Использование расчетов конвергенции при планировании развития горных работ

18.03.2020

Согласно современным представлениям влияние факторов, вызывающих конвергенцию выемочных штреков, будет иметь тот же характер, что и сейчас, по меньшей мере до глубины 1400 м. Рассмотрим, какую конвергенцию следует ожидать на глубине 1400 м. В настоящее время 30% всех выемочных штреков охраняют со стороны выработанного пространства жесткими околоштрековыми полосами и около 10% всех штреков проводят с отставанием от лавы. Если даже принять, что на глубине 1400 м все штреки будут проводить с отставанием от лавы и охранять жесткими околоштрековыми полосами, то и в этом случае средняя конвергенция повысится с 34 до 43% начальной высоты штрека.

На графике (рис. 6.39) нанесены встречавшиеся до сих пор в выемочных штреках сочетания мощности пласта и условного показателя прочности пород почвы. Можно предположить, что примерно такое же соотношение сохранится и на глубине 1400 м.
Использование расчетов конвергенции при планировании развития горных работ

Проведенная на графике линия соединяет точки тех выемочных штреков, в которых на глубине 1400 м при условии проведения их с отставанием от лавы следует ожидать конвергенцию, равную 45% начальной высоты выработки. Одна из таких точек соответствует, например, выемочному штреку на пласте мощностью 1,1 м, почва которого представлена глинистым сланцем и «кучерявчиком» (условный показатель прочности GL = 3,5). Вторая точка соответствует мощности пласта 2,8 м с почвой, сложенной песчанистым и глинистым сланцами. Около 20% всех выемочных штреков расположены с правой стороны этой граничной линии, т. е. их конвергенция на глубине 1400 м должна превышать 45%.

Если учесть, что схема проведения выемочных штреков с отставанием от лавы технически осуществима при мощности пласта не менее 1,3 м, то доля штреков, в которых современные технические средства не смогут обеспечить приемлемые условия поддержания на глубине 1400 м, возрастает до 30%.

Рассмотрим теперь, какие дополнительные меры могут потребоваться, чтобы на глубине 1400 м удалось поддерживать эти штреки. При этом будем исходить из условия, что штрек, проводимый с отставанием от лавы на глубине 1400 м и поддерживаемый при одностороннем выработанном пространстве, имеет конечную конвергенцию 45%. Штрек, пройденный с опережением лавы, при прочих равных условиях, имел бы конечную конвергенцию 65%. Надработка пласта может в значительной мере повлиять на конвергенцию. Если, например, в 50 м над штреком, пройденным с опережением лавы, находится краевая часть пласта, то конвергенция увеличивается до 85%. Она уменьшится до 31%, если штрек надработан и находится в зоне пониженного горного давления. Такие весьма существенные изменения конвергенции показывают, насколько сильно влияет горное давление на конвергенцию и какое большое значение имеют схемы проведения выработок, способствующие ее снижению. Штреки, заведомо склонные к повышенной конвергенции, должны располагаться по возможности в разгруженных от давления зонах. Разгрузка от давления за счет предварительной отработки защитного пласта оказывает такой же эффект, как и уменьшение глубины разработки.

Если применение схем проведения, обеспечивающих снижение конвергенции, невозможно, то должны предусматриваться другие мероприятия. При их разработке следует исходить в первую очередь из тех факторов, которые до последнего времени считались наиболее существенными.

Наибольшее влияние на конвергенцию оказывают прочностные свойства пород почвы. Поэтому наиболее действенной мерой было бы упрочнение пород в почве штрека, которое все же до последнего времени не удавалось осуществить достаточна надежно. Воздействие такого упорядочения, например путем анкерования или тампонирования почвы, равноценно соответствующему изменению условного показателя прочности пород почвы, сказывающемуся в свою очередь на величине конвергенции. Если бы, например, удалось путем упрочнения песчано-глинистого сланца увеличить его прочность таким образом, чтобы среднее значение условного показателя прочности снизилось с 2,7 до 1 (что соответствует песчанику), то конвергенция пройденного с отставанием от лавы штрека, уменьшилась бы на 15% (т. е. с 45 до 30% начальной высоты штрека)

На глубине 1400 м упрочнение пород почвы могло бы иметь следующий эффект. На пластах мощностью 2,8 м с почвой, сложенной глинистым сланцем и «кучерявчиком» (GL = 3,5), без мероприятий по упрочнению почвы конвергенция выемочных штреков намного превысила бы 45% (см. рис. 6.39). Упрочнение почвы, при котором условный показатель прочности изменится до 2,5, обеспечит снижение конвергенции до 45%.

Рассмотрим другой пример. Для того чтобы конвергенция в выемочном штреке на пласте мощностью 1,1 м при условном показателе прочности пород почвы 3,5 не превысила 45%, его следует проводить с отставанием от лавы. Однако малая мощность пласта не допускает применения такой схемы его проведения. Упрочнение почвы позволяет в этом случае проводить штрек с опережением лавы.

Другим важным фактором, оказывающим влияние на конвергенцию штрека, является мощность пласта. Эффективную мощность пласта, определяющую условия сдвижения пород кровли, можно было бы уменьшить путем применения специальных способов полной закладки выработанного пространства. Использование обычной пневматической закладки из-за замедленного уплотнения закладочного массива не способствует снижению конвергенции выемочных штреков, наблюдаемой при способе управления кровлей полным обрушением. В то же время вполне возможно уменьшить эффективную мощность пласта путем применения специальных способов полной закладки, при которых закладочный массив сразу же воспринимает нагрузку от опускающейся кровли. Если бы удалось уменьшить таким образом эффективную мощность пласта с 1,85 до 1 м, то конвергенция снизилась бы на 8% начальной высоты выработки.

Мощность пласта входит в уравнение регрессии для расчета конвергенции как величина, умножаемая на условный показатель способа охраны штрека со стороны выработанного пространства. Уменьшение мощности пласта с 1,85 до 1 м в сочетании с жесткой околоштрековой полосой сказывается на конвергенции в два раза сильней, чем в сочетании с деревянными кострами. Действие жесткой околоштрековой полосы проявляется в том, что затвердевший материал полосы заполняет часть пространства за арочной крепью. Дальнейшего уменьшения конвергенции можно ожидать от полного заполнения закрепного пространства твердеющими смесями, производимого сразу же после установки рам крепи. Благодаря этому конвергенция уменьшается на одну треть.

Обводненность выработок является еще одним фактором, увеличивающим конвергенцию, поскольку при увлажнении пород почвы их прочность снижается. Так, глинистые и песчанистые сланцы после полного насыщения влагой теряют до 50% начальной прочности. Это соответствует повышению условного показателя прочности пород почвы с 2,5 до 3,9. Поэтому можно считать, что устранение притока воды в выработку равноценно снижению ожидаемой конвергенции примерно на 10% начальной высоты выработки.

«Уменьшение» эффективной глубины горных пород за счет предварительной защитной надработки, упрочнение пород почвы, «уменьшение» эффективной мощности пласта в результате применения твердеющей закладки выработанного пространства, а также использование жестких околоштрековых полос и сплошного заполнения закрепного пространства — наиболее перспективные направления снижения конвергенции, которые, как показывает практика, должны обеспечить соответствующий эффект. Мы не упомянули еще старый испытанный способ проведения выемочных штреков с нижней раскоской, эффективность которого в современных условиях еще нужно проверить. Если верить результатам наблюдений в двух штреках, то его применение обеспечивает снижение конвергенции с 45 до 30% начальной высоты штрека. В уравнении регрессии не учтено также влияние типа крепи, поскольку различия в современных конструкциях крепей не оказывают существенного воздействия на развитие конвергенции. Однако этим мы отнюдь не хотим утверждать, что использование новых или усовершенствованных типов крепи не окажет эффективного влияния на конвергенцию в выемочных штреках.

Многочисленные эксперименты с различными способами крепления выемочных штреков не давали однозначных результатов. Причина заключалась нередко в том, что не было возможности установить, вызваны ли наблюдаемые изменения в поведении штреков проводимыми в порядке эксперимента дополнительными мерами или же являются всего лишь следствием изменившихся горно-геологических условий. Сегодня для этого уже имеется удобный критерий оценки — вычисленная без учета проводимых мероприятий конвергенция. При экспериментах в шахтах ожидаемую конвергенцию рассчитывают на основе определенных ранее факторов. Вычитая приходящиеся на эти факторы доли конвергенции из величины фактической конвергенции, измеренной на экспериментальном участке, по оставшейся величине судят об эффективности применявшегося мероприятия. Для того чтобы получить данные для такого способа оценки, необходимо проводить производственные наблюдения за состоянием и тех выемочных штреков, которые не вызывают каких-либо проблем с их поддержанием.

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