Диагностическая карта для ОСАГО здесь.

УДК 622.837:622.016.22.001.05   

 

           Прогноз вертикальных сдвижений и деформаций массива

                              горных пород

 

        С.Б.Кулибаба (УкрНИМИ), М.С.Кулибаба (ДонГТУ)                       

 

     Одним из путей решения проблемы рационального использования природных ресурсов и наиболее полного извлечения угля из недр является расконсервация его запасов из предохранительных целиков. Более чем двадцатилетний опыт подработки вертикальных шахтных стволов и технических скважин /1,2,3/ показывает реальную возможность как частичной, так и полной отработки предохранительных околоствольных целиков. Однако при этом, для принятия обоснованного решения о конкретных размерах такой подработки с учетом возможного применения конструктивных мер охраны ствола, необходим достоверный прогноз сдвижений и деформаций околоствольного породного массива.

     В условиях разработки некрутых (с углом падения до 300) угольных пластов наиболее характерными являются вертикальные сдвижения массива, способные вызвать у подрабатываемых вертикальных выработок  достаточно серьезные нарушения крепи и армировки. Поэтому разработка надежных методов прогноза вертикальных сдвижений и деформаций массива над очистными выработками является актуальной.

     Опыт расчета сдвижений массива по существующей методике /4/ показывает, что она страдает рядом неточностей и упрощений, которые в конечном счете приводят к погрешностям прогнозируемых величин. К основным недостаткам этой методики относятся такие, как некорректный учет степени подработанности массива по вертикали; приближенный расчет деформаций в зоне полных сдвижений; односторонний подход к расчету сдвижений, производимому на разрезе лишь по одному сечению мульды, т.е. без учета объемности процесса.

     На основе анализа целого ряда экспериментов, проведенных в УкрНИМИ, авторами разработана новая методика расчета сдвижений подрабатываемого массива горных пород, которая лишена указанных выше недостатков. В ее основу легли следующие экспериментально доказанные положения.

 

     Ключевую роль в формировании сдвижений и деформаций породной толщи над выработанным пространством играет зона полных сдвижений, границы которой в массиве с определенной степенью точности определяются с помощью углов полных сдвижений. Внутри этой зоны направление векторов сдвижения нормально к напластованию, а изменение их величины по высоте носит нелинейный характер. При этом наблюдается два характерных участка , где деформации растяжения массива в вертикальном (нормальном) направлении имеют повышенные значения. Один из них находится вблизи выработанного пространства угольного пласта, а второй - в районе границ зоны полных сдвижений.

     Относительная величина сдвижения qп любой точки в зоне полных сдвижений зависит от относительной ее удаленности от угольного пласта по нормали к напластованию и может быть описана зависимостью                

                     ,

 

где а0 и а1 - эмпирические коэффициенты, учитывающие степень метаморфизма вмещающих пород;

     n1 и n2 - параметры, определяющие местоположение сечения, параллельного напластованию, в котором расположена расчетная точка, в зоне полных сдвижений соответственно на разрезах вкрест и по простиранию:

 

                     

                     

                     

где Мi - расстояние, измеряемое по нормали к напластованию от пласта до i-й расчетной точки массива;

     D1 и D2 - размеры выработанного пространства соответственно вкрест и по простиранию пласта;

     y1, y2 и y3 - углы полных сдвижений.


 

     При удалении от зоны полных сдвижений величина вектора сдвижения уменьшается, принимая нулевые значения на границах области сдвижения массива и отличные от нуля - на земной поверхности в пределах мульды. При этом относительная величина вектора сдвижения точки зависит от степени ее подработанности и от ее местоположения в мульде сдвижения в обоих главных сечениях.

     Расчет производится одновременно на двух вертикальных разрезах по главным сечениям мульды сдвижения, на каждом из которых выделяются следующие основные зоны сдвижения в подрабатываемом массиве горных пород (рис. 1): зона полных сдвижений (1), расположенная непосредственно над выработанным пространством (зона обрушений, находящаяся между выработанным пространством и зоной полных сдвижений здесь не рассматривается ввиду ее относительно малых размеров по нормали к напластованию); зоны перегибов слоев (2), граничащие с обеих сторон с зоной 1; зона неполных сдвижений (3), расположенная выше зон 1 и 2 между линией полной подработки массива (AB на рис. 1) и земной поверхностью.

 

     Оценка точности предлагаемой методики произведена путем сравнения прогнозных сдвижений с фактическими, измеренными на наблюдательных станциях. Так, на рис.2  приведены графики фактических и ожидаемых оседаний крепи вентиляционного ствола №2 шахты "Центральная Белянка" объединения "Луганскуголь", подработанного в 1977 г. по пласту g3.

 

 

     Здесь же помещен график ожидаемых оседаний, рассчитанных по методике /4/, из сравнения с которым можно сделать вывод о том, что новая методика прогноза сдвижений массива горных пород дает более точные результаты.

     Разработан алгоритм для автоматизации расчетов на ЭВМ.

 

                        ЛИТЕРАТУРА

 

1. Охрана и поддержание глубоких вертикальных стволов в

   Донбассе/ В.М.Кулешов, И.А.Южанин, С.Б.Кулибаба,

   В.А.Дрибан: Обзор/ ЦНИЭИуголь. -М.,1987. -31с.          

2. Опыт расконсервации околоствольных целиков с применени-

   ем гармонической отработки пластов/ С.Б.Кулибаба,

   С.В.Голдин, Г.И.Сазонов, А.П.Литвиненко// Уголь Украи-

   ны. -1989. -№7. -С. 7-8.

3. Выемка предохранительного целика под действующим верти-

   кальным стволом/С.Б.Кулибаба, И.А.Южанин, И.А.Колдунов,

   С.В.Голдин// Уголь Украины. -1991. -№8. -С.28-31.

4. Указания по рациональному расположению, охране и под-

   держанию горных выработок на угольных шахтах СССР/

   ВНИМИ Минуглепрома СССР. -Л.:ВНИМИ. -1986. -222с.