Геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях

Приведено результати досліджень зсуву та характеру руйнування порід покрівлі у очисних вибоях.

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2004
Автори:	Лобков, Н.И., Порубай, В.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2004
Назва видання:	Физико-технические проблемы горного производства
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189897
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:	Геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях / Н.И. Лобков, В.В. Порубай // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 7. — С. 181-187. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-189897
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1898972023-04-30T10:59:23Z Геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях Лобков, Н.И. Порубай, В.В. Приведено результати досліджень зсуву та характеру руйнування порід покрівлі у очисних вибоях. The results of examination displacement and character of fracture of soils of a roof in lonqwall face are reduced. 2004 Article Геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях / Н.И. Лобков, В.В. Порубай // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 7. — С. 181-187. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2664-1771 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189897 622.831.27 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	Приведено результати досліджень зсуву та характеру руйнування порід покрівлі у очисних вибоях.
format	Article
author	Лобков, Н.И. Порубай, В.В.
spellingShingle	Лобков, Н.И. Порубай, В.В. Геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях Физико-технические проблемы горного производства
author_facet	Лобков, Н.И. Порубай, В.В.
author_sort	Лобков, Н.И.
title	Геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях
title_short	Геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях
title_full	Геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях
title_fullStr	Геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях
title_full_unstemmed	Геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях
title_sort	геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях
publisher	Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate	2004
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189897
citation_txt	Геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях / Н.И. Лобков, В.В. Порубай // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 7. — С. 181-187. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv	AT lobkovni geodinamičeskoeobosnovanieharakteraobrušeniâkrovlivočistnyhzaboâh AT porubajvv geodinamičeskoeobosnovanieharakteraobrušeniâkrovlivočistnyhzaboâh
first_indexed	2025-07-16T12:33:40Z
last_indexed	2025-07-16T12:33:40Z
_version_	1837806881513406464
fulltext	У Д К 62 2 .8 3 1 .2 7 ГЕОДИНАМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ОБРУШЕНИЯ КРОВЛИ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ к.т.н. Л о б к о в Н .И . (ИФГП НАН Украины), инж. П о р у б а й В .В . (Государ- ственное предприятие «Торезантрацит») Приведено результаты дослгйжень зсуву та характеру руйнування поргд покргвл/ у очисних вибоях. СЕСШУ1ЧАМ1С 1А8Т1Р1САТЮХ ОР СНАКАСТЕК ОР А КООР САУШ С Ш Ш М С\У А1Х РАСЕ ЬоЬкоу N.1., РогиЬа1 У.У. ТНе гезиШ о/ехаттаНоп сИ$р1асетеп( апд сИагас1ег о/ ]гасШге о/зоИз о / а гоо/т 1ощ-ма11 /асе аге гедисес/. Уровень нагрузки на очистные забои шахт ГП «Торезантрацит» в значительной степени определяет устойчивость непосредственной кровли и обрушаемость основной. Вывалы непосредственной кровли в виде мел ких фракций в призабойное пространство с обыгрыванием крепи приводят к остановкам лав для закладки полостей вывалов и обеспечения распора секций крепи. При разрушении непосредственной кровли крупными бло ками, очень часто наблюдается ее интенсивное смещение над призабой ным пространством, зажатие секций, посадка крепи «нажестко», длитель ные простои лав. Особенно интенсивные смещения пород происходят в период первичной посадки основной кровли, а иногда и в периоды вторич ных посадок и вызывают поломки забойного оборудования, потери добы чи. В таблице 1 приведены величины потерь рабочего времени и добычи за 2003 год. Таблица 1. Потери рабочего времени и добычи на шахтах ГП «Торе зантрацит в 2003 году. Наименование предприятия Потери рабочего времени, час. Потери добычи, т Г орный фактор Забойное обо рудование Транс порт Прочие потери Шахта «Прогресс» 282 1025 83 640 79701 Ш ахта имени Л.И. Лутугина 990 2225 2668 1395 393346 Шахта имени К.И. Киселева 438 633 1446 1527 31761 Ш ахта Яблоневская 144 40 517 22 6110 181 Как видно из таблицы почти половина потерянного времени прихо дится на горный фактор под которым понимается обрушение кровли и, как следствие, выход из строя забойного оборудования. Поэтому актуальным является исследование параметров обрушаемости основной и снижения устойчивости непосредственной кровли. Цель статьи - установление зако номерностей проявления горного давления в очистных забоях, для чего решаются следующие задачи: - анализ особенностей разрушения непосредственной и обрушения основной кровли; - изучение строения породного массива в кровле пласта; - изучение характера формирования опорного давления; - определение шага посадки кровли. В результате инструментальных и визуальных наблюдений за пове дением кровли в очистных забоях было установлено, что при залегании непосредственно над пластом мощного и прочного слоя сланца или песча ника происходят наиболее интенсивные смещения пород в периоды пер вичной и вторичных посадок. Шаг первичной посадки кровли, характер разрушения и обрушения в призабойном пространстве зависит от мощно сти слоя и прочностных характеристик породы. Так в 12-й восточной лаве шахты «Прогресс» непосредственно над пластом залегал слой песчано глинистого сланца мощностью 18м, предел прочности на одноосное сжатие составлял 80 МПа. Первичная посадка кровли произошла при отходе лавы от раз резной печи на 130м и разрушение породного слоя происходило в виде блоков длиной 1...3м. Макси мальные смещения боковых пород у заднего ряда механизированной крепи достигало 400мм, что привело к посадке крепи «нажестко» (Рис.1). I---------------------------------------------------------- Рис. 1 Обрушение пород кровли блоками в период первичной посадки 182 Уменьшение прочности непосредственной кровли ведет к уменьше нию шага первичной посадки и разрушению пород впереди лавы в зоне опорного давления на мелкие фракции, просыпающиеся в призабойное пространство вслед за проходом комбайна. Примером может служить по ведение пород кровли лавы №2 пласта шахты «Заря» (Рис.2), где непо средственно над пластом залегал глинистый сланец мощностью 16... 18м с крепостью пород по шкале М.М. Протодъяконова Г= 5. Рис.2 Обрушение пород кровли мелкими фракциями Шаг первичной посадки кровли составил 60м. Расположение полос ти, образованной обрушенной породой дает основание утверждать, что кровля разрушилась на мелкие фракции впереди забоя в зоне опорного давления. Аналогично вели себя породы кровли и в 5-й, 6-й восточных ла вах шахты «Прогресс». Максимальное смещение боковых пород в приза бойном пространстве лав до первичной посадки не превышало 100... 150мм, несмотря на зависание кровли в выработанном пространстве до 60... 130 метров. При залегании мощного и прочного слоя пород на удалении от пла ста в 15...20 метрах шаг первичной посадки определяется мощностью и прочностью этого слоя (основной кровли), а характер разрушения и обру шения пород в призабойное пространство мощностью и прочностью непо средственной кровли, причем прочность породы играет решающую роль. Интенсивные вторичные посадки кровли наблюдались в 12-й и 13-й восточных лавах пласта шахты «Лесная». В пределах выемочных полей этих лав непосредственно н ад пластом залегал слой песчаного сланца мощностью 6..8м, крепостью Г = 6, а выше него слой песчаника мощно стью 2 0 ...25м, крепостью б = 9 ...10 . Шаг вторичных посадок составлял 183 2 0 ...25м, во время которых происходило обрушение кровли в призабой ном пространстве лав в виде блоков, что приводило к смятию кромки пласта, вдавливанию стоек индивидуальной приза бойной и посадочной крепи в 12-й восточной лаве в почву, а также к по садке секций механизированной крепи в 13-й восточной лаве «нажестко». Смещение боковых пород в лавах во время вторичных посадок кровли достигало 600мм. По мере отработки 12-й восточной и 12-й западной лав шахты «Про гресс» после первичной посадки кровли наблюдались интенсивные сме щения боковых пород в лавах и подготовительных выработках без перио дического повторения. Эти явления выходили за рамки традиционных представлений о вторичных посадках кровли. При развороте выработанного пространства, т.е. при последователь ной отработке трех и более лав и общей ширине выработанного простран ства > 600м первичная посадка кровли проходила более интенсивно. Вели чина смещений боковых пород достигала 4 0 0 ...500мм, наблюдался капеж воды из разломов кровли. Подобные явления происходили также в 5-й, 6-й, 23-й и 24-й восточных лавах шахты «Прогресс». Приведенные выше примеры проявлений горного давления позво ляют предположить, что помимо первичных посадок мощных и прочных породных слоев, залегающих непосредственно над пластом или на незна чительном удалении от пласта, на призабойную крепь оказывают влияние и посадки мощных слоев, залегающих значительно выше. Анализ геологи ческих разрезов, построенных по данным геологоразведочных скважин в пределах поля шахты «Прогресс» показал, что породный массив в кровле пласта Ь§ сложен чередующимися слоями сланцев и песчаников, мощ ность некоторых из них составляет 15 ...30м, а иногда и более. Как прави ло, выше мощных слоев залегают слои с меньшей мощностью 1...10м, а также угольные пропластки, пропластки углистого сланца и слабых пород, обеспечивающие четкий межслоевой контакт. Исследования характера сдвижения породных слоев в кровле пласта над выработанным пространством в натурных условиях [1] и на моделях из эквивалентных материалов [2] позволяют сделать вывод о поочередном прогибе слоев. Начиная от разрезной печи, по мере по мере по двигания ла вы прогибается, а при достижении предельного пролета [3] обрушается слой непосредственной кровли, за тем прогибается и соответственно об рушается лежащий над ним слой и в таком порядке все вышележащие слои. Если в кровле пласта имеется мощный и прочный слой (несущий), а над ним один или несколько слоев маломощных и менее прочных, то фор мируется группа слоев, обрушающаяся вместе с обрушением несущего слоя. Предельный пролет каждого слоя можно определить из выражения Г.Л. Фисенко [3], а предельный пролет несущего слоя с учетом веса, обру- шающихся вместе с ним вышележащих менее прочных слоев (пригрузки) из работы [4]. Из этой работы определяем и величину опорного давления, 184 как сумму давлений на кромку пласта прогибающихся в период первичной посадки групп слоев, залегающих в породном массиве кровли. Принимая во внимание, что несущий слой над выработанным про странством можно принять за тонкую плиту, жестко заделанную по четы рем или трем сторонам, прогиб которой в центральной части соответствует прогибу балки, а слой у заделки находится в сложном напряженном со стоянии [3] сжатия с растяжением, то процесс разрушения пород можно представить в следующем виде. В процессе прогиба слоя над выработанным пространством у задел ки (в зоне опорного давления) происходит микроразрушение (потеря сплошности) пород при значении действующих напряжений, превыщаю- щих предел длительной прочности материала. С течением времени сплош ность материала нарушается с последующим образованием трещин по на клонным площадкам и разрушением слоя на всю мощность. Для оценки степени разрушенности пород под действием нагрузки воспользуемся ис следованиями [4;5] для описания изменения сплошности породы во време ни: где I//- сплошность горной породы, характеризующая развитие трещин под действием напряжений за некоторое время; А - реологический пара метр, зависящий от типа, структуры и свойства горной породы, ее влажно сти и температуры, 1/сут.МПа; сг- напряжение, действующее в породе, МПа; В - пороговое значение напряжения, после превышения которого начинают развиваться микротрещины, соответствует пределу длительной прочности породы, МПа; и - показатель трещинообразования. Анализ работ посвященных исследованию процесса разрушения в условиях сжатия показывает, что начало распространения трещин опреде ляется коэффициентом концентрации касательных напряжений. При этом распространение трещин происходит в направлении действия большего сжимающего напряжения. Величину эффективного касательного напряже ния, под действием которого происходит распространение трещин в поро де определим по способу, предложенному Г.Г.Литвинским [6]. т эФ = - И МПа (2) где г<э- действующее касательное напряжение, МПа; [г]- допустимое каса тельное напряжение, МПа. ( 3) 185 [т]= 0Я! Р \| со^р , МПа (4) где егз и о \ - главные нормальные соответственно вертикальное и горизон тальное напряжения, МПа; р - угол внутреннего трения породы; - пре дел длительной прочности породы, МПа. ° з = Роп + сг, = у Н - У 1гт {И + I А,) 2 А2 у/^ДА + ХА,) 2 А2 , МПа , МПа (5) (6) где Роп - значение максимального опорного давления, МПа; у - плотность породы, к Н / м ъ\ 1т - предельный пролет несущего слоя, м ; И - мощность несущего слоя, л; X А,- - суммарная мощность слоев пригрузки, лг. С учетом выражений (2),(3),(4),(5),(6) получим У /Я2(й + Х А , ) р " + ^ ' ■ созр , МПа (7) Подставляя (7) в (1), интегрируя его с учетом начального условия у/ = 1; 1= О получаем функцию изменения сплошности во времени ,и+1 I = 1 - Л(п +1) I— 1 (со ър р у /^ (А + ХА,) ] 2 0 г оп 1 -> а-» 2А Л , ( 8 ) Разрушение породы наступит в момент времени 1р , когда сплошность ста нет равной нулю у/ = 0 . Время 1р находим, подставляя в выражение (8) у/ = 0 и интегрируя его от 0 до 1р . 1Р " " Л{п + 1) С08 р РОП + у & ( * + Х *,-) 2 Л2 , сут. (9) Согласно [5] время разрушения слоя по всей мощности А определяется из выражения Т = 1п 1 + 2л - 1 ,сут. ( 10) 186 Определяя согласно (5) показатель трещинообразования п не трудно убе диться, что его значения близки к 1 для основных пород Донбасса тогда Г = 3 (П) и со . сут А С08 р Роп + Полученное выражение (11) позволяет определить допустимое время остановки Т0 очистного забоя, при котором несущий слой, залегающий непосредственно над пластом не разрушится по всей мощности при усло вии Т0< Т . Первичная посадка кровли произойдет при Т0 > Т . Многочисленными наблюдениями установлено, что при залегании непосредственно над пластом менее прочного слоя (рис.2) крепостью Г< 5, его разрушение впереди забоя лавы происходит мелкими фракциями, спо собными просыпаться в призабойное пространство. При Г > 5 разрушение породы происходит блоками размеры которых увеличиваются с увеличе- ним крепости пород. 1. Хохлов И.В. Комплексное исследование массива горных пород.- М.: Наука, 1986,- 163с. 2. Лобков Н.И. Исследование сдвижения породных слоев над очистными выработками пологих пластов. В сб. Материалы международной научно технической конференции «Проблемы механики горнометаллургиче ского комплекса» г. Днепропетровск, 2002.-е.175-176. 3. Фисенко Г.Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок. - М.: Недра, 1976,-272с. 4. Лобков Н.И. К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов. В сб. «Физико-технические проблемы горного производства» №6, под ред. А.Д. Алексеева ,- Донецк: ООО «Апекс»,2003,-с.81-87. 5. Качанов Л.М. Основы механики разрушения.- М.: Наука, 1974,-312с. 6. Литвинский Г.Г. Параметры хрупкого разрушения горных пород в ус ловиях возникновения горных ударов. В кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых,- К .6 Техника, 1974, вып.35,- с .31 - 37. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 187

Геодинамическое обоснование характера обрушения кровли в очистных забоях

Репозитарії

Схожі ресурси