 |
|
Особливості розробки зближених пластів.
Пласти вугілля зазвичай залягають свитами. Відокремлюється один пласт від іншого породами міжпластя. Відстань між пластами, що вимірюється по нормалі, називається потуж-ністю меж пластів.
До початку розробки пласта свити і породи знаходяться в природному напруженому стані рівноваги. Виїмка одного з них порушує стан рівноваги товщі порід, що вміщають, призводить до перерозподілу напружень і викли-кає деформації цих порід.
При виїмці вугільних пластів з обваленням покрівлі проходит зрушення вишерасположенного масиву порід. У зрушеном масиві прийнято виділяти три основні зони: безпорядковоє обвалення порід, прогину порід з розривом суцільності (тріщиноутворення), прогину без розриву суцільності. Висота по нормалі зони обвалення і прогину порід з утворенням тріщин досягає 30-40-кратної потужності пласта. Наведене поділ на зони є дещо умовним, так як кордони цих зон у більшості випадків не є чіткими і різко окресленими.
Перша та друга зони можуть бути відсутні при роботі з півної закладкою виробленого простору, а також у тому випадку, коли потужність пласта менше максимально можливої величини прогину порід, безпосередньої покрівлі без розриву їх суцільності, особливо якщо породи грунту схильні до пученію. На формування зони тріщиноутворення і зони обвалення, крім потужності порід міжпластя впливають також кут падіння пласта і інші фактори.
При зрушення гірських порід над виробленої площею утворюється так звана мульда зрушення, що як би контурних зверху зону впливу виробленого прос-тіру на вищерозташованих пласти і шари порід. Усередині зони зрушень, в прикордонних її областях, над кордонами вугільного масиву виділяються ділянки, в яких підроблених породи відчувають розтягують і стискають напруги. Є область повної підробки, всередині якої шари порід розволожена паралельно площині нашарування. Ця область характеризується максимальними вертикальними зрушення порід. При розробці зближених пластів практичний інтерес представляє не вся мульда зрушення, а тільки та частина її, де спостерігається прояв небезпечних деформацій. Такий частиною є зони з розтягуючою і стискають напруженями; в області повної підробки породи не відчувають ні стиснень, ні розтягнень.
Кривизна крайових зон зрушення зменшується зі збільшенням відстані від пласта. Тому чим більше потужність між шарами, тим створюються кращі умови для відпрацювання підроб-люваємого пласта, особливо тієї його частини, яка знаходиться над цілком між двома від-працьованими ярусами або поверхами нижнього пласта.
Вплив потужності міжпластами на умови розробки частини пласта, розташованої в зоні повної підробки, значно менше, ніж у тій частині, яка знаходиться у зоні небезпечних деформацій.
Ступінь впливу підробки залежить не тільки від потужності порід міжпластя, а й від низки інших факторів, а саме: потужності підроблюваної пласта, фізико-механічних властивостей вміщуючих порід, потужності шарів порід і послідовності їх нашарування, кута падіння пластів, довжини очисного вибою і швидкості його посування, спосібу керевуння гірським тиском, наявності ціликів вугілля у виробленому просторі, величини випередження одного очисного вибою іншим, а також від часу, пройшов після виїмки пластів, необхідного для формування мульди зсовування.
Більш сприятливі умови підтримки гірських виробок забезпечуються при низхідному порядку відпрацювання пластів. При висхідном порядку деформації шарів, що можуть виявитися настільки суттєвими, що виїмка їх стане неможливою. Проте в певних умовах застосування восходяща виїмки є необхідним: при розташуванні серед зближених пластів пласта, небезпечного за раптовими викидами вугілля і газу. У даному випадку в першу чергу необ-хідно виймати нижній безпечний, так званий захисний шар, при розташуван-ні серед зближених пластів пласта, схильного до гірничих ударів. Підробіток небезпечного пласта змен-шує або взагалі виключає явища гірських ударів; за наявності серед зближених сільногазо-нісних пластів першочергове виїмка яких пов'язана з певними труднощами. Підробіток таких пластів сприяє їх дегазації; по образующімся тріщинах в товщі підробляються порід і пласта газ вільно мігрує в дренірующіє свердловини і виробництва; при розташуванні серед зближених пластів обводненого пласта. Як відомо, при розробці дуже обводнених пластів по-гіршуються умови роботи в лаві, значно знижується продуктивність праці робітників і ус-кладнюється експлуатація механізмів, що призводить до зниження техніко-економічних показників роботи лав. Підробіток сприяє осушенню обводнених пластів, якщо відстань між пластами не перевищує 30-40-кратної потужності нижчого пласта; при розробці пологих пластів на великих глибинах, коли нижній пласт має значно більшу потужність, ніж верхний, потужність якого не перевищує 0,6-0,7 м . Іноді висхідний порядок виїмки приймають при розроділення зближених крутих пластів, серед яких залягають потужні пласти, першочергове виїмка яких може призвести до підробки нижніх тонких пластів.
На вибір порядку виїмки впливає якісна характеристика вугілля зближених пластів. У деяких випадках для задоволення цих запитів споживачів виникає необхідність первоочередной відпрацювання пластів з високоякісним вугіллям незалежно від їхнього місця розташування в свиті.
Необхідно враховувати також фортеця вугілля. При підробці пласта фортеця вугілля звичайно знижується. Це полегшує його наступних виїмку, особливо-за наявності включень колчедану. Якщо ж підробляють пласти, схильні до раптових викидів вугілля і газу, то в результаті їх дегазації фортеця вугілля, навпаки, підвищується.
Можливість та ефективність застосування висхідного порядку виїмки плас-тів залежать: від потужності та фізико-механічних властивостей порід міжпласт. Чим більше потужність між-пластя, тим більше можливостей (особливо при роботі з повною закладкою) застосовувати висхідний порядок виїмки зб-лижених пластів; від кута падіння зближених пластів. При пологому і похилом падінні зазвичай застосовують спадний порядок розробки, при розробці ж крутих пластів з'являється більше можливостей для застосування висхід-ного порядку. Цьому сприяє застосування закладки виробленого простору, самопідбучуванням при роботі з обваленням нижній частині очисного простіру, переміщення зони обвалення в верхню частину очисного простору та ін; від способу керуваіння покрівлею. Повна і щільна закладка, а також плавне опускання покрівлі на грунт значно сокращають сферу впливу виробленого простору і благоприятних застосування висхідного порядку виїмки зближених пластів.
Мал. 9.1. Зони впливу на крутому падінні: а - надробки; б-підробітку.
Для встановлення черговості виїмки зближених пологих пластів основним є питання про мінімальну потужності порід міжпластя М, при якій допустима підробіток вищележачого пласта. Необхідна потужність порід міжпластя може бути розрахована за формулою
М = 12m +3,5 m м, (9.1.)
де, m - виймаємо потужність нижнього шару, м.
Формула (9.1) є емпіричною. Вона встановлена на підставі аналізу великої кількості практичних прикладів підробки пластів на шахтах Донецького басейну. Через більшого числа чиніков, що впливають на умови підробітку, їх різнообразного поєднання важко встановити роль кожного окремо взятого чиніка. Тому їх вплив відображено у формулі постояними коефіцієнтами.
Формула (9.1) справедлива для комплексу гірських порід Донецького басейну, що скла-дається з чередящиє глинистих і піщанистих сланців і пісковиків. Вона придатна для випад-ків керування покрівлею в нижньому шарі як з частковою закладкою, так і з обваленням по-крівлі. Потужність нижнього пласта обмежується 2 м. Якщо відстань між пластами менше, ніж визначено за формулою (9.1), то розробку їх з обваленням покрівлі або часткової закладкою рекомендується робити тільки в спадному порядку.
На крутому падінні надробка нижнього пласта може виразити в тому випадку, якщо кут падіння пластів а більше кута β1 за яким можливо сповзання порід грунту пласта I, і при певному співвідношенні між відстанню між пластами М1 і висотою поверху до (мал.9.1, а).
Мал. 9.2. До розрахунку випередження між вибоями: а, б - відповідно при низхідному і висхідному порядку виїмки.
При відстані між пластами М2, меншому М1, вплив гірничих робіт по пласту I буде проявлятися у вентиляційному штреку і в верхній частині поверху нижчого пласта II. При збіль-шенні відстані до М1>М2; М1 вентиляційний штрек на пласті II опиниться поза зоною надробки.
Таким чином, надробка нижнього шару 11 відбудеться у випадку,
(9.2.)
Підробіток верхнього шару I нижнім відбудеться в тому випадку (ріс.9.1, б), коли відстань між пластами
(9.3.)
Де β і β1-кути зрушення порід.
Від моменту підробки (надробки) до початку виїмки вищележачого чи нижчого пласта має пройти певний час, який визначається практичним шляхом або виходячи з таких соображення.
Процес зрушення вміщуючих порід починається попереду рухається по простяганню очисного вибою та розповсюджується під кутом зрушення δ (мал. 9.2, а). Зрушення порід загасає після того, як вибій піде вперед і підро-бити породи опиняться за лінією, проведеної під кутом повних зрушень Ψ3. Випередження одного вибою іншим у просторі і в часі визначається за такими формулами.
При низхідному порядку виїмки пластів (див. рис. 9.2, а) випередження в просторі
х = х1 +1 м; (9.4.)
Випередження в часі
(9.5.)
де, 
l-запас у випередженні, який рекомендується приймати рівним місячному посування вибою, тобто 50-60 м;
V - швидкість посування очисного вибою, м/міс.
Запас у випередженні необхідний тому, що важко досягти узгодженого посування вибоїв обох пластів. Крім того, у міру виїмки верхнього шару над його виробленим простіру від-бувається обвалення і осідання покриваючих порід, можливості яких на міжпластя прояв-ляється як у вигляді статевого тиску, так і у вигляді динамічних ударів при різких опадах і опускання. Тривалість зазначених явищ при міцних породах більше, ніж при пластичних. З вплином часу ці явища припиняються і створюються умови для безпечної виїмки нижнього пласта.
При висхідному порядку виїмки пластів (див. мал.9.2,б) випередження в просторі;
(9.6)
випередження в часі.
(9.7)
Певний таким чином час, що минув після підраблення (воно має бути не менше 1,5 - 2 міс), є достатковим для того, щоб починати очисні та підготовчі роботи в підроблених пласті.