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

где

Р — величина начального

бокового распора,

определяемого

весом

толщи пород.

З а д а в а я с ь

различными значениями а и г, можно

оценить влия ­

ние

диаметра

ствола

и в радиальном направлении

от ствола.

Н а

рис.

14,о представлен

график

зависимости напряжений от

диа-

6

1

H-700M

H ••500 H

0

Çr

H =JO0M

іY

г

<• s

s

w

tz /*

Расстояние am забоя по оси

ствола,»

Рис. 15. Распределение напряжении а:

при

размой

глу­

бине

расположения

забоя

ствола:

а — 300

м; б — 500

м; в — 700 м; г

— характер распределения

на­

пряжений по осевой линии ствола

метра ствола в

радиальном

направлении

от

его

борта в

сторону

массива горных

пород. К а к

видно

из графика, изменение

диамет ­

забоев

стволов.

М о ж н о принять,

что при увеличении

глубины

при неизменных

остальных условиях,

о к р у ж а ю щ и х забой

ствола, характер

распре­

деления

напряжений

остается неизменным. Тогда

н а п р я

ж е н и я в

одной и

той

ж е

точке массива относительно забоя

с увеличением

глубины

будут

отличаться

только по

абсолютной величине. Ана ­

лиз

данных

рис. 15 показывает, что

если принять

за

безопасную

по

выбросам

для стволов

глубину,

например, 200

м

(изолиния

внезапным

выбросам

угля и

газа

при увеличении

глубины.

Так,

если

«безопасная»

изо­

линия

50

кгс/см2

при

глу­

бине 300 м в центре

забоя

ІІ.О

находится

на

расстоянии

3,2

м,

то

при

глубине

500

м — на расстоянии 2,2 м,

1

а при глубине 700 м — 1,6 —

Л

1,7

м.

По-видимому,

с

уве­

.г

личением

глубины

возника­

ет

необходимость в

умень­

шении

величины

заходки.

Угольные

пласты

зале ­

е.

3

гают обычно

в

породах

от­

носительно

прочных

и

зна­

'

и

и

tu

і£.

I t

/і

Расстояние

am забоя

в глубь

чассиба

,

чительно отличающихся

по

Рис. 16. График зависимости величины уп­

свойствам

от

углей.

Поэто­

му

представляет

интерес

ругих

деформаций

горных

пород от

рас­

стояния

до

забоя

ствола:

различие

в

распределении

/ — деформации угольного массива:

2 — д е ф о р м а ­

напряжений

в

прочных

по­

ции

породного массива

родах и менее

прочных

уг­

лях. Учитывая,

что

имеющиеся материалы

получены

на

основе

условий

упругого

изотропного

массива, характер

распределения

ности материала,

однако

величины

напряжений

и

перемещений

будут разные . П о имеющимся

материалам представляется воз­

можность

сделать

такую

оценку

по

величине,

например,

верти­

кальных

перемещений

W.

Используя полученные численные решения и задавшис ь значе­

ниями модуля

упругости

дл я

угля

и пород,

вычислим величины

перемещений

по линии

от

ствола в зависимости от расстояния

до

плоскости забоя ствола. В

расчетах принят модуль упругости угля

£ у = 2-104

кгс/см2 ,

породы

типа

песчаников

£ „ = 9 , 5

-104

кгс/см2 .

На рис. 16 приведен

график

зависимости

величины

упругих

деформаций

горных

пород

от

расстояния

у забоя

ствола.

По

рис. 16 можно установить, что зависимость деформации

упругого

восстановления от расстояния

до забоя ствола

W = W0e~bx,

(1.36)

где W0— деформации на

плоскости

забоя;

Ъ — постоянная

величина;

X — расстояние от забоя

до

рассматриваемой

точки

массива.

W = W0e-°-u*.

(1.37)

В условиях реальных горных пород после внедрения

выработ­

ки в массив вблизи выработок вследствие «оживания»

многочис­

ленных поверхностей ослабления (поверхностей напластования,

ций (область предельно - напряженного

состояния) .

Д л я

условий

горных пород

К. В. Руппенейт [36]

предложил

определять

область неупругих деформаций по формуле

rL

— (1 — sin р)

у/»

1

(1.38)

Ко ctg р

где

Ко—-коэффициент

сцепления

породы

в

ненарушенном

мас­

сиве.

Однако при проведении выработок раскрываются

естественные

трещины, а

т а к ж е

образуются

новые

как

за

счет

влияния

самой

выработки,

так и

в

результате

ведения

взрывных

работ.

Послед­

няя причина для стволов, где величина зарядов значительно

боль­

ше,

чем,

например,

в

квершлагах,

имеет

особо

в а ж н о е

значение.

В непосредственной близости от з а р я д а ВВ наблюдаются

види­

мые нарушения массива в виде заколов и трещин.

Н а

некотором

удалении

от заряда

ВВ

наблюдаются

'остаточные

деформации .

Эти деформации характеризуются

тем, что при прохождении

волн

происходит

нарушение

естественных

связей

(сцепления)

между

отдельными

блоками

и

ослабление

массива

по

контактам

слоев.

От такого воздействия

изменяются

не только

состояние

среды,

по

и показатели, которые определяют прочность

массива пород.

Измерения состояния среды по величине

акустической

жестко­

сти [37] показали,

что

д а ж е

на

глубине

12

м

для скальных

пород

средней

крепости

величина

сцепления

в

1,25—1,3

р а з а

меньше,

чем в нетронутом

массиве.

Величина коэффициента сцепления при этом

может

быть

опре­

делена из выражения

,

* =

К

о

(

і ( 1 - 3

9

)

где

г—расстояние

от

кромки

забоя

до

рассматриваемой

точ­

ки, м;

« — коэффициент,

учитывающий

характер

породы

при

дей­

ствии взрыва; для большинства горных пород, по

дан ­

ным Г. И. Покровского и И. С. Федорова

[38], равный

3;

Ъ — коэффициент,

зависящий

от

размеров

зоны

повышен­

ной трещиноватости и размеров

выработки

o =

( l - ß ) ( r l

+

^

-

Y

,

(1.40)

\

Ко У

где ß — к о э ф ф и ц и е н т ,

зависящий

от

прочности

горных

пород, в

среднем

равный

0,8—0,95 [39];

а — р а з м е р

зоны

повышенной

трещиноватости

(определяется

аналитически

пли экспериментально),

м;

Ro— радиус выработки, м.

Р а з м е р зоны повышенной трещиноватости можно оценить по

величине радиуса трещинообразования от взрывных

работ.

При

расчетах

радиуса

трещин,

образуемых

при

взрывании

з а р я д а

ВВ, используется

формула [38]

вв

_ ,

™

( L 4 1 )

где

о т

— напряжение, при котором

образуются

удаленные

сфе­

рические

трещины;

Geb — вес

з а р я д а ;

RT

— расстояние

от

центра

з а р я д а

до

границы

зоны,

где

трещины

отсутствуют;

Е — модуль упругости

горной

породы;

U\ — удельная

энергия

взрыва;

у — объемный

вес породы.

Известно, что взрывные работы в стволах ведут в режиме ко-

роткозамедленмого

взрывания

в

несколько

серий.

Очевидно,

при

взрывании

з а р я д а

в несколько

серий

радиус образования трещин

будет меньшим, чем при взрывании его мгновенно.

Воспользовавшись

данными

по изучению

сейсмического

эффек ­

та от группы зарядов короткозамедлеиного

взрывания,

по

а н а л о ­

гии можно принять, что вес одного

з а р я д а

при

короткозамедлен -

ном взрывании

соответствует

2/3

веса з а р я д а

мгновенного

взры­

вания [40]. Кроме того, можно

принять постоянными

величины

И\ и у.

Удельная энергия

взрыва

для

большинства

взрывчатых

ве­

ществ

Ui = 3-105

кг

у = 2500

кг/см3 . Тогда

формула

(1.41)

при-

нимает

вид

Gm

VE

стт = 2,47

в в

' з

,

(1.42)

откуда

з / •

1

К

=

•ш

2 , 4 7 G R R £ -

(1.43)

1/

•

Воспользовавшись

данными

[38] по практическому определению

RT д л я условий трещиноватых

слабых пород, имеем а т = 2,7Х

Х Ю 4 к г с / м 2 , £ = 2 - 1 0 9

кгс/м2 .