авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

«М И Н И С ТЕРС ТВО ПРО М Ы Ш ЛЕН НО СТИ И Э Н ЕР ГЕТ И К И РОССИЙСКО Й ФЕДЕРАЦИИ Р О С С И Й С К А Я А КА Д ЕМ И Я НАУК НАУЧ Н О -И ССЛ ЕД О ВАТЕЛ ЬСКИ ...»

-- [ Страница 5 ] --

Исследования показали, что как коэффициент разрыхления, так и коэффи­ циент влияния трещин для различных условий имеют различные значения, из­ меняющиеся в достаточно широких пределах, при этом кратность подработки, допускающая применение анкерной крепи на подработанных пластах, может быть уменьшена до 8-10. В любом случае, при расчете параметров анкеров на подработанных пластах необходимо учитывать уменьшение прочности пород на подработанных участках, которое по нашим данным может составлять до 30 %.

В настоящее время, в связи с резким ростом нагрузок на очистные забои на большинстве шахт, разрабатывающих удароопасные пласты, применяется способ охраны выработок с помощью целиков, при этом зачастую с целью снижения удароопасности производится разгрузка этих целиков скважинами, их гидрообработка и т. п. При этом никак не учитывается снижение их несущей способности и, вследствие этого, повышение смещений кровли в охраняемой ими выработке, естественно, что никаких действий по усилению в ней крепи не производится, это же в полной мере относится и к случаям охраны выработок с помощью податливых и саморазрушающихся целиков. По нашему мнению, во всех этих случаях должны быть просчитаны возможные последствия проводи­ мых мероприятий и приняты меры по усилению крепи. Методика учета этих воздействий будет предложена в дополнениях к Инструкции.

Это в полной мере относится и к случаям, когда разгрузка массива от гор­ ного давления производится с помощью отсечного торпедирования. В этом слу­ чае происходит снижение нагрузок, действующих на охранные целики, и часть из них с течением времени восстанавливается, а часть перераспределяется на массив и обрушенные породы. Если уменьшить величину охранных целиков и параметры применяемой крепи, это могло бы компенсировать затраты на прове­ дение отсечного торпедирования (методика учета этих мероприятий также пре­ дусмотрена в подготавливаемых дополнениях).

Одновременно следует отметить, что область действия Инструкции, не распространяется на применение анкерной крепи в особо сложных условиях, к которым относятся: зоны ПГД под и над целиками и краевыми частями на сближенных пластах, замки складок, дизъюнктивные нарушения с дробленны­ ми и обводненными породами (капеж, струи и т.п.), массивы с выветренными и пластичными породами. Особо следует сказать о применении анкерной кре­ пи для крепления боков выработок и о степени заполнения шпуров скрепляю­ щим составом.

Необходимыми исходными данными для расчета анкерной крепи в боках выработок является их расчетная высота и расчетное сопротивление на сжатие слоев пород и пласта. Здесь, как в случае с кровлей, в один достаточно крепкий прослой песчаника может дать средневзвешенную прочность выше относитель­ -141 ной напряженности пород, даже с учетом коэффициента концентрации напря^ жений в зоне опорного давления. Поэтому в дополнениях к Инструкции этот момент также необходимо уточнить. По нашему мнению, в выработках высотой более 2,5 м бока должны быть обязательно закреплены, так как разрушение бор­ тов часто приводит к обрушениям кровли из-за непредусмотренного увеличения нагрузок на крепь, вызванных неучтенным изменением ширины выработки.

И последнее, о длине закрепления стержня сталеполимерного анкера в шпуре. Практика показывает, что часто стержень закрепляют с помощью одной ампулы, то есть на длину 0,5-0,7 м. Такое закрепление анкера по своей сути противоречит принципу сталеполимерной крепи, при которой должно иметь ме­ сто закрепление по всей длине шпура. Это отличие принципиальное, хотя уси­ лия закрепления анкеров могут быть сопоставимы, но при закреплении по всей длине совершенно другой принцип работы анкера. Анкер же, закрепленный с помощью одной ампулы на длине 0,5-0,7 м, в принципе, не отличается от кли­ нораспорных анкеров со всеми присущими им недостатками. Кстати, в инструк­ циях по анкерному креплению на зарубежных шахтах предусматривается имен­ но полное заполнение шпура. Хотя, очевидно, есть условия, в которых можно крепить и на одну ампулу, но они должны быть четко обозначены в Инструкции.

2005 ВНПМП УДК [622.84+622.5]:556. Ю. А. НОРВАТОВ, И. Б. ПЕТРОВА (ВНИМИ) Г И Д Р О ГЕ О Л О ГИ Ч Е С КО Е О Б О С Н О В А Н И Е М Е Р О П Р И Я Т И Й ПО О Б Е С П Е Ч Е Н И Ю П Р О И З В О Д С Т В Е Н Н О Й Б Е ЗО П А С Н О С ТИ П РИ Л И К В И Д А Ц И И Ш АХТ При затоплении ликвидируемых шахт в соседние действующие шахты мо­ гут поступать дополнительные водопритоки. При повышении уровней шахтных вод в затапливаемых выработках возможно постепенное увеличение дополни­ тельного водопритока в действующую шахту. Опасными в максимальной степе­ ни являются внезапные резкие поступления шахтных вод, т. е. прорывы этих вод в выработки эксплуатируемой шахты. Характер дополнительных водопритоков определяет направленность инженерных мероприятий по обеспечению произ­ водственной безопасности горных работ.

Гидрогеологическое обоснование этих мероприятий включает следующие позиции:

- анализ природно-техногенных структур, сформированных в период экс­ плуатации шахты, и оценка состояния разделительных массивов над между шахтными целиками;

- прогноз режима затопления шахты с оценкой характера и интенсивности дополнительных водопритоков в соседнюю действующую шахту;

- определение оптимальных параметров систем водоотлива на действую­ щей и ликвидируемой шахтах;

- обоснование системы мониторинга для контроля производственной без­ опасности.

Разработанная в лаборатории гидрогеологии ВНИМИ методика анализа и прогноза режима затопления шахт позволяет достаточно надежно прогнозировать изменчивость водопритоков в затапливаемые выработки, скорости повышения уровня шахтных вод и другие характеристики нестационарных гидродинамиче­ ских процессов. В основе методики лежит разработанная типизация природно­ техногенных структур и условий формирования водопритоков в затапливаемые выработки [1]. В зависимости от типа природно-техногенной структуры водо­ притоки в затапливаемую шахту могут быть либо стабильными, либо сокра­ щаться по мере повышения уровня шахтных вод в затапливаемых выработках.

-143 Методика предусматривает использование разработанных аналитических зави­ симостей или компьютерных программ численного моделирования геофильтра ционных процессов для анализа и прогноза применительно к различным при родно-техногенным гидрогеологическим структурам [2, 3].

Достоверность прогнозных оценок условий затопления шахт в рамках раз­ работанной методики достаточно высокая, поскольку прогнозу предшествует анализ условий формирования водопритоков в шахты на стадии их эксплуата­ ции. Кроме того, при проведении наблюдений на начальной стадии затопления шахты прогнозные оценки могут быть скорректированы.

Однако режим затопления ликвидируемой шахты, характер и интенсив­ ность поступления дополнительных водопритоков в действующие шахты зави­ сят от состояния разделительных массивов над междушахтными целиками.

При анализе состояния разделительных массивов оценивается ширина фактических междушахтных целиков в сопоставлении с нормативной, установ­ ленной в соответствии с "Инструкцией по безопасному ведению горных работ у затопленных выработок". Следует констатировать, что при затоплении более двухсот шахт в России не зафиксировано ни одного случая разрушения между­ шахтных целиков с прорывом шахтных вод в действующие выработки.

Гидрогеологический прогноз интенсивности перетекания шахтных вод че­ рез ненарушенные разделительные массивы над междушахтными целиками мо­ жет быть выполнен с достаточной надежностью, если проницаемость пород опре­ делена в результате анализа водопритоков в ликвидируемую шахту в период ее эксплуатации, а также в действующую шахту. Обычно расход перетекания шахтных вод на превышает первых десятков кубометров в час при характерном коэффициенте фильтрации разделительных массивов порядка 1 0 м/сут.

Однако из любого правила есть исключения. Например, при затоплении шахты "Несветаевская" в Восточном Донбассе дополнительный водоприток в шахту "Соколовская" составил 250-300 м3 при ширине разделительного массива /ч порядка 100 м, существенно превышающей нормативную [4]. В результате шахта "Соколовская" была досрочно ликвидирована. Возможной причиной повышенно­ го водопритока явилась тектоническая нарушенность разделительного массива, дополнительно активизированная за счет процессов его сдвижения. В подобных вариантах прогнозные оценки дополнительного притока в действующие шахты весьма затруднены, а их достоверность сомнительна. Аналогичный вывод можно сделать и в случае подработки разделительных массивов при несоосности меж­ душахтных целиков по разным пластам. В этом случае трещины расслоения в разделительном массиве образуются в пределах зоны водопроводящих трещин, нормальных напластованию, а также выше этой зоны. Раскрытость трещин рас­ слоения практически трудно прогнозируется, поэтому соответствующая прони­ цаемость разделительных массивов не может быть надежно установлена.

Полная прорезка разделительных массивов горными выработками приво­ дит к перетеканию в действующую шахту всего водопритока, поступающего в затапливаемую шахту, при достижении уровня ее затопления отметки прорезки массива. Для прогнозной оценки этой ситуации достаточно определить, соглас­ но разработанной методике, величину водопритока в затапливаемую шахту и 144 продолжительность ее затопления до определенной отметки. По результатам прогноза режима затопления шахт в этом случае возможно планирование двух альтернативных мероприятий: либо реконструкция водоотлива на действующей шахте, либо организация водоотлива из затапливаемой шахты с применением погружных насосов. Последний вариант представляется предпочтительным по ряду позиций технико-экономического плана и надежности обеспечения произ­ водственной безопасности.

Опасная ситуация возникает при наличии в выработках, прорезывающих разделительные массивы, перемычек сомнительного качества. В этом случае возможно повышение уровней затопления шахты над отметкой установки пере­ мычки, накопление значительных объемов шахтных вод в затопленном массиве и создание высоких гидростатических давлений на перемычку. При достижении критического давления на перемычку возможно ее разрушение с прорывом ог­ ромных объемов шахтных вод в действующую шахту. Прогнозирование крити­ ческого давления на перемычку практически невозможно, поэтому единствен­ ным техническим решением, обеспечивающим безопасность горных работ, яв­ ляется ограничение уровня затопления шахты с применением погружных насосов. Кроме того, для достижения этой цели возможно бурение водоспуск­ ной скважины из действующей шахты на максимальных отметках. Разработан­ ная во ВНИМИ методика позволяет надежно обосновать оптимальную произво­ дительность насосов и глубину их установки, исходя из прогнозируемой скоро­ сти повышения уровней шахтных вод на этой глубине и с учетом резерва времени на демонтажно-монтажные работы в случае выхода насосов из строя.

При возможности оборудования водоспускной скважины гидравлическим рас­ четом определяется ее диаметр для пропуска прогнозируемого расхода.

Создание новых перемычек в выработках, прорезывающих разделительные массивы, как правило, не может гарантировать производственную безопасность.

Подходы к этим выработкам чаще всего ликвидированы, поэтому новые перемыч­ ки могут быть созданы только путем подачи закладочного материала с земной по­ верхности по скважинам. Применение глиноцементных растворов в качестве закла­ дочного материала не обеспечивает надежность создаваемых перемычек при прак­ тическом отсутствии методов контроля их качества. В частности, в Восточном Донбассе возводились многочисленные перемычки в выработках при подаче в них глиноцементных растворов, в которых относительный объем минеральной состав­ ляющей (глина, цемент) не превышал 20 %. При повышении гидростатических давлений на перемычки до 10-12 атм, нарушалась их герметичность с образовани­ ем прорывов шахтных вод в горные выработки. На шахте «Западная-Капитальная»

последовательно произошло два катастрофических прорыва шахтных вод в дейст­ вующие вентиляционный и скиповой стволы из-за нарушения глиноцементных перемычек, установленных в околоствольных выработках, гидравлически связан­ ных с затопленным выработанным пространством. В результате последней аварии шахта «Западная-Капитальная» была ликвидирована. Аварийные ситуации в Вос­ точном Донбассе дают полное основание для вывода о том, что глиноцементные перемычки в выработках различного назначения не обеспечивают безопасность горных работ на действующих шахтах.

-145 При совместной выемке свиты пластов ликвидируемой и действующей шахтами возможно поступление дополнительных водопритоков в действующую шахту через подработанные частично или полностью нарушенные междупла стия. Эта ситуация достаточно надежно прогнозируется с применением разрабо­ танной методики и с учетом результатов многолетних исследований ВНИМИ условий подработки водных объектов.

Если разделительные массивы не нарушены, то уровни затопления шахт могут достигать максимальных отметок, при которых дополнительные водопри токи будут поступать на верхние горизонты действующих шахт. При этом воз­ можно повышение уровней приповерхностного водоносного комплекса и под­ топление территорий. Следует отметить, что гидродинамический режим под­ земных вод, сформированный при полном затоплении шахт, существенно отличается от естественного. Эта ситуация, связанная с необходимостью обес­ печения как производственной, так и экологической безопасности, достоверно прогнозируется с использованием численных геофильтрационных моделей в рамках разработанной ВНИМИ методики. Однако для обеспечения надежности прогноза режима подземных вод необходимо проведение наблюдений за уро венным режимом приповерхностного водоносного комплекса.

Гидрогеологический мониторинг является обязательным мероприятием, обеспечивающим контроль производственной и экологической безопасности.

Организацию наблюдений целесообразно планировать в две стадии: в началь­ ный период затопления шахты необходимо проводить наблюдения за повыше­ нием уровня шахтных вод по пьезометрам или датчикам гидростатического дав­ ления, размещенным в затапливаемых выработках;

на конечной стадии затопле­ ния шахты следует контролировать уровенный режим приповерхностных водоносных комплексов. Планирование мониторинга и интерпретацию резуль­ татов наблюдений за режимом затопления шахты и режимом подземных вод следует базировать на использовании численных геофильтрационных моделей.

ЛИТЕРАТУРА 1. Н орватов Ю. А., П етрова И. Б., С тепанова А. С. Т и п и за ц и я у с л о в и й ф о р м и ­ р о в а н и я в о д о п р и т о к о в в гор н ы е в ы р а б о т к и при о ц ен к е р е ж и м а за т о п л ен и я у го л ь н ы х ш а х т // Г о р н а я г ео м ех ан и к а и м а р к ш е й д е р с к о е д ел о. 7 0 л е т В Н И М И : С б науч. тр. С П б.: В Н И М И, 1999.

2. Н орватов Ю. А., П етрова И. Б. Ч и с л е н н о е м о д е л и р о в а н и е и ан а л и т и ч ес к ая о ц е н к а у с л о в и й зат о п л ен и я л и к в и д и р у е м ы х ш а х т // П е р с п е к т и в ы и сп о л ь зо в ан и я гео и н ф о р м а ц и о н н ы х т е х н о л о г и й для б е зо п а с н о й о т р а б о т к и м е с т о р о ж д е н и й п о л езн ы х и с к о ­ п а е м ы х : С б. н ауч. тр. - С П б.: В Н И М И, 2 0 01.

3. П р им енен ие численны х геоф и льтрационн ы х м оделей д л я о б о с н о в а н и я д р е ­ н а ж н ы х м е р о п р и я т и й на п о лях за т а п л и в а е м ы х ш а х т / Н о р в а т о в Ю. А., П етр о в а И. Б., С т е п а н о в а А. С., Н а зи м а В. В. // П е р сп е к т и в ы и с п о л ь зо в а н и я ге о и н ф о р м а ц и о н н ы х т е х ­ н о л о г и й д л я б езо п асн о й о тр аб о тк и м е с т о р о ж д е н и й п о л е зн ы х и с к о п а е м ы х : С б. науч. тр.

- С П б.: В Н И М И, 2001.

4. Г идрогеологические проблем ы л и к в и д а ц и и ш а х т в В о с т о ч н о м Д о н б а с се / Н о р в а т о в Ю. А., П етр о в а И. Б, М и р о н о в А. С., Н о р в а т о в а О. И. // С б. С о в р ем е н н ы е п р о ­ б л е м ы ги д р о ге о л о г и и и г и д р о ге о м ех а н и к и. - С П б.: изд. С П Г У, 2 0 0 1.

ВНПМП УДК 622.1-.[528.4+528.5] С. П. Смирнов (ВНИМИ) Н О В Ы Е ТЕХ Н О Л О ГИ И В Е Д Е Н И Я М А Р К Ш Е Й Д Е Р С К И Х РАБО Т, О Б Е С П Е Ч И В А Ю Щ И Е Б Е ЗО П А С Н О С ТЬ Одним из основных видов оснащенности маркшейдерской службы на всех предприятиях горнодобывающей промышленности является нормативно-мето­ дическая документация. С учетом новых условий хозяйствования, и в связи с введением в действие Законов Российской Федерации “О недрах”, “Об обеспе­ чении единства измерений” и др., реструктуризацией горной промышленности, повышением требований к охране окружающей среды в зоне земельных и гор­ ных отводов горнодобывающих предприятий, к полноте выемки, эффективности и безопасности освоения недр разработана новая “Инструкция по производству маркшейдерских работ” (РД07-603-03). Инструкция имеет существенный недос­ таток, в ней нет приложений, которые позволяли бы уточнять некоторые виды маркшейдерских работ с целью их более качественного выполнения.

Институт ВНИМИ рекомендует провести разработку “Руководства по производству маркшейдерских работ”, содержащего методики выполнения маркшейдерских работ, допустимые отклонения и требования к точности при построении опорных и съемочных маркшейдерских сетей, съемке горных выра­ боток при подземном и открытом способах разработки месторождений, марк­ шейдерских работ при строительстве и реконструкции горных предприятий, монтаже и эксплуатации подъемно-транспортного оборудования, составлению и ведению маркшейдерской документации.

Согласно п. 47 “Единых правил безопасности при разработке рудных, не­ рудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным спосо­ бом” (ПБ03-553-03) и с учетом требований Законов Российской Федерации “О техническом регулировании” и “Об обеспечении единства измерений”, “По­ ложения о геологическом и маркшейдерском обеспечении промышленной безо­ пасности и охраны недр” (РД07-408-01), а также методических рекомендаций “О порядке разработки, согласования и утверждения регламентов технологических производственных процессов при ведении горных работ подземным способом” (утв. ГГТН РФ 15.09.2003 г. №108) необходимо разработать для горных предпри­ ятий “Технологический регламент по производству маркшейдерских работ”.

147 Новые технологии ведения маркшейдерских работ связаны с развитием маркшейдерско-геодезических приборов, а в последние годы буквально про­ изошла революция в приборостроении по этому направлению. Появились новые маркшейдерско-геодезические оптико-электронные цифровые приборы.

К ним относятся цифровые нивелиры, позволяющие повысить производи­ тельность труда, исключить ошибки наблюдателя за счет того, что данные сохра­ няются в цифровом виде. Цифровой нивелир дополнен функцией измерения рас­ стояний и горизонтальных углов в цифровом виде. Внутреннее программное обеспечение позволяет производить вынос в натуру отметок, проложение ниве­ лирного хода, уравнивание хода, определять координаты точек нивелирного хода.

Следующий класс приборов - это электронные тахеометры с погрешно­ стью измерения углов 1" и выше и расстояний 2 мм +2-10'6S. Электронные та­ хеометры имеют внутреннюю память на 20000 точек.

Электронные безотражательные тахеометры позволяют измерять расстоя­ ния непосредственно до горных пород (до 200 м). Для удобства наведения име­ ется безопасный для зрения лазерный указатель, работающий в двух режимах непрерывном и импульсном. Расстояния измеряются с помощью инфракрасного лазера, лазерный указатель с излучением красного или зеленого света. Для удобства центрирования имеется лазерный центрир. В этих тахеометрах имеется встроенное программное обеспечение, позволяющее производить постобработ­ ку полученных данных. Данные электронные безотражательные тахеометры можно применять для съемки доступных камер больших размеров, для опреде­ ления сдвижения бортов карьеров, съемки складов и отвалов.

Электронные тахеометры с сервоприводом автоматически наводятся на специальную цель, выполняют слежение за ней. Точное наведение на цель и горизонтирование прибора в пределах Г производятся автоматически. Приборы работают в двух режимах - с отражателем и без него (до 200 м). Имеется также лазерный указатель направления с излучением красного света. Электронный тахеометр с сервоприводом оснащен выносным пультом управления. Внутрен­ нюю память для хранения результатов измерения можно увеличить с помощью внешних карт. Внешние карты имеют память до 128 мБ. Внутреннее программное обеспечение служит для автоматизации измерений. Сервопривод имеет несколько скоростей в зависимости от необходимой точности измерений. Электронные та­ хеометры с сервоприводом могут применяться в горной промышленности как при подземной добыче, так и на открытых работах. Производительность труда повы­ шается примерно на 30 %.

Последняя новинка в маркшейдерско-геодезическом приборостроении это лазерные сканеры. В конструкции лазерного сканера предусмотрено зерка­ ло, которое перемещает луч лазера в горизонтальном и вертикальном направле­ ниях. С помощью лазерного луча измеряются расстояния, а угловое движение зеркала фиксируется в момент излучения импульса лазерного луча, т. е. мы име­ ем электронный тахеометр, с помощью которого определяется координата точ­ ки, на которую попадает лазерный луч. Лазерный сканер имеет внутренний программный продукт, который позволяет обрабатывать до 300 млн точек, т. е. с -148 помощью лазерного сканера можно получать пространственную модель сни­ маемого объекта. Программный продукт для предварительной обработки полу­ чает данные съемки, которые хранятся в регистраторе данных в виде углов и расстояний, измеренных относительно лазерной сканирующей головки (в по­ лярных координатах), затем преобразует их в прямоугольные координаты XYZ, привязанные к координатной сетке.

Существуют специальные лазерные сканеры для съемки недоступных пространств (камер). С помощью лазерной сканирующей системы CMS- автоматически производится маркшейдерская съемка горных выработок, каме­ ральная обработка полученных данных в цифровом виде, результаты которых в дальнейшем обеспечивают выполнение горнотехнических задач проектирова­ ния, планирования и ведения горных работ.

Система мониторинга камер (полостей) CMS-100 основана на использова­ нии лазерного дальномера, который помещается в камеру (полость) и автомати­ чески вращается на 360°, обеспечивая непрерывный сбор данных о расстояниях в цифровом виде. Крепление лазерной головки (дальномера) и ее ввод в камеру обеспечивает механическая конструкция, состоящая из двух мачт.

Институтом ВНИМИ за последние годы разработаны инерциальная сис­ тема для профилирования шахтных проводников СИШС-1, лазерный указатель направления, лазерные зенит- и надир-проекторы.

Инерциальная система для профилирования шахтных проводников СИШС- имеет следующие характеристики.

Диапазон измерения отклонений проводников от вер­ тикали между двумя смежными ярусами расстрелов в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, мм 0-5 Среднее квадратическое отклонение погрешности из­ мерения отклонений проводников от вертикали между дву­ мя смежными ярусами расстрелов, мм, не более 2, Диапазон измерения отклонений ширины колеи про­ водников от номинального значения, мм ± Среднее квадратическое отклонение погрешности из­ мерения ширины колеи, мм, не более 1, Время непрерывной работы блока управления без за­ мены аккумуляторной батареи, ч, не менее 2, Размеры составных частей инерциальной системы, мм, не более:

каретка 790x290x измерительный блок 240x165x блок управления 400х30х Масса составных частей инерциальной системы, кг, не более:

каретка 1, измерительный блок 4, блок управления 12, Лазерный указатель направления ЛУН-17 имеет удобную систему наведе­ ния и дальность действия до 400 м.

-149 Лазерные зенит- и надир-проекторы имеют дальность действия до 100 м и погрешность задания вертикального направления не более ±10", лазерный зе­ нит-проектор оснащен призменной насадкой и может работать в режиме лазер­ ного нивелира в круговом диапазоне, обеспечивая, таким образом, задание гори­ зонтальной плоскости.

Методики использования новых приборов, применяемых при производст­ ве горных работ, должны войти в Руководство и Технологический регламент по производству маркшейдерских работ, - это значительно повысит их качество и безопасность.

2005 ВНПМП УДК 622.831.232+622.272.63+622.272.273+622.014, В.

(ОАО «Кузниишахтострой», г. Кемерово) П Е Р С П Е КТ И В Н Ы Е Н А П РА В Л Е Н И Я Д Е Я Т Е Л Ь Н О С Т И ОАО «КУЗ Н И И Ш А Х ТО С ТР О Й » В О Б Л А С ТИ Б Е ЗО П А С Н О ГО В ЕД ЕН И Я ГО РН Ы Х РА Б О Т ОАО «Кузниишахтострой» является единственной в России научно-иссле довательской организацией в области строительства и реконструкции предпри­ ятий угольной и горнорудной промышленности. Научная деятельность институ­ та регламентируется свидетельством о государственной аккредитации научной организации № 5250 от 26.09.2003 г. Министерства промышленности, науки и технологий Российской Федерации.

Основные направления деятельности института:

- исследование проявлений горного давления и разработка конструкций крепей капитальных горных выработок и проведение их сертификационных испытаний;

- создание и изготовление новых горнопроходческих комплексов, средств механизации для проведения и крепления горных выработок и строительных работ, бурения шпуров и скважин различного назначения;

- разработка специальных способов проведения горных выработок в сложных горно-геологических условиях, технологий и средств водоподавления, инъекционных методов возведения крепи;

- разработка проектов оснащения и организации работ по проведению го­ ризонтальных и наклонных горных выработок;

- обследование горных выработок, зданий и сооружений промышленных предприятий с выдачей экспертного заключения и рекомендаций по их даль­ нейшей эксплуатации.

Институт имеет лицензию на разработку проектов строительства зданий и сооружений, аккредитован в качестве экспертной организации в системе СЭПБ № 30-01711 от 30.07.2004 г. и проводит экспертизу проектной документации для угольной и горнорудной промышленности.

На основе длительных лабораторных, натурных, аналитических исследо­ ваний и широкомасштабного внедрения разработок института на производстве нами разработан ряд нормативных документов, применение которых обеспечи­ вает достижение высоких технико-экономических показателей и высокую сте­ -151 пень безопасности труда рабочих. Например, совместно с ВостНИИ разработан ряд альбомов технологических схем и карт безопасного вскрытия и пересечения выбросоопасных пластов. Альбом «Технологические схемы пересечения выбро­ соопасных пластов при проходке квершлагов» нашел достаточно широкое при­ менение на угольных шахтах Кузбасса. Вместе с тем, на наш взгляд, его следует дополнить более подробным описанием технологий разделки сопряжений капи­ тальных и подготовительных горных выработок.

Разработанные в институте инъекционные технологии получили широкое распространение при проходке горных выработок в обводненных и нарушенных горных породах практически во всех угольных бассейнах России. Они применяются как с целью водоподавления, так и упрочнения породных массивов, обеспечивая устойчивость выработок на весь срок их эксплуатации. В качестве примеров успеш­ ного применения технологий водоподавления можно привести предварительные цементации в стволах шахт «Распадская», им. Ленина, «Березовская», «Первомай­ ская», «Байдаевская» и ряда других, где притоки воды снижены с 200-300 м3 до /ч норм СНиП (менее 5 м3 Технологии упрочнения породных массивов в значи­ /ч).

тельных объемах использованы практически на всех шахтах Кузбасса, и осо­ бенно на шахтах Прокопьевско-Киселевского района со сложными горно­ геологическими условиями.

В последние годы идет интенсивное освоение новых угольных месторож­ дений путем вскрытия их наклонными стволами. Пересекаемые наносы чаще всего являются сильно обводненными плывунными массивами, это увеличивает сроки строительства наклонных стволов и, соответственно, сроки ввода новых шахт в эксплуатацию. Для решения этой важной проблемы в институте разраба­ тывается технология электрохимического закрепления (ЭХЗ) обводненных на­ носов, которая, на наш взгляд, сможет во многом снять этот вопрос. Примерами длительного срока строительства наклонных стволов в обводненных наносах могут служить стволы шахт «Костромовская», «Кыргайская» и ряда других. При этом применение технологии замораживания грунтов проблемы не решает, так как оттаивание грунтов ведет к возрастанию нагрузок на крепь, что может при­ вести к выводу из строя пройденных горных выработок.

В институте созданы и серийно производятся бурильные установки БУГ-200, предназначенные для бурения технологических и дегазационных скважин, ведется разработка самоходной буровой установки на базе БУГ-200 и бурошнекового станка для бурения разгрузочных скважин при проходке выра­ боток в выбросоопасных пластах, а также обработке краевых частей очистных забоев и целиков угля удароопасных пластов. Указанное оборудование по своим техническим параметрам соответствует лучшим мировым аналогам и изготав­ ливается на основе широкой кооперации с современными машиностроительны­ ми заводами.

ОАО «Кузниишахтострой» имеет богатый опыт разработки и производст­ ва оборудования для механизации строительных работ. Бетоносмесители раз­ личной конструкции широко используются в строительных организациях си­ бирского региона (БС-150Ш, БС-150 и др.), созданы смесители и смесители -152 нагнетатели для приготовления и подачи бетонов и растворов на расстояние до 100 м по горизонтали и в высоту до 10 м (СН-250, СНШ-250). Они позволяют успешно выполнять работы по возведению противопожарных и водоупорных перемычек в угольных шахтах.

В институте создана и успешно проходит стендовые испытания много­ функциональная установка, которая позволяет выполнять:

- возведение набрызгбетонной крепи и изоляцию краевой части самовоз­ горающегося угля;

- возведение легких перемычек для изоляции аварийных участков;

- подачу инертного материала в выработанное пространство для исключе­ ния самовозгорания угольной пыли;

- осланцевание горных выработок инертной пылью;

- функции порошкового огнетушителя длительного действия с возможно­ стью подачи огнетушащего порошка в очаг пожара на расстояние до 100 м, про­ изводительностью 2 т/ч (равносильно шести огнетушителям ОП-8).

В последние годы коллектив института достаточно успешно разрабатыва­ ет проекты оснащения наклонных и вертикальных стволов к проходке, а также технологии и организации их проходки в различных горно-геологических усло­ виях. Имеющийся научный потенциал и наличие высококвалифицированных специалистов позволяют при разработке проектных решений выбирать опти­ мальные конструкции крепей, высокопроизводительные безопасные технологии и средства механизации при строительстве горных выработок. Именно эти об­ стоятельства позволили аккредитовать институт в качестве экспертной органи­ зации в системе СЭПБ. В связи с этим институт может выступать в качестве экспертной организации по проектам строительства предприятий и объектов горной промышленности как обычными, так и специальными способами.

Особое внимание следует уделить изготовлению, испытаниям и примене­ нию рамных металлических крепей. Они являются одним из элементов обеспе­ чения безопасности в угольных шахтах, поэтому, как известно, включены в пе­ речень технических устройств, на изготовление и применение которых в шахтах требуется разрешение Ростехнадзора. Для этого все рамные крепи следует под­ вергать приемочным, квалификационным, типовым, сертификационным и пе­ риодическим испытаниям.

Периодические испытания согласно ГОСТ Р 51748-2001 должны прово­ диться не реже одного раза в год.

Однако в последнее время большинство предприятий, выпускающих ме­ таллические арочные крепи, продают их под видом металлоконструкций, кото­ рые по форме и размерам соответствуют крепям типа А (ТП 401-11-53) с замка­ ми с прямой планкой из отходов спецпрофиля, что не отвечает требованиям вышеуказанного ГОСТа. Этот же ГОСТ требует при площади сечения вырабо­ ток в свету до осадки свыше 14,8 м2 использовать спецпрофиль СВП-33, кото­ рый в России до сих пор не выпускается, а сечения квершлагов, полевых штреков, наклонных стволов за последние 10 лет возросли более чем на 24 % и достигли 26 м2 в проходке. Например, на шахте «Распадская-Коксовая» - более 40 м \ Сече­ ния вентиляционных и конвейерных штреков тоже часто превышают 15 м2.

-153 Анализ документации на шахтах выявил, что отсутствует входной кон­ троль крепей, паспорта на крепи. Расчеты плотности крепления производятся с отступлением от ГОСТов и унифицированных сечений. В паспортах крепления не учитывается необходимость применения деревянных распорок, предусмот­ ренных нормативами. На наш взгляд, взамен деревянных распорок, срок службы которых ограничен, следует предусмотреть металлические, способные обеспе­ чить необходимую продольную (по оси выработки) устойчивость крепи на весь срок эксплуатации выработки.

На основании вышеизложенного необходимо:

- устранить выявленные противоречия, разработав новый альбом унифи­ цированных сечений;

- обязать все предприятия, выпускающие металлические рамные крепи, иметь документацию, соответствующую нормативной, и изготавливать крепь со­ гласно этой документации. Выпускаемая ими крепь должна проходить периодиче­ ские испытания согласно требованиям ГОСТ Р 51748-2001 и ГОСТ Р 50910-96;

- наладить в России выпуск спецпрофиля СВП-33;

- учитывая возросшие объемы проходки горных выработок сечением бо­ лее 20 м2, следует в срочном порядке разработать спецпрофили с большей не­ сущей способностью, чем СВП-33, и конструкции крепей из этих спецпрофилей;

- разработать типовые конструктивные решения сопряжений горных вы­ работок сечением до 40 м2.

ОАО «Кузниишахтострой» готов к сотрудничеству со всеми заинтересо­ ванными организациями для решения вышеуказанных проблем, от которых за­ висит безопасность горных работ.

2005 В1ШМП УДК 622. 833: 622.273. А. С. ЯГУНОВ (Сибирский филиал ВНИМИ, г. Прокопьевск) О С О Б Е Н Н О С ТИ П Р О Я В Л Е Н И Я И П А Р А М Е ТР Ы ДЕФ О РМ АЦИО ННЫ Х ПРОЦЕССОВ, Ф О Р М И РУЕМ Ы Х В П О ДРА Б А ТЫ В А ЕМ О М ГО РН О М М АССИВЕ Механизм поведения подрабатываемого массива горных пород на всех этапах его изучения привлекал к себе внимание исследователей. Это связано с тем, что до настоящего времени среди исследователей нет единого мнения, в каком виде с точки зрения механических и деформационных теорий представ­ лять горный массив и какими свойствами его наделять, чтобы модель адекватно при анализе отражала те явления, в том числе газодинамические, которые в большом разнообразии наблюдаются на шахтах и рудниках горной отрасли.

В связи с этим следует отметить важность проводимых у нас в стране ис­ следований поведения массива с помощью метода глубинных реперов, заклады­ ваемых в скважины [1,2].

В Кузбассе этот способ закладки получил широкое распространение в 80-е и последующие годы. Впервые в регионе и отрасли были заложены профильные линии из скважин с глубинными реперами, охватывающие по площади практи­ чески всю зону сдвижения в рассматриваемом сечении. Удалось установить ра­ нее не отмеченные явления и закономерности в поведении массива в целом как единой слоистой среды, так и отдельных слоев и пачек слоев.

Явление смены знаков деформаций растяжений-сжатий по оси скважин при прохождении под ней очистного забоя отмечалось как в ранних работах ВНИМИ, так и в последних обобщениях по Кузбассу, использованных В. Н. Гу­ севым [3] при обосновании выемки свит пластов под водными объектами. В мо­ нографии [3] объяснение механизма чередования знаков вертикальных дефор­ маций распределением кривизны слоев, на наш взгляд, неубедительно. Во первых, явление чередования знаков деформаций отмечено нами не только при повторной подработке массива, где кривизна нижнего слоя повторяет кривизну верхнего, но и во всех случаях наблюдений за массивом при первичной подра­ ботке. Особенно это явление характерно наблюдать на подготовительной стадии расслоения массива: при подходе забоя к скважине и прохождении под ней. Во вторых, вертикальные деформации сжатия по оси скважины на исследуемом ин­ -155 тервале - это в подавляющем большинстве случаев следствие явления сдвига одного слоя по другому, по некоторой наклонной плоскости - контакту, что ил­ люстрируется схемой, приведенной на рис. 1.

а б " *' х шши | j - П олож ение скваж и н ы до подработки 4 ^ “ П олож ение скваж и н ы после подработки о - глуб и н н ы й репер Рис. 1. Характер деформирования слоистой толщи за счет межслоевых сдвигов:

а - положение скважины и реперов до и после подработки, б - расчетная схема установления зависимости величины межслоевого сдвига от длины интервала и угла наклона плоскости сдвига Из схемы (см. рис. 1, б), из геометрических решений получена зависи­ мость величины сдвига d от уровня деформаций сжатия на интервале 6, длины интервала / угла наклона плоскости сдвига а и некоторого вспомогательного угла у'.

d = ^-^/2(1-c o s у ), мм, (1) /. / 2Ectga „ _ где у =arcsin у = -----— - промежуточный угол, значения которого выбира 1 -е ются по таблице тригонометрических функций с 6-7-ю знаками после запятой.

Межслоевой сдвиг включает в себя два вида составляющих: за счет ис­ кривления слоев при изгибе и за счет сползания их по плоскостям напластова­ ний под действием сил гравитации. Первая составляющая имеет максимальную величину в зонах максимального изгиба и наклона слоев и по имеющимся оцен­ кам может дополнительно увеличивать наклон слоя на величину до 1,5-2,0°.

Вторая составляющая учитывается в формуле (1) через угол падения слоев в массиве а. Поэтому, чтобы учесть в расчете обе составляющие сдвига в выра­ жении для определения угла у', следует в ctga ввести поправку на наклон слоя Д в виде ctg(a+A).

Следовательно, информация о массиве, получаемая с помощью глубинных реперов, может быть использована не только для оценки степени расслоения -156 толщи при разных положениях забоя относительно скважины, но, и что весьма важно, для оценки межслоевых сдвигов.

Расчеты межслоевых сдвигов по 16-ти наблюдательным скважинам с ко­ личеством глубинных реперов от 5 до 11 штук в каждой скважине и вертикаль­ ному стволу с 29-ю реперами и частотой наблюдений от 1 до 2-3 сут в течение 2-3 месяцев показали, что их величины могут изменяться от 8-9 до 25 мм при интервале измерений между реперами 5 м до 750-975 мм при интервале 38— м. Если в последнем случае пачку слоев разбить на более мелкие слои толщиной по 1,5-2,0 м, то оценочная величина межслоевого сдвига может дос­ тигать 35-50 мм. Тем не менее, нами отмечены случаи, когда межслоевые сдви­ ги на коротких интервалах (до 10 м) доходили до 75-80 мм и более, что времен­ но приводило к зажиму проволочных связей при срезе скважины.

При анализе экспериментального материала по глубинным реперам возника­ ют два дополнительных вопроса, касающихся достоверности выполняемых оценок по межслоевым сдвигам: не являются ли деформации сжатия на измеряемых интер­ валах следствием смятия слабых контактов и не превышает ли погрешность изме­ рений системы репер-блок-груз наблюдаемый уровень деформаций. Анализ ре­ зультатов наблюдений за межслоевыми сдвигами по сгущенной сетке реперов в скважинах позволяет утверждать, что наблюдаемые деформации сжатия массива повсеместно отмечаются как впереди забоя на интервалах, где какие-либо контакты полностью отсутствуют, так и далеко позади его в зоне расслоения, где деформации сжатия полностью исключаются. Эффект смятия слабых контактов, приуроченных к некоторым угольных пластам и прослойкам, безусловно имеет место при разви­ тии деформаций сжатия в зоне опорного давления, однако явление это весьма ред­ кое и вероятность его проявления незначительна.

Погрешность определения деформаций сжатия-растяжения по оси скважины в зависимости от глубины заложения глубинного репера, длины интервала измере­ ния между реперами и вида смещения, согласно выполненным оценкам, может изменяться от 0,09 мм/м для интервала / = 20 м при глубине заложения репера 20 м от поверхности до 0,99 мм/м для интервала / = 5 м и глубине заложения репера м от поверхности при нарастании смещения в виде растяжения. При смене знака смещения реперов с (+) на (-) и наоборот, суммарная ошибка определения дефор­ маций на малых глубинах заложения реперов и интервалах измерения 15-20 м практически не изменяется, однако на глубине 250 м и интервале измерения / = 3 - 5 м может достигать величины 1,6 мм /м. Поэтому погрешностью расчета деформаций растяжения-сжатия при глубине их заложения до 150 м независимо от длины интервала можно пренебречь, а на больших глубинах при анализе достовер­ ности экспериментального материала следует учитывать вид смещения на малых интервалах и часть наблюдений отбраковывать.

По данным наблюдений за подрабатываемым массивом с помощью глу­ бинных реперов в условиях первичной и повторной подработок толщи установ­ лена общая закономерность периодичности смены деформаций растяжения на сжатия, и наоборот, по оси скважины при подходе очистного забоя к скважине и прохождении его за ось скважины на расстояние до 7-10 м (рис. 2). При даль­ нейшем уходе забоя характер деформирования толщи в виде периодической -157 смены знаков деформаций существенно не меняется, однако при этом могут ме­ няться знаки деформаций и их величины. Из имеющихся данных обобщения экспериментального материала по глубинным реперам следует, что доля пород в массиве, проходящих стадию деформаций сжатия, периодически меняется от 50-80 % при подходе и прохождении лавы под скважиной до 10-20 % при уходе забоя лавы от оси скважины на расстояние до 40 м (рис. 3). В дальнейшем, по мере движения забоя, доля деформаций сжатия меняется и окончательно падает до 20 %, соответственно возрастает до 80 % доля деформаций растяжений, при­ водящая к остаточным отслоениям.

Рис. 2. Распределение в зоне опорного Рис. 3. Характер распределения суммарных де­ давления деформаций сжатия- формаций сжатия-растяжения по оси растяжения по оси вентиляционного скважины (%) при первичной подработке массива ствола на шахте "Карагайлинская" (лава 3112 шахты "Карагайлинская") (первичная подработка. Кузбасс) Аналогичный характер поведения массива отмечается при анализе обшир­ ного экспериментального материала, полученного Ж. М. Канлыбаевой [4].

Природа этого эффекта достаточно сложна и практически не изучена. Не­ смотря на некоторую аналогию с известной зональной дезинтеграцией пород, разработанной ИГД СО РАН и ВНИМИ, отождествлять с ней полученный эф­ фект нельзя, так как это разные по природе явления. В данном случае явление периодической смены знаков деформаций растяжения на сжатие, и наоборот, впереди забоя - в зоне опорного давления и в некоторой прилегающей к ней зо­ не позади забоя является следствием разгрузки массива от повышенного горного давления, которое реализуется в виде предварительного разделения всего масси­ ва на тонкие слои толщиной 1,5-3 м, совпадающие с видимыми контактами ли­ тологических типов пород и, кроме этого, разделением любого крупного лито типа на мелкие слои вышеназванной толщины. Очевидно, что наблюдаемые де­ формации сжатия на интервалах на самом деле являются проявлением сдвигов между тонкими слоями. За счет эффекта сдвиговых деформаций в стесненных условиях возникает явление дилатансии, приводящее к объемному расширению массива впереди забоя и поднятию поверхности, которое наряду с явлением 158 поднятия, возникающим при изгибе балки, давно отмечается в натурных наблю­ дениях за сдвижением земной поверхности.

По данным обобщения экспериментального материала по шести наблюда­ тельным скважинам отмечается, что одновременно с расслоением массива на тонкие слои на подготовительной стадии (рис. 4) в нем формируются более мощные пачки слоев, в которых деформации сжатия чередуются с деформация­ ми растяжения.

.-з - Е - ю '3 -2 -1,5 -1 -0.5 0 0.5 1.5 е-ю" Рис. 4. Распределение деформаций растяжений-сжа тий по глубине подрабатываемого массива на подго­ товительной стадии его деформирования при кратно­ сти подработки от 3 0 т до 7 0 т (шахты "Октябрьская" и "Пионерка", Кузбасс) Толщина этих пачек по предварительным оценкам составляет около 10 т, где т - вынимаемая мощность пласта.

Периодичность смены знаков деформаций по глубине подрабатываемо­ го массива в интервале кратностей от 30т до 70т, может быть описана сину­ соидой вида:

(2) где е - относительные деформации растяжения-сжатия по глубине в сечении, проходящем через зону опорного давления, мм/м;

Н - расстояние от пласта до рассматриваемой точки в массиве по вертикали, м.

159 Следовательно, весь массив впереди забоя от угольного пласта до поверх­ ности в упругой стадии формируется как единая толстая плита, которая до попа­ дания ее в зону активного прогиба над очистным пространством разбивается на мелкие слои, которые одновременно формируют более крупные пачки слоев, в которых преимущественно реализуются два вида деформирования: отрыв и сдвиг со смятием слабых межслоевых контактов, если таковые имеются.

По мере дальнейшего ухода забоя от скважины характер деформирования массива качественно меняется: периодичность формирования пачек либо слабо проявляется, либо полностью исчезает, величины сдвигов и отслоений возрас­ тают и определяются местоположением этого участка массива по отношению к движущемуся забою и стадией протекания процесса сдвижения.

Представление о фактическом распределении в массиве деформаций рас­ тяжений-сжатий (сдвигов) по мере подвигания забоя при первичной и повтор­ ной подработках толщи дают случаи, приведенные на рис. 5, а, б.

Hl.lY П о д в и г а н и е з а б о я л а в ы, ьл -6 О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 - сдвиг [ — | - р а с с л о е н и е Рис. 5. Изменение по мере подвигания забоев лав деформаций толщи в виде сдвигов и расслоений:

шх. "Карагайлинская", первичная подработка;

а— б — шх. "Октябрьская", повторная подработка Очевидно, что информация о межслоевых сдвигах в подрабатываемом массиве в значительной мере должна способствовать объяснению механизма проявления газодинамических явлений. Весьма важна роль оценки межслоевых сдвигов при управлении горным давлением в очистных забоях и при расчетах устойчивости крепей подрабатываемых подготовительных выработок.

- 160 Класс полезного использования этого геомеханического параметра широк и до конца не исследован.

Анализ рассчитанных по формуле (1) межслоевых сдвигов, по фактиче­ ским данным наблюдений за глубинными реперами, показал, что существует зависимость между относительными величинами сдвигов d jr|, по оси у и рас­ стояниями от них до забоя лавы по оси х, которые выражены в относительных величинах времени: //Га, где / - текущее время, а Та - продолжительность актив­ ной стадии процесса сдвижения подрабатываемой толщи пород. Величина Та для имеющихся случаев наблюдений за глубинными реперами определялась по фактическому времени их смещения в период активной стадии из известного выражения:

Тл = K'H(cXg5'0 +ctg(pj)/c, мес., (3) где 1C - некоторый коэффициент, характеризующий активную стадию процесса сдвижения толщи;

Я - глубина разработки, м;

5'о и ф'3- динамические: граничный угол и угол полных сдвижений по простиранию при движущемся забое, (...°);

с скорость подвигания забоя лавы, м/мес.

Значения угловых параметров принимались равными 80= 78° и фз = 50° на основании обобщения имеющихся в Кузбассе случаев наблюдений за развитием процесса сдвижения массива и поверхности во времени.

В результате получены распределения средних относительных межслоевых сдвигов во времени для первичной и повторной подработок массива, которые зада­ ны в табличном виде как зависимость функции Fz(l) от координаты г = //Та.

Величина межслоевого сдвига в любой момент времени / и в любой точке подрабатываемого массива может быть определена из выражения:

где г\г(„ - экспериментально наблюдаемое оседание во времени любой точки подрабатываемого массива горных пород, мм;

S :(и и F :(0 - функции распределе­ ния оседаний и относительных межслоевых сдвигов во времени для первичной и повторной подработок (табл. 1);

/и/.- - погрешность оценки функции F :(1).

Таблица пт 0.1 0,2 0,7 0,8 1. 0, 0 0, 0,4 0, 0, 0,01/ 0.92/ 0,97/ 0,02/ 0,59/ 0,99/ 1.0/ 0.06/ 0,23/ 0.80/ 0/ S :0 0,03 0, 0,08 0.95 0,98 1, 0,16 0,34 0,55 0, 0.1/ 0,14/ 0,88/ 1,07/ 0,18/ 0,10/ 0,08/ 0,92/ 0,66/ 0.40/ 0,25/ р 0,1 0,70 0,10 0,06 0, 0,92 0,68 0.42 0,20 0. 0, Функция распределения оседаний в массиве во времени Sz(l) получена на основании учета экспериментально наблюдаемого эффекта запаздывания во вре­ мени величины оседания каждого верхнего слоя (пачки слоев) по отношению к нижнему. В результате при последовательном прогибе слоев снизу вверх вре­ -161 мя, необходимое для оседания до заданной величины каждого вышележащего слоя, увеличивается, а величина оседания уменьшается. Эти свойства слоистого массива использованы для установления типовых распределений во времени оседаний любых слоев подработанной толщи за пределами зоны обрушения при разной степени ее подработанности (рис. 6).

ч.

а) 0. 0. | 0. S о 0. 0. 0. **/’ т 1П 6) ° - 0. “ 0. I " g -0. 1~ К -0. 8 - 0. ° - 0. -0. О О.Х 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.5»

относител ьное вр ем я * / Рис. 6. Типовые распределения относительных оседаний точек массива во времени (а - первичная и б - повторная подработки) Средние квадратические отклонения единичных случаев сдвижения глу­ бинных реперов от средней типовой кривой весьма незначительны и не превы­ шают т = 0,03 для первичной и т = 0,04 для повторной подработок.


При этом установлено, что для повторно подрабатываемой толщи пород при полной подработке распределения величин оседаний во времени в проме­ жуточных точках массива удовлетворительно совпадают во времени с оседа­ ниями поверхности, что позволяет для практических целей использовать для массива динамическую кривую оседаний поверхности. Расчетное максимальное оседание поверхности для различных горно-геологических условий Кузбасса выполняется с достаточно высокой степенью надежности т 0,1г|„,. Поэтому допустимо использовать для расчета динамического максимального оседания величину г\т, рассчитываемую в обычных условиях для закончившегося процес­ са сдвижения.

Для удобства оценки величин межслоевых сдвигов во времени по мере подвигания забоя лавы, они приведены на рис. 7 в относительных единицах на 1м максимального оседания для условий первичной и повторной подработок.

162 Рис. 7. Расчетная величина межслоевого сдвига, приходящаяся на 1м максимального оседания слоя пород для активной стадии протекания процесса сдвижения толщи Из рис. 7 следует, что максимальные по величине межслоевые сдвиги в массиве формируются позади забоя в точке с координатой z(t) = (0,4 - 0,5)7^, а в точке z(t) = 1,0 в массиве, по окончании активной стадии процесса сдвижения, будут иметь место остаточные межслоевые сдвиги величиной до 75-90 мм на 1м максимального оседания для интервала 8-12 м.

Распределение межслоевых сдвигов по глубине в выражении (4) преду­ сматривает с 50-процентной вероятностью, что в любой точке массива могут быть либо расслоения, либо межслоевые сдвиги. Такой вывод сделан на основа­ нии введения в систему изменения по глубине деформаций сжатий и растяже­ ний понятия «баланс деформаций», под которым следует понимать алгебраиче­ скую сумму разности оседаний соседних по глубине точек (реперов) на опреде­ ленный период времени подвигания забоя (см. рис. 5). Из рис. 5 также следует, что по мере подвигания забоя постоянно меняется соотношение участков масси­ ва, деформирующихся преимущественно либо в форме расслоений, либо меж­ слоевых сдвигов, что, по-видимому, связано с осадками основной кровли.

Несмотря на то, что согласно общим представлениям о деформировании массива должна существовать зависимость величин межслоевых сдвигов от кратности подработки, на самом деле эта зависимость, согласно эксперимен­ тальным данным, нами не установлена. По данным наблюдений в одном и том же вертикальном сечении, проходящем через одну и ту же координату г в раз­ ных точках массива по глубине, могут одновременно наблюдаться как расслое­ ния, так и межслоевые сдвиги.

Для перехода в выражении (4) от максимального оседания поверхности к максимальному оседанию слоя в толще пород, расположенного на расстоянии h от вынимаемого пласта, для условий первичной подработки вводится коэффи­ циент объемного разуплотнения массива (Кр), который в зависимости от кратно­ сти подработки подчиняется зависимости:

К р = 1+ 0,4ехр (-А h/m );

(5) -163 где him = 5-50 - кратность подработки рассчитываемого слоя пород;

А - коэф­ фициент, зависящий от кратности подработки (табл. 2).

Т аблица him 5 10 20 30 40 50 70 А 0.4 0, 0,3 0,205 0,120 0,10 0, 0, По данным обобщения наблюдений за оседаниями глубинных реперов на участках выше зоны водопроводящих трещин с кратностью подработки Н/т значение этого коэффициента можно принять равным Кр = 1,001 - 1,002.

Установлена зависимость, отражающая изменение продолжительности протекания активной стадии процесса сдвижения в подрабатываемой толще, в зависимости от глубины залегания рассматриваемого слоя и скорости подвига­ ния забоя (с):

5,7 + 0,ЗАЛ АТ = - сут, (6) V /o « ~ lJ с-4’3ехР(-°’04) / « + где Ah - расстояние между поверхностью и рассматриваемым слоем пород, м;

ом и и„- максимальные скорости оседания рассматриваемого слоя и поверхности.

Величина АТ отражает уменьшение общей продолжительности процесса сдвижения в массиве по отношению к поверхности. При расчете на заданной глу­ бине в массиве оседаний и дрругих параметров сдвижения во времени, рассчитан­ ное по формуле (3) значение Та уменьшается на величину АТ. По эксперименталь­ ным данным величина АТ может изменяться от 3-5 сут до 20-25 сут и более.

Оседание любого подрабатываемого слоя в массиве определяется по из­ вестной формуле:

Лг(1)=Л *г5*(п»

где r\mT= r\m + Аг| 1 + Лг|2 - максимальное оседание рассматриваемого слоя в мас­ сиве при первичной подработке, м;

Arj, =1,001/г, - величина разуплотнения по­ род при кратности от H im 50 до поверхности;

\ - переменное расстояние от слоя пород с кратностью H im 50 д0 поверхности, м;

Аг]2 =Kh2 - перемен­ ная величина разуплотнения пород в интервале кратностей от Н /т 5 до Н /т 50;

- расстояние от слоя с кратностью от Н /т 5 до Н /т 50 м.

На базе вышеприведенных положений и параметров сдвижения подраба­ тываемого горного массива разработана методика прогноза формирования нор­ мально-секущих трещин в породных слоях, позволяющая оценить их местопо­ ложение, величину и степень их перекрытия за счет межслоевых сдвигов.

Выполненные исследования по обобщению экспериментального материа­ ла по сдвижению в массиве глубинных реперов имеют важное теоретическое и практическое значение в вопросах установления характера и регламента поведе­ 164 ния массива на разных стадиях его деформирования, первоочередности отработ­ ки нижележащих пластов по отношению к верхним, снижения газового давле­ ния и обоснования защитной выемки от газодинамических явлений.

ЛИТЕРАТУРА 1. Петухов И. М. Н еко то р ы е н овы е м етоды и п р и б о р ы для и зм ер е н и я с д в и ж ен и я горны х п ород и угля: Тр. В Н И М И, сб. X X V II. - М. : У гл етех и зд ат, 1953.

2. Турчанинов И. А., Петухов И. А. О п ы т п р и м ен ен и я гл у б и н н ы х р еп ер о в для н аблю дени й за д еф о р м ац и ям и толщ и горны х п ород. - М.: У гл етех и зд ат, 1958. - 2 3 с.

В.Н. Г ео м ех ан и к а 3. Г у сев тех н о ген н ы х во д о п р о во д ящ и х тр ещ и н. - С П б : С П Г Г И, 1 9 9 9.- 1 5 6 с.

4. Канлыбаева Ж. М. З ак о н о м ер н о сти сдви ж ен и я го р н ы х п о р о д в м асси ве. - М :

Н аука, 1968. - 107 с.

2005 ВНПМП УДК 622.268.6:622.456. И. В. КЛИМЧУК (ООО «Минова»), М. Д. ИЛЬИНОВ, Ю. М. КАРТАШОВ, В. А. ЗВЕЗДКИН (ОАО ВНИМИ) П Р И М Е Н Е Н И Е П О Л И М Е Р Н О ГО П О КР Ы ТИ Я ТЕ К Ф Л Е К С Д Л Я А Э Р О И З О Л Я Ц И И П О Д З Е М Н Ы Х С О О Р УЖ Е Н И Й И П О Д Д Е Р Ж А Н И Я ГО Р Н Ы Х П О РО Д НА КО Н ТУР Е В Ы Р А Б О ТКИ Полимерное покрытие Текфлекс представляет собой специально разрабо­ танный фирмой «Минова КарбоТех ГмбХ» латексно-цементный материал для широкого спектра применения в горнодобывающей промышленности.

Текфлекс состоит из жидкого полимерного компонента (латекса) и це­ ментного порошка, которые в объемном соотношении 2:1 при помощи специ­ ального пневматического насоса перемешиваются и путем аэрозольного распы­ ления наносятся на обрабатываемую поверхность. Жидкий латекс на основе синтетической смолы обеспечивает гибкость и эластичность полимерного по­ крытия, состав на основе цемента с синтетическими волокнами придает этому покрытию прочность.

Основные области применения полимерного материала Текфлекс:

- герметизация поверхности горных выработок, вентиляционных и изоли­ рующих сооружений;

- изоляция поверхности угля, склонного к самовозгоранию;

- удержание поверхности угля и горных пород в кровле и боках вырабо­ ток, замена удерживающих элементов крепи (затяжки, набрызгбетона и др.);

- защита поверхностей от атмосферных воздействий.

К преимуществам применения полимерного покрытия Текфлекс относятся:

- отличная адгезия ко всем видам поверхностей (уголь, порода, металл, бетон и др.);

- высокая эластичность материала, не приводящая к образованию трещин;

- высокая несущая способность и прочность;

- непроницаемость после отверждения для воздуха и газа.

-166 покрытия Текфлекс Технические данны е полимерного Время отверждения полимерного покрытия 40 мин Расход на образование 1м2 покрытия толщиной 1мм 1,2 кг Толщина покрытия: изолирующего 2 -3 мм удерживающего 4 -6 мм В комплектацию специального пневматического насоса для приготовле­ ния и набрызга материала Текфлекс входят: смесительная емкость для переме­ шивания компонентов, подающий насос, шланги для подачи сжатого воздуха и полимерного материала, распылительная форсунка.

Для проведения работ необходимо обеспечить подачу сжатого воздуха к насосу давлением не менее 0,4 МПа и расходом не менее 3,5 м3/мин, а также во­ ды для промывки оборудования по окончании работ.

Полимерный материал Текфлекс после перемешивания компонентов в смесительной емкости в виде набрызга наносится на обрабатываемую поверх­ ность с расстояния 1,0-1,5 м ровными слоями толщиной 1,0-1,5 мм. После вы­ сыхания первого слоя повторно наносятся последующие слои для получения требуемой толщины покрытия. В результате на обрабатываемой поверхности формируется твердая прочная воздухонепроницаемая эластичная оболочка.

Опыт внедрения материала Текфлекс на угольных шахтах Кузбасса пока­ зал высокую эффективность применения полимерного покрытия для снижения и ликвидации утечек воздуха через массив вокруг основных воздухоподающих горных выработок, а также для газоизоляции вентиляционных и изолирующих сооружений.

Так, обработка покрытием Текфлекс позволила ликвидировать утечки воз­ духа в вентиляционном гезенке на шахте «Салек». Вентиляционный гезенк пря­ моугольной формы поперечного сечения был пройден с пласта 60 на пласт 58, закреплен сталеполимерной анкерной крепью и обработан на всем протяжении выработки по периметру полимерным покрытием Текфлекс изолирующим сло­ ем толщиной 3 мм.


На этой же шахте применение полимерного покрытия Текфлекс для обра­ ботки наклонного вентиляционного ствола пласта 58 изолирующим слоем тол­ щиной 3 мм помогло ликвидировать утечки воздуха через угольный целик меж­ ду вентиляционным воздухоподающим и путевым наклонным стволом, обеспе­ чив тем самым защиту от самовозгорания угля.

Обработка устья наклонного вентиляционного ствола на шахте разреза «Си биргинский» (УК «Южный Кузбасс») изолирующим слоем толщиной 2-3 мм по­ зволила значительно снизить утечки воздуха через монолитную бетонную крепь.

На шахте имени Ленина (УК «Южный Кузбасс») за счет герметизации по­ лимерным покрытием Текфлекс конвейерного квершлага горизонта -240 м уда­ лось прекратить доступ кислорода через трещины в породном массиве в зону пожарного участка, расположенного вблизи квершлага.

Для воздухоизоляции наклонного вентиляционного ствола пласта 52 шах­ ты «Соколовская» (СУЭК) полимерным покрытием Текфлекс была обработана выработка на протяжении 800 м. Расход материала Текфлекс на создание изоли­ рующего покрытия составил 48 т.

-167 В настоящее время на шахте «Колмогоровская-2» проводится обработка воздухоподающего вентиляционного наклонного ствола пласта Полысаевский изолирующим слоем материала Текфлекс толщиной 3 мм для ликвидации уте­ чек воздуха через угольный целик между вентиляционным и путевым стволом с целью предотвращения самовозгорания угля.

Еще одним направлением применения этого покрытия является снижение утечек воздуха из надшахтных зданий вентиляционных установок. Опыт ис­ пользования материала Текфлекс для этих целей накоплен на шахте имени Ле­ нина (УК «Южный Кузбасс»), где за счет обработки изнутри стен надшахтного здания клетевого ствола покрытием удалось значительно уменьшить утечки воз­ духа из здания.

Особенно важна и актуальна проблема надежной воздухоизоляции венти­ ляционных и изолирующих сооружений на шахтах, отрабатывающих пласты, склонные к самовозгоранию. Некачественное возведение перемычек, а также утечки воздуха через трещины в окружающем перемычку массиве приводят к тому, что в отработанное пространство поступает кислород воздуха, происходит самонагревание угля и, как следствие, возникает аварийная ситуация - подзем­ ный эндогенный пожар.

Технология снижения утечек воздуха через изолирующие сооружения и окружающий перемычки массив при помощи полимерного покрытия Текфлекс успешно внедрена на следующих шахтах Кузбасса:

- «Котинская», «Комсомолец», «Октябрьская», «Полысаевская», имени Кирова (СУЭК);

- «Кыргайская» (Ерунаковская УК);

- имени Ленина (УК «Южный Кузбасс»);

- «Дальние горы» (УК «Прокопьевскуголь»);

- «Большевик» (Сибуглемет);

- «Томская» (УК «Южкузбассуголь»), Инструментальные замеры расхода воздуха до и после применения техно­ логии обработки поверхности перемычек и окружающего массива полимерным покрытием Текфлекс показывают существенное снижение утечек воздуха. Так, после уплотнения четырех перемычек №№ 4717, 4716, 4715, 4714 со стороны пожарного участка на шахте имени Ленина (УК «Южный Кузбасс») количество утечек воздуха уменьшилось с 80 до 15 м3/ч.

В сложных случаях, при значительной трещиноватости угля или пород в окружающем перемычку массиве положительный эффект достигается за счет дополнительной обработки трещин путем нагнетания полимерных смол Гео флекс или Беведол-Беведан. Такая технология помогла ликвидировать прососы воздуха вокруг перемычек на шахте имени Ленина (УК «Южный Кузбасс»), Как результат системной работы в направлении повышения воздухоизоля­ ции изолирующих сооружений, на шахтах УК «Южный Кузбасс» внедрена ком­ плексная технология поэтапного возведения и уплотнения изолирующих и взрывоустойчивых перемычек, которая заключается в следующем:

1) быстрое возведение изолирующих, водоупорных и взрывоустойчивы перемычек из материала Текбленд;

-/65 2) снижение прососов воздуха через окружающий перемычку трещинова­ тый углепородный массив путем нагнетания в трещины полимерных смол Гео флекс или Беведол-Беведан;

3) герметизация поверхности перемычек и прилегающего массива поли­ мерным покрытием Текфлекс.

При проведении работ по герметизации поверхности выработок или вен­ тиляционных сооружений расход материала Текфлекс рассчитывается по сле­ дующей методике:

- удельный расход полимерного материала Текфлекс на образование изо­ лирующего слоя толщиной 3 мм - 3,6 кг/м2;

- площадь покрытия поверхности выработки или перемычки (с учетом 10 15 % запаса на неровности поверхности) - например, 100 м2;

- итого расход материала на обработку - 3,6х 100=360 кг.

При цене материала Текфлекс около 150 р./кг (включая НДС) стоимость материала для обработки 100 м2 поверхности составит 54000 р.

На основании положительного опыта внедрения полимерного покрытия Текфлекс на шахтах Кузбасса, Научным центром по безопасности работ в угольной промышленности ВостНИИ (г. Кемерово) изданы дополнения к «Инструкции по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожа­ ров в шахтах Кузбасса», где материал Текфлекс рекомендован для гермети­ зации наклонных вентиляционных стволов на пластах, склонных к самовоз­ горанию угля.

В проектах новых, действующих и реконструируемых шахт НЦ ВостНИИ рекомендует применять мероприятия по герметизации угольных целиков, при­ легающих к основным воздухоподающим выработкам, при помощи материала Текфлекс. К таким выработкам прежде всего относятся:

- вентиляционный ствол шахты «Романовская» (шахтоуправление «Кокс»);

- вентиляционный уклон пласта 30 шахты «Большевик» (Сибуглемет);

- вентиляционный ствол шахты разреза «Ольжерасский» (УК «Южный Кузбасс»);

- гезенк с пласта Ш на пласт IV шахты «Усинская» (УК «Южный Кузбасс»);

- основной вентиляционный шлюз в полевом вентиляционном стволе, на­ клонный вентиляционный ствол пласта 49 шахты «Соколовская» (СУЭК);

- наклонный путевой ствол шахты «Колмогоровская-2».

Своевременное и качественное выполнение мероприятий по газоизоляции и воздухоизоляции горных выработок и сооружений, вентиляционных и изоли­ рующих перемычек при помощи полимерного покрытия Текфлекс позволяет снизить или ликвидировать прососы и утечки воздуха, обеспечить эндогенную пожаробезопасность горных выработок и выработанных пространств и в итоге повысить безопасность ведения горных работ на шахтах.

Для решения вопроса о применимости Текфлекса для поддержания обна­ женных поверхностей горных пород на контуре выработки необходимо было про­ ведение исследований прочностных, деформационных и адгезионных свойств Текфлекса.

-169 В лаборатории физико-механических свойств и разрушения горных пород ОАО ВНИМИ проведены испытания образцов из Текфлекса, включающие опре­ деление следующих показателей:

стр - пределов прочности при растяжении через 1,7 и 28 сут после изготов­ ления образцов;

а - величин удлинения, соответствующих моменту разрушения образцов;

Еа - модулей деформации через 1,7 и 28 сут после изготовления образцов;

способности Текфлекса к адгезии.

Результаты испытаний представлены в таблице (Гв - время от изготовле­ ния образцов из Текфлекса до их испытания, сут).

Результаты испытаний образцов из Текфлекса а, % д, МПа Тв, сут стр, МПа 182 2, 1 2, 186 2, 2, 2,74 40 23, 40 27, 7 2, 27, 7 3, 36 16, 7 3, 3,74 46 19, 30, 7 3,45 24, 28 3, 34 25, 28 2, 26, 3,42 30 17, 28 2, Испытания Текфлекса на «прилипаемость» (способность к адгезии) про­ водились в двух вариантах.

В первом варианте боковая поверхность образцов из мрамора была полно­ стью или частично покрыта слоем Текфлекса. Результаты испытаний на сжатие мраморных образцов показали, что при разрушении образцов покрытие из Тек­ флекса не отделяется от кусков разрушенных образцов. Эти результаты свиде­ тельствуют об удовлетворительной «прилипаемости» Текфлекса, которую не может нарушить динамический характер разрушения породы.

Качественные результаты вышеприведенных испытаний были дополнены количественными данными о величинах, характеризующих адгезивную способ­ ность Текфлекса (второй вариант испытаний). Текфлекс наносили на плоскую поверхность образцов из бетона и руды, после чего в свежем незатвердевшем покрытии устанавливался перфорированный стальной диск, на который наноси ли дополнительный слой Текфлекса. Время от установки диска на поверхность материалов до испытания составляло 1 и 7 сут. Испытание осуществлялось вы­ тягиванием перфорированного диска, вставленного в покрытие из Текфлекса, и установлением нагрузки, при которой диск отделялся от породы.

Среднее значение прочности прилипания Текфлекса к бетонному образцу составило: через 1 сут - 0,38 МПа;

7 сут - 0,47 МПа.

170 Среднее значение прочности прилипания Текфлекса к полированной по­ верхности образца из руды составило: через 1 сут - 0,24 МПа;

7 сут - 0,58 МПа.

В Руководстве* указывается, что прочность прилипания новых продуктов при нанесении их на бетонную поверхность должна быть не менее 0,3 МПа.

Следует отметить, что Текфлекс полностью отвечает указанным требованиям и обладает удовлетворительными адгезийными характеристиками.

Результаты исследований позволяют сделать вывод о применимости Тек­ флекса для поддержания обнаженных поверхностей горных пород в сочетании с другими видами крепи.

П орядок проведения лабораторны х испы таний для разрешения применения тонких разбрызгивае­ мых покрытий в качестве замены м еталлической сетки / Двейн Д. Таннат. Ф акультет технологии горного дела и нефти. У ниверситет Алберии. - Эдмонтон, 1998.

2005 ВНПМП УДК 622. 834: [550.

8. 07: 551. 24] М. Г. МУСТАФИН (ВНИМИ) О Ц ЕН КА В Л И Я Н И Я С КО РО С ТИ ПО Д В И ГА Н И Я О Ч И С ТН О ГО ЗА Б О Я НА И ЗМ Е Н Е Н И Е Д И Н А М И К И Н А ГР УЖ Е Н И Я КРА ЕВ Ы Х Ч А С ТЕЙ В Ы РА Б О ТКИ И Х А Р А КТ Е Р С Д В И Ж Е Н И Я П О Д Р А Б О ТА Н Н О ГО М А С С И В А ГО РН Ы Х П О РО Д Разработка угольных пластов на шахтах России в последние годы ха­ рактеризуется применением интенсивных технологий с существенным уве­ личением нагрузки на отдельный очистной забой и, соответственно, скорости его подвигания. Если 15-20 лет назад скорости подвигания очистных забоев редко превышали 100 м/мес, то в настоящее время они достигли 250 м/мес и более. При нынешних нагрузках на механизированные комплексы, которые в отдельные сутки доходят до 20000 т, можно ожидать в ближайшей перспек­ тиве скоростей подвигания очистных забоев 400-500 м/мес.

В «Правилах охраны...» [1], основном нормативном документе, регла­ ментирующем условия выемки угля под застроенными территориями и опре­ деляющим влияние подземных разработок на сооружения различного назна­ чения, к одним из главных факторов, влияющих на характер деформирования пород, относят скорость подвигания очистного забоя. Однако «Правила ох­ раны...» учитывают скорость подвигания очистных забоев до 150 м/мес., что существенно меньше достигнутых на сегодняшний день, не говоря уже об указанных прогнозных. Кроме того, в этом документе она приводится для определения общей продолжительности процесса сдвижения пород и не свя­ зана с его показателями для толщи и земной поверхности.

Вместе с тем изучение процесса сдвижения пород при горных разра­ ботках всегда было чрезвычайно важной задачей горной геомеханики. Знание его параметров определяет общую картину поведения массива горных пород и качество решений не только при разработке охранных мероприятий для объектов на земной поверхности, но и в таких вопросах, как управление гор­ ным давлением, эффективное поддержание и охрана подземных выработок, прогноз и предотвращение динамических явлений, определение гидрогеоло -1 7 2 гических условий и т.д. Безусловно, справедливо и обратное: совершенство­ вание методик, например, в каждом отдельном из перечисленных направле­ ний, пополняет и уточняет наши представления о процессе сдвижения пород.

Об актуальности дальнейшего более углубленного изучения процесса сдвижения пород во многом свидетельствуют данные Ростехнадзора за 2004 год, из которых следует, что в последние годы внезапное обрушение пород кровли наряду с пожарами и взрывами (вспышками и возгоранием) ме­ тана занимает одно из первых мест по количеству аварий (восемь в 2003 г.

и пять в 2004 г.), значительно опережая такие грозные динамические явления, как горные удары (один в 2004 г.) и выбросы угля (два в 2004 г.). С ростом числа аварий в 2004 г. увеличилось почти в 1,5 раза (148), по сравнению с 2003 г., число смертельных случаев.

Всем известна авария, случившаяся 10 апреля 2004 г. на шахте «Тайжина»

ОАО ОУК «Южкузбассуголь», унесшая жизни 47 человек. Правительственная ко­ миссия установила, что главной ее причиной явилось внезапное массовое обруше­ ние пород основной кровли в выработанном пространстве лавы 1-1-5-5, что привело к образованию избыточного вентиляционного давления в выработанном простран­ стве и вытеснению метана и угольной пыли в действующие горные выработки. При этом в акте расследования аварии было принято решение о корректировке «Правил охраны...» с учетом высоких темпов отработки очистных забоев.

Решение вопроса о корректировке «Правил охраны...» связано с прове­ дением специальных исследований, которые должны иметь комплексный ха­ рактер и включать натурные наблюдения, а также глубокую теоретическую проработку вопроса на основе моделирования процесса сдвижения пород как физического, так и на численных моделях с привлечением современных ком­ пьютерных технологий.

Предпосылками для целенаправленного исследования влияния скорости подвигания очистного забоя на изменение динамики нагружения краевых частей выработки и характер сдвижения подработанного массива горных пород помимо методического опыта и большого фактического материала о сдвижении массива горных пород, в различных горно-геологических и горнотехнических условиях разработки угольных пластов, накопленного преимущественно во ВНИМИ, мо­ гут служить средства изучения поведения массива, разработанные в последние годы, и некоторые результаты, приводимые ниже.

Многолетними наблюдениями за сдвижением земной поверхности при подземных разработках установлено [1], что с увеличением скорости подви­ гания очистного забоя уменьшается общая продолжительность процесса сдвижения. В ряде источников приводится утверждение: «Большая скорость подвигания очистного забоя - меньше давление пород кровли на призабой­ ную крепь».

Рассуждая на эту тему, можно заметить, что, безусловно, сдвижение под­ работанного массива происходит не одномоментно, а на протяжении какого-то времени, измеряемого в пределах от нескольких месяцев до единиц годов (без -173 учета различных аномалий). Тогда, при определенных горно-геологических условиях и мощности разрабатываемого пласта, возможно изменением ско­ рости подвигания очистной выработки управлять процессом сдвижения по­ род. При этом, когда скорости подвигания очистного забоя и разрушения подрабатываемого массива пород соизмеримы, т. е. при каждом условном шаге подвигания, полностью (с учетом реологических факторов) реализуется процесс разрушения массива, то можно говорить об отсутствии влияния в этих условиях скорости подвигания очистного забоя на конечные деформа­ ции в массиве и на земной поверхности, а также на нагрузки в краевых час­ тях угольного пласта. Надо заметить, что такие величины скорости подвига­ ния очистных забоев, в значительной мере, отвечают периоду до 90-х годов прошлого столетия (с этим связано небольшое количество публикаций по этому вопросу).

В отмеченном соотношении, при превалировании скорости подвигания очистного забоя, происходит и уменьшение общей продолжительности про­ цесса сдвижения [1] и, соответственно, величин деформаций на земной по­ верхности. Что касается напряжений в приконтурных областях очистной вы­ работки, то здесь нет простого ответа, и весьма сильно влияние горно­ геологического фактора.

Понятно, что одна из главных ролей в этом процессе принадлежит прочности пород. Причем, ввиду того обстоятельства, что речь идет об отно­ сительно продолжительных периодах нагружения пород, при котором реали­ зуются реологические процессы, в расчетах следует применять характери­ стику длительной прочности пород. Тогда, для демонстрации или оценки влияния скорости подвигания очистного забоя на напряженно деформированное состояние (НДС) массива горных пород, можно смодели­ ровать эту задачу, варьируя величинами длительной прочности пород. По­ следняя, как известно, меньше, чем мгновенная прочность пород. По данным работ [2, 3], отношение мгновенной прочности к длительной находится в пре­ делах 1,2-1,7.

Метод моделирования поведения массива горных пород, нарушенного горными выработками, основан на применении компьютерной технологии, разработанной во ВНИМИ (программные комплексы «НЕДРА» [4]). Суть ее состоит в реализации метода конечных элементов для решения нелинейных (объемных «НЕДРА 3D» и плоских «НЕДРА 2D») задач о НДС массива гор­ ных пород.

Рассмотрим следующий пример. Допустим, что пройдены с разной ско­ ростью две очистные выработки. Первая - со скоростью, при которой обес­ печивается процесс ползучести пород (скорость, примерно, менее 50- м/мес.), а вторая - достаточно быстро для того, чтобы не в полной мере раз­ вились реологические процессы (скорость, примерно, более 300 м/мес.). Ис­ ходные данные для построения модели и сами модели одинаковы, за исклю­ чением прочностных показателей пород: во втором варианте сцепление по­ род в 1,7 раза меньше, чем в первом.

-174 Модель представляет собой массив горных пород шириной 960 м и высо­ той 704 м, сложенный алевролитами (модуль упругости = 10 ГПа, сцепление С = 10 МПа, рис.1). На глубине 512 м залегает угольный пласт мощностью 4 м.

Над пластом в 16 м залегает слой песчаника с прочностью в три раза выше, чем у алевролитов. По пласту пройдена лава с длиной забоя 200 м.

Рис. 1. Структурная и конечно-элементная модели массива горных пород Решалась упругопластическая двумерная задача с использованием ПК «НЕДРА 2D». Надо заметить, что для общего случая задача безусловно тре­ бует решения в объемной постановке (ПК «НЕДРА 3D»), и следовало бы скрупулезно смоделировать пошаговое подвигание лав с разными скоростя­ ми, что потребовало бы получение полных диаграмм деформирования и раз­ рушения пород в широком спектре длительности нагружения пород. Другим способом получения реологических прочностных параметров, который мож­ но считать более надежным для конкретных условий, являются обратные расчеты, что, в свою очередь, требует проведения натурных наблюдений. Как уже отмечено, для оценки разницы НДС можно ограничиться плоской упру­ гопластической задачей, опуская динамику процесса деформирования, де­ монстрируя лишь конечные его отличия.

Смоделированные НДС массива горных пород, а также проявление про­ цесса перераспределения напряжений: зоны разрушения - показаны на рис. 2.

Как следует из рассмотрения рис. 2 вертикальные смещения выше при низких скоростях подвигания забоя, при этом изолиния со значением - 550 распространя­ ется на глубину 160 м (см. рис. 2, в), в то время как при высокой скорости эта изо­ линия достигает лишь глубины 144 м. Это является следствием разности картин разрушений (см. рис. 2, а). По напряжениям обратная картина: наблюдается их снижение при низких скоростях (см. рис. 2, б). Объяснение состоит в том, что в кровле залегает песчаник, который действует подобно консоли: длинная консоль высокие напряжения, короткая (при разрушении) - низкие.

-175 а Рис. 2. Результаты моделирования (слева - при высокой скорости подвигания очистного забоя, справа - при низкой);

зоны разруш ения;

максимальные напряжения (МПа);



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.