Сдвижение массива горных пород над движущимся очистным забоем в Западном Донбассе
Наведені результати експериментальних досліджень деформування порід покрівлі вугільного пласта попереду рухомого очисного вибою. Встановлено, що в умовах Західного Донбасу попереду вибою лави мають місце розшарування і підняття порід....
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2011
|
| Назва видання: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99673 |
| 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: | Сдвижение массива горных пород над движущимся очистным забоем в Западном Донбассе / А.С. Кучин // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 10-18. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-99673 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-996732016-05-03T03:01:45Z Сдвижение массива горных пород над движущимся очистным забоем в Западном Донбассе Кучин, А.С. Наведені результати експериментальних досліджень деформування порід покрівлі вугільного пласта попереду рухомого очисного вибою. Встановлено, що в умовах Західного Донбасу попереду вибою лави мають місце розшарування і підняття порід. The results of experimental study of coal seam top rock deformation in advance of moving breakage face are described. It is determined that in conditions of the Western Donets Coal Basin sheeting and uplift of rocks are present in advance of longwall face. 2011 Article Сдвижение массива горных пород над движущимся очистным забоем в Западном Донбассе / А.С. Кучин // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 10-18. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99673 622.1:622.834.1 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Наведені результати експериментальних досліджень деформування порід покрівлі вугільного пласта попереду рухомого очисного вибою. Встановлено, що в умовах Західного Донбасу попереду вибою лави мають місце розшарування і підняття порід. |
| format |
Article |
| author |
Кучин, А.С. |
| spellingShingle |
Кучин, А.С. Сдвижение массива горных пород над движущимся очистным забоем в Западном Донбассе Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| author_facet |
Кучин, А.С. |
| author_sort |
Кучин, А.С. |
| title |
Сдвижение массива горных пород над движущимся очистным забоем в Западном Донбассе |
| title_short |
Сдвижение массива горных пород над движущимся очистным забоем в Западном Донбассе |
| title_full |
Сдвижение массива горных пород над движущимся очистным забоем в Западном Донбассе |
| title_fullStr |
Сдвижение массива горных пород над движущимся очистным забоем в Западном Донбассе |
| title_full_unstemmed |
Сдвижение массива горных пород над движущимся очистным забоем в Западном Донбассе |
| title_sort |
сдвижение массива горных пород над движущимся очистным забоем в западном донбассе |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| publishDate |
2011 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99673 |
| citation_txt |
Сдвижение массива горных пород над движущимся очистным забоем в Западном Донбассе / А.С. Кучин // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 10-18. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT kučinas sdviženiemassivagornyhporodnaddvižuŝimsâočistnymzaboemvzapadnomdonbasse |
| first_indexed |
2025-07-07T09:45:57Z |
| last_indexed |
2025-07-07T09:45:57Z |
| _version_ |
1836980956626419712 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
10
УДК 622.1:622.834.1
СДВИЖЕНИЕ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД НАД
ДВИЖУЩИМСЯ ОЧИСТНЫМ ЗАБОЕМ В ЗАПАДНОМ
ДОНБАССЕ
Кучин А. С.
(ВУЗ «Национальный горный университет»,
г. Днепропетровск, Украина)
Наведені результати експериментальних досліджень дефо-
рмування порід покрівлі вугільного пласта попереду рухомого
очисного вибою. Встановлено, що в умовах Західного Донбасу по-
переду вибою лави мають місце розшарування і підняття порід.
The results of experimental study of coal seam top rock defor-
mation in advance of moving breakage face are described. It is deter-
mined that in conditions of the Western Donets Coal Basin sheeting
and uplift of rocks are present in advance of longwall face.
Уголь является одним из основных энергетических ресурсов
Украины. Разработка месторождений пластовой формы залегания
приводит к вовлечению в процесс сдвижения больших площадей
земной поверхности в зоне влияния очистных работ. Техногенное
влияние подземных горных разработок на массив горных работ
приводит к изменению его состояния равновесия и перераспреде-
лению нагрузок в пространстве. Деформирование подработанно-
го массива горных пород и земной поверхности является причи-
ной повреждения и разрушения подземных и наземных объектов.
Изучение влияния очистных разработок на подрабатывае-
мый массив происходит по двум основным направлениям, изу-
чающим геомеханические процессы и процессы сдвижения под-
работанной толщи. Эти направления тесно взаимосвязаны между
собой, но рассматривают различные категории. Предметом ис-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
11
следований в геомеханике являются напряжения массива горных
пород в области влияния подземных разработок, взаимодействие
крепи выработок с породным массивом в зонах разгрузки и по-
вышенного горного давления. Наука о сдвижении рассматривает
смещения горных пород и связанные с ними деформации.
На данный момент имеется значительное количество тео-
рий, описывающих процессы сдвижения горного массива при
разработке пластовых месторождений. Среди теоретических ги-
потез о сдвижении горного массива известны: гипотеза волны
давления, свода давления, консольной балки, предварительного
разрушения, сыпучей среды, ступенчатого опускания, блочного
обрушения [1, 2, 3]. С совершенствованием средств автоматиза-
ции вычислительных процессов стал популярен метод конечных
элементов, адаптированный для горных условий [4, 5]. Каждый
из приведенных методов с большей или меньшей степенью до-
пущений и упрощений описывает процессы напряженного мас-
сива горных пород вокруг очистной выработки.
Гипотеза волны давления, впервые предложенная Вебером,
неоднократно подвергалась критике. Согласно этой гипотезе
опорное давление проявляется в форме волн впереди забоя, с ха-
рактерными сменяющимися вздутиями и уменьшениями мощно-
сти пласта на различных расстояниях от забоя (рис. 1).
В последнее время в литературных источниках появились
результаты исследований, подтверждающие волновой характер
изменения опорного давления впереди движущегося очистного
забоя [6, 7]. В частности в [7] предметом рассмотрения являются
расслоения массива горных пород в зоне опорного давления пе-
ред движущимся очистным забоем. Согласно эксперименталь-
ным исследованиям период смены напряженного состояния мас-
сива зависит от горно-геологических условий разработки уголь-
ного пласта и физико-механических свойств горных пород. Вол-
новой характер распределения опорного давления подтверждает-
ся также геофизическими методами исследований, выполненны-
ми в Западном Донбассе на шахте Героев Космоса [8].
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
12
Рис. 1. Схема деформирования угольного пласта согласно
теории волны давления
С целью установления закономерностей деформирования
массива горных пород впереди движущегося очистного забоя в
условиях шахты «Самарская» ОАО «Павлоградуголь» была за-
ложена специальная наблюдательная станция. Задача выполняе-
мых наблюдений состояла в получении деформационных харак-
теристик массива в динамической зоне опорного давления и вер-
тикальных смещений горных пород.
Маркшейдерские инструментальные наблюдения выполня-
лись в 539-м сборном штреке при движении забоя 539-й лавы.
Репера профильных линий заложены в вертикальную и наклон-
ную скважины, пробуренные в кровле сборного штрека. Высота
скважин составила 20 и 28 м, диаметр – 230 мм. Устья скважин
расположены на расстоянии около 0,4 – 0,7 м от борта, примыка-
ющего к контуру очистной выработки.
Лава отрабатывается на глубине 170 м длинным столбом по
восстанию пласта. Массив горных пород в кровле очистной вы-
работки представлен чередующимися аргиллитами, алевролита-
ми и песчаниками низкой крепости. В основной кровле залегает
аргиллит мощностью 8 м и средним сопротивлением сжатию 13 –
15 МПа.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
13
Для определения вертикальных деформаций и перемещений
породных слоев в скважинах установлены репера (датчики), к ко-
торым прикреплен трос диаметром 1 мм (рис. 2).
Рис. 2. Схема размещения реперов в скважинах
Максимальная технически возможная высота установки
датчиков составила в вертикальной скважине 18,5 м, в наклонной
– 22 м.
Маркшейдерские инструментальные наблюдения заключа-
лись в измерении вертикальных расстояний между концами тро-
сов и их нивелировку. Расстояния измерялись рулеткой при по-
стоянном натяжении с точностью взятия отсчета 0,5 мм. Измере-
ния выполнялись минимум дважды разными исполнителями. В
качестве исходного, при измерении расстояний принят репер, за-
крепленный на максимальной высоте.
На момент первого наблюдения скважины находились на
расстоянии 46 м от движущегося очистного забоя (скорость по-
двигания 5 м/сут.). Всего выполнено 11 серий наблюдений со
средней периодичностью 1 – 2 дня. Результаты 2-го и 3-го
наблюдений показали отсутствие перемещения датчиков в сква-
жинах. При приближении очистного забоя к вертикальной сква-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
14
жине на расстояние 22 м (4 наблюдение) зафиксированы незна-
чительные относительные перемещения датчиков в пределах 0 –
3 мм. По результатам 5-го и 6-го наблюдений максимальные пе-
ремещения возросли соответственно до 7 и 10 мм. Интервал вре-
мени между наблюдениями в этот период составил 1 день.
На рис. 3 представлены графики распределения вертикаль-
ных деформаций интервалов между реперами по оси вертикаль-
ной скважины. В верхней части скважины (интервал 7 – 18 м)
наблюдаются сжатия массива, в нижней – растяжения. По мере
приближения забоя к скважине величины вертикальных дефор-
маций постепенно увеличиваются до значения ± 6 мм/м. Значи-
тельные растяжения в интервалах 1 – 2 м и 4 – 6 м свидетель-
ствуют о появлении расслоений породного массива. Максималь-
ная величина расслоения наблюдается на расстоянии 7м от забоя
лавы. После удаления груди забоя на расстояние 4 м от скважины
репера на 1 -м и 2 -м метре опустились на 133 мм относительно
своего первоначального положения.
Рис. 3. Распределение вертикальных деформаций на различ-
ном расстоянии от забоя
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
15
Согласно известным представлениям о распределении
опорного давления впереди забоя лавы действуют повышенные
вертикальные напряжения, которые приводят к деформациям
сжатия породного массива. Результаты проведенного экспери-
мента указывают на присутствие в массиве двух зон: растяжения
и сжатия. По нашему мнению зона разгрузки (растяжения) впере-
ди очистного забоя образуется вследствие изгибающего момента,
образуемого опускаемыми породами за механизированной кре-
пью при отсутствии их беспорядочного обрушения. При этом в
породах кровли формируются горизонтальные сжатия, которые
по мере удалении по вертикали от пласта сменяются горизон-
тальными растяжениями. Область вертикальных сжатий образу-
ется вследствие потери породами бокового распора под действи-
ем растягивающих усилий.
Таким образом, впереди движущегося очистного забоя воз-
никает зона разгрузки, а над механизированной крепью – зона
повышенного горного давления. Представленные результаты
подтверждают гипотезу о волновом характере распределения
опорного давления.
В условиях крепких пород со значительной жесткостью по-
родных слоев нагрузка со стороны зависших горных пород не
полностью передается на призабойную крепь. В этом случае из-
гиб пород можно рассматривать относительно линии груди
очистного забоя. При слабых породах изгиб происходит в конце-
вой части механизированной крепи. Следовательно, в рассматри-
ваемых условиях за линию очистного забоя целесообразно при-
нимать условную линию за механизированной крепью.
Наличие расслоений и области разгрузки (вертикальных
растяжений) вследствие изгиба слоев подтверждается результа-
тами нивелировки реперов. Результаты изменения высотных от-
меток реперов при приближении очистного забоя представлены
на рис. 4. На расстоянии 17 м от груди забоя зафиксировано под-
нятие пород около 25 мм. Максимальная величина вертикальных
перемещений реперов соответствует семиметровому удалению от
забоя. За механизированной крепью наблюдается интенсивное
опускание массива ниже его отметки в нетронутом состоянии.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
16
Рис. 4. Вертикальные перемещения реперов на различном
расстоянии от забоя
Поднятие горных пород впереди движущегося очистного
забоя установлено также маркшейдерскими инструментальными
наблюдениями при подработке наблюдательных станций в гор-
ных выработках и на земной поверхности в Западном Донбассе
[9]. При глубинах разработки 300 м на земной поверхности
наблюдались поднятия до 30 мм. Результаты обработки инстру-
ментальных наблюдений за сдвижением горных пород и земной
поверхности в Западном Донбассе позволяют предположить, что
величина поднятия пород зависит от скорости движения очистно-
го забоя.
Выводы.
1. В вертикальной плоскости впереди движущегося очист-
ного забоя формируются зоны деформаций растяжения и сжатия.
Граница между зонами не зависит от положения забоя.
2. Перед забоем лавы имеют место расслоения горных пород
по нормали к напластованию. По результатам наблюдений зона
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
17
расслоений развивается на высоту до 8м от кровли угольного
пласта.
3. После прохода очистного забоя пачка пород кровли мощ-
ностью 4 – 6 м отделяется с возникновением неупругих деформа-
ций.
4. Движение забоя лавы вызывает поднятие массива горных
пород с образованием зоны разгрузки. При глубине 170 м размер
области пониженных напряжений можно принять равным 20 м.
5. Зона повышенного горного давления сосредоточена над
механизированной крепью и краевой частью угольного пласта.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Управление горным давлением / [А.А. Борисов, В.И. Матан-
цев, Б.П. Овчаренко, Ф.Н. Воскобоев]; Под ред. А.А. Борисо-
ва. – М.: Недра, 1983. – 168 с.
2. Борисов А.А. Расчеты горного давления в лавах пологих пла-
стов / Борисов А.А. – М.: Недра, 1964. – 298 с.
3. Беляев Е.В. / Теория подрабатываемого массива горных по-
род / Беляев Е.В. – М.: Наука. – 1987. – 176 с.
4. Гавриленко Ю.Н. Математическое моделирование сдвижения
горных пород и земной поверхности в слоистом массиве ме-
тодом конечных элементов / Ю.Н. Гавриленко // Известия
Донецкого горного института.– 1997. – № 1. – С. 87 – 93.
5. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатывае-
мых сооружений; Пер. с нем. под ред. Р.А. Муллера и И.А.
Петухова. – М.: Недра. – 1978. – 494 с.
6. Зорин А.Н. Влияние динамики горного давления на эффек-
тивность региональных противовыбросных мероприятий /
А.Н. Зорин, В.Г. Колестников // Уголь Украины. – 1988. –
№ 11. – С. 34 – 35.
7. Минеев С.П. К механизму формирования зон расслоений в
призабойной области угольного пласта / С.П. Минеев, А.А.
Прусова, А.Г. Исютин // Науковий вісник НГУ. – Дніпропет-
ровськ. – № 2. – 2002. – С. 25 – 28.
8. Кириченко В.Я. Явление образования перемещающихся
нарушенных зон впереди лавы / В.Я. Кириченко, Ю.М. Хали-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
18
мендик, А.В. Лишин, Б.М. Усаченко // Науковий вісник НГУ.
– Дніпропетровськ. – № 1. – 2001. – С. 27 – 28.
9. Зрушення земної поверхні при повторній підробці в умовах
Західного Донбасу: доповіді наук.-практ. конф. студентів, ас-
пірантів та молодих вчених [“Маркшейдерське забезпечення
геотехнологій”], (Дніпропетровськ, 19-20 трав. 2010 р.) / На-
ціональний гірничий університет. – Дніпропетровськ, 2010. –
133 с.
|