Связь горных ударов с горно-геологическими условиями

Инженерная школа

 

Реферат на тему

“Связь горных ударов с горно-геологическими условиями и с системами разработки”

 

Выполнил студент гр.С3404Б ___________ Д.В. Куркин

Проверил профессор ____________ Б. И. Емельянов ____________________________ (оценка)

 

 

г. Владивосток

 

Связь горных ударов с горно-геологическими условиями

Мощность и частота горных ударов возрастают с глубиной. Причина такого увеличения обычно связывается с возрастанием веса покрывающей толщи и напряжений в слоях пород по мере увеличения глубины. Однако глубина является не единственным фактором, способствующим возникновению горных ударов. Как будет показано ниже, известны случаи горных ударов на глубине менее 100 м от поверхности. В глубоких шахтах глубина, на которой начали проявляться горные удары, составляет обычно более600 м. В большинстве случаев удары становятся серьезной проблемой с глубины более 900 м. Однако на некоторых шахтах, работающих на глубине свыше 1500м, горные удары не происходят. Это указывает на то, что не толь-ко глубина, но и другие локальные специфические условия также являются важными факторами. К таким факторам относятся горно-геологические условия и система разработки.

Связь горных ударов с геологическими факторами, такими как разрывные нарушения, сбросы, сдвиги, складки, до конца не изучена, хотя исследования показали, что частота выбросов пород связана с расположением шахты относительно крупных структур. Как правило, большая мощность покрывающих пород создает условия для горных ударов. Крутопадающие толщи, для которых характерны резкие изменения гравитационного давления со стороны покрывающих пород, и прочные слои покрывающих пород, склонных к внезапному обрушению, являются факторами, способствующими возникновению горных ударов. Хотя мощные пласты угля более склонны к горным ударам, мощность пластов не является основным фактором и на тонких пластах также могут происходить горные удары в зависимости от сочетания других факторов.

Расположение и ориентировка геологических нарушений, таких как сбросы и сдвиги, складки, дайки и трещины, часто создают условия для горных ударов. Взаимосвязь этих аномалий с горными ударами очень сложно установить. Существуют различные точки зрения на эту проблему. Например, существенные разногласия имеются по вопросу о влиянии нарушенных зон на возникновение горного удара. Исследования на пластах Верхней Баварии показали, что горные удары обычно происходили в ненарушенных зонах, в то время как в нарушенных отмечалось их очень небольшое количество. Согласно этим исследованиям нарушения сопровождаются многочисленными микротрещинами, в области распространения которых происходит релаксация избыточных напряжений, поэтому в зонах влияния нарушений горные удары менее вероятны. Кроме того, нарушения, поглощая суммарную энергию упругих деформаций, уменьшают количество горных ударов. В противоположность этим наблюдениям имеются убедительные доказательства, указывающие на то, что горные удары часто происходят вблизи сбросовых нарушений. На шахте Спринг Хилл в Канаде сильные горные удары происходили вблизи нарушений при проведении наклонных выработок. На шахте Саннисайд штата Юта в США количество и интенсивность горных ударов значительно увеличилось при проведении через нарушенную зону наклонных стволов шириной 5,5 м. В результате возникла необходимость применения дополнительного крепления. В Верхней Силезии, Польша, на шахте Андреас №3 пласт был изогнут и ослаблен нарушениями на протяжении 450 м. Взрывоподобные удары произошли под нарушением, в то время как зона влияния этого нарушения была отнесена к не опасным по горным ударам. Считается, что эта аномалия не могла быть связана с глубиной, составляющей всего 108 м. Специалисты предположили, что напряжения возникли выше зоны нарушения, а не под нею. В Южной Африке опасность горных ударов обычно возрастает при приближении выемочного забоя к зоне нарушений.

Опыт показывает, что в дайках на разрабатываемом пласте имеет место высокий уровень напряжений. Возрастание температуры, степени метаморфизма и перекристаллизация пород вблизи даек может способствовать однородности породного массива и спонтанному увеличению энергии. П. Хакетт считает, что присутствие даек увеличивает опасность горных ударов.

Опыт также показывает, что ведение горных работ в синклинальных складках увеличивает частоту горных ударов. Синклинальные складки обычно осложнены нарушениями в результате действия высоких горизонтальных напряжений в массиве. На шахте «Кнуров» в Польше имелись трудности по поддержанию квершлагов, проведенных под осями небольших синклинальных складок. Однако, после прохода через зону синклинали, состояние квершлагов становилось устойчивым. На шахте «Миховице» в Польше разработка пластов под синклинальной складкой сопровождалась большим количеством горных ударов.

Крутопадающие пласты также испытывают горные удары. Сильные горные удары отмечались в крутой части пласта на шахте «Коал Крик»в Канаде. Увеличение нарушенности почвы и опасные горные удары в штреках наблюдались в целиках вблизи пологой части.

Влияние мощности покрывающих пород на горные удары изменяется в зависимости от геологических условий и системы разработки. C.T. Холланди Е. Томас указывали, что мощность покрывающих пород, превышающая150 м, является необходимым условием возникновения горных ударов. В тоже время на шахте «Спрингхилл № 2» (Новая Шотландия, Канада) на глубине около 570 м горные удары не наблюдались. Дж. Райс отмечает, что горные удары на некоторых шахтах Вирджинии и Кентукки (США)возможны с глубины свыше 300 м.

Как считают многие специалисты, наличие прочных массивных слоев в непосредственной близости от пласта угля является основным условием возникновения горных ударов. В зависимости от физико-механических свойств и мощности залегающие в кровле песчаники под действием растягивающих напряжений от изгибающих моментов при отсутствии горизонтальных смещений, могут обрушаться крупными блоками. При наличии слоев слабых глинистых сланцев с гладкими поверхностями напластования происходит медленный процесс релаксации напряжений, вследствие которого будут происходить горизонтальные смещения угля в сторону выработки. Это происходит потому, что коэффициент трения между сланцем и углем низок. Коэффициент трения между углем и песчаником часто бывает очень высоким, что препятствует релаксации в угле. Силами трения уголь удерживается в зоне максимума опорного давления впереди выработки, где он испытывает большие нагрузки. Внезапное уменьшение трения между углем и песчаником приводит к снижению прочности угля, находящегося в условиях объемного напряженного состояния. Уголь будет разрушаться под действием нагрузки опорного давления с высвобождением кинетической энергии упругой деформации.

Наличия слоя слабого глинистого сланца толщиной в 1-2 раза меньше мощности пласта угля, залегающего между пластом и массивным вышележащим слоем, обычно достаточно, чтобы создать условия для горизонтальной релаксации в угле, предотвращая, таким образом, возможность возникновения горного удара.

Другие геологические особенности, такие как наличие прочных пород в почве, не склонных к пучению, крутое залегание и гористая местность также могут влиять на возможность горных ударов.

Вообще, степень и характер геологической нарушенности месторождения могут создавать необходимые предпосылки для возникновения горных ударов в породах или в угле. Основные геологические формы, такие как крупные складки угленосных толщ, могут создавать зоны с аномально высокими напряжениями, увеличивая риск горных ударов, локализованных в определенных структурах. Имеющиеся данные показывают, что для предотвращения горных ударов необходимы тщательные геологические исследования шахтных полей до начала горных работ.

Ранее предполагалось, что хрупкий уголь с высокой прочностью при сжатии является необходимым признаком опасности горных ударов. Однако исследования показали, что в этом явлении существенная роль принадлежит прочности пород кровли и почвы. Прочные породы обеспечивают условия накопления в целиках потенциальной энергии упругих де-формаций до их разрушения. Слабые породы допускают деформирование целиков в поперечном направлении, их ослабление и разрушение без сильного выброса угля. С.О. Бабкоком и Д. Бикелом были исследованы угольные целики на 15 различных пластах в шести штатах. Уголь на 13 пластах имел склонность к горным ударам независимо от его прочности. Эти ис-следования также подтвердили, что вопреки ранее известным данным, це-лики с большим отношением ширины к высоте (8,5: 1) не разрушаются ни в спокойном режиме, ни в форме горного удара.