Изученность вопросов эффективного использования защитных пластов

21.05.2018
Механизм защитного действия пластов заключается, главным образом, в частичной разгрузке массива пород и угольных пластов от горного давления. Пласты в большинстве случаев сохраняют способность к хрупкому разрушению и после отработки защитного пласта.

При определенных условиях после отработки защитного пласта может вновь произойти восстановление нагрузок на пласт до опасных величин, и, следовательно, приходится говорить о восстановлении опасности пластов по горным ударам.

Ho, как известно, в формировании и проявлении горного удара, а также и внезапного выброса угля и газа участвует не только пласт угля, но и массив горных пород.

Какие же изменения происходят в массиве горных пород в результате разработки защитного пласта и могут ли эти изменения исчезнуть впоследствии?

Массив горных пород в процессе отработки защитного пласта претерпевает подвижки как по имевшимся в нем поверхностям ослабления, так и по поверхностям ослабления, образовавшимся вновь под воздействием высоких напряжений, особенно напряжений, возникающих при изгибе слоев. Таким образом, массив горных пород оказывается состоящим из отдельных слабо связанных между собой элементов.

Наиболее существенные изменения происходят в подработанной части массива горных пород. В результате этих изменений возрастает способность массива к обрушению и сдвижению, что может существенно снизить концентрацию напряжений в зонах опорного давления при разработке опасного пласта. Кроме того, сдвижение и деформация нарушенного массива горных пород будут проходить более плавно. При этом возможность образования в слоях пород новых разрывов, которые могли бы явиться толчком к развязыванию явлений типа горных ударов, уменьшится.

Таким образом, хотя в результате разработки соседнего пласта опасный пласт не претерпевает значительных изменений своих механических свойств, степень опасности проявления горных ударов при его отработке вследствие изменения условий нагружения угольного пласта несколько снижается.

Все это позволяет считать, что приведенные выше зависимости по установлению максимально допустимого отставания работ опасного пласта от очистных работ защитного и по установлению допустимой высоты этажей на опасном и защитном пластах дают эти величины с некоторым запасом, особенно если эти зависимости используются для глубин разработки до 500—600 м, а также для случаев подработки. Вместе с тем для условий надработки тонкими защитными пластами на больших глубинах перечисленные величины, полученные указанными способами, по-видимому, запаса не содержат, так как более высокое напряженное состояние пород может привести к появлению неполной разгрузки массива из-за недостаточной мощности защитного пласта. Так, на шахте им. Урицкого Кизеловского бассейна при ведении работ на глубинах 900—950 м отдельные горные удары (при подходе к передовым выработкам) возникали позади надрабатываемого защитного пласта всего лишь в 150—200 м. Поэтому в этих условиях необходимо при опережении работ на 150 м и более применять некоторые специальные меры защиты от горных ударов (например, отработку целиков, образующихся при подходе к передовым выработкам, производить с предварительным приведением их в неудароопаеное состояние).

Необходимо обратить внимание на то, что недостаточная изученность механизма сдвижения и деформации массива горных пород и отсутствие общих решений механики горных пород не дают возможности получить в настоящее время исчерпывающее решение вопроса установления границ, степени и пределов защитного действия пластов. Приведенные выше решения должны рассматриваться в большинстве как ориентировочные. Сделано еще далеко не все. Однако анализ имеющихся материалов позволяет уточнить наши представления о механизме, границах и степени действия защитных пластов и дать ряд конкретных рекомендаций по их эффективному использованию.

Рассмотренные задачи эффективного использования защитных пластов касались выявления и осуществления мер борьбы с горными ударами и внезапными выбросами угля и газа. Однако область использования полученных данных значительно шире.

С увеличением глубины разработки осложняется решение многих вопросов. Использование опережающей отработки защитных пластов как бы снижает эффективную глубину разработки, так как значительно ослабевают проявления горного давления. Если, например, на том или ином месторождении возникли трудности в поддержании выработок, скажем, с глубины 600 м, то, приняв указанную глубину за H0, можно, пользуясь полученными в настоящей работе соотношениями, определить условия эффективного использования защитного действия пластов применительно к решению вопроса поддержания выработок.

На глубоких шахтах Донбасса выбросы породы возникают при проходке выработок по песчаникам. В качестве одной из наиболее эффективных мер борьбы с ними предложено использовать опережающую надработку (подработку) опасного песчаника в районе проведения выработки (полевого штрека, бремсберга и пр.). Эта мера одновременно успешно решает вопрос поддержания выработок па больших глубинах.

Опережающая разработка защитных пластов, например в Кузбассе, позволит улучшить условия отработки свиты пластов, снизит потери угля в целиках у горных выработок и у геологических нарушений, поможет «спасению» некоторых систем разработки для больших глубин (щитовая система, системы с подвиганием забоя по восстанию пласта и др.)

В конечном итоге правильное использование опережающей разработки защитных пластов позволит осуществлять управление горным давлением и его проявлениями в широком смысле.