ББК 33.15
АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НАДРАБАТЫВАЕМОГО МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ОТРАБОТКЕ ПЛАСТА МОЩНОГО ПРОКОПЬЕВСКО-КИСЕЛЕВСКОГО УГОЛЬНОГО РАЙОНА
П. А. Мансуров1, В.В. Сенкус2
1НМСУ «Горный», г. Санкт-Петербург
2Филиал ООО «Сибнииуглеобогащение», г. Прокопьевск
Влияние разработки монтажного и нижнего слоев при выемке пласта Мощного Прокопьевско-Киселевского угольного района на характер деформирования надрабатываемого массива горных пород исследовалось с помощью глубинных реперов.
Реперы устанавливали в скважине, пробуренной с полевого штрека по нормали к пласту.
Схема установки глубинных реперов приведена на рисунке 1.
Результаты смещений реперов во времени в зависимости от расстояния до забоя монтажного слоя представлены на рис. 17. Из приведенных графиков следует, что разгрузка над- работанного массива начинается тогда, когда забой монтажного слоя находится в створе со скважиной. Смещения резко возрастают в массиве, расположенном на расстоянии равном 16—17-кратной мощности вынимаемого слоя, а затем продол- Рис. 17. Развитие смещений в надработанном массиве: а — в зависимости от времени; б — в зависимости от расстояния до линии забоя монтажного слоя: 1, 2, 3 — результаты получены соответственно по реперам № 1,
жают увеличиваться по мере подвигания забоя. При подвига- пии забоя монтажного слоя на пять метров дальше от линии створа со скважиной разгрузка массива пород начинает наблюдаться на расстоянии, равном 23-кратиой мощности вынимаемого слоя.
Рисунок 1 — Схема установки глубинных реперов: а — схема расположения скважины; б схема расположения реперов в скважине: 1 — репер; 2 – шток, 3 – обсадная труба
В скважине устанавливалось по три репера с выводом жестких штоков из устья скважины на 10, см. Устье скважины глубиной З м обсаживалось металлической трубой на песчано-цементном растворе. Измерение смещений осуществлялось относительно обсадной трубы, являющейся опорным репером.
Анализ графиков рисунка 2 показывает, что наряду с развитием деформаций упругого восстановления надработанного массива существуют периоды, когда происходит его сжатие.
Рисунок 2 – Развитие смещений в надработанном массиве: а — в зависимости от времени; б — в зависимости от расстояния до линии забоя монтажного слоя: 1, 2, 3 — результаты получены соответственно по реперам № 1, 2 и 3
Первый период сжатия массива зафиксирован, когда забой монтажного слоя находился на расстоянии от 14 м от линии створа со скважиной, второй — 23 м и третий — 27 м по реперам № 1, 2 и 29 м по реперу № 3. По времени данные периоды совпадают с разработкой нижнего слоя.
Сначала при разработке соседнего столба угля, расположенного в 7 м от скважины, очистной забой по выемке нижнего слоя находился вблизи наблюдательной станции. Затем, при разработке столба угля непосредственно над скважиной с реперами, когда очистной забой находился в 28 м и 10 м выше скважины по восстанию пласта. По величине деформации сжатия массива составили (0,024-0,05)ˑ102 относительных единиц, что соответствует от 5,5 до 20,5% от полных деформаций упругого восстановления массива по различным реперам.
Если просчитать сжатие относительно деформаций упругого восстановления, которые были достигнуты перед сжатием, то процент сжатия в отдельных случаях составит 28,5 %. Большее сжатие отмечается по реперу № 3 в связи с тем, что при расчете деформаций использовалась наименьшая база, равная 21 м.
На рисунке 3 приведен характер деформирования массива.
между реперами № 1 и 2 превысили в 2,1 раза полные деформации упругого восстановления массива между опорным репером и репером № 1, в 2,88 раза — между опорным репером и репером № 2, в 3,2о раза — между опорным репером и репером № 3. Максимальные деформации сжатия массива между реперами № 1, 2 составили 0,37 • 10-3 относительных единиц, что соответствует 47,5% от полных деформаций упругого восстановления массива.
Качественный характер кривых, представленных на рис. 17 и 18, не совпадает, что свидетельствует о различных скоростях деформирования участков массива, различно удаленных от монтажного слоя.
Рисунок 3 – Развитие смещений в надработанном массиве между реперами № 1 и № 2 в зависимости от времени
На рисунке 4 представлены результаты деформаций упругого восстановления надработанного массива пород между опорным репером и реперами № 1, 2, 3 с удалением от монтажного слоя, где линиями ограничен «сектор» экспериментальных точек, на основании которого представляется возможным оценить возможную величину сжатия массива по мере выемки нижнего слоя по простиранию пласта и кратности надработки.
Анализ данных показывает, что с увеличением площади надработки деформации сжатия в разные периоды могут составлять от 65 до 34% деформаций упругого восстановления массива пород. При кратности надработки менее 0,3 развиваются только упругие деформации восстановления массива.
Рисунок 4 — Изменение деформаций упругого восстановления массива
с удалением от монтажного слоя: а — удаление от почвы монтажного слоя в створе со скважиной по нормали к пласту, в — расстояние от линии створа скважины до линии забоя монтажного слоя
Характер проявления деформаций надработанного массива объясняется тем, что подрабатываются труднообрушаемые породы кровли, склонные к зависаниям, которые при обрушении перемещаются. Приведенный экспериментальный материал, убедительно показывает, что разработка нижнего слоя вызывает периодические деформации сжатия в надработанном массиве пород почвы, находящихся на расстоянии 12-50 м по нормали от монтажного слоя.
Зона массива, подверженная сжатиям по простиранию пласта, находится на расстоянии 14-37 м от забоя монтажного слоя, и с удалением от пласта в породах почвы периодические максимальные деформации сжатия массива убывают с 65 до 28% от деформаций упругого восстановления массива пород, которые были достигнуты перед сжатием. Получено необходимое доказательство того, что при данном способе разработки пласта в определенные периоды породы кровли при обрушении вызывают временное значительное сжатие надработанного массива горных пород в зоне разгрузок, что влияет на уровень безопасности шахт.
УДК 622.272.6:622.031.4
ББК 33.15
АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
НАДРАБАТЫВАЕМОГО МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ
ОТРАБОТКЕ ПЛАСТА МОЩНОГО ПРОКОПЬЕВСКО-КИСЕЛЕВСКОГО УГОЛЬНОГО РАЙОНА
Авторы:
Мансуров Павел Андреевич, горный инженер, НМСУ«Горный», г. Санкт-Петербург, E-mail:
Сенкус Витаутас Валентинович, д.т.н., проф., заместитель управляющего по науке филиала ООО «Сибнииуглеобогащение», г. Прокопьевск, E-mail: senkusvv@suek.ru
Аннотация. В статье рассматривается вопрос влияния подработки и надработки верхних и нижних пластов угля при проведении монтажа гибкой крепи на мощном пласте. Выявлено, что: с увеличением площади надработки деформации сжатия в разные периоды могут составлять от 65 до 34% деформаций упругого восстановления массива пород. При кратности надработки менее 0,3 развиваются только упругие деформации восстановления массива. Зона массива, подверженная сжатиям по простиранию пласта, находится на расстоянии 14-37 м от забоя монтажного слоя, и с удалением от пласта в породах почвы периодические максимальные деформации сжатия массива убывают с 65 до 28% от деформаций упругого восстановления массива пород. При данном способе разработки пласта в определенные периоды породы кровли при обрушении вызывают временное значительное сжатие надработанного массива горных пород в зоне разгрузок, что влияет существенно на уровень безопасности шахт.
Ключевые слова: анализ, динамика, деформация, надрабатываемый массив, горные породы, отработка, мощного пласта.