Повышенное горное давление и поведение породного массивы

18.03.2020

Характеристика выемочного штрека. Результаты проводившихся исследований зависимости конвергенции в выемочных штреках от расчетного горного давления свидетельствуют о том, что в большинстве случаев она увеличивается прямо пропорционально обусловленному очистными работами приросту давления. Если величина горного давления, под которым понимается среднее расчетное давление, определенное для площади размером 10х10 м (можно принять и другие размеры площади, например 25х25 м), в примыкающем к выемочному штреку угольном массиве, возрастет на 10 МПа, то конвергенция увеличится, например, на 23 см. При приросте давления на 30 МПа конвергенция составит 3х23 = 69 см. Величину конвергенции, происходящей при повышении давления на 10 МПа, будем называть интенсивностью конвергенции. С помощью этого показателя можно характеризовать чувствительность штрека к повышению давления и сравнивать эффективность применения различных типов крепи в одном и том же штреке или сопоставлять различия в геологическом строении вмещающих пород в различных штреках.

При анализе результатов производственных наблюдений и расчетов горного давления следует в каждом конкретном случае устанавливать, является ли зависимость конвергенции от прироста давления линейной или же в данном случае наблюдаются отклонения от общей закономерности.

Проведенными до настоящего времени исследованиями установлено четыре вида таких отклонений. В качестве первого вида отклонений конвергенции от нормальной прямой линии (рис. 6.21, а) будем считать характеристику штрека с двойным изломом (рис. 6.21,6). Она характерна для тех случаев, когда на сопряжении лавы со штреком происходит дополнительная конвергенция. Если бы штрек проходили общим забоем с лавой или с отставанием от нее, предотвращая тем самым дополнительную конвергенцию на сопряжении с лавой, то тогда и остаточная конвергенция уменьшилась бы на эту величину.

Другой вид отклонения от нормальной конвергенции, который был также обнаружен в некоторых штреках, характеризуется меньшей интенсивностью конвергенции до подхода лавы, чем после ее прохода (рис. 6.21,в). В таких штреках конвергенция перед лавой возрастает весьма незначительно.

Третий вид отклонения, когда конвергенция вначале растет очень быстро, а затем ее интенсивность уменьшается (рис. 6.21, а), до сих пор был обнаружен только в одном выемочном штреке. Породы почвы интенсивно сминались и выдавливались на участке между забоем штрека и забоем подрывки почвы за лавой. Возможно, что интенсивное складкообразование породных слоев непосредственно у забоя штрека было вызвано повышенным под воздействием краевой части по вышележащему пласту давлением.

Четвертый вид отклонения (рис. 6.21,д) характерен для пород, деформация которых определяется не только давлением, но и его временем действия, т. е. для пород, обладающих свойствами псевдопластической среды. Однако такой вид конвергенции, по-видимому, в условиях выемочных штреков встречается намного реже, чем ранее предполагалось (как правило, только в базисных и других подобных им наклонных пластовых выработках). В подобного рода породах проведение выемочного штрека с отставанием от лавы может не привести к существенному улучшению его состояния, так как конвергенция за лавой увеличивается быстрее, чем растет давление.

Вполне возможны случаи одновременного появления нескольких видов отклонения конвергенции от нормального.

Проводимые в настоящее время исследования показывают, что при наличии узких целиков по вышележащему пласту, ориентированных перпендикулярно к оси штрека и находящихся на небольшом от него расстоянии, расчетное давление может быть слишком велико, обусловливая крутую характеристику штрека (при сохранении ее прямолинейности). Возможно, что за счет изменения расчетных параметров эту ошибку удастся устранить.

Зависимость конвергенции от вертикального давления не распространяется на подработанные штреки. Подъем кривой характеристики штрека, отмечаемый при производственных наблюдениях, обусловлен, по-видимому, воздействием горизонтальной составляющей горного давления.

Расчет конвергенции. Условные обозначения: АpN — нормальный прирост давления по длине выемочного штрека, который пройден с опережением лавы и поддерживается в условиях одностороннего выработанного пространства при отсутствии дополнительных факторов, обусловливающих изменение горного давления (таких, как над- или подработка, влияние соседних отработанных участков или целиков по тому же пласту); Ap — прирост давления при воздействии различных факторов, определяемый расчетом; — геостатическое давление в ненарушенном горными работами породном массиве на глубине Н, м, Po = 0.025Н. МПа; n — коэффициент кратности «нормального» прироста давления АрN по отношению к геостатическому р0, ApN = np0; В — коэффициент пригрузки, показывающий во сколько раз прирост давления Ap больше «нормального» прироста давления, B=Ap/ApN.

Обследованные выемочные штреки. Приведенные ниже расчеты базируются на данных, которые получены X. Нольце при обследовании 30 выемочных штреков, пройденных с опережением лавы и поддерживаемых в условиях одностороннего выработанного пространства, а также 11 штреков, пройденных общим забоем с лавой или с отставанием от нее.

Во всех обследованных штреках расчетная конвергенция KEV превышала 10% исходной высоты выработок. Из общего числа обследованных штреков шесть не были надработаны вышележащими пластами, в том числе три из них относились к первому отрабатываемому в выемочном поле участку и два — к третьему. В условиях однократной над- или подработки находились 18 штреков, в условиях многократной — 15 (девять из них относились к первому в выемочном поле участку, два — ко второму и четыре — к третьему). Два штрека граничили с угольным целиком шириной 45 м; оба они находились на третьем участке выемочного поля.

Такое распределение выемочных штреков по условиям можно считать характерным для Рурского бассейна. Большая доля выемочных штреков, поддерживаемых под- или над краевыми частями соседних пластов, требует учета коэффициента пригрузки.

Коэффициент пригрузки. Исследования X. Нольце базировались в основном на величине нормальной конвергенции KN, соответствующей конвергенции KEV. Этот параметр, рассчитываемый по методу В. Каммера, является достаточно надежным. Теперь необходимо выяснить, как изменяется конвергенция, если прирост давления отличается от «нормального» (АрN), например, из-за влияния краевой части по вышележащему пласту. Для ответа на этот вопрос необходимо знать величину ApN или соответственно n=ApN/p0. В предложенном В. Каммером уравнении конвергенция KN определяется двумя компонентами. Одна из них зависит от глубины разработки и давления, вторая же не зависит от давления. Если же зависящую от давления компоненту конвергенции оценить, как это предлагается X. Нольце, в 10% исходной высоты, то определяемая величиной давления часть «нормальной» конвергенции KN должна относиться к соответствующей части измеренной (фактической) конвергенции Kgem в той же пропорции, что и «нормальный» прирост давления ApN=nP0 к приросту давления Ар. Из этого следует, что
Повышенное горное давление и поведение породного массивы

Статистическая оценка результатов обследования названных выше выемочных штреков показала, что n = 2,5±0,5. В последующем примем, что AрN = 2,5 р0 = 0,062 H=Н/16.

Теперь можно определить для каждого штрека коэффициент пригрузки В=Ар/Аро=16Ар/Н. По отношению к среднему коэффициенту пригрузки при ApN = 2,5 p0 для коэффициентов пригрузки, превышающих единицу, среднее значение было равно 1,3, а у пяти штреков В>1,5. Среднее значение для коэффициентов пригрузки меньше единицы составляло 0,75; только в одном штреке было определено, что В <0,5.

Расчеты конвергенции с учетом коэффициента пригрузки. Зависящую от давления компоненту нормальной конвергенции Kev, умноженную на коэффициент пригрузки В, умножают вместе с оставшейся не зависящей от давления компонентой конвергенции (10%) на коэффициент F, учитывающий порядок проведения выемочного штрека относительно лавы (с опережением лавы F=1, общим забоем с лавой F = 0,75 и с отставанием от нее F=0,5). В этом случае общая расчетная конвергенция

Рассчитанные по указанным формулам величины конвергенции были сопоставлены со значениями фактической конвергенции, определенными путем производственных наблюдений в 28 штреках, пройденных с опережением лавы, и в 11 штреках, проводившихся общим забоем или с отставанием от лавы. Примерно 97% всех рассчитанных величин имели отклонение от фактически измеренных не более 7%. Хорошее совпадение расчетных и фактических величин конвергенции еще раз подтвердило надежность и достоверность расчетов как нормальной конвергенции Kev, так и горного давления.

Горизонтальные напряжения. Нетрудно заметить, что характеристики выемочных штреков, построенные по данным регрессионного анализа, при одних и тех же влияющих факторах имеют неодинаковую крутизну. Чем больше глубина, тем положе характеристика штрека (рис. 6.22). Этот вывод вроде бы противоречит установленному ранее положению о возрастании конвергенции с увеличением нормального к напластованию давления в прямолинейной зависимости.

Такое противоречие может быть объяснено следующим: крутизна подъема характеристики определяется величиной горизонтальных напряжений, действующих в период проведения штрека и существенным образом участвующих в разрушении пород.

Горизонтальные напряжения увеличиваются пропорционально глубине и лишь незначительно изменяются при надработке.

Высказанное предположение еще требует обоснования. Однако следует отметить, что оно подтверждается данными измерений конвергенции в надработанных штреках.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна