Характеристика месторождения и Анализ условий охраны и поддержания выработок 2 страница

 

Таблица 5.5 – Табличная величина безопасной высоты надработки h’_Б.Н.

Глубина расположения выработки, Нр, м	Безопасная высота надработки, м, при сопротивлении пород сжатию на контуре выработки, Rс, МПа
	≤20	30	40	50	60	80	100	120	≥120
до 200	70	60	50	45	40	40	35	3	30
300	80	70	60	55	50	45	40	35	30
400	90	80	70	65	60	55	45	40	35
500	100	90	80	75	65	55	50	40	35
600	110	100	90	80	70	60	55	45	40
800	115	105	95	85	75	65	60	50	40
1000	120	110	100	90	80	70	65	55	45
1200	125	115	105	95	85	75	65	60	45
1500	130	120	110	100	90	80	70	60	50

 

Безопасная высота подработки - h_Б.П рассчитывается по формуле:

,      (5.6)

где h’_Б.П – табличная величина безопасной высоты подработки, м (таблица 5.6);

k”_п – коэффициент, учитывающий наличие мощных (10 – 15 м) слоёв песчаника между пластами (0,8 – если песчаник есть, 1,0 – если нет);

k_тп – коэффициент влияния мощности подрабатывающего пласта. Принимается по таблице 20 [4] или рассчитывается по формуле:

.              (5.7)

Пласт рассматривается надработанным или подработанным, если вышележащий и нижележащий пласты находятся на расстоянии меньше, чем соответственно h_Б.Н и h_Б.П и если горные работы на них опережают работы на рассматриваемом пласте (предварительная надработка или подработка) или если горные работы на них отставая от горных работ на рассматриваемом пласте, тем не менее проводятся над или под выработками рассматриваемого пласта (последующая надработка или подработка выработки).

Таблица 5.6 – Табличная величина безопасной высоты подработки h’_Б.П.

Глубина расположения выработки, Нр, м	Безопасная высота подработки, м, при сопротивлении пород сжатию на контуре выработки, Rс, МПа
	≤20	30	40	50	60	80	100	120	≥120
до 200	90	80	75	70	65	60	55	50	50
300	100	90	80	75	70	65	60	55	50
400	110	100	90	85	75	70	65	60	55
500	120	110	100	95	80	75	70	65	55
600	135	120	110	105	90	80	75	70	60
800	145	135	125	115	100	85	80	70	60
1000	160	150	140	130	110	90	85	75	65
1200	170	160	150	135	120	100	85	80	70
1500	180	170	160	140	130	110	90	80	70

 

Выработки рассматриваемого пласта испытывают влияние ПГД от целиков, оставленных на нижележащем или вышележащем пластах в том случае, если эти пласты находятся на расстояниях меньших, чем h_Б.Н и h_Б.П и если размер целика равен или больше расчётной величины ширины целика В_р.

Степень влияния оставленных целиков на выработку рассматриваемого пласта определяется коэффициентом, учитывающим увеличение смещений за счёт концентрации напряжений в зонах опорного давления.

Величина этого коэффициента определяется графически (рисунок 5.6) в зависимости от соотношения между шириной оставленного целика В и шириной зоны опорного давления L_оп, которая рассчитывается по формуле:

,            (5.8)

где L’_оп – табличная величина ширины зоны опорного давления на пласте, где оставлен целик, (принимается по таблице 5.7) м.

Расчётная минимальная ширина целика В_р, который, не разрушаясь, сохраняет несущую способность, рассчитывается по формуле:

,        (5.9)

где k”_под – коэффициент, учитывающий величину податливости крепи выработки, (1,0 – если податливость <300мм; 0,75 – если податливость ≥300мм; 0,65 – если податливость ≥500мм).

Таблица 5.7 – Табличная величина ширины зоны опорного давления L’_оп.

Глубина расположения выработки, Нр, м	Ширина зоны опорного давления, м, при сопротивлении пород сжатию на контуре выработки, расположенной в целике, Rс, МПа
	≤20	30	40	50	60	80	100	120	≥120
до 200	70	55	45	40	35	30	30	30	30
300	85	65	55	45	40	35	35	35	35
400	100	80	65	50	45	40	40	40	40
500	110	90	75	60	50	45	45	45	45
600	120	100	85	70	60	50	50	50	50
800	125	110	95	80	70	65	60	60	55
1000	130	120	105	90	80	70	65	60	55
1200	140	130	115	100	90	80	75	70	60
1500	150	140	130	115	100	90	80	70	60

 

Рисунок 5.6 – Схемы для определения : а – для условий ; б – для условий .

При определении  поступают следующим образом:

- зная ширину целика , оставленного на близлежащем пласте, сравнивают её с величинами  или  и  и выбирают рисунок – а или б;

- используя ранее определённые величины , , , ,  и , строят в масштабе, соблюдая предложенную конфигурацию, схему выбранного типа;

- зная местоположение рассматриваемой выработки относительно кромки целика, наносят её на полученный рисунок и определяют величину .

Например, для выработки, нанесённой на рис. 5.6,а - , а на рис. 5.6 б - .

Для построения рисунка 5.6 следует знать безопасное расстояние, в плоскости пласта, от проекции кромки целика на близлежащем пласте до рассматриваемой выработки. В случае расположения целиков выше выработки это расстояние обозначают l_н и ниже l_п.

Указания ВНИМИ рекомендуют выбирать эти расстояния следующим образом: по таблице 5.9, а , но не менее 50 м (l_ш – шаг обрушения основной кровли на рассматриваемом пласте, м; h_п – расстояние до нижележащего целика по нормали, м).

5.2.3.1 Выбор способа охраны подготавливающих (капитальных) выработок.

Расположение подготавливающих (капитальных) выработок относительно очистных работ следует принимать таким образом, чтобы обеспечить безремонтное рабочее состояние при условии закрепления их незамкнутой крепью без или с применением дополнительных мероприятий по уменьшению смещений пород на контуре выработки.

Проведение капитальных выработок по пласту допускается только в том случае, если пласты не опасны по выбросам угля и газа, взрывам угольной пыли, горным ударам и самовозгоранию угля.

При проведении капитальных выработок полевыми, их место расположения выбирают в более прочных породах на расстоянии не более 40 – 50 м от пласта.

По возможности для обеспечения благоприятных условий поддержания капитальные выработки следует располагать в зоне предварительной разгрузки. При этом расстояние от выработки до отработанного вышележащего пласта должно быть не менее 5 м, а до нижележащего не менее 6 m.

Рекомендации по выбору способа охраны подготавливающих выработок представлены в таблице 5.8.

Таблица 5.8 – Способы охраны подготавливающих (капитальных) выработок.

Способ охраны	Рисунок, № выработки	Рекомендуемые условия применения
		Глубина работ, м	Мощность и характеристика пласта, м	Характеристика кровли и почвы пласта, другие условия
Проведение в массиве узким ходом с последующей охраной угольными целиками	Рис. 5.7, 1к	до 500 м	любые	любые
Проведение в массиве широким ходом с разгрузочными полосами и последующей охраной их угольными целиками	Рис. 5.7, 2к	более 600 м	до 1,0 ÷ 1,2 м, max 1,5 м	Мощность непосредственной кровли до 3 м, основная кровля - трудно обрушающаяся. Почва пучащая и сильно пучащая, мощностью до 5 м, основная почва
Проведение выработок широким ходом и охраной бутовыми полосами	Рис. 5.8, 3к	более 600 м	до 1,0 ÷ 1,2 м невысокая газообильность	Пучащая и сильно пучащая почва. Породы не обводнены.
Проведение в выработанном пространстве (по обрушенным и уплотнённым породам)	Рис. 5.8, 4к	любая	до 1,2 ÷ 1,5 м	Слеживающиеся породы* непосредственной кровли , m ≥ 5 м. Породы кровли не обводнены. Любая почва.
Проведение в почве пласта и охрана полосой угля	Рис. 5.9, 5к	любая	любая	Прочные породы почвы пласта.
Проведение в зоне разгрузки под или над выработанным пространством	Рис. 5.9, 6к	любая	любая	При углах падения до 10÷12°, при диагональном расположении забоя до 18÷20°
Проведение полевых выработок с последующей их над- или подработкой	Рис. 5.10, 7к	любая	любая	При углах падения до 10÷12°, при диагональном расположении забоя до 18÷20°
Проведение полевых выработок с комбинированной надработкой	Рис. 5.10, 8к	любая	любая	При углах падения более 20°

* К слеживающимся породам относятся породы с высоким содержанием глинистых частиц, которые после их обрушения при естественной влажности или после искусственного увлажнения под действием вышележащей толщи пород с течением времени способны уплотнятся приобретать связность между кусками, так что в выработках они могут допускать устойчивые обнажения кровли, необходимые при современных средствах крепления и механизации горных работ. Наиболее склонными к слёживанию являются аргиллиты и глинистые сланцы с естественной влажностью не менее 10%.

Рисунок 5.7 – Способы охраны подготавливающих (капитальных) выработок.

Рисунок 5.8 – Способы охраны подготавливающих (капитальных) выработок (продолжение).

Рисунок 5.9 – Способы охраны подготавливающих (капитальных) выработок (продолжение).

Рисунок 5.10 – Способы охраны подготавливающих (капитальных) выработок (продолжение).

При охране пластовых выработок, проводимых узким ходом, целиками (рис.5.7, выр. 1к), размер охранного угольного целика принимается  в зависимости от направления подвигания очистного забоя, при применении дополнительных мероприятий по уменьшению смещений пород на контуре выработки допускается уменьшать размер целика, но не более чем в 2 раза [4].

Длина зоны влияния опорного давления определяется по формуле:

,      (5.10)

где m – мощность разрабатываемого пласта, м;

    f – коэффициент крепости пород на контуре выработки;

    n – коэффициент, характеризующий обрушаемость пород основной кровли (0,6 – легкообрушаемая; 0,8 – среднеобрушаемая; 1,0 – труднообрушаемая кровля).

При проведении выработок в массиве широким ходом с разгрузочными полосами и последующей их охраной угольными целиками (рис.5.7, выр. 2к) ширину разгрузочных полос принимают равной 2 мощностям непосредственной почвы, а ширину угольных целиков – 20 m, но не более 40 м. Выработки располагаются в зоне разгрузки. Отставание забоев выработок от забоя лавы в зависимости от применяемой механизации: 5, 8 или 11 м. Забои выработок находятся в зоне активных сдвижений подработанной толщи пород, поэтому необходимо применять крепи с большой податливостью. Расстояние между выработками должно быть не менее 30 – 40 м.

При проведении капитальных выработок широким ходом с охраной бутовыми полосами (рис.5.8, выр. 3к), ширину бутовых полос следует принимать не менее 12 m.

Проведение выработок в выработанном пространстве (по обрушенным и уплотнённым породам) (рис.5.8, выр. 4к). С точки зрения проведения и охраны выработок этот способ аналогичен охране полевых выработок, но при нем значительно проще сопряжение выработок, схема транспорта и проветривания, т.к. все выработки находятся в плоскости пласта. Выработки располагаются в разгруженной зоне пород кровли пласта. Они должны проводится в зоне завершившихся сдвижений подработанной тощи горных пород, в противном случае будут иметь место большие деформации крепи. Отставание забоев выработок от забоя лавы должно быть при этом (0,6 ÷ 0,8) длины лавы.

Во избежание попадания выработок в зону активизации сдвижений ранее подработанной толщи горных пород при отработке смежных лав они должны располагаться от кромки выработанного пространства на расстоянии не менее 15 ÷ 20 м.

Как показывает опыт работы шахт, при проведении выработок с отставанием от забоя разгрузочной лавы сдвижения обрушенных и уплотнённых пород на контуре выработок в 2 ÷ 5 раз меньше, чем при охране бутовыми полосами, практически исключается пучение почвы.

 

При проведении подготавливающих выработок в почве пласта и охране их полосой угля (рис.5.9, выр. 5к) шириной более длины лавы, повышения их устойчивости можно достичь только при расположении в более прочных породах. Размер целиков определяется так же, как и при охране пластовых выработок целиками угля. Размер оставляемой полосы угля принимают . Для уменьшения потерь угля, оставляемая полоса извлекается при погашении подготавливающих выработок (при этом все выработки должны располагаться под оставленной полосой, чтобы избежать частого монтажа-демонтажа оборудования). Выработки располагаются на расстоянии от пласта 10 ÷ 40 м.

 

Различают последующую и предварительную надработку выработок. Предварительная надработка предпочтительней, т.к. выработки не испытывают вредного влияния опорного давления, разгрузочной лавы.

Проведение полевых выработок в зоне разгрузки под выработанным пространством (предварительная надработка) (рис.5.9, выр. 6к) применяется на действующих шахтах при подготовке новых панелей, блоков, выемочных ступеней шахтного поля. Расстояние от пласта до выработок должно быть не менее 5 м. Отставание забоя выработок от забоя разгрузочной лавы , в противном случае в них будет наблюдаться интенсивное пучение почвы.

В этом случае необходимо сохранять зону разгрузки:

· оставление барьерных целиков  (на практике принимают 60 ÷ 120 м);

· возведение плотных бутовых полос (полосы шириной 30 ÷ 60 м, возводятся с помощью пневмозакладочных установок и оставляют технологические целики м). (бутовые полосы принимаются при мощности пласта до 1,0 ÷ 1,2 м).

Проведение полевых выработок с последующей их надработкой (рис.5.10, выр. 7к), применяется после сдачи новых шахт в эксплуатацию. Выработки необходимо располагать так чтобы, после отработки участка, они находились под выработанным пространством на расстоянии не менее  от его границ (при углах падения до 55°).

При этом полевые выработки располагаются на расстоянии от пласта не менее указанного в таблице 5.10.

Для уменьшения деформации крепи в надрабатываемых выработках рекомендуется устанавливать крепь усиления, принимать максимально возможную скорость отработки разгрузочной лавы и минимальную её длину.

Таблица 5.9 – Значение  при последующей надработке выработок.

Расчётная глубина расположения выработки, Н, м	Расчётное сопротивление пород сжатию, R с, МПа	Расстояние от выработки до кромки пласта (по напластованию)  при расстоянии от надрабатывающего пласта до выработки (по нормали), м
		10	20	30	50	70	100
	до 40	20	20	25	20	15	10
300	40 ÷ 60	15	15	20	15	10	5
	более 60	10	10	15	10	5	5
	до 40	20	25	30	25	20	15
600	40 ÷ 60	20	20	25	20	15	10
	более 60	15	15	15	10	10	5
	до 40	25	30	30	25	20	15
900	40 ÷ 60	25	25	25	20	15	10
	более 60	25	25	20	15	10	5
	до 40	30	35	35	30	25	20
1200	40 ÷ 60	30	20	25	20	15	10
	более 60	25	25	20	15	10	5
	до 40	35	40	40	35	30	25
1500	40 ÷ 60	30	30	30	25	20	15
	более 60	25	25	25	20	15	10

 

Таблица 5.10 – Минимальная глубина расположения полевых выработок при их последующей надработке.

Глубина расположения выработки H, м	Минимальная глубина (м) заложения выработки под надрабатывающим пластом при сопротивлении пород сжатию R, МПа
	До 40	40÷60	Более 60
300	15	10	10
600	20	15	10
900	25	20	15
1200	30	25	20
1500	35	30	25

 

Надработка наклонных выработок разгрузочной лавой по падению (восстанию) возможна при углах залегания пласта до 10÷12°, при больших углах залегания возможна лишь надработка лавой по простиранию. В этом случае сохранение зоны разгрузки возможно лишь барьерными целиками угля.

Длина разгрузочной лавы принимается 100 ÷ 150 м при надработке одной выработки и 150 ÷ 200 м при надработке двух-трёх выработок.

При комбинированной надработке наклонных выработок (рис.5.10, выр. 8к) для уменьшения вредного влияния последующей надработки до отметки откаточного штрека, проводят одну, ближайшую к лаве, наклонную выработку, производят отработку разгрузочной лавы, а затем уже в зоне разгрузки проводят оставшиеся наклонные выработки.

5.2.3.2 Расчёт смещений пород кровли и почвы в подготавливающих (капитальных) выработках (подраздел 2.4)

Смещения контура выработки зависят от принятого способа охраны.

Ниже даны формулы для расчёта смещений контура выработки в зависимости от выбранного способа охраны и свойств горных пород.

Расчёт смещений при охране выработки проведением её пластовой и охраной целиками более , или в почве пласта и охраной полосой угля. Расчётные формулы сведены в табл. 5.11.

Таблица 5.11 - Формулы для расчёта смещений в выработках, охраняемых в нетронутом массиве (тип выработки 1к, рис. 5.7; 5к, рис. 5.9).

Степень влияния соседних пластов свиты	Формулы расчёта смещений кровли  и почвы  выработки
Одиночный пласт
Предварительная надработка
Предварительная подработка	То же, что и для одиночного пласта
Последующая надработка*
Последующая подработка*
Влияние целиков на соседнем пласте

 

 

Расчёт смещений в пластовых выработках, охраняемых целиками, меньшими . Расчётные формулы сведены в табл. 5.12.

Таблица 5.12 - Формулы расчёта смещений в пластовых выработках, охраняемых целиками, меньшими   (тип выработки 1к, рис. 5.7).

Степень влияния соседних пластов свиты	Формулы расчёта смещений кровли  и почвы  выработки
Одиночный пласт
Предварительная надработка
Предварительная подработка	То же, что и для одиночного пласта
Последующая надработка
Последующая подработка
Влияние целиков на соседнем пласте