; 4 — граница зон полных сдвижений; а — ширина выработанного пространства; Н — глубина разработки

Рассмотрим схему деформации горных пород. Впереди зоны опорного давления горных пород, находясь в условиях объёмного напряжённого состояния, вызванного действием веса вышележащих пород, не имеют возможности деформироваться в боковом направлении. В зоне опорного давления породы дополнительно сжимаются по нормали и расширяются по напластованию. В зоне разгрузки от опорного и веса вмещающих пород происходит расширение пород по нормали и сокращение их по напластованию. Основными факторами, определяющими положение и размеры зоны разгрузки, а также степень снижения горного давления в ней, являются ширина выработанного пространства, прочность слагающих массив горных пород, мощность и угол падения пластов, и глубину разработки [8]. По мере отхода очистного забоя и оседания пород происходит их уплотнение и, следовательно, возрастание нагрузок на рассматриваемый слой пород.

При достаточно большой длине очистного забоя могут возникнуть условия, при которых на некотором расстоянии позади забоя произойдёт полное восстановление нагрузок. Аналогичная картина получается при рассмотрении характера деформирования пород вкрест простирания.

В. Д. Слесарев отмечает, что при подработке вышележащие пласты могут претерпевать не только изменения характеристик физико-механических свойств, но и испытывать деформации, а при надработке пласты испытывают только изменения физико-механических характеристик. Степень влияния, оказываемого разрабатываемым пластом на другие пласты свиты, зависит от расстояния этих пластов до разрабатываемого пласта [9].

Подработанные породы характеризуются тем, что их смещения происходят в направлении силы тяжести. Важным обстоятельством, сопровождающим смещения слоёв, является разуплотнение. В результате объём подработанных пород увеличивается и при полной подработке смещения слоёв меньше вынимаемой мощности угольного пласта. При повторной подработке разуплотнение не становится больше по сравнению с первичной подработкой, возможности для разрыхления в значительной степени уже исчерпаны, и оседание приближается к мощности слоя, вынутого при повторной подработке. То же происходит и при последующих подработках [10].

Сила тяжести в надработанных породах направлена в сторону от выработанного пространства. Смещения происходят только за счёт разгрузки от горного давления массива пород и носят в основном характер упругого восстановления [11].

Процессы деформации толщи пород, возникающие при выемке одного из пластов в свите, оказывают существенное влияние на поддержание надрабатываемых или подрабатываемых подготовительных выработок. Степень этого влияния зависит не только от мощности междупластия, но и от состава и прочности пород рассматриваемой толщи, глубины горных работ, вида применяемой крепи и целого ряда других горногеологических и горнотехнических факторов.

Литература:

1. Горное давление в подготовительных выработках угольных шахт. / Давыдович И. А., Бажин И. И. Коренной Ю. П. и др. — М.: Недра, 1971. — 288 с.
2. Защитные пласты / Петухов И. М., Линьков А. М., Сельдман И. А. и др. — Л.: Недра, 1972. — 424 с.
3. Зборщик М. П., Братишко П. С., Прокофьев В. П. Выбор способов охраны и места расположения подготовительных выработок. — Киев.: Техника, 197. — 228 с.
4. Земисев В. Н. Расчёты деформаций горного массива. — М.: Недра, 1973. — 145 с.
5. Зоря Н. М., Музафаров Ф. И. Схема механизма сдвижения толщи пород при выемке пологих пластов угля одиночной лавой. — Уголь Украины, 1966, № 12. С. 9–12.
6. Сдвижение горных пород при подземной разработке угольных и сланцевых месторождений / Акимов А. Г., Земисев В. Н. и др. М.: Недра, 1970. — 224 с.
7. Петухов И. М. О механизме и границах защитного действия. — В кн.: Использование защитных пластов для борьбы с горными ударами и внезапными выбросами угля и газа. — Л., 1966. С. 89–195.
8. Петухов И. М. Опыт разработки угольных пластов, опасных по горным ударам. — М.: ЦИТИуголя. 1960. — 36 с.
9. Слесарев В. Д. Разработка свиты пластов. Углетехиздат, 1948. — 182 с.
10. Костенко В. К. Исследование и обоснование параметров расположения основных полевых выработок в зонах разгрузки при разработке пологих пластов на глубоких горизонтах: Автореф. дис. канд. техн. наук. — Донецк, 1982. — 20 с.
11. Теоретическое обоснование использования защитных пластов. — Л.: ВНИМИ, 1979. — 136 с.