Горные удары в выработках с разрушением боковых пород

С увеличением глубины разработки до 800—1000 м на шахтах Кизеловского бассейна начали проявляться горные удары другого типа. К ним относятся внезапные разломы боковых пород в выработках, пройденных по пласту угля.

При исследовании горных ударов, связанных с разрушением прочной плиты песчаника мощностью до 2,5—3,5 м, отчетливо видно, что во всех случаях разрушаемый песчаник подстилается слоем менее прочных пород, представленных сланцами или пластом угля общей мощностью около 3—4 м. При большой глубине разработки, в результате очень высокой напряженности массива горных пород в окрестностях выработки, сланцы или пласт угля начинают выдавливаться в сторону выработки, встречая на своем пути жесткую плиту песчаника, нагружают ее и выгибают в сторону горной выработки. При определенной ширине выработки эта плита под действием изгибающих нагрузок разрушается. Так как кварцевые песчаники могут накапливать в достаточно больших количествах энергию упругих деформаций и склонны к хрупкому разрушению, то разлом плиты происходит мгновенно, с мощным сотрясением окружающих пород и сильным звуком.

В случаях горных ударов, происшедших на шахтах Кизеловского бассейна, толщина слоя песчаника, который разрушался силой удара, обычно составляла около половины ширины выработки. При большей толщине слоя песчаника величина давления со стороны подстилающей породы оказывалась недостаточной для его разрушения: деформация выработки происходит в этом случае главным образом за счет раздавливания угольных стенок. При толщине слоя песчаника, которая значительно меньше половины ширины выработки, возникали условия для его плавного изгиба в сторону выработки без накопления опасных напряжений. Некоторые случаи горных ударов с разрушением боковых пород показаны на рис. 24.

Необходимо обратить внимание и на то, что слабый слой пород ниже или выше слоя песчаника в некоторых случаях не обязателен. При весьма высокой напряженности пород вокруг выработки деформации разгрузки песчаника или другой крепкой, упругой и хрупкой породы а сторону выработки могут оказаться выше предельных и приведут к внезапному разрушению породы,

К такого рода случаям можно, например, отнести горный удар в полевой выработке околоствольного двора VII горизонта шахты № 2-Капитальная (рис. 25).

Горный удар произошел на глубине 880 м от земной поверхности в выработке, пройденной по кварцевым песчаникам, имеющим прочность на сжатие около 2000 кг/см2. Удар проявился в месте наибольшего сближения двух выработок (до 6—7 м) и в момент, когда этот район попал в зону опорного давления, вызванного очистными работами по пласту № 9 (забой лавы находился в 40 м от места удара). Разрушение западной стенки выработки произошло в результате изгиба слоев кварцевого песчаника.

Следует остановиться и на возможности совместного проявления горных ударов с разрушением боковых пород и угольных целиков при нагружении по схеме 2, б (рис. 6).

Устойчивость и способность к накоплению опасных концентраций напряжений системы «пласт — боковые породы» вокруг выработки зависят не только от соотношения размеров выработки, мощности и прочности слоя песчаника, но и от прочности угольной стенки. Если в стенке выработки залегает слабый и пластичный уголь, то ни о каком хрупком разрушении плиты песчаника говорить не приходится, так как создаются условия для плавного прогиба. Если же пласт представлен прочным и упругим углем, могут возникнуть условия для разрушения в форме горного удара как плиты песчаника, так и самого пласта. «Развязывание» удара в этом случае будет зависеть от того, что раньше придет в предельное состояние, при котором может возникнуть удар, — угольный пласт или слой песчаника.

Рассмотрим пример. При горных ударах в северном фланговом уклоне и ходке на шахте им. Урицкого 4 апреля и 12 июля 1963 г. произошло разрушение целика между указанными выработками и разрушение песчаника в почве уклона (рис. 27). Последовательность разрушения целика и почвы уклона непосредственным рассмотрением характера проявления уклона не была установлена. Здесь, по-видимому, возможны две схемы.

Представим себе, что первым в предельное состояние пришел слой песчаника в почве уклона (рис. 26, а). Разрушение почвы привело к некоторой разрядке напряжений в районе уклона, но пригрузило целики угля справа и слева. Такая пригрузка оказалась достаточной, чтобы вызвать разрушение целика между выработками.

Если же сначала разрушится угольный целик между выработками со стороны ходка (рис. 26, б), то возникает мгновенная пригрузка в районе уклона. Это может послужить причиной разрушения песчаника в почве уклона.