Во втором случае (когда разрабатывают свиту пластов или жил) значение деформаций пород обусловливаются прежде всего порядком и очередностью отработки отдельных пластов (жил) в свите, их мощностью, условиями залегания и способом управления горным давлением.
Различают пласты независимые и сближенные. Пласты в свите считают независимыми, если разработка их возможна в любом порядке и очередности. Под сближенными понимают обычно такие пласты, одновременная разработка которых затруднительна или невозможна или когда разработка одного из них осложняет дальнейшую разработку другого.
При отработке нижнего пласта ранее верхнего (т. е. при подработке) происходит смещение вышележащих пород толщи, вследствие чего над нижним пластом возникает, как правило, зона беспорядочного обрушения, переходящая постепенно в зону прогиба пород с образованием трещин, выше которой появляется зона плавных прогибов. Если подрабатываемый пласт попадает в одну из первых двух зон, то он может оказаться разрушенным или сильно разбитым трещинами, и разработка его становится затруднительной.
Минимальная мощность междупластья, при которой рационально подработка вышележащего пласта, и условиях пологого залегания пластов в Донецком и Карагандинском бассейнах может быть рассчитана по формуле:
В этом случае минимальное опережение Lоп и его продолжительность ton при подработке в соответствии с рекомендациями определяют из выражений
В процессе подработки верхний пласт последовательно проходит через следующие стадии деформирования:
а) нагрузка и уплотнение в зоне опорного давления, возникающей впереди очистного забоя нижнего пласта;
б) разгрузка, опускание и разломы над породами, нависающими над выработанным пространством подрабатывающего пласта;
в) повторная нагрузка и уплотнение в зоне опорного давления, возникающей позади нависающих пород (т. е. в той части выработанного пространства, где эти породы получают опору);
г) частичное восстановление первоначальных напряжений в зоне полных сдвижений.
Рекомендуемая литература: основная [1-10], дополнительная [11-15].
Контрольные задания для СРД (тема 5) [1- 10]
1. Перечислите характерные особенности проявлении горного давления и задачи управления горным давлением в очистных выработках
2. Каковы проявления горного давления в очистных выработках при различных системах разработки угольных и рудных месторождении
3. Методы расчета напряжений и деформаций (перемещений) пород вокруг очистных выработок
4. Каково НДС пород вокруг очистной выработки, зоны опорного давления и разгрузки
5. Взаимное влияние очистных выработок при разработке обособленных и сближенных пластов или жил
Раздел 6 Проявления гео - и газодинамических явлений на глубоких горизонтах
Тема 6 Проявления гео - и газодинамических явлений на глубоких горизонтах (4 часа)
План лекции
1. Гео - и газодинамические явления на глубоких горизонтах
2. О механизме горных ударов
3. Энергия горных ударов
4. Классификация горных ударов
5. О механизме возникновения и протекания внезапных выбросов
6. Прогноз выбросоопасности массива горных пород
Гео - и газодинамические явления на глубоких горизонтах
Деформации и последующие разрушения массива горных пород вблизи обнажений могут происходить не только в статической, но и в динамической форме, хотя и являются они, как и в первом случае, следствием накопления в сравнительно ограниченном пространстве статической энергии напряжений.
Таким образом, горный удар – это взрывное освобождение энергии предельно напряженного участка массива, вызывающее хрупкое разрушение пород с интенсивным дроблением и выбросом их в выработанное пространство. Это явление сопровождается резким звуком, сейсмическими колебаниями окружающего массива и воздушной волной. В результате горного удара разрушается часть выработки, ее крепь, технологическое оборудование и могут пострадать люди.
Как правило, горному удару предшествует резкое повышение нагрузки на крепь горной выработки или на близлежащие опорные целики. После горного удара эта повышенная нагрузка обычно перераспределяется на целики и крепь смежных участков.
Как и горные удары, внезапные выбросы пород и газа также являются формой динамического проявления горного давления, которые могут быть классифицированы как газодинамические явления. Сущность их состоит во внезапном отделении от забоя и дроблении пород при одновременном выделении значительных количеств газа. Потоком газа, выделяемого при выбросе, порода или полезное ископаемое отбрасывается от забоя, а в массиве впереди забоя возникает полость, заполненная большей частью раздробленным материалом. Продолжительность процесса внезапного выброса составляет обычно от долей до нескольких секунд; в отдельных случаях она может достигать нескольких минут.
Таким образом, внезапный выброс можно определить как явление быстрого разрушения некоторого призабойного участка массина, сопровождающегося интенсивным дроблением и измельчением разрушаемой породы и отбрасыванием ее в выработку с одновременным выделением значительных количеств газа.
Общими характеристиками и признаками внезапных выбросов являются: образование мелко дробленной породы, выбрасываемой на большие расстояния от забоя; образование языкообразной полости, заполненной дробленной породой; большое количество выделяемого при выбросе газа; относительно небольшое по сравнению с горными ударами повреждение крепи и пород вне пределов полости выброса.
Внезапные выбросы происходят при ведении горных работ в угольных пластах, в каменных, калийных и магниевых солях, а также при проведении выработок во вмещающих породах каменноугольных месторождений, в большинстве случаев в крепких песчаниках. Основными газами, выделяемыми при внезапных выбросах, являются метан, углекислый газ и азот. В одних случаях выделяется преимущественно какой-либо один из этих газов, в других - их смесь. Полости, образуемые впереди забоя в результате внезапного выброса, бывают разнообразной формы: чаще всего удлиненные груше - или кармановидные, но иногда близкие к сферической, разветвленные, сложной и неправильной конфигурации. Как правило, горловина полости бывает значительно более узкой, чем поперечный размер центральной ее части.
Силу или масштаб внезапного выброса оценивают по поперечным размерам и объему образуемых полостей, количеству выброшенной породы в тоннах и количеству выделенного газа в кубических метрах. Кроме того, часто устанавливают коэффициент газовыделения п, представляющий собой отношение количества газа N в кубических метрах, выделившегося при выбросе, к количеству раздробленного и выброшенного породного материала Q в тоннах
С ростом масштаба выброса коэффициент газовыделения возрастает.
Представляет интерес также интенсивность внезапного выброса, т. е. отношение количества выброшенного материала Q или выделившегося газа N к длительности t процесса выброса
По характеру проявления различают концентрированные и рассеянные внезапные выбросы [168]. Концентрированные выбросы проявляются в пределах шахтного поля или разрабатываемого пласта в той или иной степени систематично, на более или менее постоянных расстояниях друг от друга по мере проведения выработок. Эти расстояния называют шагом выбросов. Рассеянные выбросы проявляются неравномерно по площади шахтного поля или по простиранию пласта.
Число выбросов на данной шахте или руднике либо в течение года, либо приходящееся на 1 млн. т добытого полезного ископаемого, либо на 100000 м3 отработанной площади называют частотой внезапных выбросов.
О механизме горных ударов
Как правило, горные удары приурочены к прочным и средней прочности упругим породам. Наблюдения и анализ проявлений горных ударов показывают, что возникновение их зависит как от геологических, так и от технологических факторов. В числе первых, прежде всего, можно отметить следующие:
♦ прочные и упругие горные породы;
♦ пласты пород, залегающие между более прочными пластами пород;
♦ большая относительная глубина залегания горных пород, т. е. Нот > Р/sсж, где Р - вертикальная нагрузка, sсж - предел прочности пород на сжатие;
♦ проведение горных работ в окрестностях разрывных тектонических нарушений массива, замков складок, флексур и т. п. (установлено, что вблизи таких геологических структур напряженное состояние пород значительно выше «нормального»);
♦ зоны в массиве пород с латентными (скрытыми, «замороженными») напряжениями, величина которых значительно превышает соответствующие показатели в остальном окружающем зону пространстве массива.
Среди технологических факторов, способствующих возникновению горных ударов, можно отнести:
♦ оставление целиков в отработанном пространстве;
♦ отработка целиков, испытывающих большие нагрузки;
♦ расположение большого числа подготовительно-нарезных выработок на участках массива руды или пород, опасных по горным ударам с геологической точки зрения и др.
Конечно, каждый из отдельно взятых факторов может и не вызвать горный удар, но наложение любого из первой группы на любой из второй может явиться причиной этого явления. Однако, безусловен установленный факт, что очагом горного удара является участок концентрации напряжений, т. е. потенциальной энергии упруго сжатого массива пород, находящегося в предельном состоянии.
Роль «спускового крючка» в этих условиях играют различные импульсные нагрузки: упругая волна от взрывов, внедрение в массив рабочего органа добычных машин и механизмов (комбайна, буровой установки и др.), внезапное обрушение пород и т. д. Воздействие импульсной нагрузки на участок массива, находящийся в предельном напряженном состоянии, приводит к переходу накопленной потенциальной энергии в работу упругого разрушения, дробления и перемещения части массива.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 |
