Файл: Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.06.2024
Просмотров: 119
Скачиваний: 0
Тогда формула (1.43) принимает вид |
|
|
|||
|
|
1,6 \ / G M . |
|
(1.44) |
|
Д л я |
условий крепких |
горных пород типа |
песчаника |
с т = 5 Х |
|
X I О5 кгс/м2 ; £ = 6-109 кгс/м2 . |
|
|
|
||
|
Rr= |
0,59)/~GB B |
|
(1.45) |
|
З а р я д ВВ при взрывании в стволе |
рассредоточен по всему се |
||||
чению |
забоя значительных |
размеров, |
поэтому |
на величину |
зоны |
трещпнообразования от конкретной точки борта ствола будет ока зывать влияние только часть заряда . Оценку взаимного влияния шпуровых зарядов примем по коэффициенту влияния взрыва со седних зарядов, равному 1,2—1,4.
Тогда для крепких пород Я т ш п ^ І . О - ь - І ^ м;
для слабых трещиноватых и угля Я т ш п ^ 2,2^2,5 м.
Величина /? Т тах является максимальной величиной радиуса трещпнообразования . Величина зоны активного трещпнообразова ния может приниматься (0,4—0,6)/?г п а х-
Эти положения в дальнейшем послужили основой дл я обосно вания и определения параметров способов борьбы с внезапными выбросами.
Полученные выводы |
подтверждаются |
данными |
эксперимен |
||||||
тальных замеров радиуса трещпнообразования при ведении |
взрыв |
||||||||
ных |
работ [41, 42, 43]. |
|
|
|
rL определяется |
|
|||
С |
учетом вышеизложенного |
величина |
в виде |
||||||
g ( l — Ь) 4- а |
rL+ba |
— |
|
1 |
+ 1. |
(1.46) |
|||
(а -f- л) ( 1 — sin р) |
(2 -f- п) sin р |
||||||||
|
п • |
Кй ctg р |
|
|
|||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
= |
2 sin р |
|
|
|
|
|
|
|
I — sin р |
|
|
|
|||
Предположив равенство коэффициента сцепления и угла внут |
|||||||||
реннего' трения по всем |
направлениям от ствола, можно |
по форму |
|||||||
ле (1.46) сделать оценочный расчет величины области |
неупругих |
||||||||
деформаций вокруг ствола, находящегося |
в мощном угольном пла |
||||||||
сте. |
Расчет произведен для пород с углом внутреннего трения 25° |
|||
при |
разных |
значениях коэффициента сцепления Ко и глубины |
рас |
|
положения |
забоя ствола |
диаметром в проходке 8 м. |
|
|
Н а рис. 17 показан |
график зависимости величины области |
не- |
||
ѵпругих деформаций вблизи забоя ствола от свойств горных пород и глубины от поверхности.
Величина области неупругнх деформаций |
|
rL = аН" + с, |
(1.47) |
где а, Ь, с — коэффициенты.
Используя метод наименьших квадратов, можно отыскать зна чения постоянных а и Ь и зависимость их от К. Постоянная с опре-
5Г
|
|
|
|
|
|
|
|
: |
|
г- |
|
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л1 . |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
s' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ш |
Я?0 |
|
Ш |
500 600 700 800 900 WOO 1100 |
|
|||||
|
|
|
|
Глубина, от поверхности.,» |
|
|
|||||
|
Рис. |
17. График зависимости величины области |
|
||||||||
|
неупругих |
деформаций |
вблизи |
забоя |
ствола |
|
|||||
|
от свойств горных пород |
и глубины от по |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
верхности: |
|
|
|
||
|
/— коэффициент сцепления горных пород К=5 |
кгс/см2 - |
|
||||||||
|
2 — / ч = і о |
кгс/смг ; 3 — /(=20 |
кгс/см5 : 4 — Л'=50 |
кгс/см 5 |
|
||||||
д е л я е т ся по графику, |
|
если |
з а д а в а т ь с я |
произвольными хи |
х2 и |
||||||
х3= |
VХіх2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
_ |
Уі'Л — |
У32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У1+У2 |
— |
ѴУз |
|
|
|
тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г А |
= |
(1,8 — 0 , 0 2 / С ) Я 0 |
, 0 0 5 . |
|
(1.49) |
|||
С целью проверки высказанных положений |
и уточнения |
х а р а к |
|||||||||
тера |
распределения |
напряжений |
горного |
массива в окрестности |
|||||||
забо я ствола проведен ря д экспериментальных работ в натурных
условиях. Следует отметить, что специфика условий |
|
проведения |
|||
стволов не позволяет применить те методы изучения |
напряженно - |
||||
деформированного состояния пород, |
которые с успехом |
применяют |
|||
в настоящее время в горизонтальных |
выработках . В данном случае |
||||
было применено дв а метода оценки |
напрях<сенного |
состояния: с |
|||
помощью |
гидравлических |
датчиков |
и по деформация м |
«скрытых» |
|
реперов. |
Д л я установки |
гидравлических датчиков использовались |
|||
45
в ы р а б о т ки действующей шахты, находящиеся вблизи проходимого ствола. Эксперименты проводили на шахте «Ноградская» комби ната Прокопьевскуголь при проходке ствола № 5. Ствол № 5 про водили для реконструкции шахты с поверхности, и он пересекал несколько угольных пластов вблизи действующих выработок. Б ы л о оборудовано две замерные станции: с расположением датчиков по
|
|
|
|
|
|
|
|
8=»* -О |
|
|
|
^ |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
51 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w |
О" |
|
[ |
|
|
|
|
|
|
|
-2,5 |
|
0 |
2,5 |
5 |
7,5 |
W |
12,5 |
|
|
|
s |
|
|||||||
|
|
|
|
|
Расстояние, |
|
м |
|
|
|
Рис. 18. Изменение напряжений в угольном пласте на |
||||||||||
разном |
расстоянии |
от |
ствола при |
расположении дат |
||||||
чиков |
по |
простиранию |
пласта |
(шахта |
«Ноградская», |
|||||
|
|
|
пласт |
VI Внутренний) |
|
|
||||
а — схема |
установки |
гидродатчиков; |
б — изменение |
показаний |
||||||
|
по датчикам; |
/, |
2, |
3 — номера |
гидродатчиков |
|
||||
простиранию пласта от контура ствола и по восстанию от контура |
|||||||||
ствола (рис. 18 и |
19). |
|
|
и |
|
|
|
|
|
По первой схеме датчики установлены по |
пласту V I |
Внутрен |
|||||||
нему при вскрытии его на |
гор. |
125 м. С к в а ж и н ы |
для |
установки |
|||||
датчиков бурили с промежуточного штрека с таким |
расчетом, что |
||||||||
бы расположить |
датчики |
в |
плоскости пласта в направлении его |
||||||
простирания от контура пересечения ствола |
с |
пластом. |
Расстоя |
||||||
ние от датчиков до борта |
|
ствола в плоскости |
з а л о ж е н и я |
датчи |
|||||
ков составило 10,8 м; 6 м |
и |
1,7 |
м. З а м е р н а я |
станция была |
обору |
||||
дована задолго до подхода |
забоя |
ствола к пласту. |
|
|
|
||||
46
На рис. |
18 показано |
изменение напряжений в угольном пласте |
на разном |
расстоянии |
от ствола при расположении датчиков по |
простиранию пласта. Из графика следует, что снижение давления масла в гпдродатчиках началось с расстояния 8 м по вертикали. Именно в этот момент было произведено обнажение пласта ство лом. Изменения напряжений в угольном пласте при подвигании
забоя |
ствола происходят |
непропорционально расстоянию до |
за |
|||||
боя ствола. По мере приближения забоя |
ствола |
интенсивность |
||||||
изменения |
напряжений |
возрастает. |
|
|
|
|||
Кроме |
того, |
видно, |
что |
по абсолютной |
величине |
напряжения |
в |
|
глубь |
массива |
изменяются |
т а к ж е не прямо |
пропорционально. Так, |
||||
при минимальном расстоянии 1,7 м изменение напряжений состав
ляет |
42% |
от |
первоначального; |
при 6 м — 1 9 , 6 % ; |
при 10,8 — 9,8%. |
||||
С |
отходом |
забоя |
ствола от |
плоскости расположения датчиков, |
|||||
т. е. |
ниже |
ее, напряжения п р о д о л ж а ю т уменьшаться, но |
у ж е со |
||||||
значительно меньшей |
интенсивностью. |
|
|
|
|||||
При отходе ствола на 85 м показания на манометрах были сле |
|||||||||
дующие: датчик № 1 — 25 кгс/см2 ; датчик |
№ 2 — 6 кгс/см2 ; |
датчик |
|||||||
№ 3 — 22 |
кгс/см2 . |
|
|
|
|
|
|
||
На рис. 19 приведен график изменения напряжения в угольном |
|||||||||
пласте на |
разном расстоянии от ствола при расположении |
датчи |
|||||||
ков |
вкрест простирания |
пласта. Д а в л е н и е |
масла |
по всем |
гидро- |
||||
датчпкам |
изменяется |
от |
2,5 до |
15,6%. По |
всем |
датчикам |
отме |
||
чается снижение давления масла до подхода забоя ствола к пло
скости датчика (наименьшее расстояние) |
и некоторое увеличение |
|
после отхода забоя ствола. На |
датчиках, |
расположенных д а л ь ш е |
от контура ствола, изменение |
давления |
масла соответственно |
меньше. |
|
|
Из сравнения полученных данных видно, что при пересечении пластов V I и I V Внутреннего имеются значительные отличия в из менении напряжений . Объясняются они, по-видимому, различными условиями.
Так, при пересечении пласта V I Внутреннего датчики были рас положены ниже места вскрытия пласта стволом на 8 м. Все изме нения показаний манометров происходили после вскрытия пласта стволом, т. е. основное действие ствол оказывал на датчики через угольный массив. При пересечении пласта I V Внутреннего датчики расположены были выше (датчики № 1, 3, 5) или почти в одной плоскости с точкой встречи ствола с пластом (датчики № 2, 4). Иначе говоря, влияние ствола на датчики проходило через пород ный массив. Все это предопределило разный характер изменения напряжений при подходе забоя ствола.
Анализ полученных |
данных |
приводит |
к следующим основным |
|
выводам . Н а ч а л о изменений напряжений |
в угольном пласте про |
|||
слеживается примерно с |
10—12 |
м от з а б о я |
ствола. |
|
После обнажения угольный |
пласт, |
особенно в прилегающей к |
||
забою зоне, значительно |
разгружается |
от напряжений . Так, на рас- |
||
47
стоянии 1,7 м пласт разгрузился до 42% от первоначальных напря жений.
Изменения напряжений в направлении напластования больше, чем вкрест напластования .
•5 |
-Z,S |
0 |
2,5 |
5 |
7,5 |
W |
12,5 15 |
|
|
|
Расстояние, |
м |
|
|
|
Рис. 19. Изменение напряжении в угольном пласте на разном расстоянии от ствола при расположении датчиков вкрест про
стирания |
пласта |
(шахта «Ноградская», пласт -IV Внутрен |
|
|
ний): |
а — схема |
установки |
гидродатчпков; б — изменение показаний по дат |
чикам: 1—5 — номера гидродатчиков
Последнее подтверждает положение о неравномерности напря жений вокруг ствола, пройденного в наклонно : слоистом массиве, высказанное в работе А. Я. Синяева [44] .
Используя решение А. Я. Синяева, произведен расчет величи ны дополнительных напряжений в направлении вдоль и поперек наслоения в зависимости от угла залегания пород (табл. 13).
48
К а к видно из табл . 13, |
начиная |
примерно с угла |
залегания |
|
пород в 30° величина напряжений вблизи |
выработки зависит от на |
|||
правления вдоль или вкрест наслоению |
пород. |
|
||
Д л я оценки характера |
распределения |
напряжений |
впереди за |
|
боя ствола проведены экспериментальные работы по замеру сме
щений угольного массива как в период |
остановки забоя, |
так и не |
|||||||||||
посредственно |
после |
|
выемки |
|
|
Т а б л и ц а |
13 |
||||||
очередной |
заходкн. С |
учетом |
|
|
|||||||||
трудности |
проведения |
подоб |
|
|
Дополнительные н а п р я ж е |
||||||||
ных |
работ |
в забое ствола |
при |
|
|
ния на кромке |
борта ствола, |
||||||
менена |
методика замеров сме : |
Угогол |
зале |
доли |
уп |
|
|||||||
|
|
|
|||||||||||
щений |
массива |
по скрытым ре |
гания |
пород а |
вкрест про |
по простира |
|||||||
|
|
||||||||||||
перам, |
|
используемая |
во |
|
|
стирания |
нию пород |
||||||
|
|
|
пород |
||||||||||
В Н И М И , |
со следующими |
из |
|
|
|
|
|
||||||
менениями. |
|
|
|
|
|
|
0 |
0,2500 |
0,2500 |
||||
|
Н а |
рис. 20 |
приведена |
схе |
|
15 |
0,2643 |
0,2723 |
|||||
ма |
измерения |
деформаций |
|
30 |
0,3105 |
0,2757 |
|||||||
|
45 |
0,3994 |
0,2198 |
||||||||||
угольного |
пласта |
из |
забоя |
|
|||||||||
|
60 |
0,5181 |
0,1254 |
||||||||||
ствола |
с |
помощью |
|
скрытых |
|
75 |
0,6432 |
0,0386 |
|||||
реперов. |
|
|
|
|
|
|
|
90 |
0,6656 |
0,0031 |
|||
|
Перед |
взрывными |
работами |
|
|
|
|
|
|||||
по |
взятию очередной |
заходки |
|
|
|
|
|
||||||
убирается |
ближний к забою |
репер |
(для этого |
проволочка, удержи |
|||||||||
в а ю щ а я деревянную |
втулку, |
не о т л а м ы в а е т с я ) . При помощи |
спе- |
||||||||||
Рис. 20. |
Схема измерения деформаций .угольного пласта |
из забоя |
ствола |
|||
|
|
с помощью скрытых реперов: |
|
|
|
|
а — с х е м а |
расположения реперов и герметизирующей пробки |
относительно |
з а б о я |
|||
ствола- б — схема установки герметизирующей пробки; в — схема |
замера деформаций; |
|||||
/ — песок- |
2 — г е р м е т и з и р у ю щ а я пробка; 3 — р е п е р ы Pi, р 2 и |
р 3 ; 4 — приспособление |
||||
для установки |
пробки; 5 — з а м е р н а я |
втулка; 6 — измерительная стойка с индикатором; |
||||
|
|
7 — с о с т а в н а я штанга; |
(/ — глубина очередной |
заходки) |
|
|
4 Е. С. Розанцев |
и др . |
|
|
|
49 |
|