книги / Сдвижение горных пород и земной поверхности под влиянием подземной разработки
..pdfнапластованию, плавный переход зоны обрушения в зону упоря доченного сдвижения пород, а также сползание слоев при при ближении выработанного пространства к земной поверхности.
По данным бурения контрольных скважин на участке гази фикации угольного пласта мощностью 2 ,2 м с углом падения до 64° установлено, что высота зоны обрушения пород по нормали к напластованию равна 4 —5 ± кратной выгазованной мощно сти. В нижней части зоны в пределах 1 —2 ± кратной мощности выгазованного пласта встречаются пустоты, перемешанные с углём или шлаком породы, что свидетельствует о неравномер ном заполнении выгазованного пространства и частичном пере пуске обрушенных пород в нижнюю часть выработанного про странства.
При разработке мощных (более 3,5 м) крутых пластов зона обрушения состоит целиком из беспорядочно обрушенных пород. Их обрушение прекращается после того, как размер сво бодного пространства между обрушенными перепущенными породами и обнаженной кровлей по падению пласта будет мень ше пролета обрушения кровли, т.е. свободное пространство аккумулируется в верхней части выработки.
Условие, при котором зона обрушения перестает увеличи ваться по нормали к пласту, предлагается определять из выраже ния:
т Н -Н (кр - 1)ЕА-
-----------]— — ^W(/+D’ |
(з.б) |
m+Ей/ |
|
1
где т — вынимаемая мощность пласта, м; Н —размер выработ ки по восстанию пласта, м; кп—коэффициент разрыхления
i
обрушенных пород кровли; ЕЛ/ —сумма мощностей отдель-
1
ных слоев обрушенных пород, м; /обр (/+1^ — пролет обрушения ( Ж ) —го слоя.
Выражение (3.6) можно использов?™ тля приближенного
вычисления величины зоны обрушения £/г/ при отработке кру тых мощных пластов. 1
Анализ условий формирования провалов земной поверхно сти, установленных по данным моделирования и натурных исследований, позволили представить механизм образования провалов при газификации крутых угольных пластов в следую щем виде.
На первом этапе выгазовывания угольного пласта происхо дит прогиб слоев пород его непосредственной кровли, их обру шение и скатывание в нижнюю часть выработанного простран ства. В этот период обрушения распространяются с опережени ем забоя по слабому породному слою, попадающему в пределы зоны обрушения. Это связано с раздавливанием краевой части слоёв слабых пород опорным давлением.
После увеличения размера выработанного пространства по восстанию пласта до таких пределов, когда начинает выполнять ся условие (3 .6), развитие обрушений при дальнейшем переме щении огневого забоя происходит в виде облома консоли пород ных слоёв, зависающих над забоем.
При дальнейшем выгазовывании угольного пласта наступа ет такой момент, когда целик угля и пород, попадающих в зону обрушения, достигает предельной величины, при которой про исходит его разрушение и образование провала земной поверх ности.
Образованию провала предшествует отрыв целика угля от массива. После отрыва целика происходит его медленное пере мещение по падению пласта, разделение породных слоёв на отдельные блоки с обрушением их в выработанное пространство.
Задача расчета угольных целиков, предохраняющих от про валов земную поверхность при шахтной разработке крутых угольных пластов, сводится к определению высоты зоны обру шения пород. Для условий Кузбасса установлена зависимость размера целика h' от высоты зоны обрушения породных слоев
и извлекаемой мощности пласта т:
С учетом максимального значения размера зоны обрушения пород ZA = 5т для рассматриваемых условий размер целика составит И .
При подземной газификации угольных пластов размер целика, обеспечивающего сохранение герметичности газогене раторов, зависит не только от горного давления, но и от степени трещиноватости угля и пород в зоне выветривания. Поэтому при расчёте целиков, предохраняющих от прорывов и утечек газа и дутья (агента) из подземного газогенератора, следует учитывать глубину и степень выветрелости горных пород и угля.
Выгазовывание мощных крутых угольных пластов проис ходит со значительным опережением у кровли, величина кото рого зависит от степени выветрелости угля, опорного давления и технологических режимов. По данным вскрытия отработан ных участков газификации опережение выгазовывания в кро вле пласта мощностью м в зоне выветрелых пород соста вляет 12—28 м.
Реакционная поверхность угольного пласта, по которой происходит выгазовывание угля, наклонена в сторону кровли. Угол наклона к горизонту 5Н изменяется в пределах 65—85°. На основании этих данных поправка к размерам оставляемого угольного целика при подходе огневого забоя к зоне выветрелых
пород определяется по формуле: |
|
AA' = m tg(ô„-90°+a), |
(3 .8) |
где 5Н —угол наклона реакционной поверхности пласта, гра дус, ôH = 85°;
а —угол падения пласта, градус.
Применительно к условиям подземной газификации размер
предохранительного целика определяется из выражения |
|
К = 10 т+ДА' |
(3.9) |
Методика расчета размеров предохранительных целиков при газификации свиты крутых пластов (независимо от порядка их отработки) заключается в следующем.
1. Определяется мощность пород между отдельными пласта ми свиты Mv М2,...МН.
2. Определяется отношение мощности пород в междупластьях к максимально возможной высоте зоны обрушенных пород:
М\ |
М2 |
Мп |
5щ |
’5/W2 ’ |
’ 5тп |
3.При М/(5т) >1 расчет величины целиков производится как для одиночного пласта h' = 10 т.
4.EomATj/^m,) < 1 , а М2/(5т2)>1, то определяется величи на общего целика для пластов т1и т2. h' = 1,72(Л/1 + mï + 5т2 + т2) т. е. с учетом образования общей зоны обрушения при отра ботке пластов т{и т2.
При образовании общей для нескольких пластов зоны обру шения расчет величины целиков ведется аналогично.
Контрольные вопросы 1 . Какое влияние оказывает сдвижение горных пород на тех
нологические процессы при скважинной добыче?
2 . Какие основные геомеханические задачи решают при скважинных методах разработки?
3.Назовите методы изучения геомеханических процессов.
4.Какие закономерности сдвижения земной поверхности используются при определении контуров выгазованного пространства?
5.Как влияет сдвижение горных пород на обсадные колон ны скважин?
6 . Какие особенности характеризуют процесс сдвижения при газификации крутых угольных пластов?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Орлов Г. В., Иофис М. А. Сдвижение горных пород и зем ной поверхности под влиянием подземной разработки. Учебное пособие. —М.: МГИД990.
2.Маркшейдерия: Учебник для вузов / Под ред. М. Е. Пев знера, В. Н. Попова. —М.: Издательство Московского государ ственного горного университета, 2003.
3.Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. —СПб., 1998.
4.Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений. —М.: Недра, 1988.
5.Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях. ВНИМИ; Состав.:
И.А. Петухов, Н. И. Митичкина, В. Н. Земисев и др.—М.: Недра, 1989.
6 . Сдвижение горных пород и земной поверхности при под
земных разработках / Под ред. В. А. Букринского и Г. В. Орлова.
-М .: Недра, 1984.
7.Турчанинов И. А., Иофис М. А., Каспарьян Э. В. Основы механики горных пород. —Л.: Недра, 1989.
8. Сдвижение и разрушение горных пород / С.Д. Викторов,
М.А. Иофис, С. А. Гончаров; [Отв. ред. К. Н. Трубецкой]. —М.: Наука, 2005.
9.Аренс В. Ж. Геотехнологические методы добычи полезных ископаемых. М.: Недра, 1986.
10 . Сдвижение горных пород при подземной разработке
угольных и сланцевых месторождений/А. Г. Акимов, В. Н. Земи сев и др. —М.: Недра, 1970.
11. Казикаев Д. М. Геомеханические процессы при совмест ной и повторной разработке руд. М., Недра, 1981.
Оглавление |
|
1.СДВИЖЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД И ЗЕМНОЙ |
|
ПОВЕРХНОСТИ ПОД ВЛИЯНИЕМ ШАХТНОЙ |
|
РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ....................................... |
5 |
1.1. Общие сведения........................................................... |
5 |
1.2.Формы и схемы сдвижения горных пород при подземной разработке пластовых месторождений.. .8
1.3Смещения и деформации в главных сечениях мульды ..18
1.4.Основные параметры процесса сдвижения,
их практическое применение ............................................... |
2 2 |
1.5. Факторы, влияющие на характер сдвижения |
|
горных пород и земной поверхности................................... |
28 |
1.6. Методы изучения процесса сдвиж ения.............................. |
33 |
1.7. Маркшейдерские наблюдения за сдвижением |
|
толщи горных п о р о д ................................................................ |
37 |
1.8. Наблюдения за сдвижением земной поверхности |
|
и деформациями подрабатываемых объектов ; .............. |
44 |
1.8.1. Типовые наблюдательные стан ц и и .............................. |
45 |
1.8.2. Специальные наблюдательные станции .................... |
50 |
1.9. Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности |
|
при подземной разработке угольных месторождений.. |
.58 |
1.10.Безопасная подработка зданий, сооружений, природных объектов и меры их охраны от влияния
подземных разработок ................................. |
|
77 |
1.10.1 Безопасная и предельная глубины разработки....... |
77 |
|
1 .1 0 .2 . Определение показателей суммарных |
|
|
деформаций для зд ан и й ............. |
'. ................................. |
83 |
1.10.3. Меры охраны подрабатываемых сооружений |
|
|
и природных объектов.................................................... |
|
86 |
1.10.4. Подработка природных и специальных объектов. . |
96 |
|
1.11. Построение предохранительных целиков...................... |
98 |
1.11.1. Построение предохранительного целика |
|
способом вертикальных разрезов для охраны |
|
жилого д о м а .................................................................... |
102 |
1.11.2.Построение, предохранительных целиков с пособом перпендикуляров. Построение предохранительного целика под линию
железной д о р о ги ............................................................ |
105 |
1.12. Управление сдвижением и деформациями |
|
горных пород и земной поверхности.......................... |
110 |
2.СДВИЖЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ
РУДНЫХ М ЕСТОРОЖ ДЕНИЙ............................................... |
122 |
2.1 Особенности процесса сдвижения горных пород |
|
и земной поверхности на рудных месторож дениях----- |
122 |
2.2 Условия обрушения земной поверхности. |
|
Углы сдвижения и углы разрывов ....................................... |
128 |
2.3 Влияние трещиноватости горных пород |
|
на процесс сдвижения породной толщи |
|
и земной поверхности............................................................ |
132 |
2.4 Особенности процесса сдвижения горных пород |
|
при совместной разработке месторождений |
|
подземным и открытым способами..................................... |
136 |
2.5 Маркшейдерские наблюдения за сдвижением |
|
горных пород и земной поверхности. |
|
Меры охраны сооружений ................................................... |
140 |
3.СДВИЖЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ СКВАЖИННЫХ (ФИЗИКО-ХИМ ИЧЕСКИХ) МЕТОДАХ ДОБЫЧИ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМ Ы Х ................................................. |
146 |
3.1 Общие сведения о скважинных методах добычи |
|
полезных ископаем ы х............................................................ |
146 |
3.2 Геомеханические процессы при скважинных |
|
методах добы чи ......................................................................... |
150 |
3.2.1Влияние геомеханических процессов на технологию извлечения полезных ископаемых .150
3.2.2Цели, задачи и методы изучения геомеханических
процессов ........................................................................... |
155 |
3.3 Особенности процесса сдвижения земной |
|
поверхности при подземной газификации |
|
пологих угольных пластов...................................................... |
159 |
3.3.1 Общие закономерности процесса сдвижения |
|
земной поверхности при шахтной разработке |
|
и подземной газификации угольных пластов............ |
159 |
3.3.2 Механизм сдвижения горных пород над |
|
выработанным пространством ..................................... |
166 |
3.3.3. Определение контуров выработанного |
|
пространства и степени отработки угольного |
|
пласта по данным наблюдений за сдвижением |
|
земной поверхности ...................................................... |
177 |
3.3.4 Влияние сдвижения горных пород на деформации |
|
обсадных колонн эксплуатационных скважин |
. . . .185 |
3.4 Геомеханические процессы при подземной |
|
газификации крутых угольных пластов ............................. |
188 |
3.4.1Влияние горно-геологических
игорнотехнических факторов на образование
провалов земной поверхности .. ; ................................. |
189 |
3.4.2 Механизм образования провалов и расчет |
|
предохранительных ц ел и ко в ......................................... |
190 |
Список литературы ........................................................................... |
195 |
Г еннадий В асильевич О р л о в
СДВИЖЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОД ВЛИЯНИЕМ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ
Режим выпуска «стандартный»
К омпью терная верстка и подготовка оригинал-макета П.В. Чувиков
Д изайн серии Е.Б. Капралова
Зав. производством Н.Ц. Уробушкииа
П одписано в печать 14 .07 .2010 . Ф ормат 60x90/16 . Бумага оф сетная № 1. Гарнитура «Tim es». Печать оф сетная. Уел. печ. л. 12,5.
Тираж 500 экз. И зд. № 2199 . Заказ 29-01/07-10 И ЗДА ТЕЛ Ь С Т ВО «Г О Р Н А Я КН И ГА »
ИЗДА ТЕЛ Ь С Т ВО М О С К О ВС К О ГО Г О С У Д А РС Т В Е Н Н О Г О ГО РН О ГО У Н И В Е РС И Т Е Т А
Оригинал-макет подготовлен в издательстве «Горная книга»
О тпечатано в О О О «Радугапринт» 115280 М осква, ул. А втозаводская, 25
Горное образование---------------------
119991 М о ск ва , Г С П -1 , Л ен и н ск и й п росп ект , 6, и зд а т ел ьст во «Г орн ая кн ига», И зд а т ел ь ст во М Г Г У ; т ел. (4 9 5 ) 2 3 6 -9 7 -8 0 ; ф а к с (4 9 5 ) 9 5 6 -9 0 -4 0 ; т ел ./ф а к с (4 9 5 ) 7 3 7 -3 2 -6 5