Основы горного дела (стр. 7 )

Вопросы для самоконтроля

1. Зачем необходимо проветривать шахту?

2. Где устанавливают вентиляторы главного проветривания, сколько
воздуха подается в шахту?

3. Как делят шахты на категории по гаэообильности?

4.Какие концентрации метана в шахтной атмосфере допустимы?

5.Почему на газовой шахте величина суточной добычи может быть
ограничена?

6.Изобразите на листе бумаги схему вентиляции при разработке
уклонной части поля.

(ответ в приложении)

13. ВОДООТЛИВ

Горные выработки шахты пересекают водоносные слои пород и в результате этого в выработки поступают значительные количества воды.
Ежечасно в выработки шахты поступает от 100 до 300 м3 воды в час. Если не
предпринимать мер по своевременной выдаче воды на поверхность, может
возникнуть угроза затопления шахты.

Процесс выдачи из шахты воды называют водоотливом. Ранее отмечалось, что в околоствольном дворе сооружаются специальные выработки
для сбора воды – водосборники (рис. 7). Как же попадает шахтная вода в водосборник? Дело, в том, что все горизонтальные выработки, о которых шла речь выше (штреки, квершлаги), не являются геометрически горизонтальными. Они проведены под наклоном 3-5% в сторону наклонной выработки
(штреки) или околоствольного двора (квершлаги).

В почве выработок сооружают специальные водоотливные канавки, глубиной 25-30 см и шириной 20-30 см. По этим канавкам вода и стекает в околоствольный двор. В самой его нижней точке размещают место
входа воды в водосборник. Из водосборника вода мощными насосами по
трубам откачивается на поверхность. Водоотливный трубопровод прокладывается по вспомогательному (клетевому) стволу.

В целях исключения затопления шахты в случае аварии с подачей
электроэнергии или поломок насосов применяют следующие меры: емкости
водосборников рассчитывают на восьмичасовый приток воды; в насосной
камере устанавливают три насоса, каждый из которых может справиться
с притоком воды. Один насос работает, второй - может быть включен
в любой необходимый момент времени. Работа водоотлива осуществляется в автоматическом режиме.

При разработке уклонной части шахтного поля вода должна попадать
в водосборник по уклонам или ходкам при них, что самотеком невозможно. Поэтому устанавливают участковый водоотлив - сооружают водосборники у уклонов и насосами по трубам выдают воду до уровня околоствольного двора.

Вопросы для самоконтроля

1.Почему в шахте есть вода?

2.Как вода попадает в водосборник?

3.Зачем необходим водосборник большой емкости?

4.Как вода выдается на поверхность?

14 Понятия о сдвижении горных пород и перераспределении горного давления при разработке угольного пласта и свойствах породного массива.

До разработки массив пород находился в состоянии равновесия, т. е. гравитационные силы уравновешивались реакцией пород. При выемке угольного пласта породы кровли потеряли опору и под действием силы тяжести опускаются, т. е. происходит процесс сдвижения горных пород. С течением времени обрушившиеся породы уплотнятся и воспримут на себя вес покрывающих пород и снова установится равновесие. Но для этого требуется слишком много времени. Выемочный участок работает в течение 1-2 лет и в этот период процесс сдвижения продолжается и он отрицательно сказывается на состоянии крепи горных выработок, стало быть и на величине затрат на ремонт выработок, на себестоимости добычи угля, на других экономических показателях работы шахты. Сущность отрицательного влияния сдвижения пород на состояние горных выработок состоит в следующем:

·  Ранее рассматривался только один пласт угля, разрабатываемый шахтой. Но это частный случай. Как правило, шахта разрабатывает несколько пластов. Опускающиеся породы кровли пласта разрушают угольные пласты, расположенные в кровле разрабатываемого пласта. При небольшом расстоянии между пластами может оказаться, что вышележащий пласт будет настолько нарушен, что его невозможно разработать;

·  Потерявшие надежную опору пласты пород над выработанным пространством лавы передают свой вес на часть пласта угля, которая граничит с выработанным пространством. Именно в этой части пласта располагаются участковые подготовительные выработки. Крепь этих выработок испытывает большие нагрузки, требует частого ремонта, а, следовательно, затраты на добычу угля возрастают.

Ниже рассмотрим принципиальную схему сдвижения горных пород и перераспределения горного давления.

До разработки на пласт давила толща пород высотой H от пласта до дневной поверхности. Если плотность пород g, т/м3, то на механические напряжения составляли величину q=Hg, т/м2. На рис. 41 показана часть призабойного пространства, в которой уголь вынут и породы кровли полностью или частично потеряли опору на почву пласта. Образовалась консоль из породных слоев. Куда передается ее вес? Конечно же на опору, т. е. на ту часть пласта, где породы кровли «закреплены». Если обозначить вес пород в консоли Q, то нагрузка на призабойную часть пласта должна увеличиться на эту величину. Такая нагрузка разрушает уголь в призабойной части, он не в состоянии оказывать сопротивление нагрузке. Вес пород консоли передается в глубь угольного массива, а в призабойной зоне наблюдается так называемый отжим угля, т. е. уголь отжимается в призабойное пространство.

Рис. 40 Схема образования опорного давления

Кривая q на рисунке – это график (эпюра) опорного давления. Как видно из рисунка, в краевой части пласта горное давление даже меньше, чем в нетронутом массиве. Это зона отжатого угля, глубина ее невелика (не более одного метра). За ней следует зона повышенного, так называемого опорного давления. В этой зоне как раз и реализует свой вес консоль пород, которые потеряли опору. Длина зоны опорного давления зависит от глубины работ H и мощности пласта m и будет тем большей, чем больше скорость подвигания угольного забоя. Интенсивность горного давления в этой зоне по ее длине не одинакова. Примерно в 4-6 метрах от забоя (размер а) она наибольшая (qmax) и далее снижается до величины Hg. Если величина напряжений превосходит предел прочности пород, происходит их разрушение, следовательно увеличение в объеме. Породы начинают движение в сторону выработки, т. е. появляется давление на крепь выработки. Если это давление больше сопротивляемости крепи, крепь деформируется, сечение выработки уменьшается. Требуется ремонт крепи, так называемое перекрепление.

Интенсивность горного давления зависит и от скорости подвигания угольного забоя, так как при большей скорости размер породной консоли будет большим (породы не успевают обрушаться), следовательно большей будет и величина опорного давления. Различают временное (впереди движущегося забоя) и установившееся (на массив угля со стороны стенок штрека после прохода лавы) горное давление. Последнее существенно меньше первого (размер консоли пород меньше).

Отношение qmax/Hg называют коэффициентом концентрации опорного давления. Максимальное его значение может составлять величину от 2 до 4.

Рассмотрев принцип формирования опорного давления впереди забоя, можно представить общую картину перераспределения давления при разработке пласта (рис. 41).

На рисунке показана отработанная часть пласта размером а. Из сказанного ранее следует, что на массиве угля с левой стороны возникнет опорное давление. Аналогичная картина будет иметь место и с правой стороны. На почву пласта в отработанной зоне будет давить столб обрушенных пород. Жирная линия на рисунке отображает интенсивность давления на почву

Рис. 41 Схема сдвижений пород при выемке пласта и образование зон повышенных напряжений.

пласта. Но такая же картина качественно будет и на некотором удалении в

кровлю пласта и в почву его. В точке над пластом, где закончилось обрушение пород, опорное давление уже не будет ощутимо. Таким образом, проведя линии от границы зоны опорного давления в плоскости пласта до замка свода сдвижения пород в кровле можно выделить зону 2, в которой интенсивность горного давления в результате разработки стала выше, чем в нетронутом массиве. Это зона опорного давления в кровле пласта (вернее зона активного его проявления). Аналогично можно выделить и зону 5 – зону опорного давления в почве пласта. В зоне 1 породы нарушены – это зона разгрузки в кровле пласта. В почве пласта, под вынутым массивом, находится зона разгрузки от горного давления 4 (в этой зоне наиболее целесообразно размещать подготовительные выработки).

Таким образом, рассмотрев принципы формирования опорного давления и сдвижения горных пород можно сделать следующие заключения:

·  разработка пласта вносит возмущение с систему равновесия массива горных пород;

·  при разработке пласта возникает опорное горное давление, величина которого существенно превышает величину горного давления в нетронутом массиве;

·  возникают вокруг очистной выработки зоны, в которых напряженное состояние пород либо уменьшенное (зоны разгрузки), либо увеличенное (зоны опорного давления);

·  поскольку устойчивость крепи горных выработок определяется величиной горного давления, с целью уменьшения затрат на ремонт выработок их нужно располагать в тех зонах, в которых горное давление наименьшее.

При выборе для конкретных условий способа охраны выработки учитывают как назначение этой выработки, так и условия, в которых она находится.

Вмещающие выработку породы по степени их устойчивости институт ВНИМИ рекомендовал разделять на 4 класса:

1.  Устойчивые – песчаники, известняки, алевролиты с пределом прочности на одноосное сжатие R>60 МПа.

2.  Средней устойчивости – алевролиты и аргиллиты (30<R<60 MПа). Толщина слоев от 0,5м до 1,0м.

3.  Неустойчивые – слоистые трещиноватые аргиллиты и алевролиты (R<30 МПа). Толщина слоев менее 0,5м, связь между слоями слабая.