Файл: Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов..pdf

/п е

р

= |

/

<7і

(1.86)

Д л я

условия

заделки

в

породы

лежачего

бока

отличия

будут

в величине qi,

в соответствии

с прочностными

характеристиками

пород.

Н и ж е

приведен

расчет

величины

/О П ор дл я

условий

угольного

массива

при

глубине

ствола

500

м.

Значения

величин

[<т]С м и

[ т ] С р принимались

с

учетом

объемного

напряженного

состояния

массива

в области,

прилегающей

к углу

ствола

(табл.

31).

Т а б л и ц а 31

Коэффнцнент

крепости угля

/

Показатели

0 . 3

0,5

0,7

1 ,0

Предельное

напряжение

смятия

[ с ] с м ,

30

50

70

100

Предельное

напряжение

среза

[т]С р.

48

52

57

72

Величина

опережения крепью забоя

ство-

231

194

167

142

Сила выдергивания стержня каркасной крепи из бетона по­

стоянной

крепи

ствола

^ в ы ц

~

^а-еі 4ад^сц>

(1-87)

где

d 0 T

— диаметр

стержня;

/зад — длина

заделанной

в

крепь

ствола

части

стержня;

Rm—удельное

сцепление

бетона

с арматурой .

Величина

Ясц

определяется

из

в ы р а ж е н и я

1007?

(1.88)

200 + Я

где

R — кубиковая

прочность

бетона

(его м а р к а ) .

С другой стороны, из условия

максимального

изгиба

стержня

на

угол,

равный углу

з а л о ж е н и я

ß,

величина

силы

выдергивания

^ B

H f

l = ^ p

a 6 s i n ß .

(1.89)

Используя

уравнения

(1.88)

и

(1.89),

имеем

4ад

qlp а б sin ß

(1.90)

J T G Î Ç T ^ C U ,

Величина

q

определяется

из

в ы р а ж е н и я

(1.82).

Учитывая, что Оетон крепи ствола к моменту работы

стержней

еще не наберет наибольшую прочность, можно дл я расчета

при­

нять R = 200 кгс/см2 , тогда /? с ц =5 0 кгс/см2 , а минимальная

вели­

чина заделки, рассчитанная для работы в наихудших

условиях,

равна 29,4 см. Практически можно принимать дл я любых

условий

пологого

пласта

с /=0, 5 при давлении газа в і пласте 20

кгс/см 2 и

величине

заходки

1 м. По формуле (1.81) имеем Л = 206.

Моменты

равны

12,6

см 4 ;

30,4 см 4

и 63,5

см 4 .

Подставив

значения

А

и

/

в

формулу

(1.81)

при

применении

стержней

диаметром

4,5

и

6 см число их на

1 м периметра ствола

должно

быть не менее

16,3;

6,7

и

3,2. Очевидно,

дл я

данных

условий

наиболее

приемлемы

стержни диаметром 5—6 см. Общее их число для ствола

диамет ­

ром

8 м д о л ж н о

быть 26 или 54.

Необходимо

заметить,

что область

применения каркасной

кре­

пи как упрочняющей угольный массив ограничивается

коэффи­

циентом крепости угля от 0,3 до 1.

При

коэффициенте крепости

угля

менее

0,3

к а р к а с н а я

крепь

рекомендована

быть

не

может,

а при коэффициенте крепости угля свыше

1 она

выполняет

только

функции о г р а ж д а ю щ е й крепи. В этом

случае число стержней

д о л ж ­

но

приниматься

не менее

3 на 1 м периметра

ствола.

Каркасную

крепь

при

вскрытии угольных пластов неоднократ­

но

применяли

на шахтах

Воркуты в

виде

о г р а ж д а ю щ е г о

каркаса

с пересечением

пласта

за

один

прием

(шахты

«Воркутинская»

и

№

I ) , в К а р а г а н д е при пересечении мощных выбросоопасных

пла­

стов

(шахты

им. 50 лет

Октября

и им. Костеыко), в Кузбассе

при

Способы

борьбы с внезапными

выбросами, применяемые из

з а б о я ствола,

ка к правило, приводят

к нарушению нормального

выбросоопасыых

пластов,

будет

производиться, как д л я неопасных

условий (хотя

д л я выработок

действующей шахты, с которых

углубляют ствол, вводят

режим

сотрясательного в з р ы в а н и я ) . На

а — п р и вскрытии пологого пласта и расположении

выработки в породах; б— пра

расположении выработки в пласте: s — при

вскрытии

крутого пласта и расположении

выработки

в породах

рис. 45 представлены основные наиболее рациональные

схемы

расположения

дегазационных

скважин, пробуренных из вырабо ­

ток шахты

д л я вскрытия пластов пологого

(а,

б)

и

крутого

зале ­

гания

(ß) с

бурением

с к в а ж и н

через

породу

(а,

в)

и

по угольному

пласту

(б).

В о з м о ж н ы

т а к ж е

и другие

схемы

применения

известных

спосо­

женного состояния пласта и в м е щ а ю щ и х

пород.

Известно, что зависимость проницаемости от

механической на ­

грузки в ы р а ж а е т с я экспоненциальным уравнением

K =

ae~bP,

(1.91)

где

о, и b — константы;

р — механическая

нагрузка .

В области концентрации напряжений по всему периметру

ство

ла газопроницаемость угля резко снижается,

что затрудняет

ф и л ы •

рацию газа. Таким образом, вокруг з а б о я

ствола возникает

газе

вый барьер. Последний решающим образом

влияет

на выбор

схе­

мы

з а л о ж е н и я

д р е н а ж н ы х

и

увлажнительных

скважин

по

сле­

д у ю щ и м причинам.

Во-первых,

радиус влияния

к а ж д о й

из

с к в а ж и н

в зоне

кон­

приходится

з а к л а д ы в а т ь по

внешней

кромке

кольца

повышенных

напряжений .

При этом следует учитывать т а к ж е диаметр ствола, от

кото­

рого зависит размер области с повышенной

частотой

з а л о ж е н и я

скважин, по следующей причине.

В ходе

аналитического

решения

задачи

о распределении

н а ­

ловине

д и а м е т р а

ствола. Следовательно,

при проведении

стволов;

большим диаметром

ширина

пояса

повышенных н а п р я ж е н и й

больше.

В пределах сечения забоя ствола величина разгруженной об­

ласти в глубь массива зависит

от

расстояния рассматриваемой'

точки

массива от

оси

ствола и

величины

напряжений,

принятой

выброса. Так, если

д л я

условий Кузбасса

критическую глубину

по

возможности возникновения

внезапного

выброса

принимают

150

м, то граничной

величиной будет напряжение 40 кгс/см

2 . М а к ­

симальное удаление граничных

напряжений

от плоскости

забоя-

ствола наблюдается

по

оси ствола, минимальное — у

борта. Учи--

можно считать, что профилактические мероприятия

необходимы

прежде

всего в области

пояса

вокруг

ствола.

Однако такое положение возможно только до определенной

глубины, так как с ее

увеличением

область

разгруженной

части

массива

уменьшается .

Н а рис.

46

показано

изменение

простран­

ственного

положения

изолинии

40

кгс/см 2

с увеличением

глубины

от 300 до 1000 м по данным

аналитических

расчетов

для

упругой

изотропной

среды.

И з

графика

видно, что

для

стволов

диаметром

4

м

у ж е

с глубины

400

м

профилак ­

тические

мероприятия

необ­

ходимо

проводить

по

всему

сечению

ствола.

Д л я

ство­

лов

диаметром

8 м

такие

требования

по

данным

ана­

Z00

400

S00

800

WOO

литических

расчетов

д о л ж ­

ілубина

от поіерхности,

»

-

ны

предъявляться

начиная

примерно

с глубины

600—

Рис.

46.

График

зависимости

расстояния от

700

м.

забоя по оси ствола до изолинии 40

кгс/см2

Исходя

из

условия,

что

от глубины

до

поверхности

для

ствола

диаметром 4 м

при подходе ствола к пласту

в любом

случае

нежелательно

появление

в нем

перед

обнажением

является

постоянным и в

к а ж д о м

отдельном случае

принимается

/ > 0 , 5 D .

При пересечении

тонких

крутых

или

мощных

пластов

с л ю б ы м углом падения, где кольцо повышенных

напряжений будет

постоянно сопутствовать

проходке

по

углю, угол

наклона

пучка

этих

напряжений

определяет п а р а м е т р ы з а л о ж е н и я

увлажнитель ­

ных или д р е н а ж н ы х скважин .

Исключением

является

проходка

ствола

с применением

к а р к а с ­

ной (передовой) крепи. Металлические

прогоны

к а р к а с а ,

введен­

ные

в с к в а ж и н ы

и з а л и т ы е бетоном, позволяют как

бы

заморозить

зону

концентрации напряжений и

не

д а ю т

возможности реализо ­

ваться потенциальной энергии угля .

П р и м е н я е м ы е

способы

борьбы

с выбросами

характеризуются

нения свойств угля в массиве. С этими

ф а к т о р а м и т а к ж е

прихо­

дится считаться, хотя при сравнительно

малой скорости

подвига-

ния з а б о я

ствола они не являются определяющими, за исключением

проходки стволов с предварительным нагнетанием воды

в

уголь ­

ный пласт

(с у в л а ж н е н и е м ) ,

когда следует учитывать

изменение

физико-механических свойств

не только

у в л а ж н я е м о г о угля, но и

горной породы, пересекаемой

увлажнительными с к в а ж и н а м и .