УДК 622.834.2
аспирант
доц., к. т.н.
Донецкий национальный технический университет
г. Донецк, Украина
доц., к. т.н.
Красноармейский индустриальный институт ДонНТУ
г. Красноармейск, Украина
О влиянии литологии горного массива на вывалоопасность пород непосредственной кровли комплексно-механизированных забоев глубоких шахт
The influence of lithology on the mountain rocks danger fall of rocks immediate roof mechanized coal faces in deep mines
Рост глубины отработки угольных пластов оказывает негативное влияние на работу забоя в плане увеличения интенсивности вывалов пород кровли в призабойное пространство лав. В условиях глубоких шахт Донбасса площадь вывалов составляет 50-60% поверхности кровли по площади выемочного поля, их средняя высота достигает 0,7-1,2 м. Продолжительность простоев, связанных с ликвидацией последствий вывалов, превышает 50-60% суммарной продолжительности нетехнологических простоев лав [1], а средний коэффициент смертности при обрушении пород кровли составляет 0,6 [2].
Закономерности проявлений горного давления в очистных забоях глубоких шахт изучены недостаточно, что подтверждается наличием многочисленных проблем управления кровлей при обеспечении безопасных условий труда. Эти проблемы предопределяются наличием слабых пород непосредственной кровли, которые деформируются впереди лавы на ее опорном контуре и обрушаются в призабойное пространство непосредственно после выемки угля [3].
Склонность к вывалам, по мнению О. Якоби, является наиболее информативным показателем состояния кровли [4].
|
Основная кровля представлена песчаником l1Sl2 от мелкозернистого до среднезернистого, кварцево-полевошпатовый, слоистый, выбросоопасный, водоносный мощностью от 6,4 м до 12,2 м (в отдельных интервалах выступает непосредственной кровлей).
Угольный пласт l1 на площади выемочного поля отнесен к опасным по внезапным выбросам угля и газа, опасным по пыли и внезапным выдавливаниям угля, не склонен к самовозгоранию.
Лава оборудована механизированным комплексом 1МКД90 в комплекте с механизированной крепью 1КД-90 поддерживающе-оградительного типа с возможностью передвижки секций с активным подпором кровли вслед за проходом выемочного комбайна УДК 200-250, скребковым конвейером СП-26У. Коэффициент затяжки кровли составляет 0,9. Комбайн осуществляет выемку угля по односторонней схеме с самозарубкой в пласт «косыми заездами».
Натурные наблюдения за особенностями механизма вывало-образования пород непосредственной кровли в 1-й северной лаве пласта l1 ведется с момента начала отработки выемочного столба. В процессе отработки выемочного столба наблюдалось изменение литологических характеристик кровли: слой глинистого сланца в непосредственной кровле стохастически изменял свою мощность, причем местами до полного выклинивания. В связи с чем, характер вывалообразования носил также незакономерный сложнопрогнозируемый характер.
Максимальные частота и объем вывалов в 1-й северной лаве пласта l1 наблюдались в момент первичной посадки кровли, которая, зависая на большой площади, приводила к созданию большого опорного давления. При этом непосредственная кровля разрушалась над опорным контуром и наблюдалась значительная интенсификация вывалов пород кровли вдоль всей лавы.
Как видно из диаграммы (рис. 3), в период первичной посадки высота вывалов достигала 1,6 м, а при дальнейшей работе лавы средняя высота вывала составила 0,4 м.
Наблюдения показали, что в процессе дальнейшей отработки лавы при режиме установившейся посадки основной кровли вывалообразование было нетипичным и все прогнозы геологов о потенциально вывалоопасных зонах не оправдались.
Согласно прогнозу горно-геологических условий ведения работ в выемочном поле на участках интенсификации водопритока в средней и нижней части лавы при отходе от разрезной печи на 600 м были спрогнозированы вывалоопасные зоны, но данный прогноз не подтвердился в процессе отработки - вывалов в средней части лавы в середине 2010 года не было.
Рис. 2. Поверхность кровли очистного забоя с учетом вывалов в период первичной посадки пород основной кровли
Наблюдения в 1-й северной лаве группового уклона пласта l1 шахты «Стаханова» показали, что максимальные зоны вывалов были зафиксированы на 50-метровом участке в центральной части лавы, где высота вывала достигала 1,6 м. На концевых участках лавы наблюдались 30-метровые зоны со значительно меньшим объемами вывалов (рис. 3).
Поэтому для создания безопасных условий труда, обеспечения ритмичной работы очистного забоя и существенного уменьшения зольности добытой горной массы, необходимо установить особенности механизма вывалообразования и определить рациональные параметры технологических решений по предотвращению или минимизации вывалов.
Рис. 3. Горно-геологические условия отработки 1-й северной лавы пласта l1 в сопоставлении с фактическими зонами вывалов
Инструментальные наблюдения за вывалообразованием, проведенные во время отработки выемочного столба 1-й северной лавы группового уклона пласта l1 блока 2 шахты «Стаханова», дали возможность получить графическую интерпретацию поверхности кровли очистного забоя с учетом высоты вывалов по всей площади выемочного поля лавы (рис. 4).
На графике видно, что высота вывалов по площади выемочного поля колеблется от 0,2 м до 3,5 м. Причем отчетливо проявляются зоны интенсификации вывалов при первичной посадке пород основной кровли, в зонах повышенного горного давления вследствие наличия технологических целиков на смежных пластах l3 и l7, а также резкого зонального изменения литологии вмещающей толщи.
Анализ условий отработки очистных забоев по пласту l1 шахты «Стаханова» показал, что характерными причинами вывалов пород кровли являются:
- формирование повышенного напряженно-деформированного состояния пород кровли на участке выемочного поля, предшествующем первичной посадке основной кровли;
- наличие зональных изменений литологии пород, представляющее собой изменение мощности непосредственной кровли (глинистого сланца, смятого со следами скольжения, прочностью σсж = 30 МПа от весьма неустойчивого Б1 до неустойчивого Б2) и приводящее к приближению основной кровли (водоносного трещиноватого песчаника l1Sl2, прочностью σсж = 70-90 МПа и мощностью m = 12,2 м) к угольному пласту;
- выделение воды из песчаника основной кровли (от прерывистого капежа до непрерывных струй), что значительно ослабляет несущую способность пород непосредственной кровли;
- наличие зон повышенного горного давления от оставленных технологических целиков при ведении горных работ на пластах l3 и l7.
На планшете 1-й северной лавы пласта l1 видно (рис. 4), что на расстоянии 210-230 м от разрезной печи (ПК114-118) лава набрала «конверт» и в течение 30 м ее подвигания наблюдались заколы в кровле очистного забоя и значительная интенсификация вывалов непосредственной кровли в центральной части лавы (135-270 м от конвейерного штрека), высота которых колебалась от 0,6 м до 1,6 м. При первичной посадке основной кровли на отдельных участках лавы вследствие слабого межслоевого контакта происходили вывалы песчаника на высоту до 1 м.
Наличие в непосредственной близости от пласта мощного и крепкого песчаника (σсж = 70-90 МПа, m = 12,2 м) привело к увеличению величины и скорости смещения боковых пород, росту давления на призабойную крепь и призабойную часть пласта. Максимальный прогиб слоя песчаника основной кровли при его первичной посадке является одной из причин многочисленных вывалов пород кровли в лаве.
Рис. 4. Поверхность кровли очистного забоя с учетом высоты вывалов по площади выемочного поля лавы
В местах максимального приближения песчаника основной кровли к пласту, что соответствует минимальной мощности непосредственной кровли, над опорным контуром лавы происходил изгиб и последующее разрушение нижней части прочного и хрупкого слоя песчаника. Это приводило к формированию совместной зоны вывала пород непосредственной кровли и дезинтегрированной части основной кровли.
Рис. 5. Распределение вывалообразования в зависимости от приближения основной кровли к угольному пласту
Из графиков, представленных на рис. 5 видно, что на отдельных участках выемочного поля высота вывалов значительно превышает мощность пород непосредственной кровли, что свидетельствует о наличии вывалов пород основной кровли – нижней части слоя прочного песчаника.
Неравномерно цикличный характер изменения высоты вывалов по длине выемочного поля (при достаточно высокой сходимости данного параметра с колебанием мощности пород непосредственной кровли), вероятно, связан с периодичностью проявлений горного давления при установившемся режиме посадке основной кровли.
Таким образом, прослеживается прямая зависимость влияния литологии вмещающих пород на интенсивность разрушения пород непосредственной и основной кровли над опорным контуром лавы и последующим вывалообразованием в очистном забое.
Литература.
1. Проскуряков состоянием массива горных пород − М.: Недра, 1991 − 368 с.
2. Грядущий основы управления вывалоопасными кровлями в очистных забоях. Автореферат на соискание уч. степени доктора технических наук. - Днепропетровск, 1997. − 35с.
3. , Ярунин состоянием массива горных пород. – М.: Недра, 1995. − 395с.
4. Практика управления горным давлением - М.: Недра, 1987. − 566 с.
Аннотация.
Представлены результаты исследований механизма вывалообразования пород кровли в условиях первой северной лавы пласта l1 шахты «Стаханова» ГП «Красноармейскуголь» и установлены особенности формирования вывалов в зависимости от литологического строения пород основной и непосредственной кровли.
There are results of investigations into the mechanism of falling of rocks which are got in the 1-st northern face of coalseam l1 "Stakhanov mine" GP "Krasnoarmeiskugol" in Western Donbas. Reasons of falling of rocks depend on the lithology of rocks of main and immediate roof.
Ключевые слова.
вывал, очистной забой, устойчивость, кровля
fall of rocks, coal faces, safety, lithology, roof
