Формирование нарушенной зоны горного массива при ведении очистных работ в условиях слабых боковых пород

Рассмотрено формирование локальной зоны разгрузки в краевой части угольного пласта. В условиях шахт Западного Донбасса выполнены исследования нарушения угольного пласта и вмещающих пород в забоях очистных и подготовительных выработок. Натурные инструментальные наблюдения проведены в направлении обна...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2013
1. Verfasser: Заболотная, Ю.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2013
Schriftenreihe:Геотехнічна механіка
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87342
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Формирование нарушенной зоны горного массива при ведении очистных работ в условиях слабых боковых пород / Ю.А. Заболотная // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 111. — С. 30-36. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-87342
record_format dspace
spelling irk-123456789-873422015-10-18T03:02:37Z Формирование нарушенной зоны горного массива при ведении очистных работ в условиях слабых боковых пород Заболотная, Ю.А. Рассмотрено формирование локальной зоны разгрузки в краевой части угольного пласта. В условиях шахт Западного Донбасса выполнены исследования нарушения угольного пласта и вмещающих пород в забоях очистных и подготовительных выработок. Натурные инструментальные наблюдения проведены в направлении обнаружения техногенной трещиноватости пород, замере раскрытия трещин и величин смещения пород. Наличие зоны разгрузки подтверждено образованием систем техногенных трещин. Установлена зависимость размеров зоны разгрузки от глубины ведения горных работ. При ведении очистных работ зона повышенного горного давления представлена разгруженной зоной и зоной с повышенным давлением. Наличие разгруженной зоны в непосредственной близости к границе очистных работ позволит корректировать размеры ширины зоны опорного давления и дифференцированно производить планирование крепления выработок в зонах с повышенным горным давлением. Розглянуто формування локальної зони розвантаження в крайовій частині вугільного пласта. В умовах шахт Західного Донбасу виконано дослідження порушень вугільного пласта вміщуючих порід у забоях очисних і підготовчих виробок. Натурні інструментальні спостереження проведені в напрямку виявлення техногенної порушеності порід, вимірі розкриття тріщин і величин зміщення порід. Наявність зони розвантаження підтверджена утворенням системи техногенних тріщин. Установлена залежність розмірів зони розвантаження від глибини ведення гірничих робіт. При веденні очисних робіт зона підвищеного гірського тиску представлена зоною розвантаження и зоною з підвищеним тиском. Наявність розвантаженої зони безпосередньо біля лінії очисних робіт дозволить корегувати розміри ширині зони опірного тиску та диференційовано проводити планування кріплення виробок у зонах з підвищеним гірським тиском. Formation of local unloaded zones in the coal seam selvage is considered in the article. Disturbance of coal seam and enclosing rocks was studied in the faces of stopes and preparatory roadways in the Western Donbass mines. In situ observations were carried out in order to detect any technogeneous rock fracturing and to measure the cracks opening and rate of the rock displacement. Presence of unloaded zone was confirmed by formation of technogeneous cracks. Dependence of unloaded zone size on the depth of mining operations was determined. While winning, a high rock pressure zone is presented by unloaded zone and high-pressure zone. Presence of unloaded zone nearby with the edge of winning works will allow to adjust width of the bearing-pressure zone and to plan differentially tunnel supports in zones with high rock pressure. 2013 Article Формирование нарушенной зоны горного массива при ведении очистных работ в условиях слабых боковых пород / Ю.А. Заболотная // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 111. — С. 30-36. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87342 622.831.2 ru Геотехнічна механіка 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 Рассмотрено формирование локальной зоны разгрузки в краевой части угольного пласта. В условиях шахт Западного Донбасса выполнены исследования нарушения угольного пласта и вмещающих пород в забоях очистных и подготовительных выработок. Натурные инструментальные наблюдения проведены в направлении обнаружения техногенной трещиноватости пород, замере раскрытия трещин и величин смещения пород. Наличие зоны разгрузки подтверждено образованием систем техногенных трещин. Установлена зависимость размеров зоны разгрузки от глубины ведения горных работ. При ведении очистных работ зона повышенного горного давления представлена разгруженной зоной и зоной с повышенным давлением. Наличие разгруженной зоны в непосредственной близости к границе очистных работ позволит корректировать размеры ширины зоны опорного давления и дифференцированно производить планирование крепления выработок в зонах с повышенным горным давлением.
format Article
author Заболотная, Ю.А.
spellingShingle Заболотная, Ю.А.
Формирование нарушенной зоны горного массива при ведении очистных работ в условиях слабых боковых пород
Геотехнічна механіка
author_facet Заболотная, Ю.А.
author_sort Заболотная, Ю.А.
title Формирование нарушенной зоны горного массива при ведении очистных работ в условиях слабых боковых пород
title_short Формирование нарушенной зоны горного массива при ведении очистных работ в условиях слабых боковых пород
title_full Формирование нарушенной зоны горного массива при ведении очистных работ в условиях слабых боковых пород
title_fullStr Формирование нарушенной зоны горного массива при ведении очистных работ в условиях слабых боковых пород
title_full_unstemmed Формирование нарушенной зоны горного массива при ведении очистных работ в условиях слабых боковых пород
title_sort формирование нарушенной зоны горного массива при ведении очистных работ в условиях слабых боковых пород
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate 2013
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87342
citation_txt Формирование нарушенной зоны горного массива при ведении очистных работ в условиях слабых боковых пород / Ю.А. Заболотная // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 111. — С. 30-36. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Геотехнічна механіка
work_keys_str_mv AT zabolotnaâûa formirovanienarušennojzonygornogomassivaprivedeniiočistnyhrabotvusloviâhslabyhbokovyhporod
first_indexed 2025-07-06T14:55:56Z
last_indexed 2025-07-06T14:55:56Z
_version_ 1836909862193201152
fulltext УДК 622.831.2 4 Заболотная Ю.А. (ГВУЗ «НГУ») ФОРМИРОВАНИЕ НАРУШЕННОЙ ЗОНЫ ГОРНОГО МАССИВА ПРИ ВЕДЕНИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ В УСЛОВИЯХ СЛАБЫХ БОКОВЫХ ПОРОД Заболотна Ю.О. (ДВНЗ «НГУ») ФОРМУВАННЯ ПОРУШЕНОЇ ЗОНИ ГІРСЬКОГО МАСИВУ ПРИ ВЕДЕННІ ОЧИСНИХ РОБІТ В УМОВАХ СЛАБКИХ БІЧНИХ ПОРІД Zabolotnaya Yu.A. (SHEI «NGU») FORMATION OF DISTURBED ROCK ZONES WHILE WINNING IN FACES WITH WEAK ADJOINING ROCKS Аннотация. Рассмотрено формирование локальной зоны разгрузки в краевой части угольного пласта. В условиях шахт Западного Донбасса выполнены исследования нарушения угольного пласта и вмещающих пород в забоях очистных и подготовительных выработок. Натурные инструментальные наблюдения проведены в направлении обнаружения техноген- ной трещиноватости пород, замере раскрытия трещин и величин смещения пород. Наличие зоны разгрузки подтверждено образованием систем техногенных трещин. Установлена зави- симость размеров зоны разгрузки от глубины ведения горных работ. При ведении очистных работ зона повышенного горного давления представлена разгруженной зоной и зоной с по- вышенным давлением. Наличие разгруженной зоны в непосредственной близости к границе очистных работ позволит корректировать размеры ширины зоны опорного давления и диф- ференцированно производить планирование крепления выработок в зонах с повышенным горным давлением. Ключевые слова: ширина зоны опорного давления, зона разгрузки, техногенные нару- шения Введение и постановка проблемы. Увеличение глубины и интенсивности разработки угольных пластов сопровождается ростом и негативным проявлени- ем горного давления, усилением влияния очистных работ на сближенные пла- сты. Все это оказывает прямое влияние на устойчивость магистральных и под- готовительных горных выработок, а также усложняют ведение очистных работ. Отработка угольных пластов сопровождается формированием зон повышенно- го горного давления (ПГД) от целиков, оставляемых на смежных пластах, и краевых частей разрабатываемых угольных пластов. При ведении горных работ в зонах ПГД необходимо вводить дополнительные меры безопасности в соот- ветствии с требованиями нормативных документов [1, 2]. Зоны ПГД провоци- 4 © Заболотная Ю.А., 2013 руют возникновение внезапных выбросов угля и газа, горных ударов, завалов лав с посадкой крепи «нажестко». В связи с этим прогноз параметров зон ПГД является для горных предприятий весьма актуальной задачей. Анализ исследований и публикаций. В большинстве исследований приня- то к основным параметрам зоны ПГД относить ширину зоны опорного давле- ния, максимальное напряжение в этой зоне, расстояние от границы очистных работ до положения максимума давления, ширину зоны разгрузки. Противоре- чия существуют в определении зоны разгрузи, которая образуется в краевой части угольного пласта. Нормативные документы [1, 2] позволяют дать количе- ственную оценку размеров зоны ПГД в вертикальном сечении. При этом опре- деляются ширина зоны в плоскости отрабатываемого пласта, дальность дейст- вия зоны в под- и надработанную толщи. Для статических зон повышенного горного давления (ПГД) определение зоны разрушенного угля нормативными документами не регламентируется, а построение зон ПГД на вышележащий ли- бо нижележащий пласты осуществляется от границы остановки очистных работ [1, 2]. В нормативных документах формирование зон разгрузки в краевой части пласта представлено лишь зоной отжима угля. Согласно [3] при движущемся очистном забое под влиянием высоких напряжений уголь в краевой части пла- ста разрушается, его несущая способность падает, и максимум опорного давле- ния перемещается вглубь массива. Размер зоны разрушенного угля рассчитыва- ется аналитически и зависит от угла внутреннего трения угля, коэффициента бокового распора и сцепления угля [3]. Автор [4] в пределах зон опорного давления выделяет зону пониженных на- пряжений, сравнительно с γН, в краевой части, далее повышенных напряжений и напряжений, близких к γН. Величины деформаций краевых зон определяются соотношением интенсивности опорного давления, механических характеристик пласта, а также продолжительностью действия нагрузки. Краевые зоны пред- ставляют своеобразные штампы, через которые опорное давление передается в породы подстилающей толщи, повышая здесь вертикальную составляющую тензора напряжений. Поэтому под краевыми зонами образуются области по- вышенных напряжений, в которых напряжения рассеиваются и затухают на значительных удалениях от разрабатываемого пласта. В соответствии с [5] опорная зона непосредственно над угольным пластом характеризуется шириной зоны, максимальным напряжением в ней, располо- жением максимума относительно забоя лавы или границы очистных работ и расстоянием от максимума напряжений до точки, где напряжения соответству- ют напряжениям нетронутого массива. В [5] отсутствует оценка зоны разгрузки у краевой части угольного пласта, но установлено, что размеры зоны опорного давления зависят от крепости вмещающих пород. Над движущимся забоем ла- вы при наличии крепких углей и прочных пород в опорной зоне возникают вы- сокие напряжения, максимум расположен вблизи забоя. При небольшой крепо- сти угля и невысокой прочности пород за счет сжатия угля и погружения его в породы опорная зона расширяется, максимум удален от забоя лавы, макси- мальные напряжения в опорной зоне невелики. Породы кровли и почвы угольных пластов Западного Донбасса представле- ны в основном алевролитами и аргиллитами невысокой прочности (10÷20 МПа), реже песчаниками. Наличие песчаников незначительной мощно- сти не повышает общую прочность породного массива. Наблюдениями, проведенными на шахте «Западно-Донбасская», установле- но, что у границы очистных работ после остановки лавы формируется разгру- женная зона шириной от 0 до 55 м [6]. Ранее исследованиями состояния горных выработок в зонах ПГД было уста- новлено, что зону ПГД в условиях шахты им. Героев Космоса ПАО «ДТЭК Павлоградуголь» необходимо рассматривать как состоящую из двух частей: зо- ну дезинтеграции, как опасную по обрушениям, и зону с повышенным горным давлением [7]. Подтверждением существования нарушенной зоны являются исследования состояния 854-й лавы, очистные работы в которой велись в зоне ПГД от крае- вой части пласта с8 в , в условиях шахты «Западно-Донбасская» ПАО «ДТЭК Павлоградуголь». Установлено, что по всей длине лавы зафиксировано множе- ство техногенных трещин и нарушений залегания угольного пласта и вмещаю- щих пород в виде сбросов, взбросов, грабенов с амплитудой до 0.15 м [8]. Ко- личество техногенных нарушений увеличивается по мере приближения к вы- емочным штрекам. По данным наблюдений [8] можно предположить, что в краевой части угольного пласта формируется область разгрузки, которая про- является в виде разрушений пласта и слабых боковых пород. Размер нарушен- ной зоны должен зависеть от вынимаемой мощности пласта, крепости пород и глубины ведения горных работ. Цель работы – установить характер зависимости размеров нарушенной зо- ны в краевой части угольного пласта от глубины ведения горных работ. Изложение основного материала исследований. Для определения геомет- рических параметров проявления горного давления в зонах влияния очистных работ выполнены исследования нарушения угольного пласта и вмещающих по- род в забоях очистных и подготовительных выработок. Был выполнен монито- ринг краевых частей лав в условиях шахт «Западно-Донбасская», «Павлоград- ская», «Степная» и «Терновская». Наблюдения заключались в обнаружении техногенной трещиноватости пород, замере раскрытия трещин и величин сме- щения пород. При выполнении работ съемка проводилась на расстояние до 30 м. Пример замеров показан на рис. 1. На рис.1 показано распространение техногенных трещин в 349-й лаве шахты «Терновская» со стороны 349-го сборного и 349-го бортового штреков. При этом 0,4 м, 0,6 м, … 11,9 м – расстояния, где обнаружены техногенные наруше- ния со стороны 349-го сборного штрека и 2,0 м, 2,3 м … 5,0 м – расстояния, где обнаружены техногенные нарушения со стороны 349-го бортового штрека; 2 см и 12 см – величина раскрытия трещин. В условиях шахты «Терновская» в целике пласт разрушен на расстояние до 5 м; в отработанной части – до 7 м. В массиве на расстояние до 1,5–2,0 м на- блюдаются трещины с раскрытием 10-12 см. Трещины повторяют контур выра- ботки, в некоторых случаях наблюдаются отколы глыб с наклоном в сторону выработки. Рис. 1 – Положение техногенных нарушений в краевой части пласта 349-й лавы в условиях шахты «Терновская» В условиях шахты «Западно-Донбасская» при мониторинге краевой части 854-й лавы на расстоянии около 15 м от 854-го бортового штрека зафиксирова- но техногенное нарушение с амплитудой около 15 см (рис. 2). Рис.2 – Техногенное нарушение в 854-й лаве По результатам мониторинга краевых частей лав установлена зависимость ширины нарушенной зоны n в очистном забое лавы от глубины разработки Н (рис. 3). Рис. 3 – Зависимость ширины нарушенной зоны в очистном забое лавы от глубины разработки Ширина нарушенной зоны n в очистном забое лавы от глубины разработки Н выражается зависимостью 0 5 10 15 20 25 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Глубина, м Ш и р и н а з о н ы т р ещ и н , м 47,0H04,0n  . Коэффициент корреляции составляет 0,8, что свидетельствует о достаточно высокой достоверности результатов. Вывод. Таким образом, в условиях слабых боковых пород в непосредствен- ной близости к границе очистных работ присутствует зона разгрузки. Установ- лено, между размером зоны разгрузки прослеживается прямолинейная зависи- мость от глубины ведения работ: рост глубины ведения горных работ приводит к увеличению ширины нарушенной зоны. Наличие зоны разгрузки, проявляю- щейся в виде техногенных нарушений, указывает на перемещение максимума опорного давления вглубь массива. ––––––––––––––––––––––––––––––– СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Построение зон защиты и ПГД для условий больших глубин. Методика КД 12.07.301-96. – [Действующий с 1997-01-01] / В.И. Винда, Е.А. Воробьев, В.П. Глебов [и др.]. – Офиц. изд. – Донецк: УкрНИМИ, 1997. – 46 с. – (Нормативный документ Минуголепрома Украины). 2. Указания по управлению горным давлением в очистных забоях под (над) целиками и краевыми частями при разработке свиты угольных пластов мощностью до 3,5 м с углом падения до 35º / С.Т. Кузнецов, Д.Г. Пекарский, В.В. Сычев [и др.] – Л.: ВНИМИ, 1984. – 62 с. 3. Управление кровлей и крепление в очистных забоях на угольных пластах с углом падения до 35º. Руководство КД 12.01.01.503-2001. – [Действующий с 2001-12-29] /. Дубов Е.Д, Ефремов В.И., Ковтун А.М. [и др.]. – Офиц. изд. – К.: Минтопэнерго Украины, 2002. – 141с. – (Нормативный доку- мент Минтопэнерго Украины). 4. Борисов, А.А. Механика горных пород и массивов / А.А. Борисов. – М.: Недра, 1980. – 360 с. 5. Савостьянов, А.В., Управление состоянием массива горных пород / А.В. Савостьянов, В.Г. Клочков – К.: УМК ВО. – 1992. – 276 с. 6. Зорин, А.Н. Механика разрушения горного массива и использование его энергии при добыче полезных ископаемых. / А.Н. Зорин, Ю.М. Халимендик, В.Г. Колесников – М.: ООО «Недра- Бизнесцентр», 2001. – 413 с. 7. Халимендик, Ю.М. Проявление опорного давления в условиях слабых боковых пород / Ю.М. Халимендик, Ю.А. Заболотная // Науковий вісник НГУ. – 2013. – №1. – С. 33-39. 8. Халимендик, Ю.М. Состояние горного массива в зонах повышенного горного давления / Ю.М. Халимендик, Ю.А. Заболотная // Науковий вісник НГУ. – 2011. – №3. – С. 49-53. REFERENCES 1. The Ministry of Coal Industry of Ukraine (1997), 12.07.301-96. Postroyeniye zon zashchity i PGD dlya usloviy bolshykh glubin. Metodika: Normativnyy document Minugleproma Ukrainy. [12.07.301-96. Construction of protection zones and zones of high rock pressure for conditions of great depths. Methods: Regulatory normative document Ministry of Coal Industry of Ukraine], UkrNIMI, Donets, Ukraine. 2. Kuznetsov, S.T., Pekarskyy, D.G, Sychev, V.V. and etc (1984) Ukazaniya po upravleniyu gornym davleniyem v ochistnykh zaboyakh pod (nad) tselikami I krayevymi chastyami pri razrabotke svity ugolnykh plastov moshchstyu do 3.5 m s uglom padeniya do 35° [Guidelines on rock pressure control in the lava below (above) pillars and boundary parts during development of coal seams with thickness less than 3.5 m with in- clination of 35 ], VNIMI, Leningrad, Russia. 3. The Ministry of Fuel and Energy of Ukraine (2002), 12.01.01.503-2001.Upravleniye krovley i kreple- niye v ochistnykh zaboyakh na ugolnykh plastakh s uglom padeniya do 35°. Manual: Normativnyy document Mintopenergo Ukrainy. [12.01.01.503-2001. Control of roof and fastening in production face of coal seams with inclination of 35 ], Ministry of Fuel and Energy of Ukraine, Kiev, Ukraine. 4. Borisov, A.A. (1980), Mekhanika gornykh porod i massivov [The mechanics of rocks and rock mass], Nedra, Moscow, Russia. 5. Savostyanov, A.V. and Klochkov, V.G. Upravleniye sostoyaniem massiva gorykh porod [Controlling the state of rocks], UMK VO, Kiev, Ukraine 6. Zorin, A.N., Khalimendik, Yu.M. and Kolesnikov, V.G. Mekhanika razrusheniya gornogo massiva i ispolzovaniye yego energii pri dobyche poleznykh iskopayemykh [Mechanics of rock mass destruction and implementation of its energy for production of mineral resources], OOO «Nedra-Biznestsentr», Moscow, Russia. 7. Khalimendik , Yu.M. and Zabolotnaya Yu.A. (2013) “Abutment pressure behavior in conditions of weak wall rocks”, Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, no 1, pp. 33-39. 8. Khalimendik , Yu.M. and Zabolotnaya Yu.A. (2011) “State of the rock mass in the high pressure zones”, Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, no 3, pp. 49-53. ––––––––––––––––––––––––––––––– Об авторах Заболотная Юлия Александровна, аспирант кафедры маркшейдерии, Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет» (ГВУЗ «НГУ»), Днепропетровск, Украина, zabolotnayayuliya@mail.ru. About the author Zabolotnaya Yuliya Aleksandrovna, Doctoral Student of the Department of Mine Surveying, State Higher Educational Institution «National Mining University» (SHEI “NMU”), zabolotnayayuliya@mail.ru ––––––––––––––––––––––––––––––– Анотація. Розглянуто формування локальної зони розвантаження в крайовій частині ву- гільного пласта. В умовах шахт Західного Донбасу виконано дослідження порушень вугіль- ного пласта вміщуючих порід у забоях очисних і підготовчих виробок. Натурні інструмента- льні спостереження проведені в напрямку виявлення техногенної порушеності порід, вимірі розкриття тріщин і величин зміщення порід. Наявність зони розвантаження підтверджена утворенням системи техногенних тріщин. Установлена залежність розмірів зони розванта- ження від глибини ведення гірничих робіт. При веденні очисних робіт зона підвищеного гір- ського тиску представлена зоною розвантаження и зоною з підвищеним тиском. Наявність розвантаженої зони безпосередньо біля лінії очисних робіт дозволить корегувати розміри ширині зони опірного тиску та диференційовано проводити планування кріплення виробок у зонах з підвищеним гірським тиском. Ключові слова: ширина зони опірного тиску, зона розвантаження, техногенні порушен- ня. Abstract. Formation of local unloaded zones in the coal seam selvage is considered in the ar- ticle. Disturbance of coal seam and enclosing rocks was studied in the faces of stopes and prepara- tory roadways in the Western Donbass mines. In situ observations were carried out in order to detect any technogeneous rock fracturing and to measure the cracks opening and rate of the rock displacement. Presence of unloaded zone was confirmed by formation of technogeneous cracks. Dependence of unloaded zone size on the depth of mining operations was determined. While win- ning, a high rock pressure zone is presented by unloaded zone and high-pressure zone. Presence of unloaded zone nearby with the edge of winning works will allow to adjust width of the bearing- pressure zone and to plan differentially tunnel supports in zones with high rock pressure. Keywords: bearing pressure zone width, discharge zone, anthropogenic cracks. Статья поступила в редакцию 12.09.2013 Рекомендовано к публикации д.т.н., проф. А.Н.Шашенко mailto:zabolotnayayuliya@mail.ru mailto:zabolotnayayuliya@mail.ru