Классификация трещин и видов смещения

Во многих случаях на основе признаков состояния кровли (трещины, вывалы, следы скольжения) представляется возможным, судить о характере ее смещения и, следовательно, о причинах давления кровли на опоры (стойки, закладочный массив).

Группы трещин. Образующиеся при разрушении породного массива блоки могут иметь случайные, неодинаковые формы. В этом случае говорят о незакономерном разрушении. Ho форма породных блоков может и повторяться. Если условия нагружения породного массива остаются неизменными по мере подвигания очистного забоя, то можно говорить о закономерной форме разрушения. Повторяющиеся одинаковым образом трещины связаны с характерными для них смещениями породного массива (рис. 2.1). Трещины могут образовываться также и в смешанных формах (рис. 2.2). Деформирование породного слоя может происходить в результате его одностороннего опускания либо сжатия (уменьшения толщины) или же при совместном воздействии обоих этих видов сдвижения породного массива (рис 2.3).

Трещины, параллельные напластованию (R1). Если поворачивать прямоугольник вокруг точки на одной из его сторон, то точки, находящиеся на противоположной стороне, будут перемещаться по окружностям, несколько выходя за пределы первоначального контура. Если же возможность бокового смещения ограничена, поскольку соседний участок породного массива не допускает движения в горизонтальном направлении, то возникают силы, отжимающие отдельные слои в противоположном направлении и смещающие их относительно друг друга (см. рис. 2.1,а). Чем меньше прочность сцепления на контактах слоев и чем сильнее противодействие боковому смещению, тем интенсивнее расслоение породной пачки. Однако такого рода расслоение возможно только тогда, когда деформируемая породная пачка подвергается слабому вертикальному сжатию. При сильном вертикальном сжатии на контактах наслоений появляются дополнительные силы трения, затрудняющие относительные смещения по плоскостям напластований. Поэтому параллельные напластованию трещины появляются в породах непосредственной кровли только над призабойным или выработанным пространством, но не над пластом.

Трещины, перпендикулярные напластованию (R2). Опускание непосредственной кровли начинается уже над призабойной краевой частью пласта под действием опережающего опорного давления. Однако вследствие сильного подпора кровли пластом здесь не могут произойти относительные смещения слоев по их контактам (т. е. параллельно напластованию) из-за больших сил трения. В этом случае происходит разделение породной пачки плоскостями, перпендикулярными к напластованию (см, рис. 2.1,б).

Трещины, расположенные косо по отношению к напластованию с наклоном на забой (R3). Если к вертикальному давлению добавляется смещение (выдавливание) пласта в призабойное пространство, передающееся за счет сил трения породам кровли, то при отсутствии сопротивления горизонтальному смещению кровли (при управлении ею полным обрушением) в ней образуются трещины, падающие в направлении забоя. В почве образуются аналогичные трещины, но с наклоном в противоположном направлении.

Такие трещины в непосредственной кровле появляются над призабойной частью пласта. Здесь действуют силы подпора и от смещения пласта в призабойное пространство лавы. Косые трещины раскрываются в большей мере в верхней части породной пачки, а расчлененные ими породные блоки взаимно смещаются, так что породная пачка становится тоньше (рис. 2.4). Если усилие сдвига со стороны пласта перестает действовать, трещины снова закрываются и при дальнейшем повороте расчлененных ими породных блоков возникают значительные силы трения. После выемки угля из-под нарушенной такими трещинами полосы непосредственной кровли усилия подпора значительно уменьшаются и косые поверхности разлома получают возможность повернуться в обратном направлении. При этом трещины раскрываются уже в нижней части породной пачки. В то время как непосредственная кровля вблизи забоя при раскрытых косых трещинах является достаточно разрыхленной и ее нижняя поверхность вогнута, у завальной стороны при закрытых трещинах она уже «уплотнена», а ее поверхность приобретает выпуклую форму.

Подобный процесс разворота породных блоков над призабойным пространством лавы является особенно опасным При раскрытых трещинах уменьшается или даже полностью исчезает трение между поверхностями блоков, в результате чего возникает опасность их выскальзывания и обрушения в призабойное пространство. Таким образом, крепь должна противодействовать не только нагрузкам от веса отделившихся от массива пород непосредственной кровли, но и усилиям, стремящимся развернуть расчлененные косыми трещинами породные блоки, с тем чтобы сохранить действующие между ними силы трения.

Трещины, расположенные косо к напластованию с наклоном в сторону выработанного пространства (R4). Подобные трещины образуются в тех случаях, когда породы непосредственной кровли сдвигаются над опорой (например, над краевой частью пласта) в сторону призабойного пространства лавы (рис. 2.5). Они встречаются особенно часто при слабых породах непосредственной кровли и крепком угле.

Клинообразующие трещины. Слабые породные слои в непосредственной кровле, находящиеся над плоскостями скольжения, могут подвергаться смятию (т. е. деформированию с уменьшением толщины) в результате смещения блоков, расчлененных клинообразующими трещинами, под действием опережающего опорного давления (рис. 2.6).

Трещины в призабойной части пласта (рис. 2.7). Если прочность пород кровли мало отличается от прочности угля, то трещины, образующиеся в кровле, могут распространяться на пласт. В этом случае, особенно в верхней пачке пласта, встречаются косые трещины, имеющие наклон в направлении подвигания забоя (рис. 2.7,г). Поверхность таких трещин внешне имеет вид хрупкого излома без следов скольжения.

Косые трещины, наклоненные в сторону выработанного пространства (рис. 2.7,д), наоборот, имеют следы скольжения, поскольку они. как и соответствующие трещины в кровле пласта, являются результатом сдвига, обусловленного действием опережающего опорного давления. Такие трещины в пластах встречаются особенно часто, даже если их нет в непосредственной кровле. Пласт, находящийся в условиях упругого сжатия под действием веса всей толщи налегающих пород, может разгружаться в сторону призабойного пространства именно по таким наклонным поверхностям разрыва. Во многих случаях образуются перекрещивающиеся системы трещин (рис. 2.7,е). которые расчленяют пласт на видные блоки, выдавливаемые в призабойное пространство.