Учебно-методический комплекс дисциплины преподавателя (стр. 14 )

Прогноз выбросоопасности массива горных пород

Прогноз выбросоопасности основывается на данных о свойствах горных пород, их напряженном состоянии в массиве, изменении свойств и напряженного состояния в процессе разработки.

Различают три категории методов прогноза выбросоопасности горных пород: региональные, локальные и текущего прогноза. При этом региональные методы направлены на выявление выбросоопасных пластов, слоев или залежей в месторождении, локальные — на выявление и оценку вероятности возникновения динамических проявлений в пределах добычных участков или шахтопластов.

Региональные и локальные методы представляют собой вид долговременного прогноза, осуществляемого на основе признаков выбросоопасности пород, т. е. они предусматривают оценку опасных свойств пластов, залежей и пород. Текущие методы — вид кратковременного прогноза, основанного на улавливании и регистрации предвестников внезапных выбросов, т. е. назначение текущего прогноза состоит в оценке и предсказании выбросоопасного состояния конкретного участка пласта или залежи, в предсказании места и времени внезапного выброса.

Региональный прогноз базируется на связи между геологической характеристикой месторождения и свойствами пород, опасными с точки зрения проявлений внезапных выбросов. В нем используют данные геологоразведочных работ, результаты изучения механических, плотностных и коллекторских свойств горных пород по кернам из разведочных скважин, а также по данным геофизического каротажа. Одна из основных задач регионального прогноза состоит в определении характера тектонических нарушений, их влияния на структуру пород, на создание раздробленных и перемятых зон. Существенное значение имеет и микротектоника: наличие перемятости пород, пликативных нарушений, пережимов, раздувов и выклиниваний, а также изменение относительной мощности и механических характеристик отдельных пачек пород. С этими измене­ниями связаны локальные изменения напряженного состояния участков массива и возможные высокие концентрации напряжений, создающие опасность выбросов. Кроме того, чем больше число пропластков, пачек и слоев и чем в большей степени изменяются их прочность и мощность, тем большие количества потенциальной энергии могут накапливаться и внезапно высвобождаться при ведении горных работ.

Рекомендуемая литература: основная [1-10], дополнительная [11-15].

Контрольные задания для СРД (тема 5) [1- 4, 5-15]

1. Каковы проявления гео - и газодинамических явлений, в т. ч. на глубоких горизонтах

2. Дать представление о механизме горных ударов

4. Классификация горных ударов

5. Дать представление о механизме возникновения и протекания внезапных выбросов

6. Перечислите виды прогноза выбросоопасности массива горных пород и в чем они заключаются

Раздел 7 Технология управления свойствами и состоянием массива горных пород на глубоких горизонтах

Тема 7 Технология управления свойствами и состоянием массива горных пород на глубоких горизонтах ( 6 часов)

План лекции

1. Основные принципы выбора способа управления горным давлением при ведении очистных работ

2. Способы предупреждения и борьбы с горными ударами и внезапными выбросами

3. Вскрытие пластов и залежей

4. Опережающая отработка защитных пластов

5. Выбор системы разработки

Основные принципы выбора способа управления горным давлением при ведении очистных работ

Особое внимание при выборе способа управления горным давлением и очистных выработках уделяют поведению пород непосредственной кровли (в пределах призабойного пространства) и основной кровли (над призабойным и выработанным пространством). При этом учитывают способность пород кроили к обрушению, высоту зоны обрушения, размеры и длительность сохранения устойчивых обнажений (особенно непосредственном кровли и пределах призабойного пространства), свойства пород почвы (прочность, способность к пучению, сопротивляемость вдавливанию в нее стоек крепи и др.), применяемые системы разработки и виды крепи, скорость подвигания очистных забоев, количество и степень выбросоопасности разрабатываемых пластов, расстояние между ними, сроки и порядок их отработки, наличие на земной поверхности объектов, подлежащих защите от влияния горных работ, оснащенность забоев машинами и механизмами, их габаритные размеры и т. д.

Степень значимости каждого из перечисленных факторов часто зависит от конкретных условий: второстепенные в одних условиях могут оказаться определяющими в других, и наоборот. Так, при отработке запасов полезного ископаемого под ответственными сооружениями, плотно застроенными территориями, крупными водными объектами нередко приходится применять системы разработки с закладкой выработанного пространства, тогда как по прочим факторам было бы вполне возможно применить в этих условиях другие, более производительные и экономичные системы разработки и способы управления горным давлением. При отработке защитных пластов, наоборот, предпочтительнее полное обрушение кровли, так как при этом способе управления горным давлением достигается наибольшая разгрузка пластов, опасных по выбросам угля и газа.

Вместе с тем имеются факторы, которые являются основными при выборе способа управления горным давлением в большинстве встречающихся на практике случаев. К этим факторам следует отнести прежде всего способность пород кровли к обрушению, которая положена в основу ряда классификаций.

В работе приведена классификация горных пород кровли по обрушаемости, в которой в качестве классификационного признака принят шаг обрушения. Согласно этой классификации к весьма легкообрушающимся отнесены породы, имеющие шаг обрушения менее 0,5 м, к легкообрушающимся - не менее 2 м, к среднеобрушающимся - менее 10 м и к весьма труднообрушающимся — более 10 м.

Наибольшее распространение при разработке угольных и ряда рудных месторождений получил способ управления горным давлением, носящий название полное обрушение кровли. Применение этого способа позволяет перенести обрушение пород за пределы призабойного пространства. Осуществляют его периодическими обрушениями (посадками) кровли путем выбивки или передвижения крепи, установленной на определенном расстоянии от забоя. Для регулирования обрушения непосредственной кровли применяют специальную крепь, выдерживающую большую нагрузку, чем обычная призабойная крепь. В качестве специальной крепи используют органные стенки, металлические костры, кусты из деревянных или металлических стоек, посадочные элементы механизированных крепей и т. д.

Применение полного обрушения кровли наиболее эффективно на тонких и средней мощности пластах пологого и наклонного падения при породах I, II и III классов, когда обрушившиеся породы подбучивают слои, создавая надежную породную подушку, предотвращающую вредные последствия вторичной осадки.

Способ частичного обрушения кровли менее эффективен, чем полного обрушения, и потому его применяют в настоящее время редко, в основном лишь при породах II класса. При этом способе управления горным давлением обрушение непосредственной кровли производят между бутовыми полосами, возводимыми в выработанном пространстве параллельно простиранию пласта. Обрушаемая толща в этих условиях имеет меньшую высоту, чем при полном обрушении, и I не обеспечивает полного подбучивания основной кровли.

Частичная закладка выработанного пространства является эффективным способом управления горным давлением в условиях резкого изменения мощности пласта, очень слабой почвы, весьма прочных или, наоборот, весьма сла­бых пород непосредственной кровли, т. е. преимущественно в условиях, когда процесс обрушения является труднорегулируемым. Это достигают путем возведения бутовых полос по простиранию пласта.

При разработке пластов мощностью до 1 м и тонких жил, в непосредственной кровле которых залегают породы, обладающие способностью прогибаться без видимых нарушений сплошности или с частичными местными растрескиваниями (IV класс по классификации ВУГИ), целесообразно управлять горным давлением способом плавного опускания (особенно если почва пласта склонна к пучению). Это один из наиболее простых и экономичных способов.

К числу самых дорогостоящих способов управления горным давлением относится в настоящее время полная закладка выработанного пространства. Поэтому данный способ применяют в тех случаях, когда другие способы не обеспечивают безопасности работ, технически неосуществимы или не отвечают дополнительным требованиям, предъявляемым к горным работам в рассматриваемых конкретных условиях. Такие требования могут возникнуть при послойной отработке пластов и рудных тел, при отработке мощных сближенных пластов или рудных тел в восходящем порядке, при необходимости сохранить вышележащие горные выработки или ответственные со­оружения, расположенные на земной поверхности, и в других аналогичных случаях. Способ закладки выработанного пространства (с учетом степени усадки закладочного материала) выбирают в зависимости от конкретных условий и поставленных задач. Иногда бывает достаточным удержать породы непосредственной и основной кровли от обрушения, а иногда нельзя допустить даже - прогиба пород свыше определенного (нередко весьма малого) значения.

В условиях разработки маломощных угольных пластов крутого падения значительное распространение получил способ удержания призабойного пространства на кострах. При этом способе управления горным давлением и условиях пластичных пород преобладают явления плавного опускания кровли, а в условиях прочных пород - процессы обрушения.

При разработке крутых пластов и рудных тел средней мощности основным способом управления горным давлением является полное обрушение с перепуском обрушенных пород с вышележащего горизонта на нижележащий.

Мощные крутопадающие пласты угля, склонного к самовозгоранию, целесообразно отрабатывать с закладкой выработанного пространства. При этом для исключения перепуска с верхних горизонтов сыпучих пород, глин, пород из участков потушенных и действующих пожаров между горизонтами следует оставлять надежные целики или возводить специальные полосы из упрочненной закладки.

Способы предупреждения и борьбы с горными ударами и внезапными выбросами

Меры предупреждения и борьбы с горными ударами и внезапными выбросами в значительной степени базируются на одних и тех же принципах, поскольку эти явления связаны с повышенной напряженностью горных пород.