Реология напряженно-деформированного состояния углепородного массива в очистном забое
Saved in:
| Published in: | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Date: | 1999 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
1999
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189701 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Реология напряженно-деформированного состояния углепородного массива в очистном забое / С.Г. Лунев // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 1999. — Вип. 2. — С. 101-07. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859593649488134144 |
|---|---|
| author | Лунев, С.Г. |
| author_facet | Лунев, С.Г. |
| citation_txt | Реология напряженно-деформированного состояния углепородного массива в очистном забое / С.Г. Лунев // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 1999. — Вип. 2. — С. 101-07. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физико-технические проблемы горного производства |
| first_indexed | 2025-11-27T17:25:39Z |
| format | Article |
| fulltext |
Таким образом, разработанная методика позволяет устано
вить рациональные силовые и геометрические параметры механи
зированной крепи для конкретных горно-геологических условий
отработки пологах пластов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дубов Е.Д., Поляков М.В., Щербинин Д.В. Основные законо
мерности проявления горного давления в очистных забоях по
логих пластов // Сб. научн. тр. Донуги. Вып. 102. — Донецк:
Донуги., - 1999.
УДК 622. 831
РЕОЛОГИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА В ОЧИСТНОМ ЗАБОЕ
к.т.н. Лунев С.Г. (Территориальное управление Госнадзорохран-
труда по Донецкой области)
Ведение очистных работ вызывает, как известно, нарушение
естественного напряженно-деформированного состояния углепо
родного массива и сопровождается межслоевыми деформациями и
подвижками пород с расслоением их над выработанным простран
ством, предопределяющими образование характерных зон отжима,
разгрузки и опорного давления в призабойной части угольного пла
ста, уменьшение которых предопределяет опасность возникнове
ния внезапных выбросов угля и газа [1]. Изменение во времени по
ведения пород кровли, а следовательно, и формирования зон раз
личного напряженно-деформированного состояния пласта впереди
очистного забоя обусловливает реологический характер протекания
указанных геомеханических процессов.
Исследования динамики реологических изменений состояния
межслоевых контактов и призабойной части пласта проводились
методами геоакустики в 9-й и 10-й восточных лавах выбросоопас
ного пласта шахты им. А.Ф. Засядько, в 5-й западной и 6-й вос
точной лавах также выбросоопасного пласта шахты им.
В.М. Бажанова и в коренной разгрузочной лаве угрожаемого по
выбросам пласта Л,*0 шахты “Холодная Валка”. Выемка угля в лавах
производилась узкозахватными комбайнами с текущим прогнозом
выбросоопасности по акустической эмиссии массива без примене
101
ния противовыбросных мероприятий в установленных прогнозом
не опасных зонах.
Пункты наблюдений располагались в лавах на расстоянии
140... 150 м от конвейерных штреков. В этих пунктах устанавлива
лись по два геофона (сейсмоприемника), один из которых закреп
лялся в кровле, а другой в угольном пласте. Для определения рас
слоений пород акустический сигнал возбуждался нанесением уда
ров по кровле, а для определения упомянутых зон впереди очистно
го забоя - бурением шпуров по пласту. Регистрация тех и других
сигналов осуществлялась посредством записи их на магнитофон
ную ленту, причем, каждый полуметровый интервал бурения отме
чался на ленте паузой приостановки работы бурового инструмента
или специальным маркирующим сигналом. На этих интервалах из
мерялась и начальная скорость газовыделения. Затем с помощью
ЭВМ по специальной программе выполнялся спектральный анализ
акустических сигналов, по параметрам которых определялось со
стояние пород кровли и призабойной части пласта.
По резонансным частотам в спектрограммах сигналов удар
ного возбуждения определялись расстояния от пласта до расслое
ний пород и интенсивность их развития [2]. При образовании не
скольких расслоений спектр акустического сигнала становится по-
лигарм оническим и каждая резонансная гармоника
/ соответствует частоте собственных колебаний определенного
слоя породы, расстояние до которого И определяется из соотноше
ния И = у//р , где V - скорость сдвиговых (продольных) волн в поро
дах, равная для большинства из них 2500 м/с. По относительным
величинам амплитуд резонансных частот Ар оценивалась интен
сивность расслоений на соответствующих расстояниях: чем больше
нарушенность контакта между слоями, тем выше амплитуда резо
нансной частоты.
Границы зон напряженно-деформированного состояния при
забойной части пласта в тех же пунктах наблюдений устанавлива
лись по графикам изменения энергии и амплитуды высокочастот
ной составляющей акустических сигналов при бурении шпуров на
глубину до 6 м. Величина зоны отжима пласта соответствует рас
стоянию от забоя выработки до интервала шпура, на котором заре
гистрирована максимальная энергия акустического сигнала, а зоны
разгрузки - расстоянию до интервала с максимальным градиентом
падения амплитуды высокочастотной составляющей сигнала. Ме
стоположению максимума опорного давления соответствует интер
вал шпура с минимальным уровнем энергии акустического сигнала.
Указанный комплекс исследований выполнялся перед выем
кой угля в лавах, а затем через каждые 25...30 мин после прохода
комбайном пункта наблюдения. В общей сложности выполнено 15
циклов наблюдений (по 3 в каждой лаве) при длительности цикла
до 3 часов. Идентичность технологии ведения очистных работ в
лавах, поведения угольных пластов и пород в неопасные по выбро
сам зонах, а также однообразие методики выполнения геоакусти-
ческих наблюдений обусловили, по-видимому, несущественность
различия полученных результатов, что позволяет объединить их в
общую совокупность данных и анализировать характер изменения
определяемых параметров по средним значениям.
На рис. 1 приведены графики изменения размеров зон от
жима ( от, разгрузки I ри расстояния до максимума опорного дав
ления ( он во времени /, которые удовлетворительно описываются
выражениями:
* „,= «+ (),(Н З^е"0'06', (1)
при Т) = 0,79 ±0,21; НА =3,5 >3;
( р =в+0,П/1’06̂ "0'026', (2)
при т] = 0,97 ± 0,03, Я4 = 28,8 >3;
=«+0,037/и1«-чмш', (3)
при т) - 0,97 ± 0,03; ЯЛ = 31 >3,
где в - численное значение исходных величин 1от, ( ри ( оп , из
меренных в пунктах наблюдений перед началом выемки угля ком
байном, то есть при I =0, и равные соответственно 1,12 м, 2,58 м и
4,42 м; 7] — корреляционное отношение; НА - надежность связи.
Здесь же приведен график изменения максимальной начальной
скорости газовыделения ^ П1Х на интервалах шпуров в пределах
разгруженной призабойной части пласта.
Рис. 1. Изменение зон отжима, разгрузки, расстояния до
максимума опорного давления ( и максимальной начальной скоро
сти газовыделения из шпуров я"1** во времени / : 1 - зона отжима;
2 - зона разгрузки; 3 - максимум опорного давления; 4 - скорость
газовыделения.
103
Как видно из рис. 1, после прохода комбайном пункта на
блюдения начинается увеличение зон отжима и разгрузки приза
бойной части пласта и смещение максимума опорного давления
вглубь массива, которые достигают максимальных величин спустя
30...40 мин. За это время зона отжима увеличилась на 0,48 м по
сравнению с исходной величиной, зона разгрузки - на 1,9 м, а зона
максимума опорного давления сместилась на 0,9 м, соизмеримых с
шириной вынутой полосы угля. При этом максимальная величина
начальной скорости газовыделения возросла с 2,3 л/мин до 8,8
л/мин. Затем, в течение около 3-х часов происходит постепенное
уменьшение величин этих зон и газовыделения до стабилизации их
на уровне исходных значений, измеренных перед началом выемоч
ного цикла. Можно утверждать, что обратное перемещение эпюры
напряжений в сторону очистного забоя усиливает внутримассивное
деформирование пласта и способствует дегазации его за счет вы
теснения десорбировавшегося метана в выработку.
Природа неизвестных ранее возвратно-поступательных ми
граций зон напряженно-деформированного состояния призабойной
части пласта обусловлена геомеханическими процессами, проте
кающими во времени в породах кровли. Вследствие опускания
породной толщи в выработанном пространстве происходит расчле
нение ее на слои, создающие пригрузку на призабойную часть
угольного пласта. Совершенно очевидно, что чем больше мощность
отделившегося слоя и нарушенносгь контакта его с вышележащей
толщей, тем больше создаваемая им пригрузка на пласт. На рис. 2,
а пунктирами показаны расслоения пород кровли, наблюдавшиеся
перед выемкой угля и через различные промежутки времени, рас
стояния до которых от пласта определялись по резонансным часто
там в спектрах акустических сигналов, возбуждаемых ударами по
кровле. Как видно из этого рисунка, расслоения происходят на рас
стоянии от 4 до 20 м от пласта, причем магистральные, местополо
жение которых оставалось стабильным в течение всего периода
наблюдений, находятся на удалении 4...9 и 10...20 м. Иногда, глав
ным образом, спустя 30...40 мин. после выемки полосы угля в
пунктах наблюдений, появлялись “кратковременноживущие” ло
кальные расслоения вблизи магистральных, свидетельствующие об
интенсификации процесса формирования последних.
Для анализа динамики изменения во времени интенсивно
сти расслоений, оцениваемой по амплитудам резонансных частот
при соответствующих дальностях расположения этих расслоений,
численные значения указанного показателя нарушенности меж-
слоевых контактов сгруппированы в две совокупности: одна при
дальности расслоений И > 10 м, а вторая при И <10 м. Породные
толщи, в пределах которых произошли расслоения согласно приня
тым диапазонам дальности их расположения, показаны штрихов
кой на рис. 2, а. Графики изменения интенсивности расслоений А
104
во времени I в том и другом диапазоне расстояний до них от пла
ста приведены на рис. 2, б и с достаточно высокими показателями
тесноты и надежности корреляционной связи описываются одно
типными с (1), (2), (3) выражениями:
при А > 10 м Ар =с + 2,56-КГ5*5-85*-0'23', (4)
т) = 0,99 ± 0,01,04 = 1154 >3;
при А <10 м Ар =с+6,1-10‘‘15»11’133е 0,1881, (5)
7 = 0,97 ±0,03; НА = 28 >3,
где с - численное значение Ар до прохода комбайна по выемке
угля в пункте наблюдения.
Рис. 2. Изменение дальности расслоений И пород кровли (а) и
интенсивности их Ар (б) во времени 1: 1 - Л ̂10 м; 2 - А <10 м.
105
Как видно из этих графиков, в исходном состоянии перед
выемкой угля в пункте наблюдения интенсивность расслоений
вблизи пласта и на удалении более 10 м от него по сути одинакова,
что свидетельствует о наступившей стабилизации формирования
их за время отстоя лавы после предыдущего выемочного цикла.
При последующем цикле выемки угля практически сразу же вслед
за комбайном начинает повышаться в первую очередь интенсив
ность расслоений, находящихся на удалении 10 м и более от пласта,
достигая максимальной величины спустя 25...30 мин, после чего
происходит спад ее до стабилизации. Интенсивность же расслоений
вблизи пласта, расположенных на расстоянии до 10 м от него, на
чинает повышаться значительно позже и достигает максимума
только через 1 час после начала выемки, а затем также снижается
до стабилизации. В целом активный процесс развития межслоевых
деформаций пород завершается в течение 2-х часов.
Из сопоставления графиков на рис. 1 и 2, б следует, что уве
личение зон отжима и разгрузки призабойной части пласта, а так
же расстояния до максимума опорного давления во времени связа
но с ростом интенсивности расслоений пород кровли на значитель
ном удалении от пласта, а следовательно, смещением мощной по
родной толщи, оказывающей существенную пригрузку на приза
бойную его часть. Отставание развития расслоений в менее мощ
ной близлежащей к пласту породной толще, равнозначное кратко
временной задержке деформаций ее, обусловило последующую, но
менее значительную пригрузку, что привело к уплотнению угля,
ранее деформированного вышележащей толщей, и некоторому
уменьшению первоначально образовавшихся зон напряженно-
деформированного состояния призабойной части пласта. Причем,
наиболее изменчивой во времени, как оказалось, является зона раз
грузки. Но это обычное поведение углепородного массива на не
опасных по выбросам участках. Если же вследствие повышенной
спайности слоев произойдет задержка межслоевых деформаций и в
вышележащей породной толще, а следовательно, перемещение
опорного давления и образование зон отжима и разгрузки пласта
прекратится, то движущийся забой выработки войдет в область
повышенных напряжений, возобновление деформаций в которой
сопровождается, как правило, внезапными выбросами угля и газа.
Таким образом, расслоения пород кровли, их местоположение
относительно угольного пласта и изменение интенсивности разви
тия во времени предопределяют динамику формирования зон на
пряженно-деформированного состояния призабойной части пласта
и условия возникновения выбросоопасных ситуаций. Причем, пре
валирующим фактором стабильного образования этих зон по мере
подвигания очистного забоя, а следовательно, и отсутствия выбро-
соопасности, являются расслоения пород на удалении более 10 м от
пласта.
106
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лунев С.Г. Динамика напряженно-деформированного состояния
и выбросоопасности очистного забоя // Уголь Украины. -1999.
- № 1. С. 18-20.
2. Андреев В.П., Гликман А.Г. Геоакустический метод выявления
поверхностей ослабленных механических контактов / / Уголь. -
1985. - № 9.
УДК 622.838:69
УТОЧНЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ГОРНЫХ МЕР ЗАЩИТЫ
ОБЪЕКТОВ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
д.т.н. Кренида Ю.Ф. (Донецкий Государственный технический
университет)
В настоящее время имеется ряд классификаций мер защиты
зданий и сооружений от вредного влияния подземных горных вы
работок. К ним можно отнести классификацию, сложившуюся са
мопроизвольно, по отраслевому признаку. Это горные меры защи
ты, строительные мероприятия, ремонтные и наладочные работы
[ 1,2 ].
К горным мерам, как правило, относят такие которые непо
средственно мо1ут назначаться и использоваться действующим
предприятием по добыче угля. Это меры, связанные с изменением
технологии разработки пластов (закладка выработанного простран
ства, разработка пласта в несколько этапов, расходящимися за
боями, парными штреками, короткими забоями и др.). Меры, свя
занные с перепланировкой отработки запасов (частичная выемка
пластов по мощности и площади, разработка свит отдельными пла
стами с паузой не менее 2-х лет).
В последние годы появились меры защиты, которые можно
не связывать с действующим предприятием. Место приложения
защитного действия таких мер вынесено за пределы непосредст
венной области ведения горных работ (закладка выработанного
пространства старых горных выработок через скважины [3], спуск
воды с подтапливаемых участков земной поверхности в толщу гор
ных пород [16], подъем приповерхностного слоя горных пород [11],
выравнивание зданий и сооружений [14] и др.). Поэтому такие ме
ры, как правило, выпадают из поля зрения горняков, строителей, а
107
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-189701 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2664-17716 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T17:25:39Z |
| publishDate | 1999 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лунев, С.Г. 2023-04-20T17:46:24Z 2023-04-20T17:46:24Z 1999 Реология напряженно-деформированного состояния углепородного массива в очистном забое / С.Г. Лунев // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 1999. — Вип. 2. — С. 101-07. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 2664-17716 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189701 622. 831 ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Реология напряженно-деформированного состояния углепородного массива в очистном забое Article published earlier |
| spellingShingle | Реология напряженно-деформированного состояния углепородного массива в очистном забое Лунев, С.Г. |
| title | Реология напряженно-деформированного состояния углепородного массива в очистном забое |
| title_full | Реология напряженно-деформированного состояния углепородного массива в очистном забое |
| title_fullStr | Реология напряженно-деформированного состояния углепородного массива в очистном забое |
| title_full_unstemmed | Реология напряженно-деформированного состояния углепородного массива в очистном забое |
| title_short | Реология напряженно-деформированного состояния углепородного массива в очистном забое |
| title_sort | реология напряженно-деформированного состояния углепородного массива в очистном забое |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189701 |
| work_keys_str_mv | AT lunevsg reologiânaprâžennodeformirovannogosostoâniâugleporodnogomassivavočistnomzaboe |