К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов
Saved in:
| Date: | 2001 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2001
|
| Series: | Физико-технические проблемы горного производства |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189770 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов / С.В. Подкопаев, И.Н. Головачев, В.В. Засульский // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2001. — Вип. 4. — С. 127-132. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-189770 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1897702023-04-22T21:44:12Z К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов Подкопаев, С.В. Головачев, И.Н. Засульский, В.В. 2001 Article К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов / С.В. Подкопаев, И.Н. Головачев, В.В. Засульский // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2001. — Вип. 4. — С. 127-132. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2664-17716 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189770 622.864 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 |
| format |
Article |
| author |
Подкопаев, С.В. Головачев, И.Н. Засульский, В.В. |
| spellingShingle |
Подкопаев, С.В. Головачев, И.Н. Засульский, В.В. К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов Физико-технические проблемы горного производства |
| author_facet |
Подкопаев, С.В. Головачев, И.Н. Засульский, В.В. |
| author_sort |
Подкопаев, С.В. |
| title |
К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов |
| title_short |
К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов |
| title_full |
К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов |
| title_fullStr |
К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов |
| title_full_unstemmed |
К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов |
| title_sort |
к оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| publishDate |
2001 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189770 |
| citation_txt |
К оценке склонности пород к обрушениям по длине лавы крутых пластов / С.В. Подкопаев, И.Н. Головачев, В.В. Засульский // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2001. — Вип. 4. — С. 127-132. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Физико-технические проблемы горного производства |
| work_keys_str_mv |
AT podkopaevsv kocenkesklonnostiporodkobrušeniâmpodlinelavykrutyhplastov AT golovačevin kocenkesklonnostiporodkobrušeniâmpodlinelavykrutyhplastov AT zasulʹskijvv kocenkesklonnostiporodkobrušeniâmpodlinelavykrutyhplastov |
| first_indexed |
2025-07-16T12:20:48Z |
| last_indexed |
2025-07-16T12:20:48Z |
| _version_ |
1837806071438114816 |
| fulltext |
УДК 622.864
К ОЦЕНКЕ СКЛОННОСТИ ПОРОД К ОБРУШЕНИЯМ ПО ДЛИНЕ
ЛАВЫ КРУТЫХ ПЛАСТОВ
к.т.н. Подкопаев С.В. (Д онН ТУ ), инк. Головачев И.Н. (ьи /у
•.Александровское•), инк. В.В. За «тульский (шахта им. Гаевого).
Разработка крутых пластов в Центральном районе Донбасса
ведется в исключительно сложных горно-геологических условиях,
где 85 % запасов угля сосредоточено в тонких пластах мощностью
до 1,2 м, причем 62,5 % этих запасов составляют пласты с
неустойчивыми боковыми породами и сложными условиями
залегания. На пластах с устойчивыми боковыми породами (37,5 %)
в процессе перемещения очистного забоя встречаются зоны
периодического ухудшения устойчивости от 6 до 41 %. Особенно
резко снижается устойчивость боковых пород на глубинах более
600-700 м [1,2].
Общеизвестно, что при разработке месторождений
Центрального района Донбасса применяется этажный способ
подготовки шахтных полей с отработкой этажей в нисходящем
порядке. Принятый порядок отработки обусловливает различную
по высоте этажа прочность пород. В этой схеме направления
разгрузки пород от горного давления, как со стороны
вышележащего этажа, так и в пределах разрабатываемого этажа
совпадают, обеспечивая опережающую разгрузку массива пород
ниже разрабатываемого этажа, в результате чего обрушившиеся
породы верхней части лавы (при разработке нижележащего этажа)
первоначально смещаются в ее нижнюю часть по мере выемки
угля, подбучивая непосредственную кровлю и образуя под
вентиляционным штреком ничем не поддерживаемые пустоты.
Серьезную опасность представляют и сползания пород
почвы. Ранее проведенными исследованиями установлено (3], что
условия сползания «формируются при наличии слабого слоя внутри
пород почвы, а сползанию, связанному с отрывом некоторой толщи
пород от остального массива, предшествует их расслоение.
Изучение процесса сдвижения и деформаций боковых пород
показало [4), что при выемке угольных пластов в нарушенной толще
происходит образование характерных зон сдвижения, в результате
чего над выработанным пространством наблюдается
последовательное отделение слоев от толщи и их прогиб по нормали
к напластованию. С увеличением угла падения пластов появляется
тенденция к сдвигу породных слоев по напластованию, что
приводит к потере несущей способности крепи в очистном забое и
выработанном пространстве и, как следствие этого, к завалу
очистного забоя.
127
В последнее время ДонГТУ развивает новые представления о
природе травматизма от обвалов и обрушений [5], в основе
которых находится расслоение пород, происходящее как при
выемке угля (породы), так и вслед за этим, т.е. в течение какого-то
промежутка времени. Для условий разработки крутых пластов
заключаются они в следующем.
С учетом ярко выраженной слоистости осадочных пород, в
зонах разгрузки деформации глинистых пород развиваясь и
увеличиваясь в объеме во времени отрывают слой пород,
ближайший к выработанному пространству, в пределах
разрабатываемого этажа, в призабойном и выработанном
пространстве в результате этого обрушение расслоившихся пород
кровли по длине лавы начинается с наиболее деформированной ее
части - верхней, а сползания почвы - нижней и средней.
Для доказательства такого положения, рассмотрим схему
обрушения боковых пород по длине лавы крутого пласта, на
которой следует различать: расслоившиеся породы кровли (1 ),
обрушенные породы кровли (2 ) и расслоившиеся породы почвы (3)
(рис. 1). В верхней части лавы находится зона деформированных
пород. На некотором расстоянии Ъ от линии вентиляционного
горизонта выделим элементарный треугольник АВС (рис. 2,а).
Обозначим через ст,, ст2 и сг„ давление, действующее на грани
рассматриваемого элементарного треугольника, а через г -
касательные напряжения, величину которых можно определить по
выражению [6 ]
где <р - угол внутреннего трения породы, град.
Составим уравнение сил, действующих на элементарный
треугольник:
т = о„1%<р ,
После соответствующих преобразований, имеем
| а 2 ~ ст» (1 ~ (ц р а гв )-О
| агщр - <т, (г&З + ст„ {($<р + сщв)= ОI
Рис. 1. Схема образования характерных зон при разработке
крутого пласта;
1 - расслоившиеся породы кровли;
2 - обрушенные породы кровли;
3 - расслоившиеся породы кровли;
а - угол падения пласта, град.;
1р - зона деформированных пород верхней части лавы, м;
Ир*? - мощность расслоившихся пород кровли, м;
Ирп - мощность расслоившихся пород почвы, м.
Исключая из системы уравнений ег, и считая, что ст, = уИ ,
получим
а- д- <8Р + с18в = ь <8Р + <8°
' 1%Р г - <р) 1%Р + с1%{9~<р )
По полученному выражению построим эпюру давления на
почву разрабатываемого пласта (рис.2 , б), из которой видно, что
максимальное давление почва испытывает в нижней части лавы на
участке, примыкающем к линии откаточного горизонта. Давление в
129
Рис. 2. Расчетная схема к определению давления
обрушенных пород на почву угольного пласта (а) и эпюра давления
(б): р, в - пространственные углы, град.; д.у - элементарный участок
длиной йу на расстоянии Ь, м; I - длина лавы, м.
этом месте создается за счет обрушенных пород верхней части
лавы и расслоившихся пород кровли нижней части.
Представим теперь породы почвы, исходя из приведенной
выше схемы, в виде балки, жестко защемленной одним кондом.
Другой конец свободный опирается на породы основной почвы
(подстилающий слой). Длина балки соответствует 2/3 длины лавы.
Предположим, что балка подвержена действию сплошной
равномерной нагрузки со стороны подстилающего слоя (рис. 3, а).
Используя основные положения теории сопротивления материалов
[6 ], построим эпюру изгибающих моментов (рис. 3, б) и определим
максимальный прогиб в точке К, который равен
где д - значение равномерно распределенной нагрузки, н/м;
I - длина балки , м;
Е - модуль упругости, н/м2;
^ - момент инерции сечения балки относительно оси X, м4
130
Рис. 3. Расчетная схема к определению максимального
прогиба пород почвы (а) и эпюра изгибающего момента (б): 1 6 -
длина балки, м; \Ук - максимальный прогиб в точке К, м.
Максимальный прогиб в точке К способствует сжатию
главной оси балки в ее нижней части, т.е. в месте жесткого
защемления, где имеет место концентрации сжимающих
напряжений. Общеизвестно, что когда балка работает на изгиб, в
любом ее сечении возникают нормальные и касательные
напряжения, приводящие к изгибающему моменту и при
соблюдении условия
« и > к * . ]
гДе сг„. - расчетные напряжения при изгибе, н/м2;
к » . ] * допускаемые напряжения при изгибе, н/м2;
в любой точке сечения балки может произойти разрушение.
Поэтому, с точки зрения потери несущей способности балки, при
таком положении наиболее опасной считается ее нижняя часть,
нарушение равновесного состояния в которой может привести к
значительным разломам.
Таким образом, в реальных условиях разработки крутых
пластов, когда осадочный массив представляет собой
чередующиеся самым различным образом слои глинистого,
131
песчано-глинистого, песчанистого и других сланцев, нисходящий
порядок отработки этажей обусловливает различную склонность
боковых пород к обрушениям по длине лавы. Участки угольных
пластов в верхней части лавы, примыкающие к выработанному
пространству предыдущего этажа, считаются настолько
разгруженными, что по мере выемки угля, в силу специфических
особенностей отработки крутых пластов, под действием сил
гравитации, деформированные породы кровли верхней части лавы
скатываются вниз, подбучивая ее нижнюю часть. В этом месте
расслоившаяся кровля опирается на обрушенные породы, что
делает маловероятным ее обрушение. Для пород почвы наиболее
опасной считается нижняя и средняя части лавы, в которых
расслоение пород (за счет разгрузки углепородного массива)
проявляется по мере выемки угля и способствует не только изгибу
породных слоев, но и концентрации напряжений в окрестности
откаточного штрека. Наличие слабых пород в непосредственной
почве делает более вероятным их сползание.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Жуков В.Е. Теоретические и экспериментальные исследования
совершенствования технологии очистных работ и отработки
шахтных полей в Центральном районе Донбасса.
Автореф.дисс... докт.техы.наук.-М.;ИГД им. Скочинского,1973.-
30с.
2. Васильев Ю.В., Луцик И.П. О снижении устойчивости горных
пород на больших глубинах //Уголь Украины.-1976.-№7.-с.24-
26.
3. Селезень А.Л., Томасов А.Г., Андрушко В.Ф. Поддержание
подготовительных выработок при разработке крутых пластов.-
М.;Недра.-1977.-205с.
4. Стукальский В.П. Исследование процесса сдвижения толщи
горных пород и земной поверхности при разработке наклонных
и крутопадающих пластов угля в условиях
Донбасса.Автореф.дисс. ... канд.техн.наук.-Донецк:ДПИ.-1969.-
16с.
5. Николин В.И., Мордасов В.И., Подкопаев С.В. Закономерности
развития деформаций генетического возврата - научная основа
снижения травматизма. Донецк:ДонГТУ.-2001.-317с.
6 . Сщггко Н.К. Сопротивление материалов. Учебное пособие.-
Л;Изд-во ЛГУ,-1975.-386с.
© Подкопаев С.В., Головачев И.Н., Засульский В.В.
2001
132
|