Определение рациональных условий непоследовательной отработки выемочных столбов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ НЕПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ОТРАБОТКИ ВЫЕМОЧНЫХ СТОЛБОВ

МАТВЕЕВА. В. Уральская государственная горно-гсологическая академия

В последние десятилетия широкое распространение получили бесцеликовые технологические схемы отработки угольных пластов. При мощности пластов 2,5 м и более широкое применение находят технологические схемы с проведением выработок вгрисечку к выработанному пространству. Одним из недостатков этой схемы является необходимость обеспечения длительного разрыва во времени (как правило, более 6 месяцев) между обрушением пород кровли и проведением выработок на границе с обрушенными породами.

Необходимый разрыв во времени между отработкой смежных столбов можно обеспечить путем их непоследовательной отработки с пропуском одного-двух столбов. При этом выработки, подготавливающие первоочередные столбы, проводятся и поддерживаются в массиве угля, что обеспечивает минимальные затраты на их поддержание. Столбы, оставляемые среди обрушенных пород, подготавливаются выработками, располагаемыми на границе с обрушенными породами Такой вариант технологической схемы бесцеликовой отработки пластов находит применение при панельной и погоризонтной подготовках шахтных полей и успешно применяется на многих шахтах угольных бассейнов при сравнительно небольших глубинах разработки. Характерной особенностью этой схемы является усложнение условий отработки столбов, оставленных среди выработанного пространства. Они воспринимают большие нагрузки от зависания пород, что приводит к повышенному горному давлению, и особенно в краевых частях пласта, то есть в месте расположения оконтуривающих выработок. С глубиной эти нагрузки возрастают, и поддержание выработок, оконтуривающих такие столбы, а также очистных забоев может оказаться весьма затруднительным.

Опыт работы угольных шахт в различных бассейнах показывает, что до глубины 300 м серьезных проблем при отработке столбоз, оставленных среди обрушенных поррл с соблюдением минимально необходимых разрывов во времени, как правило, не возникает [2, 3).

Повышенные напряжения на столб угля (целик), оставленный среди обрушенных пород, хорошо иллюстрируются результатами натурных наблюдений и исследованием на моделях из эквивалентных материалов.

Столб, оставленный среди обрушенных пород, следует рассматривать как целик угля значительных размеров (см. рисунок). Ширина целика Ьи принимается большей, чем длина лавы на ширину подготовительных выработок и оградительных целиков. Длина целика соответствует длине вынимаемого столба, который близок к размеру панели (крыла панели) по простиранию и составляет до 1000-2000 м.

Для определения оптимальных размеров целиков исследователи используют единый подход: определяется несущая способность целика и нагрузка, действующая на него. Однако подход к решению этих вопросов различен.

Схема не Поспелова тельной отработки выемочных столбов

Как известно, после оконтуривания целика (столба) в его краевой части сохраняется остаточное опорное давление. Характер распределения напряжений в зоне остаточного опорного давления представлен на рис. 2 (кривая 1).

"ц^аметры зоны остаточного опорного давления не остаются постоянными и изменяются во ширина зоны разгрузки в краевой части пласта увеличивается, максимум напряжений :я в глубь массива, снижается коэффициент концентрации напряжений. Наиболее ак--гроцесс формирования зоны остаточного опорного давления происходит в первые 4-6 ме-. '4срез 10-14 месяцев параметры зоны стабилизируются, но процесс не затухает [2,4]. Уг,* параметры зависят от ряда горнс-^логических и горно-технических факторэв: проч-саойства угля и покрывающих пород; глубина разработки; угол падения пласта; время шя зоны остаточного опорного давления; надработка. Да обеспечения эффективного применения данного способа большой интерес представля-ширины оставляемого среди обрушенных пород столба (целика) и поддержания присеч-ж.

Характерными точками эпюры напряжений в зоне остаточного опорного давления являются П. М и О (рис.2, а). Положение первой определяется размером зоны пониженных напряже-* горой - удалением максимума напряжений от кромки пласта I^ и третьей - общим разме-I остаточного опорного давления ¿„. С целью упрощения расчета напряжений в зоне оста-олорного давления экспериментально установленная криволинейная зависимость I (см. L -- г может быть заменена с некоторым допущением на прямолинейную - треугольник Г1МО. Пои двухстороннем оконтуривании столба на него оказывает влияние опорное давление уже очистных забоев. И если ширина столба, оставленного среди выработанного пространства то в средней его части происходит сложение (наложение) напряжений и очисткой забой <е встретится с определенными трудностями, вызванными повышенным давлением на забой лавы (см. рис. 2, б).

а

ф

Ж

WT /и

* 1 I tmmx . _

Рис. 2. Распределение напряжений в зоне остаточного опорного давления при одностороннем (а) и двухстороннем (б) оконтуривании целика (столба) угля: I - экспериментальная зависимость: 2 • >прошенная зависимость

Следовательно, ширину оставляемого целика (столба) следует принимать из условия Л > 2Таким образом, минимальная ширина столба (целика), оставляемого среди обрушенных для наиболее сложных условий разработки (слабые угли; крепкие покрывающие породы с изменения прочностных свойств угля и пород с глубиной), согласно произведенным расче-

там, должна составлять: до глубины 200 м не менее 85-95 м, до 400 м не менее 155-175 м и до 6(Ш м не менее 220-250 м.

Для установления возможности содержания присечных выработок, располагаемых в крае! вых частях выемочного столба (в зонах наибольших напряжений) в рабочем состоянии, и а обеспечения минимальных затрат на их поддержание необходимо применение крепей, сопротшИ ление, податливость и направление податливости которых согласуются с геомеханическими прэЯ цессами, проходящими вокруг выработок.

Характерной особенностью при отработке столбов (целиков) среди обрушенных пород яаЯ ляется изменение характера смешений вмещающих вырабогки пород. Преобладающие боковыЛ смещения со стороны массива угля составляют, как правило, до 80 % от суммарных боковых см щений. Этот фактор необходимо учитывать при выборе типа крепи подготовительной (присечноМ выработки. При этом конструктивная податливость крепи должна быть больше ожидаемых смоЯ щений пород [I, 5].

Анализ расчетов показывает, что до глубины разработки 200-400 м проблем для крепления Л поддержания присечных выработок не возникает. Установка арочных крепей КМГ1-АЗ или КМГш А5 с. гопротинпемием 260-1000 мм. как правило, положительно решает вопросы крепления приЯ сечных выработок.

При расположении выработок в крепких породах (/?с > 50 МПа) на глубине 500-600 м их со! держание в рабочем состоянии могут обеспечить арочные крепи КМП-А5 и трапециевидные (прм моугольные) крепи КМП-Т(П) с податливостью до 1000-1300 мм. Содержание выработок в рабе-1 чем состоянии в слабых породах (Яс = 35 МПа) на глубине до 500-600 м без дополнительных мер! по усилению крепи, снятию напряжений в краевой части пласта уже не представляется возмож-1 ным. При глубинах разработки более 600 м от непоследовательной отработки выемочных столбов! следует отказаться из-за сложных условий поддержания присечных (подготовительных) вырабо-|

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Инструкция по выбору раиной металлической податливой крепи горных выработок. Л., 1986.1

2. Бесцеликовая отработка мощиых пологих и наклонных пластов / В. Н. Кор пил ков. А. М. Ванды-шев. В. В. Таскаев и др. М.: Недра. 1978. 171с.

3. Корнилков В. Н. Особенности проявления горного давления при отработке выемочных столбов среди обрушенных пород//Технология подземной разработки месторождений. Вып.З: Межвуз. науч. тсмат. сб. Свердловск: Изд. СГИ. 1985. С. 3 - II.

4. Корничков В. Н. Расчет параметров зоны остаточного опорного давления на первых и нижних слоях мощных пластов с учетом фактора времени // Изв. вузов. Горный журнал. 1978. № 6. С. 10-15.

5. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок наугачьных шахтах СССР / Мин. угольной пром-ст* СССР; ВНИМИ. Л.. 1985. 22 с.

ВОПРОСЫ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СУБРА В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И УДАРООПАСНЫХ УСЛОВИЯХ

ЩЕРБИНИН Д. О. Уральская государственная горно-геологическая академия

Впервые при разработке ссвероуральских бокситовых залежей горные удары были зарегистрированы в 1972 году, и в тот же период Госгортехнадзором СССР залежи были отнесены к опасным по горным ударам. Тяжелая форма и характер динамических проявлений в значительной мере усложняют технологию выемки руды в подземных условиях. Данная проблема в немалой степени обусловлена сложными горно-геологическими условиями и тектонической обстановкой района.

Горно-геологические условия месторождения характеризуются значительной слоистостью массива пород, так как поверхностные воды по закарстованным известнякам непосредственно свя-