Условия возникновения горных ударов на шахтах карагандинского угольного бассейна

УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГОРНЫХ УДАРОВ НА ШАХТАХ КАРАГАНДИНСКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА

(д. т.н., доцент каф. МДиГ КарГТУ) (горный инженер-маркшейдер) (к. т.н., доцент каф. МДиГ КарГТУ) (магистрант каф. МДиГ КарГТУ)

Попытаемся в общем виде сформулировать условия возникновения и развития горных ударов.

В области массива горных пород, потенциально опасной по горным ударам, должны действовать до­полнительные напряжения, которые возникают в зонах опорного давления (ПГД) впереди очистных забоев и вокруг подготовительных выработок. Дополнительные напряжения также могут возникать от динамических нагрузок, обусловленных двумя основными факторами: первичным горным ударом при обрушении основной кровли и сейсмическим действием буровзрывных работ при проведении горных выработок. Потенциально опасная по горным ударам область массива должна находиться в предельном состоянии. Это означает, что достаточно малое приращение механи­ческой энергии (поступившей извне) приведет к разру­шению рассматриваемой области массива. Соответству­ющее предельное напряженное состояние также может быть обусловлено наличием различного рода нарушений сплошности массива, например, трещинами. В данной области должно накопиться критическое количество по­тенциальной энергии, которая в момент удара при раз­рушении участка массива переходит в кинетическую форму. Горные удары происходят не только в прочных на­рушенных участках массива, но и в слабых породах, что позволяет сделать важный вывод о том, что угольный пласт и окружающие его породы являются объектом воз­действия внешних сил, приводящих к явлениям, интер­претируемым как горный удар. Важным необходимым условием возникновения горных ударов является нали­чие мощных слоев прочных пород в кровле и почве.

Горные удары обычно начинают проявляться на глуби­нах от 200 до 300 м и с увеличением глубины разработок возрастают по силе и частоте. Этот факт имеет простое объяснение: во-первых, увеличивается естественное на­пряженное состояние массива, а во-вторых, в кровле по­являются крепкие слои пород (песчаники, известняки, алевролиты).

Подавляющее большинство вторичных горных ударов произошло в различных целиках, подверженных воз­действию кровли, зависшей над очистной выработкой на значительных площадях. Целики (околоштрековые, межлавные, междукамерные и т. д.) являются сосредото­чением больших напряжений и запасов потенциальной энергии.

Перед горным ударом (примерно за сутки) деформации пласта угля резко возрастают, а затем за несколько часов до приближающегося горного удара скорость деформа­ции снижается. После удара в течение нескольких дней продолжается интенсивное деформирование и усиленное давление пород на крепь выработки. Может происходить «пучение» почвы, которое полностью или частично «за­печатывает» подготовительные выработки. Это явление следует объяснить потерей прочности и устойчивости массива угля и окружающих пород, подвергшихся сотря­сению от горного удара. Уменьшается несущая способ­ность нарушенной части пласта угля, а давление возрас­тает. В этих условиях уголь легко будет выдавливаться, и заполнять узкие подготовительные выработки. То же самое будет происходить и с почвой выработок.

Множество причин, приводящих к горным ударам, можно разделить на две большие группы: геологические - это весьма крепкие породы в кровле и почве; горнотех­нические - это системы разработки с оставлением цели­ков.

Горные удары и газодинамические явления, происходя­щие при ведении горных работ на шахтах, имеют техно­генную природу и непосредственно связаны с деятельно­стью человека [1, 2].

Как было сказано ранее, обрушение основной кровли следует рассматривать как первичный горный удар, ко­торый сопровождается выбросом огромной потенциаль­ной энергии, накопившейся в вышележащем слое пород в результате его изгиба. Количество энергии зависит от мощности основной кровли и прочностных характери­стик слагающих её пород. Чем больше мощность и выше прочность, тем большую потенциальную энергию спо­собна накопить нависшая консоль кровли. При внезап­ном обрушении происходит динамическое воздействие на окружающий горный массив в виде удара. От такого рода ударов, обладающих колоссальной энергией, может произойти мгновенное разрушение нагруженных цели­ков и предельных областей горного массива.

Обрушения основной кровли являются мощным ис­точником энергии и определяют все механические га­зодинамические процессы и явления в окружающем по­родном массиве. Неоднородность массива горных пород, наличие нарушенных и ослабленных зон приводит к осо­бенностям распределения энергии обрушения в массиве, которые выражаются в их

разрушении и концентрации энергетических потенциалов в окрестностях нарушен­ных областей. Причиной и энергетическим источником всех геомеханических и газодинамических процессов в шахте являются периодические зависания и обрушения крепких пород основной кровли и пород-мостов, уча­ствующих в процессе сдвижения подработанной толщи породного массива [3].

Что касается методов профилактики и предупрежде­ния горных ударов, то основные принципы безопасно­

го ведения горных работ подробно изложены в работе [3]. Борьба с горными ударами ведётся путём снижения проявлений горного давления на пласт, применением опережающей отработки неопасных (так называемых защитных) соседних пластов или слоев, бесцеликовой технологии отработки, сокращением количества горных выработок впереди фронта очистных работ. Снижение горного давления на угольный пласт или на отдельные его участки путем применения опережающей отработ­ки защитных пластов является наиболее эффективным методом управления горным давлением и борьбы с его проявлениями. Многочисленные экспериментальные и теоретические исследования, выполненные в данной об­ласти, позволяют эффективно применять этот метод для борьбы с горными ударами [3].

Характерным является пример отработки Восточного блока шахты «Сокурская», где в первую очередь был от­работан пласт К-12, который выполнил функцию защит­ного пласта. На шахте был принят нисходящий порядок отработки (сверху вниз) свиты угольных пластов начи­ная с самого мощного и газоносного пласта К-12 (Верх­няя Марианна) мощностью от 5,5 до 5,7 м. Система раз­работки - длинными столбами по падению.

Дальнейшая отработка пластов К-10 мощностью от 3,5 до 3,7 м и К-7 мощностью от 3,2 до 3,5 м велась уже в защищенной зоне с высокой производительностью, тем­пами 2-3 тыс. тонн в сутки. Надработка пласта К-10 оказала положительное влияние на геомеханическую си­туацию с точки зрения разгрузки от горного давления и безопасной отработки лав.

Для рудных месторождений применяют специальную раскройку рудных тел на участки и принимают опреде­ленный порядок их отработки, исключающий образова­ние участков с большой концентрацией напряжений.

Другой путь борьбы с горными ударами связан с умень­шением способности пласта (породы) к накоплению механической энергии, для чего производят рыхление участков массива камуфлетными взрывами, разгрузоч­ными скважинами и щелями, нагнетанием воды в пласт через скважины (НГРП). Однако этот путь на практике требует учета множества факторов и может привести к негативным результатам. Так применение гидрорас­членения пласта эффективно лишь в непосредственной близости от очистного забоя, что позволит провести его разрушение и предварительную дегазацию. Если же скважины НГРП отрабатывают пласт внутри массива, либо целикфи, то это приведет лишь к увеличению на­пряжений и росту предельных областей в массиве и гор­ным ударам, связанным с разрушением целиков.

Список использованной литературы:

1.         Механика горных пород и массивов. - М, «Недра», 1980. - 360 с.

2.        , , Техногенная природа газодинамических явлений на угольных шахтах. «Новости науки Казахстана» №1 2010, НЦНТИ, Ал - маты. С. 53-58.

3.         Горные удары на угольных шахтах. - М. :Недра, 1972.-229 с.