Ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев

Проведены исследования влияния переменной скорости обнажения подрабатываемого массива при выемке тонких и средней мощности пологонаклонных угольных пластов на периодические осадки и обрушения кровли, вызывающие перепады величин ее сближения с почвой в лаве и контурных смещений пород в прилегающих к...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автор:	Борзых, А.Ф.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2012
Назва видання:	Физико-технические проблемы горного производства
Теми:	Прогноз и управление состоянием горного массива
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108247
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев / А.Ф. Борзых // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2012. — Вип. 15. — С. 70-84. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-108247
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1082472016-11-02T03:02:27Z Ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев Борзых, А.Ф. Прогноз и управление состоянием горного массива Проведены исследования влияния переменной скорости обнажения подрабатываемого массива при выемке тонких и средней мощности пологонаклонных угольных пластов на периодические осадки и обрушения кровли, вызывающие перепады величин ее сближения с почвой в лаве и контурных смещений пород в прилегающих к ней выработках. Установлено, что при увеличении средней скорости подвигания очистного забоя независимо от структурно-прочностных характеристик пород, слагающих массив кровли, скорость ее смещения не всегда уменьшается и, начиная с 8 м/сут., вероятность этого феноменального проявления горного давления, включая его опорную зону впереди лавы, возрастает. Проведені дослідження впливу змінної швидкості оголення масиву, що підробляється, при вийманні тонких і середньої потужності пологопохилих вугільних пластів на періодичні опади й обвалення покрівлі, що викликають перепади величин її зближення із ґрунтом у лаві й контурних зсувів порід у прилягаючих до неї виробках. Встановлено, що при збільшенні середньої швидкості посування очисного вибою незалежно від структурно-міцносних характеристик порід, що складають масив покрівлі, швидкість її зсуву не завжди зменшується й, починаючи з 8 м/доб., імовірність цього феноменального прояву гірського тиску, включаючи його опорну зону попереду лави, зростає. The research of variable rate effect of the tapped massif outcropping at development thin and medium thickness gently sloping seams on the periodic sediments and roof collapse, causing the value fluctuating of its rapprochement with the soil in the longwall face and rock contour displacement in the adjacent roadways has been carried out. It has been determined that at the variable rate acceleration of the breakage face advance regardless of structural and strength characteristics of rocks forming the roof massif, its rate of displacement always reduces and, starting at 8 m / day., the probability of this phenomenal rock pressure manifestation including its bearing zone ahead the longwall face, alternately increases. 2012 Article Ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев / А.Ф. Борзых // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2012. — Вип. 15. — С. 70-84. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. XXXX-0016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108247 622.235:622.831.031 ru Физико-технические проблемы горного производства Інститут фізики гірничих процесів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива
spellingShingle	Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива Борзых, А.Ф. Ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев Физико-технические проблемы горного производства
description	Проведены исследования влияния переменной скорости обнажения подрабатываемого массива при выемке тонких и средней мощности пологонаклонных угольных пластов на периодические осадки и обрушения кровли, вызывающие перепады величин ее сближения с почвой в лаве и контурных смещений пород в прилегающих к ней выработках. Установлено, что при увеличении средней скорости подвигания очистного забоя независимо от структурно-прочностных характеристик пород, слагающих массив кровли, скорость ее смещения не всегда уменьшается и, начиная с 8 м/сут., вероятность этого феноменального проявления горного давления, включая его опорную зону впереди лавы, возрастает.
format	Article
author	Борзых, А.Ф.
author_facet	Борзых, А.Ф.
author_sort	Борзых, А.Ф.
title	Ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев
title_short	Ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев
title_full	Ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев
title_fullStr	Ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев
title_full_unstemmed	Ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев
title_sort	ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев
publisher	Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Прогноз и управление состоянием горного массива
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108247
citation_txt	Ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев / А.Ф. Борзых // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2012. — Вип. 15. — С. 70-84. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv	AT borzyhaf uskorenieobnaženiâpodrabatyvaemogomassivakakfenomendinamikismeŝenijslagaûŝihegoporodnyhsloev
first_indexed	2025-07-07T21:11:45Z
last_indexed	2025-07-07T21:11:45Z
_version_	1837024103380287488
fulltext	Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 70 УДК 622.235:622.831.031 А.Ф. Борзых УСКОРЕНИЕ ОБНАЖЕНИЯ ПОДРАБАТЫВАЕМОГО МАССИВА КАК ФЕНОМЕН ДИНАМИКИ СМЕЩЕНИЙ СЛАГАЮЩИХ ЕГО ПОРОДНЫХ СЛОЕВ Донбасский государственный технический университет проспект Ленина, 16, г. Алчевск, Украина Проведены исследования влияния переменной скорости обнажения подраба- тываемого массива при выемке тонких и средней мощности пологонаклонных угольных пластов на периодические осадки и обрушения кровли, вызывающие перепады величин ее сближения с почвой в лаве и контурных смещений пород в прилегающих к ней выработках. Установлено, что при увеличении средней скорости подвигания очистного забоя независимо от структурно-проч- ностных характеристик пород, слагающих массив кровли, скорость ее сме- щения не всегда уменьшается и, начиная с 8 м/сут., вероятность этого фено- менального проявления горного давления, включая его опорную зону впереди лавы, возрастает. Наметившаяся тенденция роста нагрузки на комплексно-механизи- рованные очистные забои при разработке пологонаклонных пластов глубо- кими (более 1000 м) угольными шахтами Донбасса за счет увеличения длины выемочного столба и скорости подвигания лавы связана с решением такого актуального вопроса, как влияние сдвижения массива на устойчи- вость подземных выработок, а также наземных объектов. Полученные ре- зультаты натурных инструментальных исследований горно-геомеханичес- ких процессов, происходящих в подрабатываемом массиве, на основании общепринятых закономерностей проявлений горного давления дают базу для оценки интенсивности смещений слагающих его пород. Эта оценка за- висит от совокупности морфогенетических характеристик слагающих по- род, глубины разработки, скорости и объема образованного выработанного пространства. Наблюдения за смещениями пород по контуру подземных выработок глубокого заложения и оседаниями земной поверхности пока- зывают: наиболее распространенное утверждение, что с увеличением ско- рости подвигания лавы скорость сближения кровли и почвы в пределах ее призабойного пространства уменьшается, не всегда соответствует действи- тельности. Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 71 Исходя из сущности рассматриваемого вопроса, определена цель иссле- дований – установить влияния переменной скорости обнажения подрабаты- ваемого лавами угленосного массива на изменения величины смещений по- род во вмещающих его выработках, а также оседаний земной поверхности. Сформулированы следующие основные задачи: 1) установить характерные особенности механизма смещений пород во- круг движущейся с переменной скоростью лавы; 2) обосновать методический подход к оценке относительного уровня ди- намического воздействия оседаний и обрушений массива кровли при знако- переменном ускорении подвигания фронта его обнажения лавой на смеще- ния пород; 3) установить влияние обрушений породных мостов в выработанном про- странстве на потерю сечения прилегающих к лаве выработок; 4) выявить идентичность затухающих во времени процессов сдвижения неравномерно обнажаемого массива и контурных смещений пород в оста- новленной лаве. Оседание, расслоение и обрушение части породоугольного массива, от- ражающие их совместное влияние на состояние выработки, являются ре- зультатом естественных импульсных дезинтеграционных процессов, проис- ходящих в подрабатываемой толще массива. Смещения пород, слагающих эту толщу, даже при постоянной скорости подвигания очистного забоя и од- нородном геоматериале происходят с переменной амплитудой и частотой. Графики изменения во времени смещения массива кровли в зависимости от скорости подвигания очистного забоя, как правило, представляют собой ло- маные пикообразные линии, которые методом математической статистики с определенной точностью аппроксимируют в плавные кривые. При малых величинах перепада скоростей смещения пород в интервале между ними пи- кообразная ломаная представляет собой плавную кривую, при больших – волнообразную. Естественно, основными исходными предпосылками харак- тера высвобождения потенциальной энергии в подрабатываемом массиве, вызывающего интенсивность разуплотнения пород, при всех прочих равных условиях, являются ускорение и объем обнажения массива. Периодический характер изменения опусканий массива кровли и связан- ная с этим переменная интенсивность нагружения крепи поддерживаемых выработок чаще всего объясняются образуемыми над выработанным про- странством консолями зависания его слоев по длине лавы и направлению выемки угольных пластов, различных по мощности, прочностным и реоло- гическим свойствам вмещающих пород. Эти свойства предопределяют шаги разлома и обрушения вмещающих пород, а также степень их разрушения. Так, по данным исследований [1] в условиях отработки с большой скоро- стью подвигания 16 восточной лавы пласта т3 шахты им. Засядько на 1000- метровом по длине наблюдаемом участке ее вентиляционного штрека в пре- делах подрабатываемой толщи, равной 150 т (где т – мощность вынимае- Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 72 мого пласта), прослеживается динамический характер проявлений горного давления с ярко выраженными перепадами смещений по интервалам и пло- щади обнажения кровли. Аналогичный знакопеременный характер изменений измеренных по пи- кетам величин оседаний земной поверхности в пределах ее мульды и тол- щи массива над выработанным пространством наблюдался при отработке пласта d4 14 и 15 западными лавами в условиях шахты "Красноармейская- Западная № 1" [2]. По результатам натурных исследований состояния при- сечных выработок, проводимых на границе указанных лав с выработанным пространством при мощности пласта 1,2–1,97 м и угле его падения 4–14 на глубине 500–730 м, с увеличением скорости подвигания очистного за- боя от 1,07 до 8,1 м/сут. существенных изменений скоростей контурных смещений пород в этих выработках не наблюдалось, хотя в кровле залегает песчаник мощностью 12–32 м прочностью на одноосное сжатие 90–101 МПа. При таком 8-ми кратном увеличении скорости подвигания лавы сближение кровли и почвы в штреках в зонах влияния выработанного пространства и опорного давления впереди лавы увеличивалось соответственно в 1,6, и 1,9 раза. Судя по полученной прямопропорциональной эмпирической связи рассматриваемых параметров, коэффициент корреляции которой составил 0,82–0,87, смещения пород при увеличении скорости подвигания лавы воз- растают. Изменения оседаний массива во времени, несмотря на уменьшение их вели- чин с удалением от отрабатываемого пласта, носят ярко выраженный иден- тичный перемещенный характер, графически отражающийся ломаными ли- ниями с различными по интервалам перепадами нормальных к напластова- нию смещений пород. Это подтверждается одновременными измерениями оседаний реперов на земной поверхности и в подрабатываемом ходке пласта 5 нk при выемке пласта k2 лавой № 10 в условиях шахты "Ореховская" ПО "Крас- нодонуголь" (рис. 1) [3]. Мощность вынимаемого пласта k2 составляет 1,7 м, угол падения 5, при средней глубине разработки 520 м, длине лавы 184 м и средней скорости ее подвигания 70 м/мес. Максимальные оседания земной поверхности зафиксированы по реперам 6–9 (величиной 450–465 мм), почвы ходка – 9 (800 мм), что соответствует положению середины лавы и сравни- ваемой величине на земной поверхности, в 1,7–1,8 раза меньшей, чем на удалении от нее 550 м. Это указывает на неравномерно затухающий харак- тер процесса оседания толщи с удалением от отрабатываемого пласта. Переменный характер изменения оседаний подрабатываемого массива находит свое отражение в интенсивности смещений пород в прилегающих к лавам выработках как впереди очистного забоя, так и после его прохода. Натурными измерениями смещений пород в Центральном уклоне горизонта 1085 м при отработке пласта l7 4-мя южными лавами в условиях шахты им. Ста- ханова ПО "Красноармейскуголь" также подтверждается переменный ха- рактер их изменения с удалением от фронта обнажения массива до 230 м [4]. Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 73 Рис. 1. Графики оседаний ηз и ηх реперов (Rp) при сдвижении (Тсд) земной поверх- ности (а) и ходка (б) пласта 5 нk , подрабатываемых лавой № 10 пласта k2 на глубине (Н) в пределах их мульд и во времени по реперам соответственно 9 и 2 (в), 7 и 1 (г). 1 – контур полумульды через 2 мес, контур полумульды через 4 мес, контур полу- мульды через 9 мес, оседания ходка во времени по реперу 9, оседания земной по- верхности во времени по реперу 2, оседания ходка во времени по реперу 2, оседа- ния земной поверхности во времени по реперу 1 Аналогичный динамический характер сближения кровли и почвы наблюдал- ся при отработке 11 и 13-ой восточных лав пласта т3 горизонта 915 м в условиях шахты им. Поченкова ПО "Макеевуголь" при подвигании очистно- го забоя на 160 м, что соответствует началу процесса затухания сдвижения массива. В подрабатываемом Центральном уклоне пласта l7 скорость сме- щений пород после прохода лавы 40 м составила 2,4 мм/сут. и к 60-ти мет- рам снизилась до 1,1 мм/сут. с последующими максимальными ее колебани- ями, равными ± 0,32 мм/сут., в интервале длины уклона 210 м относительно средней величины 1,0 мм/сут. Начало затухания процесса сдвижения на уда- лении от лавы 240 м отмечено при скорости смещений 0,025 мм/сут. Переменный характер изменения скоростей конвергенции кровли и почвы наблюдается и по длине лавы. Так, при отработке пласта l7 10-й северной лавой в условиях шахты № 5/6 им. Димитрова ГП "Красноармейскуголь" [5] на уда- лении от штрека 20 м за периоды времени 20; 60 и 98 часов отклонения сред- них и максимальных значений величин скоростей конвергенции округленно составили соответсвенно 2,5; 1,0 и 0,3 мм/час. Аналогично за те же периоды на удалении от штрека 60–80 м – 0,7; 0,2 и 0,1 мм/час. Полученные данные указы- вают на то, что перепады скоростей конвергенции пород в лаве, носящие дина- мический характер, снижаются как во времени, так и на удалении от штрека. Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 74 Это объясняется влиянием краевого эффекта, который вызван уменьшением длины образуемых консолей зависания массива кровли над концевым участком лавы, при взаимодействии смещающихся боковых пород с основными есте- ственными опорами, представленными краевыми частями оставляемого боко- вого и вынимаемого движущимся очистным забоем угольных массивов, по сравнению с зависанием обрушаемых пород в средней части лавы. При равномерных и низких (менее 2 м/сут.) скоростях подвигания лавы на величину и периодичность смещений пород преимущественно оказывают влияние монолитные труднообрушаемые слои кровли, особенно породные мосты, соизмеримые по своей мощности c величиной их удаления от разра- батываемого пласта, что подтверждается натурными исследованиями. В ка- честве объекта этих исследований взяты проводимые вслед за лавами при- сечные выработки: штрек лавы 64н пласта h8 и ходок лавы 62 пласта 6 нl шахт ГП "Свердловантрацит" (табл. 1). Междупластья состоят в основном из чередующихся слоев алевролита и песчаника мощностью, не превышающей соответственно 12 и 7 м при коэффициенте крепости 6. Таблица 1 Исходные характеристики объектов исследований Параметр и единица его измерения Шахта, лава, выработка им. Володарского, 64н, штрек "Должанская- Капитальная", 62, ходок Угольный пласт: индекс h8 6 нl мощность вынимаемая, м 1,2 1,2 угол падения, град. 16 3 Категория массива кровли по обрушаемости А3 А3 Мощность породного моста, м 78 58 Коэффициент крепости песчаника пород- ного моста 12 10 Удаление породного моста от пласта, м 65 63 Длина лавы, м 160 195 Тип механизированного комплекса КМ-87 КМ-88 Скорость подвигания лавы, м/сут 2 1,8 Глубина разработки, м 930 740 Длина выемочного столба, м 460 1080 Присечная подготовительная выработка: тип крепи КМП-А3 КМП-Т шаг установки рам крепи, м 0,8 1,0 площадь сечения в свету, м2 7,9 6,9 Ширина средств охраны выработки: оградительный угольный целик, м 4 2–3 породная полоса, м 13–15 15–17 По результатам измерений экспресс-методом построены графики измене- ний вертикальных и боковых сближений пород в этих выработках на удале- Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 75 ниях от движущегося очистного забоя (рис. 2). Измерения в штреке лавы 64н пласта h8 проводились по каждой раме металлической крепи на фиксиро- ванном участке длиной 40 м при его удалении li от лавы 6 (1), 86 (2) и 134 м (3). Из графиков сближения контуров штрека видно, что с удалением от лавы четко прослеживаются пикообразные, затухающие по величине их прираще- ния. Исключение составляет участок штрека (в пределах 40 м), где происхо- дит увеличение приращений сближений, как вертикальных, так и боковых, на удалении от лавы более 32 м. Это указывает на то, что шаг периодических влияний оседающего породного моста в рассматриваемых условиях составля- ет около 32 м. Наибольшее приращение вертикальных сближений на этом удалении превышает наименьшее в 2–3 раза. Рис. 2. Изменение вертикальных Uв (––––) и боковых Uб (– – –) сближений пород в штреке после прохода лавы на удалении от нее li, м: 1 – 6, 2 – 86, 3 – 134 Четко прослеживается неравномерность приращения контурных сближе- ний пород по длине ходка лавы 62 пласта 6 нl (рис. 3). Начиная с 30 м на уда- лении от лавы, величина приращений сближений пород по высоте ходка возрастает. При этом расстояния между наблюдаемыми "пиками" этих при- ращений, как правило, изменяются в пределах 30–40 м и формируются на удалении от очистного забоя 36 м. На участке ходка по его длине 160 м от лавы в местах резкого приращения сближений пород по высоте величина аналогичного параметра по его ширине снижается. Эта особенность вызвана прежде всего изменениями интенсивности хрупкого разрушения пород во- круг присечных выработок и силовых характеристик охранных сооружений под влиянием активного воздействия на них процесса сдвижения массива. В дальнейшем по длине ходка интервальные приращения сближений по его высоте и ширине совпадают, что указывает на равномерность продолжаю- щегося сжатия одновременно уплотняемых вокруг выработки пород и про- садки охранных опор при затухании процесса сдвижения. Пиковые величи- ны приращений вертикальных сближений в местах влияния осадок породно- го моста на устойчивость ходка, как правило, превышают наименьшие зна- чения в промежутке между ними в 2–4 раза. Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 76 Рис. 3. Изменение вертикальных Uв (––) и боковых Uб (– – –) сближений пород в ходке после прохода лавы 400 м Величина шага периодически возрастающих смещений пород в выемочных выработках в основном зависит от мощности породного моста, коэффициента крепости слагающих его пород и скорости подвигания очистного забоя. Кратно- сти величин шагов оседания относительно мощностей породных мостов состав- ляют для штрека 0,44 и ходка 0,52. Если допустить, что другие факторы прямо- пропорционально влияют на шаг осадок через отношение этих величин, то пред- ставляется возможным вводить относительный совокупный поправочный коэф- фициент, учитывающий влияние их различных сочетаний на процесс оседания массива кровли . В рассматриваемых случаях для штрека и ходка (см. табл. 1) отдельно взятые соотношения по глубине разработки, коэффициенту крепости пород моста и длине лавы составляют соответственно 1,24; 1,2 и 0,83, в общей совокупности – 1,23. С учетом этого относительного поправочного коэффициен- та в условиях отработки пласта h8 кратность величин шага оседания массива кровли и мощности породного моста для пласта 6 нl составит 0,54 (0,44·1,23), что близко по величине 0,52. Отсюда следует, что при всех прочих равных условиях и незначительной скорости подвигания лавы на периодичность осадок мостов существенное влияние оказывают глубина разработки, характеризующая исход- ное напряженно-деформационное состояние массива, мощность и прочность за- висающих его породных слоев, а также длина лавы, формирующая совместно с ее подвиганием площадь обнажения. В зоне активных сдвижений подрабатыва- емого массива на удалении от лавы, равном 0,55-кратной глубине разработки, в местах влияния периодических осадок мостов на интенсивность нормальных к напластованию сближение пород в выработке по сравнению с боковыми, как правило, возрастает. Пиковые вертикальные смещения во времени всегда совпа- дают с аналогичными боковыми. Это связано прежде всего с перераспределени- ем взаимо-компенсирующих смещений различных по прочностным свойствам пород вокруг выработки под воздействием возрастающей скорости оседания толщи и изменяющихся сопротивлений охранных опор. По данным рассмотренных исследований утверждение о том, что с уве- личением скорости подвигания лавы скорость смещения пород по напласто- ванию уменьшается, а в других случаях – увеличивается, не является проти- Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 77 воречивым. Важной причиной этого феноменального явления с учетом структурно-прочностных свойств породного массива являются знакопере- менные изменения величин ускорения его обнажения. Подтверждением этого являются результаты проведенных инструмен- тальных шахтных наблюдений за смещениями пород в зоне опорного давле- ния конвейерного штрека лавы № 36 пласта 5k  шахты "Красный партизан" ПО "Свердловантрацит". Мощность пласта 5k  1,6–1,7 м, угол падения 19, лава длиной 212 м оборудована механизированным комплексом КМ-87, средняя глубина разработки 520 м. Кровля в пределах высоты 28 м пред- ставлена слоями аргиллита и алевролита мощностью 1,8–3,6 м и коэффици- ентом крепости 4–5. Режимы двух скоростей подвигания лавы I и II пред- ставлены в табл. 2. Таблица 2 Режимы скоростей подвигания лавы Наименование параметра, характеризующе- го режим скорости подвигания лавы Количественное значение параметра, соответствующего режима I II Продолжительность измерений, сут 31 88 Интервал между измерениями, сут 1 2 Подвигание лавы за время измерений, м 255 353 Средняя скорость подвигания лавы, м/сут 8,2 4,0 Пределы изменения скорости подвигания лавы, м/сут 1,7–12,6 2,0–7,5 Пределы изменения ускорения подвигания лавы, м/сут2 –6,1–10,5 –0,8–1,4 Результирующая процесса смещения пород в штреке за определенный промежуток времени характеризовалась средней относительной величиной конвергенции кровли и почвы как основным параметром, отражающим ее интенсивность, в опорной зоне: ср і ср i і ср ih U l V  , мм, (1) где Uср і – средняя скорость конвергенции пород в рассматриваемом проме- жутке времени, мм/сут; Vср і – скорость подвигания фронта очистного забоя за этот же промежуток времени, м/сут; li – удаление от лавы, м. Измеренные и вычисленные величины распределены на три группы рав- ноинтервальных значений скоростей подвигания очистного забоя с интерва- лами по времени 1 или 2 суток (табл. 3). По усредненным данным видно, что при возрастании скорости подвигания лавы (Vср і, м/сут.) скорость конвер- генции пород (Uср і, мм/сут.) в зоне опорного давления на удалении от лавы ( іl ) изменяется как с увеличением, так и с уменьшением величины смеще- ния (hср і, мм). Наибольшие изменения интенсивности конвергенции пород в штреке наблюдаются на его участке впереди лавы 20–40 м. В интервале Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 78 60–100 м перепады скорости конвергенции пород с увеличением скорости подвигания лавы уменьшаются и на удалении от нее 100–140 м составляют минимальное значение. Таблица 3 Результаты обработанных данных измерений конвергенции пород в штреке впереди лавы Р ас ст о ян и е о т л и н и и о ч и ст н о го за б о я l i, м Величина смещения пород при скорости подвигания лавы (Vi), м/сут. 2,0–5,0 (3,41) 5,1–8,1 (6,15) 8,2–11,2 (9,56) Uі, мм/сут Uср і, мм/сут hср і, мм Uі, мм/сут Uср і, мм/сут hср і, мм Uі, мм/сут Uср і, мм/сут hср і, мм 20 12–113 50,1 294 32–73 47,5 154 16–195 77,0 161 40 1–26 10,5 123 4–20 12,4 81 7–39 22,6 95 60 0,5–27 4,5 79 0,3–5 2,8 27 2–11 5,7 36 100 0,2–8 2,6 76 0,3–1,2 3,9 47 0,5–6 1,9 20 140 0,1–2 0,7 28 0,2–1 0,6 14 0,5–0,7 0,6 8 Cредняя величина. Нестабильность скорости потери сечения штрека впереди лавы характе- ризуется переменной скоростью конвергенции пород, отражающей динами- ку процесса оседания подрабатываемого массива через ускорение его обна- жения. Исходя из этого, наблюдаются согласованные и несогласованные по знакам (+, –) ускорения рассматриваемых процессов за одинаковый проме- жуток времени их протекания. При согласованных процессах ускорения об- нажения массива кровли и конвергенции пород по знакам одинаковы – (+) или (–), а при несогласованных – противоположны. Исходя из физической сущности и идентичности рассматриваемых, одновременно происходящих процессов, при весьма различных характеризующих количественных значе- ниях их ускорений представляется возможным отразить относительный уро- вень динамических проявлений горного давления при периодических осад- ках слоев обнажаемой породной толщи. Относительными сравнительными показателями как при согласованном, так и несогласованном процессах этих смещений могут служить знакопеременные величины ускорений обнажения кровли за одинаковый промежуток времени Δti (сут.) i i iw V t   (м/сут.2) и конвергенций пород ωi i iU t   (мм/сут.2), отражающие с учетом мас- штабного коэффициента соответствующие угловые параметры ρ arctg \| \|iw iw и ωρ arctg \| ω \|i i . Тогда уровень рассогласованности по сравниваемым величинам ρiw и ωρi составляет ωρ (ρ ρ )i iw i    , рад. (2) Параметр ρi показывает количественное превышение угловых величин при различных режимах изменений скоростей подвигания лавы, в т. ч. и Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 79 степень их влияния на смещения пород. В общем виде возможные варианты условных угловых характеристик ускорений, отражающих различные соче- тания изменяющихся их величин во времени, графически представлены на рис. 4. а б в Рис. 4. Варианты сочетаний условных относительных угловых величин ускорений обнажения массива кровли ± wρі и сближения пород ± ωρі за промежуток времени Δti при согласованных процессах (а), характеризуемых их величинами: ρwі, ρωі и –ρwі, –ρωі; несогласованных (б и в): ρωі, -ρwі и -ρωі, ρwі. По результатам обработки измерений конвергенции кровли и почвы (табл. 3) в штреке лавы № 36 пласта 5k  при режиме I частость несогласованности ее ускорений и смещений составляет 0,58–0,67 (в среднем 0,53) при переменной преобладающей условной угловой величине Δρі = –0,28–1,1 рад (в среднем – 0,75 рад.), в режиме ІІ – соответственно несогласованность процессов умень- шается и составляет 0,1–0,36 (в среднем 0,21) при количественном значении Δρі = 0,07–0,24 рад. (в среднем 0,16 рад.). Впереди лавы от 100 до 140 м при до- полнительной конвергенции пород в штреке знакопеременного несогласован- ного характера изменения рассматриваемых ускорений не наблюдалось. Динамический характер, хотя и с незначительными перепадами конверген- ции кровли и почвы, зафиксирован комплексными измерениями по ширине призабойного пространства 9 западной лавы пласта l1 в условиях шахты им. Засядько [6]. Мощность пласта 1,7–2,0 м, угол падения 12–18. В кровле зале- гают трещиноватый аргиллит переменной мощности 0,1–3 м и слой трудно- обрушаемого песчаника мощностью 1,7–3,7 м. Лава длиной 230 м оборудова- на комплексом 3КД-90 и комбайном 1ГШ-68, работающим по односторонней схеме выемки угля при ширине захвата 0,63 м. Установлено, что неравномер- но-ступенчатые воздействия ускорения конвергенции боковых пород на про- садку крепи по длине лавы, исключая ее концевые 20-метровые участки, из- меняются даже после остановки лавы от –0,045 до 0,05 мм/мин2. Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 80 Существенное влияние изменений ускорений обнажения массива на ин- тенсивность конвергенции кровли и почвы в лаве следует ожидать после его остановки. Эти изменения зависят от формирования параметров динамиче- ской полумульды, особенно при подработке с большой скоростью обнаже- ния труднообрушаемого массива кровли, а также при наличии в нем пород- ных мостов. Как подтверждают замеры оседания земной поверхности в условиях от- работки пластов антрацита мощностью т = 0,8–1,6 м, при скорости подви- гания лав Vср i = 40–111 м/мес. на глубине Н = 650–1250 м продолжитель- ность сдвижения массива с увеличением средней скорости подвигания лавы при всех прочих равных условиях незначительно уменьшается [7]. Натуральными измерениями установлено, что интенсивность оседания земной поверхности, как и смещения пород в подземных выработках, под- верженных влиянию процесса сдвижения подрабатываемого массива, не за- висимо от продолжительности этого процесса уменьшается. Затухающий характер конвергенции кровли и почвы подтверждается результатами, полу- ченными путем продолжительных (до 400 сут.) шахтных замеров ее величин у забоя остановленных лав при выемке тонких пологонаклонных угольных пластов со скоростью подвигания забоя 40–60 м/мес. на глубине 200–850 м при коэффициенте крепости пород, слагающих массив кровли, 4–10 [8]. По результатам обработки статистических данных получена закономерность изменения коэффициента снижения скорости конвергенции кровли и почвы кtv за период процесса сдвижения, графически представленная на рис. 5. При этом прогнозируемая скорость конвергенции кровли и почвы Vtі через про- межуток времени tі ≤ 400 сут. составит oti tvV к V , мм/сут, (4) где Vo – начальная, после остановки лавы, скорость конвергенции в ней кровли и почвы через 1 сутки, мм/сут. Рис. 5. График изменения коэффициента кtv снижения скорости конвергенции кровли и почвы у забоя остановленной лавы за время процесса сдвижения Тсд под- работанного массива Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 81 Резкое падение скорости конвергенции кровли и почвы в остановленной лаве (см. рис. 5) отмечено по истечении 40 сут. В интервале 40–120 сут. происходит умеренное падение скорости конвергенции с последующим ее замедлением при кtv ≤ 0,2 и tі > 130 сут. Затухание процесса сдвижения массива и связанные с ним смещения сла- гающих его пород во времени после остановки лавы имеют некоторые осо- бенности, связанные с изменениями его параметрических характеристик формирования в пределах полумульды оседания (рис. 6), где Нп3 и Нп4 – фиксированные поверхности на удалении от пласта, соответственно земная и в массиве; hо – высота обрушенных пород; ψ3i, δoi и ψo, δo – граничные уг- лы сдвижения массива над выработанным пространством соответственно при движущемся и остановленном очистных забоях; Рз и Ро – длина полу- мульд соответственно при движущемся и остановленном очистных забоях; η3 и η4 – максимальные оседания фиксированных поверхностей в пределах формирования полумульд, динамической и статической соответственно. Рис. 6. Обобщенная схема изменений формируемых контуров полумульд оседания подрабатываемого лавой массива (а) и нормальных напряжений (γH) вокруг нее. 1 – угольный пласт; 2 – выработанное пространство; 3 – земная поверхность; 4 – про- межуточная поверхность в массиве; 5 – створ очистного забоя; 6 – полумульда ста- тистическая; 7 – полумульда динамическая; 8 – эпюра нормальных напряжений массива на уровне пласта вокруг движущейся лавы; 9 – эпюра нормальных напря- жений массива на уровне пласта вокруг остановленной лавы после затухания про- цесса сдвижения При движущемся очистном забое угол сдвижения ψ3i увеличивается до количественного значения ψo остановленного забоя и со временем по вели- чине остается почти неизменным. Одновременно граничный угол δoi по Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 82 окончании сдвижения уменьшается до величины угла δo. Длина полумульд Рз и Ро с удалением от пласта и изменением указанных граничных углов сдвижения увеличивается, оказывая влияние на размеры зон повышенных и пониженных напряжений относительно створа забоя. По данным результа- тов исследований [9] при скорости подвигания лавы 4–8 м/сут. перед ее остановкой граничный угол сдвижения δoi в условиях отработки пласта d4 [2] уменьшается с 85–88 до 71 при увеличении угла сдвижения ψ3i. За- держки зависания массива кровли над выработанным пространством при скорости подвигания лавы более 8 м/сут. способствуют поднятию уровня земной поверхности, начиная от границы полумульды на участке по ширине опорной зоны над краевой частью угольного массива. Период затухания про- цесса сдвижения массива, как показывают исследования, зависит от скорости и динамики подвигания лавы в течение 3 месяцев до ее остановки. Наиболее опасны с точки зрения увеличения конвергенции пород в лаве нагрузки на крепь выработок, сопровождающиеся зависаниями массива кровли при знакопеременном ее ускорении. Они создают весьма неблаго- приятные условия для обеспечения устойчивости выработок. Аналогично резкие перепады интенсивности конвергенции пород в остановленной лаве создают затруднения поддержания кровли в демонтажной камере, особенно при продолжительном ее простое и неустойчивой кровле. Опираясь на при- веденные результаты инструментальных шахтных замеров смещений пород в пределах подрабатываемого массива и непосредственно в выработках, можно утверждать, что в пределах динамической полумульды сдвижения оседания пород при высоких скоростях подхода фронта очистного забоя к границе останавливаемой лавы происходят неравномерно. Исследования изменения параметрических характеристик сдвижения массива при перехо- де его от динамического состояния к статическому и их влияния на устойчи- вость выработок пока остаются в состоянии развития концепции проявлений горного давления под воздействием ускорения обнажения подрабатываемой неоднородной толщи при выемке угольных пластов. Выводы Скорости оседаний подрабатываемой породоугольной толщи и контур- ных смещений находящихся в ней выработок зависят в основном от морфо- генетического строения массива и изменения скорости его обнажения. Пре- обладающим фактором, влияющим на устойчивость рассматриваемой си- стемы "массив–выработка", является ускорение подвигания фронта очистно- го забоя в процессе сдвижения массива, исчерпывающего потенциал проч- ности слагающих его породных слоев при формировании предельных про- летов их зависания над выработанным пространством. С увеличением скорости подвигания лавы более 8 м/сут. вероятность не- согласованных проявлений как по величине, так и по знаку ускорения обна- жения массива кровли и смещений его пород в выработках увеличивается, Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 83 особенно в зоне опорного горного давления, а также после прохода лавы на удалении от нее до 120 м. Интенсивность смещения массива пород резко возрастает в момент периодических его осадок или обрушений. Величина и периодичность осадок породных мостов проявляется в сопряженных с лавой выработках при почти одинаковом шаге воздействия на потерю сечения этих выработок. Смещения пород массива по нормали к напластованию на различном удалении от разрабатываемого пласта вплоть до земной поверхности взаи- мосвязаны, уменьшаются по величине и идентичны по характеру их оседа- ния в пределах мульды сдвижения. Для установления сравнительной оценки влияния знакопеременных ре- жимов изменения ускорений обнажения массива кровли и ее смещения по- лучен относительный показатель, отражающий за равный промежуток вре- мени в сопоставимых условных угловых единицах величины перепадов этих смещений и согласованность их по знаку. Проведенные исследования могут служить обобщенной информационной базой для развития концепции формирования уровня динамических прояв- лений горного давления в выработках подрабатываемого неоднородного по- родоугольного массива и создания предпосылок поиска новых технологиче- ских решений по локализации их влияния на устойчивость подземных выра- боток. 1. Назимко Е.В. Динамические проявления сдвижений над длинными очистными забоями при больших темпах их подвигания [Текст ] / Е.В. Назимко // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія гірничо- геологічна. – Донецьк: ДонНТУ. – 2005. – Вип. 72. – С. 12–21. 2. Кольчик Е.И. Конвергенция пород при больших скоростях подвигания лав [Текст] / Е.И. Кольчик // Уголь Украины. – 2007. – № 7. – С. 11–12. 3. Кулибаба С.Б. Опыт расконсервации околоствольных целиков с применением гармонической отработки пластов [Текст] / С.Б. Кулибаба, С.В. Голдин, Г.И. Сазонов, А.П. Литвиненко // Уголь Украины. – 1989. – № 10. – С. 7–8. 4. Кузяра В.И. Закономерности формирования опорного давления впереди очист- ного забоя [Текст] / В.И. Кузяра, В.Г. Колесников, Е.С. Комлев, В.Н. Светлич- ный // Уголь Украины. – 1990. – № 11. – С. 15–16. 5. Кузяра В.И. О влиянии динамических характеристик смещения пород в лаве на выбросоопасность пласта [Текст] / В.И. Кузяра, А.И. Сусло, С.Н. Осипов // Уголь Украины. – 1990. – № 5. – С. 17–19. 6. Антипов И.В. Ускорение конвергенции вмещающих пород в очистных забоях / И.В. Антипов, В.Г. Ильюшенко, В.Е. Кравченко // Физико-технические пробле- мы горного производства.- Донецк: Китис, 1999. – С. 56–63. 7. Кулибаба С.Б. Продолжительность процесса сдвижения массива [Текст] / С.Б. Кули- баба, А.Ф. Борзых, В.Н. Сиидов // Уголь Украины. – 2008. – № 4. – С. 11–14. 8. Борзых А.Ф. Смещения пород на линии очистного забоя [Текст] / А.Ф. Борзых, В.А. Тыняный // Уголь Украины. – 1985. – № 5. – С. 12–13. Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 84 9. Кольчик А.Е. Влияние больших скоростей подвигания лав на смещения земной поверхности [Текст] / А.Е. Кольчик, Е.И. Кольчик, В.Н. Ревва // Уголь Украи- ны. – 3009. – № 12. – С. 32–33. А.Ф. Борзих ПРИСКОРЕННЯ ОГОЛЕННЯ МАСИВУ, ЩО ПІДРОБЛЯЄТЬСЯ, ЯК ФЕНОМЕН ДИНАМІКИ ЗСУВІВ, ЯКІ СКЛАДАЮТЬ ЙОГО ПОРОДНІ ПЛАСТИ Проведені дослідження впливу змінної швидкості оголення масиву, що підроб- ляється, при вийманні тонких і середньої потужності пологопохилих вугільних пластів на періодичні опади й обвалення покрівлі, що викликають перепади вели- чин її зближення із ґрунтом у лаві й контурних зсувів порід у прилягаючих до неї виробках. Встановлено, що при збільшенні середньої швидкості посування очисно- го вибою незалежно від структурно-міцносних характеристик порід, що складають масив покрівлі, швидкість її зсуву не завжди зменшується й, починаючи з 8 м/доб., імовірність цього феноменального прояву гірського тиску, включаючи його опорну зону попереду лави, зростає. A.F. Borsykh ACCELERATION OF THE TAPPED MASSIF OUTCROPPING AS A PHENOMENON OF ITS CONSTITUENT ROCK LAYERS DISPLACEMENT DYNAMICS The research of variable rate effect of the tapped massif outcropping at development thin and medium thickness gently sloping seams on the periodic sediments and roof collapse, causing the value fluctuating of its rapprochement with the soil in the longwall face and rock contour displacement in the adjacent roadways has been carried out. It has been de- termined that at the variable rate acceleration of the breakage face advance regardless of structural and strength characteristics of rocks forming the roof massif, its rate of dis- placement always reduces and, starting at 8 m / day., the probability of this phenomenal rock pressure manifestation including its bearing zone ahead the longwall face, alternate- ly increases.

Ускорение обнажения подрабатываемого массива как феномен динамики смещений слагающих его породных слоев

Репозитарії

Схожі ресурси