Рис. 8.7. Эпюры распределения опорного давления в прилегающем к выработанному пространству массиве руды (2). Пунктирными линиями показано распределение опорного давления в упругих (1) и пластичных (3) породах.
Как показали результаты опытов на моделях, опорное давление возрастает с увеличением пролета выработанного пространства и задержкой обрушения пород (рис. 8.8).
|
Рис. 8.8. Нарастание опорного давления при постепенном увеличении пролета подработки и задержке обрушении пород (по данным моделирования):
1,2, 3,..., 16 - стадии отработки и соответствующие им эпюры опорного давления.
Постепенное нарастание коэффициента опорного давления по мере подработки иллюстрируется графиком на рис. 8.9.
Рис. 8.9. Изменение коэффициента опорного давления с увеличением пролёта подработки пород до обрушения поверхности.
Максимум опорного давления при достижении предельного пролета подработки (перед обрушением пород) может увеличиваться до (3÷5) γН. На рис. 8.10 показано изменение коэффициента опорного давления и зона распределения повышенных напряжений в различные периоды отработки.
Рис. 8.10. Изменение опорного давления на массив руды при предельном пролете подработки (по данным моделирования):
1 - до обрушения пород; 2 - после сводообразного обрушения пород; 3 - после провала поверхности.
Кривая 1 показывает характер опорного давления в период до обрушения пород. После сводообразного обрушения происходит снижение максимума опорного давления на краевую зону массива (кривая 2). Напряжения, развивающиеся в подработанной толще пород, вызывают провал поверхности, в результате которого образующиеся консольные зависания являются причиной опережающего деформирования краевой части массива. Эта стадия развития опорного давления хорошо иллюстрируется кривой 3. Сглаживается максимум опорного давления, уменьшается ширина зоны опорного давления. Опорное давление снижается до значения γН после полного обрушения консолей (стадии В, Д, см. рис. 8.3).
Исследования показывают, что максимум опорного давления зависит от шага обрушения консольных зависаний l0 и глубины работ H (рис. 8.11). Замечается снижение темпа роста коэффициента опорного давления с глубиной работ.
|
Рис. 8.11. Зависимость коэффициента опорного давления Ко от шага обрушения консоли lо при различной глубине разработки:
1 - 125 м; 2 - 250 м; 3 - 375 м; 4 - 450 м
Таким образом, между обрушением налегающих пород, величиной и распределением опорного давления существует тесная взаимосвязь. Для сохранения устойчивости рудного массива и обеспечения безопасных условий труда необходимо, чтобы интенсивность очистной выемки соответствовала скорости формирования зоны деформаций на фронте очистной выемки. Для этого требуется выбрать такие параметры отрабатываемых блоков руды, чтобы обрушение зависающих пород наступало прежде, чем появляются опасные деформации в рудном массиве.
8.8. Снижение и предотвращение вредного воздействия опорного давления.
Ввиду того, что опорное давление может быть причиной возникновения высоких напряжений в краевой зоне рудного массива и серьезных его деформаций при разработке месторождений системами с обрушением пород, рекомендуется применять следующие мероприятия по снижению и предотвращению вредного воздействия опорного давления на очистные блоки:
· создание благоприятных условий для своевременного самообрушения пород для ликвидации опасных зависаний;
· соответствие параметров отрабатываемых блоков шагу обрушения пород;
· принудительная посадка труднообрушаемых пород;
· опережающая выемка верхних частей блоков или надработка перенапряженных участков месторождения;
· применение податливых целиков и разгружающих выработок в зонах опорного давления;
· применение одностадийной отработки блоков вместо двухстадийной;
· строгое соблюдение интенсивности работ и порядка отработки месторождения (шахтного поля, участка, блока).
Управление обрушением пород. Чтобы обеспечить самообрушение пород вслед за подвиганием очистных работ, необходимо иметь достаточную протяженность фронта очистных работ в виде сплошной линии без оставления целиков. При этом запрещается выборочная выемка блоков. Все эти условия должны быть предусмотрены проектом и строго соблюдаться на практике.
Основанием для установления параметров отработки, достаточных для самообрушения пород, являются специальные исследования в производственных и лабораторных условиях.
Выбор направления фронта очистных работ необходимо согласовывать с основной системой трещин. Если линия фронта очистных работ совпадает с простиранием основных трещин, то при усилении опорного давления отдельные блоки руды будут сползать в сторону выработанного пространства. Поэтому рекомендуется направление линии фронта работ принимать под прямыми или крутыми углами к основной системе трещин, разделяющих массив руды.
Для предотвращения опасных деформаций трещиноватого массива при возрастании опорного давления необходимо параметры вынимаемых блоков руды принимать такими, чтобы подготовка и отбойка блоков завершались раньше появления в них опасных деформаций.
Многолетняя практика разработки рудных месторождений системами с обрушением показывает, что наиболее безопасна и эффективна выемка сплошным фронтом от середины месторождения (шахтного поля, этажа) к флангам. Прямолинейный (или уступный) фронт очистных работ должен быть ориентирован в соответствии с линией обрушения налегающих пород.
Если самообрушение пород задерживается и возникает угроза внезапной посадки пород, то для создания предохранительной "подушки" между работающими блоками и зависающими породами необходима принудительная посадка пород объемом, обеспечивающим дальнейшую безопасную выемку. Обычно, когда отрабатываются пологие или наклонные залежи, налегающие породы подрываются на высоту, равную или превышающую мощность залежи (рис. 8.12).
Рис 8.12. Схема принудительной посадки пород глубокими скважинами:
1 - массив руды; 2 - обрушенные породы; 3 - глубокая скважина.
При разработке месторождений с крутым углом падения подрывается висячий бок или междуэтажный целик для перепуска обрушенных пород с верхних этажей.
Принудительная посадка пород обеспечивает некоторое снижение опорного давления на прилегающий рудный массив. Обычно оно уменьшается на 10-15%. Практика показывает, что уменьшение величины опорного давления при принудительной посадке пород обратно пропорционально глубине работ, в то время как затраты на ее осуществление возрастают. Поэтому более радикальной мерой, обеспечивающей снижение опорного давления, является отработка блоков такими размерами, чтобы после их выемки происходило самообрушение пород.
Если налегающая толща представлена устойчивыми породами, то развитие естественного самообрушения затрудняется и поэтому, как правило, неизбежны опасные зависания подрабатываемого массива. Принудительное обрушение кровли неэффективно, так как после него самообрушения пород до поверхности не происходит. Образующиеся зависания и накопление незаполненных пустот представляют большую угрозу внезапной посадки. В этом случае рекомендуется метод управляемого самообрушения пород, основной принцип которого заключается в следующем.
В процессе отработки месторождения породы висячего бока поддерживаются целиками, имеющими значительный запас прочности. При достижении предельных пролетов и площадей подработки целики одновременно взрываются и вышележащие породы самообрушаются до поверхности. Затем отработка подвигается от обрушенного пространства. Если фронт работ имеет достаточную протяженность (обычно не менее 150—300 м), то продолжается управляемое обрушение консолей с определенным шагом. Величина опорного давления на массив руды до момента обрушения консоли повышается до (1,5÷2) γН и снижается после обрушения консоли до первоначального значения.
Надработка напряженных участков массива руды.. Сущность этого метода заключается в отрезке напряженных участков массива руды от вышележащих пород с целью снижения опорного давления. Для этого применяются: первоочередная выемка верхних подэтажей в блоке, проходка специальных разгружающих (защитных) или отсечных выработок со стороны висячего бока, первоочередная отработка вышележащих залежей (пластов, жил). В результате этого происходит разгрузка массива руды защищенных залежей, предназначенных для очистной выемки.
В качестве примера, поясняющего влияние опережающей выемки верхнего подэтажа на напряженное состояние расположенного ниже массива руды, можно привести надработку верхней части блока при системе этажного принудительного обрушения с одностадийной выемкой (рис. 8.13).
Рис. 8.13. Схема опережающей отбойки подэтажей при системе этажного принудительного обрушения:
1 — откаточный орт; 2 — выпускная воронка; 3 - подсечная выработка; 4 -отбитая руда; 5 - обрушенные породы; б - линия сдвижения породной консоли; 7 — эпюра опорного давления до обрушения консоли; 8 — то же после обрушения консоли; 9 - то же после образования зависания пород; 10 — линия отбойки руды; 11 - подэтажные выработки; 12 - массив руды.
Вследствие зависания консолей вышележащих пород массив руды в блоке может подвергаться воздействию высокого опорного давления (особенно при увеличении глубины работ). В результате этого деформируются буровые и выпускные выработки, смещаются пробуренные взрывные скважины. Чтобы предотвратить или снизить вредные проявления опорного давления, рекомендуется до выемки основной части секций в блоке (части I, Ш, V, VII) производить опережающую отбойку верхних подэтажей (II, IV, VI). Это приводит к разгрузке секций и перемещению максимума опорного давления на нетронутый массив. При зависании консолей, как правило, происходит опережающее деформирование верхней части рудного массива, поэтому целесообразно линию забоя в блоке по высоте делать ступенчатой или наклонной в сторону висячего бока, как это показано на рис. 8.13.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
Основные порталы (построено редакторами)