К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов

У статті приведено розрахунковий метод аналізу взаємодії породних шарів покрівлі вугільних пластів.

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2003
Автор:	Лобков, Н.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2003
Назва видання:	Физико-технические проблемы горного производства
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189840
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:	К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов / Н.И. Лобков // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2003. — Вип. 6. — С. 81-87. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-189840
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1898402023-04-27T21:09:53Z К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов Лобков, Н.И. У статті приведено розрахунковий метод аналізу взаємодії породних шарів покрівлі вугільних пластів. In clause the settlement method of the analysis of interaction of rock of layers of roof of coal layers is resulted. 2003 Article К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов / Н.И. Лобков // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2003. — Вип. 6. — С. 81-87. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2664-1771 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189840 622.831.24 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
description	У статті приведено розрахунковий метод аналізу взаємодії породних шарів покрівлі вугільних пластів.
format	Article
author	Лобков, Н.И.
spellingShingle	Лобков, Н.И. К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов Физико-технические проблемы горного производства
author_facet	Лобков, Н.И.
author_sort	Лобков, Н.И.
title	К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов
title_short	К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов
title_full	К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов
title_fullStr	К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов
title_full_unstemmed	К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов
title_sort	к вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов
publisher	Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate	2003
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189840
citation_txt	К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов / Н.И. Лобков // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2003. — Вип. 6. — С. 81-87. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv	AT lobkovni kvoprosuomehanizmeformirovaniâgornogodavleniâvlavahpologihplastov
first_indexed	2025-07-16T12:25:35Z
last_indexed	2025-07-16T12:25:35Z
_version_	1837806372771594240
fulltext	» 1К.622.831.24 К В О П РО С У О М ЕХ А Н И ЗМ Е Ф О Р М И РО В А Н И Я Г О Р Н О Г О Д А В Л Е Н И Я В ЛАВАХ П О Л О ГИ Х П Л А С Т О В к 1 .н. Л обков Н.И. (И Ф ГП Н А Н Украины) У статтг приведено розрахунковий метод анал1зу взаемоди пород-них мм/ ’ш покрьвлг вугтьних пластов. ОN Т Н Е К О С К Р К Е 8 8 Ш Е ЕО К М А ТIО N 1И Р Ь А Т 8ЕА М ЬОГЧС\УА1Х8 I оЫюу N.1. /п Ыаихе IНе хен1етеп( те/код о / 1ке апа/ухй о /т(егасИоп о/госк о / 1ауегх о>[ я »<«)/ о / соа11ауегх й гехикед. Как известно, на интенсивность проявлений горного давления ока- М.ЦЩСТ влияние строение породного массива, физико-механические свой- 1 1 и \| пород, технологические факторы. С увеличением глубины разработки и кровле пластов все больше встречаются мощные и прочные породные • пои, способные зависать на значительных площадях, что и приводит к мк'личению горного давления, создает трудности в управлении кровлей и ишчительно усложняет процесс выемки угля. Особенности проявления горного давления на пластах с трудно- ун\|швляемой кровлей изучены не достаточно, однако накопленный прак- мпсский опыт и результаты научных исследований позволяют утвер ждать, что наиболее интенсивно горное давление проявляется в период первичной посадки кровли [1]. Существует целый ряд гипотез горного давления. Глушихин Ф.П. предлагает все гипотезы разделить на две группы. Первая группа гипотез нбъясняег общее состояние массива горных пород в результате воздейст вия очистной выработки. Особенностью гипотез является то, что рассмат риваются большие пространства вокруг выработки. Авторы гипотез рас сматривают массив как определенную среду, не учитывая конкретные ус- иовия залегания пласта и применяемые крепи. В гипотезах второй группы, как правило, рассматривается небольшая область влияния выработки, в основном это зона разрушения пород кото- рия влияет на условия работы призабойной крепи. Сюда можно отнести гипотезы возможных перемещений Г.Н. Кузнецова, гипотезу ступенчатого опускания кровли .М. Цимбаревича, расчетные методы С.Т. Кузнецова, А. А. Борисова, В.Т. Давидянца, О. Якоби и других. М ногообразие струк турных и прочностных сочетаний массивов пород над угольными пласта ми Г.Н. Кузнецов свел к нескольким типовым схемам разрушения и пере мещения слоев над очистной выработкой [2]. Он выделил случаи, когда 81 над пластом залегает мощный и прочный слой пород, а над ним легкооб- рушающийся слой или более прочные и мощные слои пород. Характер разрушения пород зависит от прочностных свойств, мощ ности слоев и общей картины напряженного состояния пород впереди и над очистным забоем. Наиболее полно поведение слоистой кровли отражает решение Г.Н. Кузнецова, где он доказывает, что потеря несущей способности слоя про исходит после появления первых трещин от растягивающих напряжений у целиков, а затем и в середине пролета. Однако использовать в качестве критерия разрушения и обрушения слоя изгибающие напряжения очень сложно т.к. их значения получают в лабораторных условиях путем специальных испытаний балочек, вырезае мых из породы, на изгиб. Г.Л. Фисенко, В.П. Зубов, И.М. Петухов и другие, считают, что слой пород в кровле очистной выработки находится в сложном напряженном состоянии сжатия с растяжением [3]. В приведенном выражении не учиты вается рост действующих сжимающих напряжений, возникающих под дей ствием опорного давления. Изучению физической природы опорного давления и созданию ме тодов его расчета придавали большое значение В.Г. Гмошинский, А.Н. Динник, А.Б. Моргаевский, Т.Н. Савин, И.М. Петухов, А.А. Борисов, Н.Н. Кайдалов, В.Г. Лабазин, К.А. Ардашев, В.Н. Земисев, К.В. Руппенейт, И.А. Турчанинов, А.Г. Протосеня и другие. В большинстве расчетных методов рассматривается плоская осесим метричная задача и предлагается кривая распределения опорного давления впереди длинного очистного забоя, состоящая из двух ветвей - восходя щей, в направлении от забоя к массиву и нисходящей. Существенной ошибкой такой постановки задачи об опорном давлении, как отмечает А.А. Борисов, является то, что задача не может быть решена в общем виде, не обходимо рассматривать строение покрывающей и подстилающей толщи, так как массив не сплошной, а слоистый; необходимо учитывать динамику опорного давления и разрушение краевой части пласта [4]. В этой же рабо те приведено решение определения опорного давления для слоистой кров ли с учетом следующих допущений: - деформации массива малы и происходят в пределах действия закона Гука; - все слои разной мощности ортотропные; - в каждом слое кроме деформаций изгиба происходят деформации сдвига; - слои свободно проскальзывают друг относительно друга; - длина лавы более чем вдвое превосходит длину пролета кровли. Общим недостатком существующих подходов к расчету горного давления на краевую часть пласта является отсутствие методов определе ния числа слоев, участвующих в сдвижении над выработанным простран ством лавы. Решение этой задачи, а также выявление характера сдвижения 82 . 'мч и позволит величину опорного давления рассчитать, как сумму давле нии отдельных слоев на опору. Результаты натурных [5; 6] и лабораторных [7] исследований позво- ккни утверждать, что число слоев сдвигающихся над выработанным про- I фцнетвом лавы, ограничено областью сдвижения пород. Область сдвижения пород, представленная на рисунке 1, ограничива ю т ломаной линией АВСОЕ и в ней различают три характерные зоны: Ию. 1 Область сдвижения породных слоев над выработанным пространством 1 - зона беспорядоч ного обрушения кров ли; 2 - зона упорядочен ного обрушения кров ли и прогиба слоев с потерей несущей спо собности; 3 - зона прогиба сло ев без потери несущей способности. Высота первой зоны для условий Донбасса находится в пределах (1,1 1 ,0 т мощности пласта; высота второй зоны зависит от прочностных «нриктеристик породных слоев и составляет 2 0 ...6 0 т . Исследованиями В НИМИ, ДЛИ установлено, что зона обрушения пород ограничивается линиями обрушения АВ и Б Е , наклоненными к плоскости напластования под углом Ч* = 75...78", а зона прогиба слоев без 1имсри несущей способности линиями прогиба слоев ВС и СО, наклонен ными к плоскости напластования под углом <р = 45.. .46. Разрушение слоев первой и второй зон происходит за пределами уп ругости, а деформирование слоев третьей зоны в пределах упругости, т.к. они не теряют своей несущей способности т.е. прогибаются не разрушаясь. В процессе работы лавы прогиб слоев над выработанным простран- с то м происходит последовательно. Вначале, по мере выемки угля, прихо т и в сдвижение (прогибается) слой непосредственной кровли и разгружа- »ч вышележащий второй слой. Затем приходит в сдвижение второй слой, \|« ним третий и так далее все слои, входящие в область сдвижения. Для наглядного представления механизма сдвижения породных сло ек рассмотрим поведение кровли при работе лавы в конкретных условиях пласта Ь8 шахты «Прогресс». Вынимаемая мощность пласта составляет 1,2 м. Непосредственная кровля пласта представлена песчано-глинистым мощностью 17 ... 18м. С коэффициентом крепости по шкале М.М. Про- шдъяконова Г = 8. Выше залегают чередующиеся слои сланцев и песчани ков. На рисунке 2 приведена схема развития области сдвижения пород по мере отхода лавы от разрезной печи. 83 а = 114м а = 1 = 180м Рис. 2 Схема развития области сдвижения пород в лаве шахты "Прогресс" Из рисунка видно, что непосредственная кровля пласта (слой№1) прогибается при отходе лавы на 90 метров от разрезной печи. Одновре менно с ней приходят в сдвижение слои №2 и №3, а вышележащие зави саю т и не участвуют в сдвижении. При обнажении первого слоя на вели чину превышающую предельную он обрушается, происходит его первич ная посадка. Величина предельного пролета (шаг первичной посадки) слоя может быть определена из выражения [8] с учетом пригрузки: где к - мощность расчитываемого слоя, м; ЪЫ - суммарная мощность слоев пригрузки, м; сто и ар - предел прочности породы соответственно на сжатие и рас тяжение МПа; А. - коэффициент бокового распора; у - удельный вес породы, МН/м3 Н - глубина залегания слоя, м Из входящих в выражение (1) величин не определенной является суммар ная мощность слоев пригрузки, в качестве которых выступают слои с меньшей несущей способностью и соответственно с меньшим предельным пролетом. Оценить несущую способность слоев можно путем расчета пре дельного пролета каждого слоя, используя выражение [3] или вышеприве денную зависимость при ЕЛ/ = 0 и сравнивая последовательно пролеты в направлении от пласта вверх. Необходимо также учитывать углы прогиба ( 1) М*« ф ” обрушения \\|/ поскольку линии, проведенные под этими углами от Мм \| а обнажения нижней кромки слоя к верхней (АВ и СБ), ограничивают ■Снижение его по верхней кромке ВС. Величина обнажения верхней кром- м нижележащего слоя ВС равна величине обнажения нижней кромке Вышележащего (Рис. 2). Таким образом слои разбиваются на группы в ка- •АМ1 из которых нижний более прочный слой является несущим, а над Лим ылегают более слабые, которые передают свой вес на несущий слой, н,ин мбаются и обрушаются вместе с ним. В таблице 1 приведены результаты расчета предельного пролета не- ■ М родственной кровли и измеренный фактический ш аг посадки в лавах П иты «Прогресс». Таблица 1. Сравнение расчетных и фактических величин предельных № Лава Длина лавы, м Расчетный пролет кровли, м Фактический пролет кровли, м Откло нение, % т I -я западная 205 111 123 11 2 6-я восточная 165 159 142 12 1 2-я восточная 200 112 130 6 4 12-я восточная 180 81 90 11 3 11-я восточная 150 80 83 3,7 6 22-я восточная 190 106 125 18 \| ршшивая табличные значения не трудно убедиться, что погрешность рас четов не превышает 18%. II условиях 12-й восточной лавы первичная посадка первой группы слоев (слои №№1,2,3) произошла после отхода лавы от разрезной печи на 90 метров. Слой №4, представленный песчаником, мощностью 9 метров про должает зависать и обрушится только при отходе лавы на 134 метра. В »том случае обнажение нижней кромки слоя № 4 достигнет величины его предельного пролета. Другими словами при отходе лавы на 134 метра бу дет ощущаться повышенное давление на призабойную крепь, произойдет первичная посадка второй группы слоев. Предельный пролет слоя № 5, представленного песчаным сланцем мощностью 31 метр, определенный из выражения (1) составит 198м и слой будет продолжать зависать т.е. сдерживать пригрузку вышележащих слоев над выработанным пространством при отходе лавы от разрезной печи на расстояние равное её длине. При дальнейшем подвигании лавы слой №5, который можно представить плитой, жестко защемленной по контуру, бу дет также зависать поскольку короткая сторона в этой плите будет меньше предельного пролета слоя. В дальнейшем будут ощущаться только вторич ные посадки кровли интенсивность которых значительно ниже первичных. 85 Построение области сдвижения пород кровли позволяет опреде-лить число групп слоев, участвующих в сдвижении и дает возмож-ность расчи- тать величину опорного давления в периоды первичных посадок, так как именно в это время наблюдаются максимальные проявления горного дав ления. Считая, что расчитываемый слой до обрушения работает в пределах упругости определим давление его на опору, как балки жестко защемлен ной на концах: Р = 1 Ц + УН, МП а \| ' (2) где П - давление группы слоев на опору, МПа Р , = - ^ - 1 < Ъ + 2 к , Н а , Ш а О) где 8 - единичная площадка куда приложена сила Р, м2 а - единичная ширина балки-полоски,м. Величина опорного давления позволяет прогнозировать характер разрушения породы непосредственной кровли впереди очистного забоя и проектировать мероприятия, предотвращающие завалы лав. Выводы 1. В статье обоснована актуальность задачи изучения механизма формирования горного давления и сдвижения породных слоев над выработанным пространством. 2. Приведены результаты исследований и предложен механизм сдви жения породных слоев над выработанным пространством очист ных забоев. 3. Предложен метод определения шага первичной посадки кровли и величины опорного давления. С П И С О К Л И Т Е РА Т У Р Ы 1. Глушихин Ф.П. Трудноуправляемые кровли в очистных забоях. - М.: Недра, 1974,- 192 с. 2. Кузнецов Г.Н. Определение полной несущей способности кровли под земных выработок. - В кн.: Исследования по вопросам горного давле ния и маркшейдерского дела № 22.-М.-Л.: Углетехиздат, 1950.- с. 231 - 260. 3. Фисенко Г.Л. Предельные состояния горных пород вокруг вырабо ток. - М.: Недра, 1976.- 272 с. 4. Борисов А.А. М еханика горных пород и массивов. - М.: Недра, 1980.- 360 с. 86 5. Конлыбаева Ж.М. Закономерности пород в массиве. - М.: Наука, 1968,- 108 с. 6. Болгожин Ш. А-Г., Клиновицкий Ф.И. Геомеханические условия ох раны подготовительных выработок при отработке угольных пластов. - Алма-ата : Наука, 1982,- 88 с. 7 Исследование поведения труднообрушаемой кровли при отработке пласта Ь8 на большой глубине / Андрушко В.Ф., Лобков Н.И., Попов Л.Ф., Желязко В.З.- В сб.: Разработка месторождений полезных иско паемых. -К : Техника, 1981,- с.12-15. К Лобков Н.И. Исследование сдвижения породных слоев над очистными выработками пологих пластов. - Материалы международной научн. техн. конф. Проблемы механики горно-металлургического комплек с а - Днепропетровск, 2002. с.175-176. 87

К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов

Репозитарії

Схожі ресурси