О величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в Западном Донбассе

О величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в Западном Донбассе

Метою цих досліджень є встановлення закономірностей розвитку геомеханічних процесів при відході лави від монтажної камери і до першого обвалення порід основної покрівлі. Спорудження монтажної камери вносить першу зміну в початковий напруженодеформований стан вуглепородного масиву. Навколо виробки вн...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2012
Автор: Мартовицкий, А.В.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2012
Назва видання:Геотехническая механика
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54177
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:О величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в Западном Донбассе / А.В. Мартовицкий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 134-142. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-54177
record_format dspace
spelling irk-123456789-541772014-01-31T03:14:55Z О величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в Западном Донбассе Мартовицкий, А.В. Метою цих досліджень є встановлення закономірностей розвитку геомеханічних процесів при відході лави від монтажної камери і до першого обвалення порід основної покрівлі. Спорудження монтажної камери вносить першу зміну в початковий напруженодеформований стан вуглепородного масиву. Навколо виробки внаслідок концентрації напружень утворюється зона непружних деформацій. Подальше посування очисного вибою, викликає збільшення концентрації напружень попереду вибою і падіння напружень над виробкою. The construction of the mounting chamber makes the first changes in the initial stress-strain state of coal-rock massif. Due to stress concentrations around the working, a zone of inelastic deformations is formed. The following longwall advance causes an increase of stress concentrations ahead of longwall and decreasing tensions over the mine working. The purpose of this research is to establish the laws of geomechanical processes when the moving longwall away the mounting chamber and before the first fall of the main roof rock. 2012 Article О величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в Западном Донбассе / А.В. Мартовицкий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 134-142. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54177 622.272 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Метою цих досліджень є встановлення закономірностей розвитку геомеханічних процесів при відході лави від монтажної камери і до першого обвалення порід основної покрівлі. Спорудження монтажної камери вносить першу зміну в початковий напруженодеформований стан вуглепородного масиву. Навколо виробки внаслідок концентрації напружень утворюється зона непружних деформацій. Подальше посування очисного вибою, викликає збільшення концентрації напружень попереду вибою і падіння напружень над виробкою.
format Article
author Мартовицкий, А.В.
spellingShingle Мартовицкий, А.В.
О величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в Западном Донбассе
Геотехническая механика
author_facet Мартовицкий, А.В.
author_sort Мартовицкий, А.В.
title О величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в Западном Донбассе
title_short О величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в Западном Донбассе
title_full О величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в Западном Донбассе
title_fullStr О величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в Западном Донбассе
title_full_unstemmed О величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в Западном Донбассе
title_sort о величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в западном донбассе
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate 2012
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54177
citation_txt О величине первичного шага обрушения пород кровли в струговой лаве при отработке угольных пластов в Западном Донбассе / А.В. Мартовицкий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 134-142. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series Геотехническая механика
work_keys_str_mv AT martovickijav oveličinepervičnogošagaobrušeniâporodkrovlivstrugovojlavepriotrabotkeugolʹnyhplastovvzapadnomdonbasse
first_indexed 2025-07-05T05:34:23Z
last_indexed 2025-07-05T05:34:23Z
_version_ 1836783935629033472
fulltext Выпуск № 103 134 УДК 622.272 А.В. Мартовицкий, к.т.н., ген.директор (ПАО «ДТЭК Павлоградуголь») О ВЕЛИЧИНЕ ПЕРВИЧНОГО ШАГА ОБРУШЕНИЯ ПОРОД КРОВЛИ В СТРУГОВОЙ ЛАВЕ ПРИ ОТРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В ЗАПАДНОМ ДОНБАССЕ Метою цих досліджень є встановлення закономірностей розвитку геомеханічних про- цесів при відході лави від монтажної камери і до першого обвалення порід основної покрі- влі. Спорудження монтажної камери вносить першу зміну в початковий напружено- деформований стан вуглепородного масиву. Навколо виробки внаслідок концентрації на- пружень утворюється зона непружних деформацій. Подальше посування очисного вибою, викликає збільшення концентрації напружень попереду вибою і падіння напружень над виробкою. ABOUT THE VALUE OF INITIAL STEP OF ROOF ROCK FALL IN LONGWALL WHEN MINING COAL SEAMS IN WESTERN DONBASS The construction of the mounting chamber makes the first changes in the initial stress-strain state of coal-rock massif. Due to stress concentrations around the working, a zone of inelastic de- formations is formed. The following longwall advance causes an increase of stress concentrations ahead of longwall and decreasing tensions over the mine working. The purpose of this research is to establish the laws of geomechanical processes when the moving longwall away the mounting chamber and before the first fall of the main roof rock. Основными направлениями повышения эффективности горных работ в угольных шахтах является их концентрация и повышения темпов отработки угольных пластов на основе новой производительной техники. Одним из эф- фективных способов отработки является применение струговых комплексов, которые в состоянии не только обеспечить необходимый уровень добычи, но и существенно повысить безопасность труда горнорабочих. Интенсивное ведение горных работ предполагает быстрое обнажение по- род кровли в лаве на значительной площади. Это сопровождается первичным обрушением пород основной кровли, ди- намической нагрузкой на крепь комплекса, оконтуривающих выработок, по- вышенным газовыделением [1]. Геомеханические процессы, которые разви- ваются при этом, в условиях слабометаморфизированных вмещающих пород Западного Донбасса изучены в недостаточной мере, что обуславливает акту- альность исследований в этом направлении. Целью настоящих исследований является установление закономерностей развития геомеханических процессов при отходе лавы от монтажной камеры и до первого обрушения пород основной кровли. Теоретические предпосылки. Сооружение монтажной камеры вносит пер- вое изменение в начальное напряженно-деформированное состояние (НДС) углепородного массива. Вокруг выработки вследствие концентрации напря- жений образуется зона неупругих деформаций (ЗНД). Последующее подвига- ние очистного забоя, вызывает увеличение концентрации напряжений впере- ди забоя и падение напряжений над выработкой, т.е. образование зон опорно- "Геотехническая механика" 135 го давления и разгрузки. Распространение зоны разрушения в породах кровли по мере постепенно- го увеличения размеров выработанного пространства можно трактовать как процесс образования свода обрушения в его классическом понимании. По фи- зической сути классический свод «по М.М. Протодьяконову» представляет собой зону предельного равновесия пород, или зона разрушения, в пределах которого породы полагаются разрушенными, утратившими сплошность и сцепление с основным массивом. Следует отметить, что для слоистой, неод- нородной среды форма поперечного сечения зоны разрушения может откло- няться от классической параболы, принимая, например, форму трапеции или близкой к ней геометрической фигуры. При определенном (критическом) размере выработанного пространства зона разрушения становится так велика, что вес пород внутри этой зоны пре- восходит силы сцепления, породы теряют связь с остальным массивом и об- рушаются в выработанное пространство (происходит так называемое гене- ральное, или первичное, обрушение кровли).Согласно условию, предложен- ному М.М. Протодьяконовым и развитому в работах Л.Я. Парчевского [2] об- рушение наступит тогда, когда вес пород, заключенных в своде, превысит ве- личину удерживающей силы удRQ  , (1) где порSQ  – вес пород свода, определяемый как произведение площади S поперечного сечения свода на усредненный объемный вес пород свода (рис. 1); LR руд  – удерживающая сила, определяемая как предел прочно- сти на одноосное растяжение, взятый по всей длине L границы обрушения. Таким образом, задача об определении критического размера выработан- ного пространства, т.е. шага первичной посадки пород основной кровли, со- стоит из следующих этапов: - определение НДС породного массива; - определение области разрушения над выработанным пространством в соответствии с выбранным критерием; - проверка условия обрушения кровли удRQ  . Рис. 1 – Расчетная схема для определения условия обрушения 2 Выпуск № 103 136 Численное моделирование. Для определения НДС массива использовался хорошо апробированный в задачах геомеханики метод конечных элементов. Компьютерная реализация метода осуществлялась с помощью лицензионной программы PHASE–2, разработанной лабораторией Roc Science (Канада). Рассмотрен и реализован ряд последовательных расчетных схем, которые имитируют движение лавы от разрезной печи. Первоначально моделировалось напряженное состояние нетронутого мас- сива, нагруженного весом вышележащих слоев. Затем в массиве путем изме- нения граничных условий формировались постадийно полости различных размеров: 1 стадия – формируется полость, соответствующая монтажной камере, за- тем дополнительно формируется полость, соответствующая разрезной печи (рис.2); 2 стадия – дополнительно формируется полость размером 5 м, имитирую- щая выработанное пространство при отходе лавы на 5 м от разрезной печи в процессе выемки угля (рис. 3) и так далее. Рис. 2 – Расчетная схема к решению задачи определения величины первичного обрушения (стадии 1, 2) Рис. 3 – Расчетная схема к решению задачи определения величины первичного обрушения (стадия 3) "Геотехническая механика" 137 Рис. 4 – Расчетная схема к решению задачи определения величины первичного обру- шения (отход лавы на 20 м от разрезной печи) В качестве критерия оценки состояния пород и условия перехода их в раз- рушенное состояние использовался обобщенный критерий Хоека - Брауна, в соответствии с которым разрушение породной среды в структурном элементе имеет место при выполнении условия: a c bc s R mR        3 31   , (2) где 1 и 3 – максимальное и минимальное действующие напряжения, cR – среднее значение предела прочности на одноосное сжатие породных образ- цов, bm – константа Хоека-Брауна, учитывающая генезис и состояние (каче- ство) породного массива, s и a –константы. Для условий 163-й лавы шахты «Степная» моделировались две ситуации, отвечающие различным горно-геологическим условиям:  наличие в кровле на расстоянии 15 м от пласта прочного нетрещинова- того песчаника;  наличие в кровле на том же расстоянии менее прочного трещиноватого песчаника. Физико-механические свойства пород, принятые для моделирования в со- ответствии с данными геологической службы шахты приведены в табл. 1. Таблица 1 – Физико-механические характеристики угля и вмещающих пород по дан- ным геологической службы № Название характеристики У го л ь А р ги л - л и т А л ев р о - л и т П ес ч а- н и к 1 Модуль упругости (Юнга), МПа 11755 913 1197 14856 2 Коэф. Пуассона 0,26 0,3 0,3 0,3 3 Прочность на сжатие, МПа 20 20 25 70 Выпуск № 103 138 Начальное напряженное состояние породного массива, отвечающее глуби- не разработки 470 м и плотности пород 2,47 т/м 3 составляет 11 МПа. Из рисунков видно, что при отходе лавы от разрезной печи на расстояние 20 м вся основная кровля (15 м) охвачена зоной разрушения (красный цвет). Прочный песчаник остается неразрушенным, хотя в вышележащих менее прочных породах (алевролит прочностью 30 МПа) формируется область раз- рушения. При этом вес пород в зоне разрушения не превосходит сил сцепле- ния (табл. 2). Таблица 2 – Определение веса пород и удерживающей силы Расстояние до забоя, м h, м Уд. вес, кН/м 3 Прочность на растя- жение, МПа Площадь зоны, м 2 Вес по- род, кН Длина дуги, м Удержи- вающая сила, кН Разность Q-R 15 14 25 0,4 273 6825 43 17200 -10375 20 16 25 0,4 560 14000 67 26800 -12800 25 16 25 0,4 624 15600 71 28400 -12800 30 16 25 0,4 720 18000 77 30800 -12800 35 16 25 0,4 800 20000 82 32800 -12800 40 33 25 0,4 1336,5 33412,5 88 35200 -1787,5 45 34 25 0,4 1445 36125 91 36400 -275 50 38 25 0,4 1786 44650 108 43200 1450 Обрушения кровли на этом этапе не происходит. При определении удер- живающей силы по формуле LR pуд  предел прочности на растяжение принят равным 2 МПа с коэффициентом структурного ослабления cK =0,2. Таким образом расчетное значение предела прочности для определения удерживающей силы равно p =2·0,2=0,4. На рис. 5 и 6 показаны зоны разрушения на начальной и конечной стадиях подвигания очистного забоя. "Геотехническая механика" 139 Рис. 5 – Зона разрушения при сооружении монтажной камеры Рис. 6 – Зона разрушения при отходе лавы от разрезной печи на 40 м При дальнейшем отходе лавы на расстояние 25, 30, 35, 40 м появляются очаги разрушения в слое прочного песчаника. При отходе лавы на 45, 50 м большая часть песчаника над выработанным пространством разрушена. Вес пород в образовавшейся зоне разрушения превосходит силу сцепления при отходе лавы на расстояние 45-50 м, что соответствует факту обрушения по- род кровли. Используя те же расчетные схемы, но с измененными физико- механическими свойствами пород таким образом, что песчаник над основной кровлей незначительно отличается по прочности от других пород (табл. 3), моделируется ситуация с трещиноватым песчаником в кровле. Выпуск № 103 140 Таблица 3 – Физико-механические характеристики угля и вмещающих пород № Название характеристики У го л ь А р ги л - л и т А л ев р о - л и т П ес ч ан и к 1 Модуль упругости (Юнга), МПа 11755 3193 2981 8165 2 Коэф. Пуассона 0,26 0,3 0.3 0,3 3 Прочность на сжатие, МПа 20 15 20 40 Развитие зон разрушения показано на рис. 7 и 8. Как видим, уже при отхо- де лавы на расстояние 20 м песчаник разрушен над серединой выработки. При длине консоли 25-30 м большая часть песчаника разрушена, зона разру- шения над песчаником и в основной кровле сливаются, образуя почти клас- сический свод. Вес пород в своде обрушения превосходит силы сцепления при ширине выработанного пространства 30 м (табл. 4). В данном варианте расчетов предел прочности на растяжение принят равным 1,5 Мпа, что с уче- том коэффициента структурного ослабления составит 0,3 МПа. Таблица 4 – Определение веса пород и удерживающей силы Расстоя- ние до за- боя h, м Уд . вес, кН/м 3 Прочность на растяжение, МПа Площадь зоны, м 2 Вес пород, кН Дли на дуги, м Удер- живаю щая сила, кН Раз- ность Q-R 25 27 25 0,3 783 19575 71 21300 -1725 30 31 25 0,3 961 24025 75 22500 1525 35 37 25 0,3 1258 31450 86 25800 5650 Рис. 7 – Зона разрушения при отходе лавы от разрезной печи на 20 м "Геотехническая механика" 141 Рис. 8 – Зона разрушения при отходе лавы от разрезной печи на 30 м Таким образом, при наличии более слабых пород в кровле выработанного пространства, в частности при наличии относительно малопрочного песчани- ка (с прочностью на сжатие не более 40 МПа) первичное обрушение основной кровли следует ожидать при отходе лавы от разрезной печи на расстояние 25- 30 м. Аналитические исследования. Рассматривая схему, изображенную на рис. 1., Л.Я. Парчевский предложил формулу для определения допустимого про- лета камеры, заложенной в однородном породном массиве. [2]. Полагая, что в случае первичного обрушения пород основной кровли коэффициент запаса прочности будет равен единице, получим следующее выражение: 2 2 вcc kkR a  , (6) cR a b 33  . (7) Здесь a - полупролет свода первичного обрушения, cR - средневзвешен- ное значение предела прочности пород кровли, ck - коэффициент структурно- го ослабления, определяемый по формуле [3]:   25,0exp5,01 ck , (8) Выпуск № 103 142   112 0 0     T T l ll , (9) где вk - коэффициент, учитывающий снижение прочности за счет влаги,  - плотность горных пород, Tl - среднее расстояние между трещинами, 0l - размер породного образца, 0 - коэффициент вариации испытываемых горных пород на одноосное сжатие,  - плотность горных пород. Используя данные, приведенные в табл. 1, получим для условий 163-лавы ш. «Степная» величину пролета свода первичного обрушения при наличии в кровле нетрещиноватого прочного слоя песчаника равную, примерно, 42 м. По данным маркшейдерской службы шахты реальное обрушение пород основной кровли в 163-й лаве ш. «Степная» произошло при длине вырабо- танного пространства, равной 40 м. Результаты исследований. Таким образом, обобщая выполненные исследо- вания, имеем длину пролета свода первичного обрушения равную: - численного моделирования – 45 м; - аналитических расчетов – 42 м; - по данным натурных измерений – 40 м. Как следует из приведенного выше, отклонения прогнозных величин от фактической не превышает 12,5 %, что вполне допустимо для подобного рода расчетов. Выводы.1. При наличии в кровле пласта трещиноватого песчаника прочностью 40-50 МПа шаг первичной посадки кровли составит 25-30 м. 2. В условиях шахты «Степная» при наличии прочного нетрещиноватого и необводненного песчаника (с пределом прочности на сжатие 60-70 МПа) шаг первичной посадки кровли составит 40-50 м. 3. Шаг первичной посадки кровли, определяемый аналитически, составля- ет 42 м. 4. Шаг первичной посадки, зафиксированный маркшейдерской службой шахты «Степная», составил 40 м, что достаточно близко совпадает с данными прогноза. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Борисов, А.А. Механика горных пород и массивов / А.А. Борисов. – М.: Недра. 1980. – 360 с. 2. Шашенко А.Н. Методы теории вероятностей в геомеханике / А.Н. Шашенко, Н.С.Сургай, Л.Я.Парчевский. – К.:Технiка, 1994. – 216 с. 3. Hoek, E. Practical Rock Engineering 2002. London: Institution of Mining and Metallurgy. p.p. 325. "Геотехническая механика" 143 УДК 622.023 В.Ю. Медяник, к.т.н., доц. (ГВУЗ «Национальный горный университет») ПОРОДЫ ПЕСЧАНИКИ – РЕДКИЕ МАТЕРИАЛЫ ВЫСОКОЙ КРЕПОСТИ – УНИКАЛЬНЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Розглядаються питання при підготовці до відпрацювання пологих вугільних пластів на великих глибинах в умовах шахти «Довжанська Капітальна» ТОВ "ДТЕК Свердловантра- цит". Проведено дослідження вміщуючих підготовчу виробку порід. Запропоновано можливості проектування комплексного видобутку супутніх корисних компонентів при підготовці Антрацитівського пластів до видобутку. SANDSTONE ROCK – RARE MATERIALS HIGH STRENGTH – UNIQUE FRICTION MATERIALS The questions in preparation for mining of shallow coal seams at great depths in the mine "Dolzhanskaya Capital" LLC "DTEK Sverdlovantratsit." Investigations of host rocks of under- ground working. Suggested the possibility of designing an integrated co-production of useful components in preparation Antratsitovskogo of flat seam to production. Введение. Подземная разработка полезных ископаемых требует проведе- ния сети горных выработок, при этом большое значение имеет расположение выработок, определенный порядок отработки запасов. С проникновением на более глубокие горизонты горно-геологические условия усложняются, что влечѐт за собой решения ряда вопросов улучшения условий труда, совершен- ствования техники, снижения себестоимости и т.д. Решить эту проблему воз- можно только путем комплексного обследования вопросов добычи угля. В условиях рынка возрастает роль и значение прогрессивного техническо- го проектирования на шахте, задачей которого является тщательное и объек- тивное обоснование программы действий коллектива на ближайшую и отда- ленную перспективу. Наряду с оценкой производственных возможностей шахты по добыче угля на планируемый период, формированием плана добычи, нагрузки на лаву и по предприятию в целом, определении необходимой численности персонала, затрат на добычу угля, цены на уголь и другими задачами необходимо плани- рования производственной, хозяйственной и финансовой деятельности шах- ты. Важное значение приобретают вопросы своевременной подготовки запа- сов к выемке. Исторически сложилось так, что объекты угольной промышленности яв- ляются градообразующими, вокруг них создавалась и формировалась насы- щенная антропотехнологическая структура, а в погоне за «черным золотом мы не обращали внимание на сопутствующие углю другие полезные компо- ненты. Таким образом, комплексная добыча и использование полезных ископае- мых – актуальная научно-практическая задача. Целью работы является возможность применение способа комплексной добычи и использования полезных ископаемых.

Схожі ресурси