Влияние целиков и краевых частей пласта угля на соседние пласты

21.05.2018
В целях исключения передачи концентрированных нагрузок на пласты, опасные по горным ударам, отработку защитных пластов, как известно, проводят без оставления целиков угля. Однако в отдельных случаях горнякам приходится нарушать это золотое правило. В связи с таким положением есть смысл рассмотреть характер и степень вредного воздействия целиков, оставляемых при отработке защитных пластов, на отработку пластов, опасных по горным ударам.

На рис. 81 и 82 приведены некоторые результаты моделирования на эквивалентных материалах и вальцмассе. Они, прежде всего, показывают, что влияние целика как концентратора напряжений сказывается над и под его серединой па расстоянии до 3 С в породах почвы, до 4 С — в породах кровли, где С — ширина целика. За пределами этих расстояний целик угля не вызывает повышенной концентрации напряжений, однако под ним не возникает и разгрузки, т. е. напряжения в горных породах не становятся меньшими уН.

Таким образом, даже на весьма удаленных смежных пластах оставленные целики не дают возможности проявиться защитным свойствам пласта. Вредное влияние целиков обнаруживалось в породах почвы на расстоянии до 100 м и более.



Из рис. 83 следует, что условия ведения горных работ особенно неблагоприятны на соседних пластах в районе влияния краевых частей целиков угля, где имеются высокие концентрации напряжений. Если в положении I (рис. 83) такого влияния еще не обнаруживается, то в положении II взаимное влияние края пласта и целика проявляется довольно отчетливо. В данных условиях вполне очевидны повышенная удароопасность краевой части отрабатываемого пласта и значительное ухудшение устойчивости боковых пород.

С дальнейшим подвиганием забоя размеры участка целика, воспринимающего опорные нагрузки, уменьшаются, концентрация напряжений в нем растет, что приводит к дополнительным затруднениям при ведении работ.

В связи с этим условия ведения работ при подходе забоя под целик и при выходе из-под целика будут иметь отличие. Положение III на рис. 83 характеризует наиболее неблагоприятный по удароопасности угольного пласта момент при отработке пласта в зоне влияния целика.

При последующей выемке пласта угля, когда забой проходит положение, соответствующее области максимальных напряжений в положении III, наступает постепенное снижение нагрузок (положение IV). После выхода забоя из-под влияния целика (положение V) напряжения в опорной зоне впереди забоя снижаются до первоначального уровня (положение I).

Рассмотренная схема аналогична схеме перераспределения напряжений и при надработке целика угля.

Влияние целика, как концентратора напряжений, остается и после подработки его соседним пластом, хотя и несколько снижается, mo-видимому, вследствие уменьшения способности дважды подработанных пород к зависанию (рис. 81, в и г).

Остановимся на таком вопросе: возможно ли в отдельных случаях проявление разгрузки массива горных пород и в районе влияния целиков угля?

Для того чтобы в районе влияния целика (проявилась разгрузка массива пород, нужно, чтобы напряжения в средней части целика были меньше уН. Это возможно в целиках, находящихся по всей их ширине в предельно напряженном состоянии, в условиях, когда нагрузки воспринимаются окружающими целик опорами, а сам целик работает в условиях заданной деформации (рис. 84, а). Размер целика С при этом должен удовлетворять условию, полученному на основе выражения (5):

Если поставить условие, чтобы меньше уН были не максимальные нагрузки на целик, располагающиеся в его центре, а средние нагрузки, то ширину целика можно узнать из выражения

Размеры целиков, определенные по выражениям (36) и (37), должны быть увеличены на удвоенную ширину зоны разрушенного угля, простирающуюся обычно на 0,5—1,0 т.

Изложенное относится к тому случаю, когда сокращение размеров целика вплоть до его полной отработки приводило к передаче нагрузок на окружающие опоры — целики или краевые части пласта угля.

Возможна и другая схема нагружения целика (рис. 84,б). В этом случае целик угля нагружается частью массива горных пород, заключенной в многоугольнике ACBEД. При этом средние нагрузки на целик, равные уII, появятся лишь в том случае, если площадь фиг. 2 будет равна площади фиг. 3. При угле полных сдвижений w3 = 60° это условие запишется в следующем виде:

При ширине выработанного пространства, определенной по выражению (38), средние нагрузки на целик будут равными уН. При этом размеры целика должны удовлетворять условию (37).

При большей ширине выработанного пространства целик будет воспринимать и передавать на массив горных пород нагрузки больше уН даже в том случае, если его разрушит горное давление, так как известно, что и после разрушения целик имеет несущую способность. Это положение, по-видимому, не относится к пластам угля с крутым падением, на которых возможен перепуск раздавленного целика.

Таким образом, вредное влияние оставленных целиков на отработку соседних пластов возможно исключить только в некоторых частных случаях, прежде всего, при малой ширине выработанного пространства. В подавляющем же большинстве случаев вредное влияние целиков обнаруживается на расстоянии до 100 м и более (рис. 85), если даже и не в виде появления высокой концентрации напряжений, то в виде исключения эффективного влияния опережающей отработки защитного пласта. Поэтому, если отсутствуют условия для отработки защитного пласта без оставления целиков угля, чаще всего целесообразно вообще отказаться от его использования в качестве защитного.