В.К.Багазеев Основы горной геомеханики. Курс лекций Екатеринбург, 2021 удк 622. 831 Рецензенты Зотеев О. В. Вандышев А. М
 Скачать 4.36 Mb.
|
|
5.5. Основные гипотезы и расчетные модели горного давления Для выбора способов управления горным давлением, обоснования прочности несущих элементов подземных сооружений необходимо предварительное определение величины горного давления. Единой, универсальной теории (гипотезы) горного давления до настоящего времени не разработано. По условиям применения и назначению известные гипотезы можно разделить на 3 группы: – гипотезы свода в налегающих породах; – гипотезы столба налегающих пород; – гипотезы аналогии налегающих пород с грузонесущими элементами строительной механики. Наибольшее развитие гипотеза свода получила в трудах акад. М. М. Протодьяконова и в настоящее время используется в расчетах устойчивого пролета горных выработок и определения давления на крепь при проведении выработок на небольших глубинах в мягких рыхлых породах. Расчеты по этой гипотезе для глубин до 200-300 м (при отсутствии тектонических напряжений) дают практически приемлемые результаты. При создании гипотезы М. М. Протодьяконов уподоблял горные породы в пределах свода сыпучей несвязанной среде. При этом он, пользуясь методом предельного равновесия, доказал, что свод естественного равновесия будет иметь форму параболы. При этом предполагалось, что максимальное сжимающее напряжение нормально к кровле выработки. Высота свода рассчитывается по формуле  ,где  полупролет выработки, м;  коэффициент крепости пород кровли по классификации профессора М. М. Протодьяконова (рис. 5.13). Площадь параболитического свода определяется по формуле  Рис. 5.13. Схема к гипотезе проф. М.М. Протодъяконова Величина установившегося горного давления на 1 м горизонтальной выработки  где  объемный вес пород свода, Н/м3.Подставив в формулу значение высоты свода, получим величину горного давления при сроке службы выработки до одного года:  Величина расчетного давления  обычно соответствует практическим данным при   .Если выработка проводится в породах крепостью   , горная крепь будет испытывать кроме давления сверху еще и давление со стороны боков выработки, так как ширина свода обрушения будет больше ширины выработки. Величину бокового давления профессор П. М. Цимбаревич рекомендует определять, как давление на стенку сползающих призм m, нагруженных сверху породой в объеме параболических элементов n (рис.5.14). Высота призм сползания mравна высоте выработки h, а угол сползания Рис. 5.14. Схема к гипотезе П.М. Цимбаревича где  угол внутреннего трения боковых пород.Если учесть, что призмы сползания нагружены не параболическими элементами, а равномерно распределенной нагрузкой, равной высоте  свода естественного равновесия, то боковое давление на 1 м выработки При наличии бокового давления величина горного давления со стороны кровли  Гипотеза свода М. М. Протодьяконова также используется в расчетах несущей способности крепи и целиков. Дальнейшее развитие гипотез свода связано с формированием представлений о формировании вокруг выработки зон с различным напряженно-деформированным состоянием. Гипотеза столба налегающих пород положена в основу первого метода расчета горного давления. Согласно этой гипотезе величина горного давления принимается равной весу столба породой от уровня размещения до поверхности (рис. 5.15)  Рис. 5.13. Схема горного давления по гипотезе Турнера-Шевякова: а – ширина камеры; b, h – размеры целика; Н – глубина размещения Этот метод предполагает одинаковую работу всех междукамерных целиков (МКЦ), воспринимающих нагрузку от столба пород шириной в пролет камеры, плюс ширину самого целика. Условие прочности целиков  где  площадь выработанного пространства, приходящаяся на один целик;  глубина от кровли камеры до поверхности;  – средний объемный вес пород вышележащего массива;  площадь горизонтального сечения опорного целика; объемный вес пород целика; предел прочности пород целика одноосному сжатию.При этом предполагается, что нагрузка от массы полного столба пород равномерно распределяется по площади целика. По уравнению (5.5) рассчитываются размеры опорных целиков. Запишем это уравнение в упрощенном виде, без учета веса самого целика  или  Несмотря на большое распространение, описанный метод имеет ограничение и недостатки. Расчетные формулы дают явно завышенные результаты, так как предполагается, что породный массив сам себя нести не может, а все прочностные характеристики равны нулю. Большие затруднения вызывает и назначение коэффициента запаса прочности, так как закон распределения вертикальных напряжений в горизонтальном сечении целика неизвестен и в разных условиях может проявляться в различных качественных и количественных соотношениях. Третья группа гипотез – аналоги методов строительной механики. Гипотеза для слоистого массива В. Д. Слесарева используется для расчета горного давления в очистных выработках на пластовых месторождениях. Профессор В. Д. Слесарев сформулировал представление о кровле как о плите и дал приближенный метод замены плиты эквивалентной ей балкой (рис. 5.16).  Рис. 5.16. Схема к гипотезе плиты слоистого материала Предельный пролет кровли рассчитывается по формуле:  где  – коэффициент ползучести,   предел прочности пород на одноосное растяжение. Гипотеза трещиноватого массива (С.В. Ветрова) рассматривает кровлю выработки как несплошную плиту (рис. 5.17).Рис. 5.17. Схема к гипотезе плиты трещиноватого массива Механизм разрушения трещиноватых пород в кровле следующий: при проведении выработок происходит перемещение несплошных плит, слагающих кровлю, которые рассматриваются как несплошные балки Предельный пролет определяется под формуле  (5.8)где  – вертикальные и горизонтальные размеры среднего куска, м.Гипотеза консольной плиты (рис. 5.18)  Рис. 5.18. Схема к гипотезе консольной плиты Для систем разработки с креплением и последующем обрушении кровли пластов. Пласт кровли определяется от массива и нависает консольно над выработанным пространством (лавой), ширина консоли от 1,5 м при слабой кровле до 7-10 м при крепких породах. Изгибающий момент  ),момент инерции прямоугольника  напряжение   Лекция 11 5.6. Динамические проявления горного давления 5.6.1. Общие сведения о горных ударах Наряду со статическими формами проявлений горного давления в массивах горных пород могут происходить динамические внезапные разрушения участков массива пород – горные удары. Горный удар – мгновенное хрупкое разрушение целика или приконтурной части выработки, проявляющееся в виде выброса руды (породы) в подземные выработки с нарушением крепи, смещением машин, механизмов, оборудования и вызывающее нарушение технологического процесса. Горный удар сопровождается резким звуком, сотрясением массива, образованием пыли и воздушной волной. С физической точки зрения все динамические проявления представляют собой лавинообразные процессы хрупкого разрушения (трещинообразования) пород в том или ином объеме массива. По механизму и масштабу горные удары подразделяются на 2 класса – горные удары локального происхождения и горные удары регионального происхождения. Горные удары локального происхождения разделяются на микроудары и локальные горные удары, им предшествуют стреляние, динамическое заколообразование и шелушение на контуре выработок и в целиках. Такие горные удары представляют собой процесс хрупкого разрушения (трещинообразования) в локальной области приконтурного массива пород или в целике. Причинами их являются высокая концентрация напряжений вследствие действия естественных напряжений в массиве пород, влияния геологических неоднородностей, очистных пространств или сближенных горных выработок, а также динамических напряжений от сейсмической волны взрывов или горно-тектонических ударов и техногенных землетрясений. Микроудар – мгновенное хрупкое разрушение целика или части массива горных пород с выбросом породы в горные выработки без нарушения технологического процесса, сопровождается звуком и сотрясением массива с образованием пыли. Сопутствующие признаки микроударов: а) стреляние пород – отскакивание с поверхности обнажения массива пластин пород различных размеров со звуком, напоминающим выстрел; б) динамическое заколообразование – явление, аналогичное стрелянию пород, но с постепенным прорастанием трещин, сопровождается треском и звуками, напоминающими выстрел; в) шелушение – постепенное разрушение и разделение пород на отдельные пластинки на поверхности обнажения, из-за отслоения пластинок места шелушения всегда выглядят «свежими» (не запыленными). Горные удары регионального происхождения по вызванным ими разрушениям пород подразделяются на толчки, горно-тектонические удары и техногенные землетрясения. Причинами этих явлений являются перераспределение напряжений на больших площадях вследствие выемки и перемещения больших масс горных пород и других длительных техногенных воздействий. Толчок – мгновенное разрушение пород в глубине массива в виде прорастания трещин без выброса пород в горную выработку. При толчке возникает звук и сотрясение массива пород. Возможно образование трещин в бетонной крепи и обрушение заколов на локальном участке контура выработки. Горно-тектонический удар – мгновенная подвижка пород по тектоническому нарушению или прорастание крупной трещины в массиве, в том числе с образованием систем оперяющих трещин, сейсмическое воздействие от которых вызывает хрупкое разрушение пород на контуре горных выработок в виде горных ударов, вывалов пород, падения заколов, разрушения целиков и крепи на большой площади или на отдельных удаленных друг от друга участках выработок. Горно-тектонический удар может сопровождаться сильным сотрясением массива, резким звуком, а иногда образованием пыли и воздушной волны в горных выработках. Техногенное землетрясение – мгновенная подвижка пород по тектоническому нарушению или прорастание крупной трещины в массиве, в том числе с образованием систем оперяющих трещин. Само явление или его сейсмическое воздействие вызывает хрупкое разрешение пород на контуре горных выработок в виде горных ударов, вывалов пород, падения заколов, разрушения целиков и крепи, вспучивания почвы на значительных площадях в подземных горных выработках, а также повреждения и разрушения на земной поверхности. Техногенное землетрясение сопровождается сильным сотрясением массива и поверхности, резким звуком или гулом. Вторая классификация разделяет различные классы динамических проявлений горного давления по энергетическому признаку – количеству выделяющейся сейсмической энергии (энергия измеряется в Джоулях: 1 Дж = 1 H · м = кг · м/с2 · М. Магнитуда землетрясения – условная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясениями или взрывами; пропорциональна десятичному логарифму энергии землетрясений). По энергетическому признаку выделяют шесть классов динамических проявлений, приведенных в табл. 3. Таблица 3 Энергетические характеристики динамических проявлений горного давления
В класс микроударов при близких значениях энергетических параметров входят стреляние – локальное поверхностное разрушение и толчок – локальное разрушение в глубине массива. Слабый горный удар – это локальное разрушение и незначительный выброс полезного ископаемого в выработку с ощутимым звуковым и сейсмическим эффектом, возможным образованием пыли, но без существенного нарушения крепи и без повреждения машин и оборудования. Средний горный удар представляет собой быстрое хрупкое разрушение и выброс или выдавливание в выработку уже значительного объема полезного ископаемого или породы с большим количеством пыли, образование воздушной волны, нарушение крепи и завал выработок на участке длиной до нескольких метров, смещение и повреждение машин и оборудования. Сильный горный удар приводит к нарушениям крепи и завалам выработок с повреждением машин и оборудования на участке протяженностью до нескольких десятков метров, что требует больших объемов восстановительных работ. При катастрофических горных ударах происходит спонтанное разрушение ряда целиков в форме цепной реакции, завал выработок в пределах целого участка или горизонта рудника или шахты, в отдельных случаях разрушение охватывает все основные выработки рудника, приводя к его гибели. Площадь горных выработок, разрушаемых при таком ударе, иногда достигает многих сотен тысяч квадратных метров. Техногенное землетрясение вызывает разрушение пород и вывалы на значительных площадях в горных выработках, а также разрушения на поверхности. В третьей классификации виды динамических проявлений горного давления различают по топологическому признаку – месту возникновения динамических проявлений, которое фактически характеризует условия нагружения рудного тела, пласта или пород, в частности, вследствие эффекта действия опорного давления. Здесь различают горные удары в целиках, краевых частях массива, выработках, пройденных по полезному ископаемому и в полевых выработках, а также выделяют горно-тектонические удары, приуроченные к тектоническим нарушениям (табл. 4). Таблица 4 Характеристика наиболее сильных техногенных землетрясений на рудниках России за 1984-1995 гг.
Анализируя случаи динамических проявлений горного давления в конкретных условиях месторождения, района или бассейна, устанавливают их тип, энергетический класс и топологический вид и намечают комплекс мер по их предупреждению, предотвращению или локализации. 5.6.2. Условия возникновения горных ударов Динамические проявления горного давления происходят при определенных сочетаниях естественных геологических и горнотехнических условий. К наиболее существенным геологическим факторам, обусловливающим возможность динамических проявлений горного давления, относятся: - прочное и упругое полезное ископаемое; - залегание в кровле и почве полезного ископаемого мощных прочных слоев пород; - большая относительная глубина горных работ; - сильная тектоническая нарушенность месторождения или участка и ведение горных работ вблизи дизъюнктивных нарушений. Среди горнотехнических факторов, подготавливающих динамические проявления горного давления, т. е. создающих условия для их возникновения, наиболее существенны: - ведение горных работ с оставлением целиков полезного ископаемого; - выемка сильно напряженных целиков. Существенную роль в развязывании процесса разрушения пород играют импульсные нагрузки, которые могут возникать в предельно напряженном участке массива вследствие разнообразных причин – упругой волны при взрывах, внедрения в полезное ископаемое рабочего органа добычной машины, крупного мгновенного разлома в слое зависшей кровли, мгновенного усиления неравномерности напряженного состояния призабойной части массива при приближении забоя к дизъюнктивному нарушению или к складки и т. д. Возникающие импульсные нагрузки приводят к цепной реакции мгновенного хрупкого разрушения участка массива, находящегося в предельном напряженном состоянии, и к переходу накопленной потенциальной энергии в работу разрушения, дробления, смещения части массива. Ввиду большой сложности и разнообразия условий динамических проявлений горного давления всесторонне разработанная теория этих процессов пока отсутствует. Проф. И. М. Петухов сформулировал следующие два принципиальных положения относительно механизма горных ударов: а) горный удар является следствием нарушения равновесия всей системы «блок породы – полезное ископаемое»; б) горный удар возможен в том случае, если скорость деформации, обусловленная нарастанием удельного давления, превысит максимально возможную скорость пластического деформирования для данной части массива, находящейся в предельно напряженном состоянии. В этой связи, склонность пород к горным ударам можно оценить показателей удароопасности  где  – упругая относительная деформация, при сжатии с напряжением  ;  – полная относительная деформация при сжатии ; где  – пластическая деформация.Величина разрушающей нагрузки  где  – коэффициент крепости. Упругая составляющая относительной деформации рассчитывается по формуле  где  – модуль упругости (обычно для скальных пород от 500 до 35000 МПа). Полная относительная деформация рассчитывается при напряжении , определяется с учетом модуля общей деформации  . (В тренировочных расчетах можно принять  При  породы считаются склонными к горным ударам. Горные удары следует ожидать на любой глубине, особенно начиная со 150 – 400 м. Глубина от земной поверхности, начиная с которой при производстве горных работ возникают горные удары или другие геодинамические явления называется критической (табл. 5). Таблица 5 Рудные месторождения склонные к горным ударам (примеры)
Ориентировочно критическую глубину подземных работ, где большая вероятность возникновения горных ударов, можно рассчитать по формуле  где  – прочность массива пород на сжатие, МПа;  – объемный вес пород, МН/м3; – максимально возможный в данных условиях, коэффициент концентрации напряжений, ( . Прочность пород в массиве значительно меньше, чем прочность в образце  (табл. 6). Это учитывается коэффициентом структурного ослабления   По литературным данным величина структурного ослабления зависит от прочности в образце и составляет: - при = 35 – 70 МПа  - при > 70 МПа  Таблица 6 Средние характеристики горных пород
К месторождениям, склонным к горным ударам, относят месторождения и массивы горных пород или их части, в пределах которых имеются: - породы и руды с высокими упругими свойствами, способные к хрупкому разрушению под нагрузкой; - месторождения (объекты строительства подземных сооружений) или их части, где имело место стреляние пород, интенсивное заколообразование, происходили толчки или горные удары на соседнем руднике (шахте) в пределах того же рудного тела и в аналогичных геологических условиях. К опасным по горным ударам относят месторождения - на которых уже имели место микроудары и горные удары; - если прогнозом при определении степени удароопасности массива горных пород локальными инструментальными методами выявлена категория «Опасно» (удароопасная). Лекция 12 5.6.3. Внезапные выбросы пород и газов Как и горные удары, выбросы пород и газа также являются динамическими проявлениями горного давления, которые могут быть классифицированы как газодинамические явления. Сущность их состоит во внезапном отделении от забоя пород и их дроблении при одновременном выделении значительного количества газа. Потоком газа, выделяемого при выбросе, порода или полезное ископаемое отбрасывается от забоя, а в массиве впереди забоя возникает полость, заполненная большей частью раздробленным материалом. Продолжительность процесса внезапного выброса составляет обычно от долей до нескольких секунд; в отдельных случаях может достигать нескольких минут. Таким образом, внезапный выброс можно определить, как явление быстрого разрушения некоторого призабойного участка массива, сопровождающегося интенсивным дроблением и измельчением разрушаемой породы и отбрасыванием ее в выработку с одновременным выделением значительного количества газа. Общими характеристиками и признаками внезапных выбросов являются: • образование мелкодробленой породы, выбрасываемой на большие расстояния от забоя; • образование языкообразной полости, заполненной дробленой породой; • большое количество выделяемого при выбросе газа; • относительно небольшое, по сравнению с горными ударами, повреждение крепи и пород вне пределов полости выброса. Внезапные выбросы происходят при ведении горных работ в угольных пластах, каменных, калийных и магниевых солях. Основными газами, выделяемыми при внезапных выбросах, являются метан, углекислый газ и азот. В одних случаях выделяется преимущественно какой-либо один из этих газов, в других – их смесь. Полости, образуемые впереди забоя в результате внезапного выброса, бывают разнообразной формы, чаще всего удлиненные груше-или кармановидные, но иногда близкие к сферической, разветвленные, сложной и неправильной конфигурации. Как правило, горловина полости бывает значительно более узкой, чем поперечный размер ее центральной части. По характеру проявления различают концентрированные и рассеянные внезапные выбросы. Концентрированные выбросы проявляются в пределах шахтного поля или разрабатываемого пласта в той или иной степени систематично, на более или менее постоянных расстояниях друг от друга по мере проведения выработок. Эти расстояния называют шагом выбросов. Рассеянные выбросы проявляются неравномерно по площади шахтного поля или по простиранию пласта. Число выбросов на данной шахте или руднике в течение года, или приходящееся на 1 млн. т добытого полезного ископаемого, или на 100 тыс. м3 отработанной площади называют частотой внезапных выбросов. Условия возникновения внезапных выбросов крайне многообразны. В качестве общих тенденций можно отметить, что опасность проявления внезапных выбросов, их частота и сила возрастают с увеличением глубины горных работ и давления газа, угла падения пород и мощности разрабатываемых пластов и залежей, а также при приближении горных работ к тектоническим нарушениям. Относительно причин и вероятного механизма внезапных выбросов высказывались различные точки зрения: одни исследователи приписывают главенствующую роль газовому фактору (давлению газов, заключенных в породах выбросоопасных пород), другие – напряженному состоянию массива. Согласно этой теории, внезапный выброс является следствием скачкообразного изменения напряженного состояния участка массива полезного ископаемого или вмещающей горной породы. Такое изменение может произойти в результате действия различных факторов: - взрывной отбойки; - сотрясательного взрывания; - подхода выработки к тектоническому нарушению; - динамической нагрузки в призабойной части массива в связи c обрушением зависших горных пород и пр. Согласно теории, созданной И. М. Петуховым и А. М. Линьковым, условия возникновения выброса определяются преимущественно силами, вызывающими рост трещин и отделение частиц от массива, назависимо от энергии источников этих сил, а характер и последствия выброса – общим энергетическим балансом системы. Сравнение динамичесикх явлений разрушения участков массива – горных ударов и внезапных выбросов – показывает, что они имеют ряд общих черт – нахождение участка массива накануне разрушения в напряженном состоянии, близком к предельному; лавинообразный характер развития процесса разрушения; хрупкая форма разрушения горной породы при горном ударе и внезапном выбросе. В настоящее время в странах бывшего СССР внезапные выбросы происходят во многих горнодобывающих бассейнах и районах, в угле и во вмещающих породах в Донбассе, Кузбассе, Карагандинском и Печорском бассейнах, на угольных месторождениях Урала, в карналлитовых и сильвинитовых пластах калиевых и магниевых солей Старобинского и Верхнекамского месторождений. 5.6.4. Прогноз и предупреждение динамических проявлений горного давления Меры прогноза и предупреждения горных ударов и внезапных выбросов в значительной степени базируются на одних и тех же принципах, поскольку эти явления близки по своей природе и определяются сочетанием повышенной напряженности массива горных пород и способностью накапливать и быстро выделять упругую энергию. С точки зрения прогнозирования динамических проявлений горного давления в пространстве выделяют региональный и локальный прогнозы ударо- и выбросоопасности. Региональный прогноз базируется на связи между геологической характеристикой месторождения и свойствами пород, опасными с точки зрения горных ударов и проявлений внезапных выбросов. Основная цель регионального прогноза – выделение зон потенциальной опасности по горным ударам и выбросам и установление категорий состояния выработок в пределах шахтного поля, горизонта или отрабатываемого блока. Локальный прогноз предусматривает количественные определения деформационно-прочностных свойств пород, экспериментальные измерения действующих напряжений, определения давления газа в породах, пористости, газопроницаемости, влажности, сорбционной емкости и оценку изменений свойств и состояния конкретных участков по мере вскрытия участков шахтного поля, подготовки блоков к эксплуатации, проведения отдельных выработок. На основании результатов локального прогноза удароопасности участки массива вокруг выработок разделяют на две категории: «Опасно» и «Неопасно». Категория «Опасно» соответствует напряженному состоянию массива в приконтурной части выработки, при котором существует вероятность горного удара. На таком участке запрещается ведение горных работ до выполнения профилактических мероприятий с целью приведения его в неудароопасное состояние. Категория «Неопасно» соответствует неудароопасному состоянию и не требует проведения противоударных мероприятий. При этом сохраняется необходимость выполнения прогноза удароопасности. Текущий прогноз – предсказание времени проявления горных ударов и внезапных выбросов. Этот вид кратковременного прогноза основан на визуальном и инструментальном улавливании и регистрации прдвестников горных ударов или внезапных выбросов, проявляющихся иногда за несколько минут или даже секунд до явления, на регистрации изменений напряженности пород и газодинамического режима в процессе ведения горных работ. Основной задачей текущего прогноза является оценка состояния конкретного участка массива или выработки и своевременное предупреждение о переходе их в опасное или, наоборот, в неопасное состояние. Меры предупреждения горных ударов и внезапных выбросов также разделяются на региональные и локальные. К региональным мерам относятся: • опережающая отработка защитных пластов (слоев, залежей); • предварительная дегазация массива скважинами; • профилактическое увлажнение или рыхление пласта впереди очистных выработок или на подготавливаемом горизонте. Локальными мерами являются: • бурение опережающих разгружающе-дегазирующих скважин из действующих выработок; • отработка опасного массива нагнетанием воды в пласт под давлением в режимах гидрорыхления, гидроотжима и гидроразрыва; гидровымыв полостей и щелей; • взрывное рыхление; • применение разгрузочных щелей и опережающей крепи. Опережающая отработка защитных пластов. Это одно из основных и наиболее надежных региональных мероприятий по предотвращению горных ударов и внезапных выбросов. Сущность его состоит в следующем. Залежь, пласт или слой полезного ископаемого, опасный по горным ударам или внезапным выбросам, предварительно подрабатывают или надрабатывают другим пластом. В процессе подработки (надработки) в определенных частях массива в результате деформирования и перемещения горных пород возникают зоны разгрузки, т. е. зоны пониженных напряжений, что делает разработку ударо- или выбросоопасного пласта в пределах этих зон безопасной. Пласт или слой, отрабатываемый первоначально, называют защитным, а пласт, залежь или слой, опасный по горным ударам или внезапным выбросам, отрабатываемый вслед за защитным, - защищаемым, или подзащитным (рис. 5.5). В области влияния очистной выработки выделяется зона опорного давления, где напряжения возрастают по сравнению с напряжениями в нетронутом массиве, и зона разгрузки, где напряжения ниже, чем в нетронутом массиве. Степень снижения напряжений в пределах зоны разгрузки по мере удаления вверх и вниз от выработки затухает. Часть зоны разгрузки, где напряжения снижаются в такой степени, что разработка становится безопасной по горным ударам, называется защищенной зоной. Для обеспечения эффективной защиты от внезапных выбросов необходимо выполнение ряда дополнительных условий, в частности, снижение давления газа в опасном пласте, уменьшение газоносности угля и повышение его газопроницаемости. Обычно снижение давления газа в опасном пласте до 0,5 – 0,8 МПа, происходящее под влиянием опережающей отработки защитного пласта, обеспечивает надежное предотвращение внезапных выбросов. Для дегазации участок полезного ископаемого предварительно вскрывают горными выработками, из которых бурят восстающие дегазационные и увлажнительные скважины, обычно на высоту горизонта или этажа. В некоторых случаях скважины на данный пласт или залежь бурят с соседнего пласта, уже вскрытого горными выработками, а иногда и играющего роль защитного по отношению к данному пласту или залежи. Диаметр скважин существенной роли не играет, так что возможно использование скважин небольшого диаметра (80 – 100 мм). Однако дегазация как средство предупреждения внезапных выбросов эффективна при достаточно высокой газопроницаемости полезного ископаемого или пород. Другое региональное мероприятие – увлажнение – эффективно при достаточной водоприемистости и при возможности обеспечить равномерное увлажнение участка, что определяется сравнительной однородностью его коллекторских свойств. Кроме того, кровля и почва пласта или залежи должны быть водоустойчивы. Применяют следующие способы увлажнения: - низконапорное увлажнение; - высоконапорное нагнетание воды и растворов; - гидравлическое рыхление, осуществляемое путем гидравлического разрыва из горных выработок либо с поверхности; гидравлическое рыхление в комбинации с дегазацией. В некоторых случаях, особенно при высокой выбросоопасности, увлажнение применяют параллельно с дегазацией. Значение региональных способов устранения выбросоопасности особенно велико в условиях применения механизированных крепей и добычных механизированных комплексов. В отличие от региональных действие локальных способов ограничивается призабойной частью массива в подготовительных или очистных выработках. По характеру воздействия можно выделить следующие группы локальных способов: а) снижение напряженности призабойной части массива; б) перемещение максимума действующих напряжений от контура выработки в глубь массива; в) изменение прочностных и упругих свойств призабойной части массива; г) дегазация призабойной части массива; д) провоцирование небольших по силе динамических проявлений горного давления. Первая и вторая группы локальных способов реализуются путем создания защитных зон с помощью: - камуфлетного взрывания; - бурение разгрузочных скважин, щелей, полостей. Камуфлетное взрывание – взрывание заглубленных зарядов ВВ без образования воронки разрушения на поверхности для образования в массиве полости. Глубина разгрузочной щели для создания защитной зоны в стенках выработки должна быть не менее половины габарита выработки (как правило, высоты). Длина защитной зоны по протяженности выработки должна на 2 м с каждой стороны превышать длину удароопасного участка. Длина заряда в камуфлетных шпурах должна быть не менее требуемой ширины защитной зоны. Камуфлетные шпуры взрывают электродетонаторами с миллисекундным замедлением совместно со шпурами по отбойке породы. Количество одновременно взрываемых шпуров и параметры камуфлетного взрывания уточняются опытным путем. Для разгрузки краевых частей массива и целиков на участках, где требуется свести к минимуму вредное воздействие взрыва, наряду с камуфлетными шпурами можно использовать компенсационные (незаряжаемые) шпуры. Способ бурения опережающих скважин применяют в качестве локальной меры предупреждения горных ударов и внезапных выбросов в подготовительных и очистных выработках. Он способствует как уменьшению напряженности, так и изменению механических свойств призабойной части массива, а также ее дегазация. Скважины бурят перпендикулярно забою выработки, пересекая ими зону повышенных напряжений. Вокруг скважин возникают области предельного напряженного состояния. Если скважины пробурены достаточно часто, эти области взаимно перекрываются, в результате чего призабойный массив в той или иной степени разрушается. Одновременно через скважины происходит интенсивная дегазация. Зона повышенной концентрации напряжений перемещается в глубь массива. Бурение опережающих скважин наиболее эффективно в подготовительных выработках, при ведении очистных работ оно связано со значительным снижением добычи и, кроме того, требует больших объемов буровых работ. Способ создания разгрузочных врубов и щелей. Создание опережающего вруба, щели либо нескольких щелей приводит к более интенсивному неупругому деформированию массива вокруг этих полостей, чем вокруг отдельных скважин (цилиндрических полостей). Опережающий вруб создают бурением сближенных параллельных скважин, отстоящих одна от другой на минимально возможном расстоянии. Целички-стенки между скважинами при бурении разрушаются. Таким же образом создают разгрузочные щели. Предложен ряд локальных гидравлических способов борьбы с горными ударами и внезапными выбросами. Наибольшего внимания из них заслуживают способы: низконапорного увлажнения призабойной части массива, гидровымывания, гидрорыхления и гидроотжима. Способ низконапорного увлажнения применяют для устранения как удароопасности, так и выбросоопасности. Способ основан на изменении механических свойств горных пород. При увлажнении снижаются характеристики прочности и модуль упругости, повышается способность пластическим деформациям и возрастает значение коэффициента поперечных деформаций. Тема 6. Сдвижение горных пород при разработке месторождений Лекция 13. Основные понятия и определения сдвижения горных пород. Методы расчета сдвижения пород. Лекция 14. Сдвижение горных пород при разработке месторождений открытым способом. Расчет угла откоса уступа. Лекция 13 6.1. Основные понятия и определения сдвижения горных пород Проведение горных работ нарушает естественное состояние массивов горных пород, в результате чего последние выходят из равновесия, деформируются и перемещаются. Обычно эти процессы захватывают всю толщу массива, включая поверхность. Породы на земной поверхности также претерпевают деформации и перемещения. Традиционно перемещение и деформирование пород в результате нарушения равновесия под влиянием горных разработок или других естественных (природных) процессов называют сдвижением горных пород и земной поверхности. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||