Подготовка шахтного поля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция 1. Способы и схемы подготовки шахтного поля

Способы подготовки шахтного поля.

Способ подготовки шахтного поля или его части - расположение подготавливающих выработок в шахтном поле или его части относительно пласта и элементов его залегания.

По расположению подготавливающих выработок относительно пласта различают способы подготовки:

Пластовый способ

Полевой способ

Пластово-полевой (комбинированный) способ.

Пластовый способ подготовки - способ, при котором весь комплекс подготавливающих выработок проводится по пласту.

Достоинства способа:

Попутная добыча угля.

Получение дополнительной информации об элементах залегания пласта.

Более высокая скорость проведения выработок и малая продолжительность подготовки.

Недостатки:

Дополнительные расходы на поддержание выработок.

Ограниченная область применения на пластах опасных по внезапным выбросам угля и газа и пластах склонных к самовозгоранию.

Полевой способ подготовки - способ подготовки, при котором весь комплекс подготавливающих выработок проводится по породе.

Достоинства:

Расположение выработок вне зоны влияния очистных работ.

Хорошие условия поддержания выработок, длительных срок безремонтной эксплуатации выработок.

Возможность применения способа на пластах, склонных к самовозгоранию.

Недостатки:

Сложные условия проведения выработок, особенно при пород >5-6.

Низкие темпы проведения выработок и большая продолжительность подготовки пластов.

Пластово - полевой (комбинированный) - способ подготовки представляет собой комбинацию описанных выше способов.

При подготовке пластов в свите различают два способа:

Индивидуальная подготовка

Групповая подготовка

Индивидуальная подготовка - способ, при котором весь комплекс подготавливающих выработок проводится для каждого пласта. Индивидуальная подготовка может быть как полевой, так и пластовой. Способ применяется при мощности междупластий >50 м. Отработку пластов при индивидуальной подготовке производят раздельно или совместно.

Групповая подготовка - способ подготовки при котором комплекс подготавливающих выработок (групповые выработки) используется для одновременной отработки двух и более пластов.

1, 2, 3 - групповые штреки; 4 - промежуточные квершлаги; 5 - погашенные участки пластовых штреков; 6 - этажный откаточный квершлаг; 7 - клетьевой ствол; 8 - скиповой ствол.

Группирование - объединение пластов выработками для совместной их отработки. Группирование применяется при мощности междупластий менее 50м. При группировании общими являются выработки транспортного горизонта и часто выработки вентиляционного горизонта.

Схема группирования крутых пластов на задний квершлаг (А) - группировка, при которой поддерживается задняя часть пластового штрека по отношению к очистному забою (направление транспортирования угля и направление подвигания очистного забоя не совпадают. Сближенные пласты чаще всего отрабатываются в нисходящем порядке. Восходящий порядок применяется для тонких и средней мощности пластов при мощности междупластий 6м и более при полном обрушении и 3м при полной закладке. Кроме того такой порядок применения для мощных удароопасных и выбросоопасных пластов и пластов, склонных к самовозгоранию.

Схема группирования крутых пластов на передний квершлаг (Б) - группировка, при которой поддерживают опережающую часть пластового штрека по отношению к очистному забой (направление транспортировки угля совпадает с направлением подвигания очистного забоя).

Схемы подготовки шахтного поля.

Схема подготовки - характерное расположение объединенных с учетом функционального назначения в единый комплекс подготавливающих выработок, обеспечивающих деление шахтного поля на готовые к выемке части. Различают следующие схемы подготовки шахтного поля:

Погоризонтную

Панельную

Этажную

Комбинированную

огоризонтная схема подготовки - пространственное расположение горных выработок, делящее шахтное поля транспортными горизонтами на выемочные ступени, отрабатываемые затем по падению и восстанию.

Область применения - пласт с 100. Размер выемочной ступени по простиранию равен размеру шахтного поля, размер по падению 400 - 2600м.

Различают следующие виды схемы.

С разделением транспортного и вентиляционного горизонтов.

С совмещением транспортного и вентиляционного горизонтов.

Достоинства

Низкие кап. затраты.

Быстрый ввод шахты в эксплуатацию.

Недостатки

Ограниченность условий применения.

Панельная схема подготовки - совокупность выработок, разделяющих шахтное поле на панели. Область применения <250. Размер по падению 1200-1500м, по простиранию 3500-4000м.

Достоинства схемы

Высокая концентрация работ.

Малый объем одновременно поддерживающих выработок.

Возможность достижения большой мощности шахты.

Недостатки схемы

Сложность поддержания и большой объем проведения наклонных выработок.

Сложность изоляции выработок в смежных ярусах.



Этажная схема подготовки

Этажная схема подготовки - совокупность выработок, разделяющих шахтное поле на этажи. Область применения >250. Высота этажа <55 800-400м. >55 120-150м.

Различают следующие виды схемы.

Достоинства схемы

Небольшой объем проведения наклонных выработок.

Быстрый ввод очистного забоя (при прямом порядке отработки).

Простая схема вентиляции.

Недостатки схемы

Большая протяженность этажных штреков и значительные затраты на их поддержание.

Низкая концентрация горных работ.

Комбинированные схемы - схемы, при которых одновременно или последовательно шахтное поле делится на этажи и панели, панели и горизонты, этажи, панели и горизонты.

Лекция 2. Система разработки. (часть 1)

Понятие о системах разработки.

Подготовительные работы - комплекс процессов отработки, погрузки, и транспортировки горной массы возведения крепи, вентиляции, наращивания транспортных устройств и коммуникаций, обеспечивающих проведения горной выработки.

Очистные работы - совокупность процессов по выемке полезного ископаемого, креплению забоя и управлению кровлей.

Система разработки - определенный, увязанный в пространстве и во времени порядок ведения очистных и подготовительных работ в пределах шахтного поля.

Факторы, влияющие на выбор системы разработки.

Форма месторождения и наличие геологических нарушений.

Мощность пластов.

Угол падения пластов.

Строение пластов.

Крепость и вязкость угля.

Кливаж.

Свойства боковых пород.

Количество и взаимное расположение пластов в свите.

Газоносность месторождения.

Склонность угля к самовозгоранию.

Обводненность месторождения.

Классификация систем разработки.

По порядку ведения очистных и подготовительных работ

Столбовая.

Сплошная.

Комбинированная.

По технологии выемки угля

С длинными забоями (лавами и пластами)

С короткими забоями (камерами)

По разделению по мощности:

С выемкой на полную мощность.

С разделением пласта на слои:

Наклонные

Горизонтальные

Поперечно - наклонные

По направлению выемки полезного ископаемого относительно элементов залегания пласта:

С выемкой по простиранию.

С выемкой по падению.

С выемкой вкрест простирания.

Сплошная система разработки.

Сплошная система разработки предусматривает совмещение в пространстве и во времени очистных и подготовительных работ.

Область применения сплошной системы разработки.

Пласты с m < 1,5 - 1,8 м и любыми углами падения. Верхний предел мощности обусловлен устойчивостью бутовых полос.

Сплошная система применяется при этажной и панельной схемах, полевой и пластовой способах подготовки.

Доля добычи угля при сплошной системе разработки:

Кузбасс - 0%

Донбасс (РФ) - 7,3%

Печорский басс - 0%

Подмосковный - 0%

По бывшему Рос углю - 1,8%

Сплошная система разработки используется практически со всеми способами управления кровлей и средствами выемки угля.

Достоинства сплошной системы.

Быстрый ввод в эксплуатацию очистных забоев.

Возможность размещения в шахте породы, получаемой при проведении выработок.

Недостатки.

Сложность, высокая трудоемкость и стоимость поддержания подготовительных выработок.

Большие утечки воздуха при охране выработок бутовыми полосами.

Малое время на предварительную дегазацию пласта.

Отсутствие дополнительной информации о горно-геологических условиях отработки выемочного столба.

Организационно - технические сложности совмещения очистных и подготовительных работ.



Столбовая система разработки

При столбовой системе разработки подготовительные работы предшествуют очистным. Очистные работы начинаются после полного завершения всех подготовительных работ.

Область применения столбовой системы разработки

Столбовая система может применяться во всем диапазоне мощностей и углов падения пластов. При столбовой системе уголь может выниматься по падению, по восстанию и вкрест простирания. Столбовая система применяется при всех схемах и способах подготовки пластов.

Объемы добычи угля при использовании столбовой системы разработки

Кузбасс - 19,4%

Донбасс - 88,1%

Печорский бассейн - 99,9%

Подмосковный бассейн - 100%

По бывшей компании Рос уголь - 85,6%

Достоинства столбовой системы

Благоприятные условия и относительно низкие затраты поддержания выработок.

Разделение в пространстве и во времени очистных и подготовительных работ.

Получение дополнительных сведений о горно - геологическом строении выемочного столба при его оконтуривании.

Дегазация выемочного столба при его оконтуривание.

Минимальные утечки воздуха.

Недостатки

Большой объем проведения выработок и длительные сроки подготовки очистных забоев.

Необходимость поддержания протяженных выемочных выработок при ведении очистных работ.

Трудность проветривания длинных выемочных столбов.

Комбинированная система разработки

К комбинированным системам разработки относят такие, которые сочетают в себе характерные особенности двух и более систем разработки. К одной из таких систем относится система разработки парными штреками, при которой сначала отрабатываются по сплошной системе выемочные поля II и IV, а затем по столбовой системе поля I и III. Одна из ее особенностей - сохранение конвейерного (откаточного) и вентиляционного штреков позади очистного забоя в выемочном поле, отрабатываемом по сплошной системе.

Отработка пластов с разделением на слои.

Слой - часть мощного пласта, ограниченная двумя параллельными плоскостями и предназначенная для самостоятельной отработки как пласт средней мощности.

Разделение пласта на наклонные слои. Слои отрабатывают в нисходящем порядке.

Разделение пласта на горизонтальные слои. При >300 Возможен, как восходящий так и нисходящий порядок отработки.

Разделение пласта на поперечные наклонные слои. Угол наклона очистного забоя к горизонту 350 - 400.

Слои делят на выемочные столбы (выемочные поля) и отрабатывают как пласты средней мощности. Современные технологические средства позволяют отрабатывать пласты мощностью до 6 м при < 1800 без разделения на слои.

Основные проблемы слоевых систем разработки.

Высокие потери угля.

Повышенная опасность самовозгорания угля при отработке пластов, склонных к самовозгоранию.

Низкий уровень механизации при > 300.

Лекция 3. Системы разработки (часть II)

Системы разработки короткими очистными забоями

Короткий очистной забой (камера) - выработка небольшой (до16м) протяженности, ограниченная по бокам массивом полезного ископаемого или целиками угля.

Системы разработки с короткими очистными забоями подразделяются на :

Камерные

Камерно - столбовые

Системы разработки с короткими столбами

Общим для всех систем с короткими очистными забоями является способ управления кровлей (горным давлением) - удержанием на постоянных или временных целиках.

Камерные системы разработки - применяют на пластах средней мощности с углами падения до 100.

После проходки откаточного и параллельного штреков + к ним проводят короткие и узкие (до 2м) выработки горловины камер. Затем их расширяют, до 4 - 12м, образуя короткий очистной забой. Забой подвигают по восстанию или диагонально. По мере подвигания образуется камера шириной до 12м и длиной до 220м. Между камерами оставляют целики шириной 3 - 5м. Камеры крепят анкерной крепью, выемка угля комбайнами или на БВР, управление кровлей - удержанием на целиках.

Камерно - столбовые системы разработки - применяют на пластах с б =18 - 550 средней мощности при H<300м и q?10м3/m.

При этажной схеме подготовку в каждом подэтаже осуществляют длинными столбами по простиранию шириной 60 80м. Столб в подэтаже разделяют на камеры шириной по 14 - 16м, между которыми оставляют целики шириной 6 - 8м. Короткий забой образуют путем проведения углеспускной печи и последующего расширения ее верхней части, расположенной под вентиляционным штреком, до размеров камеры. Забой камеры располагают по простиранию а подвигают по падению. Выемку угля обычно ведут на БВР. В работе может находится до 5 6 камер. После выемки полезного ископаемого в камере на шаг посадки (10 - 16м) или на полную длину камеры кровлю в ней обрушают, разгружая соседние камеры от горного давления. Для проветривания в меж камерных целиках проходят стойки.

Система разработки короткими столбами - применяют на пластах б<180 средней мощности.

При панельной подготовке столб образуется путем проведения ярусных и под ярусных (промежуточных) штреков, а так же системы взаимоперпендикулярных сбоечных печей и ходков шириной 4 - 5м. Короткий столб имеет форму квадрата со стороной 15 - 30м. Выемочное поле под яруса включает 40 - 50 коротких столбов, которые обычно отрабатывают в обратном порядке. Длину под яруса по падению принимают 50 - 90м, по простиранию - длине крыла панели.

Направление отработки короткого столба - от массива к выработанному пространству. Выемку угля ведут проходческими комбайнами или на ВВ. Забой крепят анкерами или стоечной индивидуальной крепью. Управление кровлей - полное обрушение или удержание на меж столбовых целиках. Транспортирование угле самоходными вагонами или конвейерами.

Системы разработки при гидродобыче угля

Гидравлическая добыча угля предусматривает отбойку и транспортирование угля при помощи струи воды под напором до 12 - 15мпа Область применения - пласты мощностью 0,9 - 20м, б - 5 - 800. Выемка угля ведется в коротких забоях, которые располагают по падению (восстанию), простиранию или диагонально. Размер длинного столба по падению 80 200м, по простиранию от 800 до 1500м. В длинном столбе проводят печи и сбойки, образующие столбы.

При гидродобыче различают следующие системы разработки:

Длинными столбами (полосами) по падению с выемкой угля одно - или двухсторонними заходками (б ?150).

Длинными диагональными столбами (полосами) с одно - или двухсторонними заходками (150 ? б ? 250).

С выемкой угля из под этажных штреков (под этажная гидроотбойка) 5 <б ?800.

Достоинства систем разработки с короткими забоями.

Малооперационность

Меньшая трудоемкость очистных работ.

Более высокая производительность труда

Низкая себестоимость угля.

Недостатки

Ограниченность условий применения (малые глубины, устойчивые кровли).

Высокие потери угля.

Сложность проветривания

Большой объем проведения подготовительных выработок на 1000m угля. (80 100м).

Высокие энергозатраты при гидроотбойке (до 120квт/1m. угля).

Комбинированные системы разработки



К комбинированным относятся системы разработки, содержащие признаки сплошных и столбовых систем

К комбинированным системам относятся:

Система разработки парными штреками

Системы разработки длинными столбами с формированием выемочных выработок в процессе очистной выемки.

Комбинированная система разработки парными штреками. Длина столба по падению 500 - 800м, длина очистного забоя 130 - 165м.

Достоинства: малая протяженность подготовительных выработок.

Недостатки:

Сложность длительной эксплуатации выработок в зоне опорного давления.

Система разработки длинными столбами с формированием выемочных выработок в процессе очистных работ.

Лекция 4. Начальные сведения о буровзрывных работах

Условия ведения взрывных работ

Взрывные работы на угольных шахтах ведутся в выработках, где возможно образование взрывоопасной концентрации метана и угольной пыли с воздухом. Шахты, в которых обнаружен CH4, называются газовыми. Взрыв метана может произойти при концентрации CH4 от 4(4,5) до 16%. Наибольшей силы взрыв достигает при 9,5%. В соответствии с §236 ПБ в зависимости от величины относительной метанообильности газовые шахты подразделяются на 5 категорий:

Категория шахт по метану: Относительная метанообильность, CH4 м3/т:

I до 5

II от 5 до 10

III от 10 до 15

Сверх категорные 15 и более суфмерные выделения.

Опасные по внезапным выбросам. Пласты, опасные по внезапным выбросам угля и газа, а так же выбросоопасные породы.

Запрещается производство ВР при содержании CH4 1% и более в забоях и примыкающих к ним выработках на протяжении 20 м от них а так же в месте укрытия мастера - взрывника.

Угольная пыль является взрывчатой при содержании летучих веществ более 15%. Легче всего взрывается пыль с содержанием летучих 17 - 32%. Наиболее опасны в отношении взрыва пылинки размером 10 - 75 мкм. Пределы взрывчатости пыли 16 - 20; 1500 - 2000 г/м3. Взрыв максимальной силы происходит при концентрации пыли 300 - 600 г/м3. Перед производством ВР производится осланцевание выработок и обмыв угольной пыли водой.

Бурение -- процесс последовательного разрушения породы в забое скважины (шпура) и удаления из него продуктов разрушения. В угольных шахтах применяют только вращательный и вращательно-ударный способы бурения, в рудниках помимо указанных используют также ударно-поворотный и ударно-вращательный способы бурения.

Шпуры бурят различного рода бурильными машинами, ручными и колонковыми сверлами, перфораторами и бурильными установками.

Для бурения шпуров по мягким и средней крепости породам и углю используют электросверла СЭР-19М, ЭР-14Д2М и ЭР-18Д2М. Последнее имеет специальный механизм для принудительной подачи сверла на забой.

Шпуры бурят диаметром 36--43 мм и глубиной до 3 м. Электросверла, которые используют в газовых шахтах, изготавливают во взрыво- и искробезопасном исполнении, а сверла, применяемые в шахтах с пневмоэнергией, имеют пневмопривод. Например, пневматические сверла СР-31М и СР-ЗБ1М применяют для бурения шпуров диаметром до 46 мм.

Ручные электросверла работают от сети напряжением 127В, имеют мощность двигателя до 2 кВт и массу до 25 кг.

В качестве бурового инструмента при бурении сверлами используют витые металлические штанги, снабженные наконечниками -- резцами.

Производительность бурения шпуров ручными электросверлами (м/ч) в породах с коэффициентом крепости f =2--5

Для бурения шпуров диаметром 32--46 мм и глубиной до 5 м по породам с коэффициентом крепости />5 применяют переносные (ручные) перфораторы -- бурильные машины ударно-поворотного бурения, работающие на сжатом воздухе. Ручные перфораторы ПП-36В, ПП-54В1. ПП-63В и ПП-63ВБ расходуют 2,8--3,8 м/мин сжатого воздуха, развивают энергию удара до 63 Дж и имеют массу 24--35 кг.

Если сверло или перфоратор устанавливают на распорной колонке, то его называют колонковым. Колонковые перфораторы ПК-60А, ПК-75А применяют для бурения шпуров и скважин по крепким и очень крепким породам (f =8--20). Для бурения шпуров, направленных снизу вверх под углом 45° и более к горизонту, используют телескопные перфораторы. Диаметр буримых шпуров и скважин 40--85мм, длина до 15 м.

Общие сведения о взрывчатых веществах и средствах инициирования.

Взрывчатыми являются вещества или смеси веществ, которые способны при определенных видах внешнего воздействия к очень быстрому само распространяющемуся химическому превращения с выделением тепла и образованием газов. 1кт ВВ средней мощности освобождает за время 10-5 с около 4 103 Дж тепловой энергии.

В зависимости от вида внешнего воздействия ВВ могут испытывать три формы превращения:

Термическое разложение

Горение

Взрыв (детонацию)

Детонация - перемещение по ВВ со сверхзвуковой скоростью узкой зоны химической реакции с крутым скачком давления на фронте (ударным фронтом).

Детонация возбуждается при действии на ВВ ударной волны достаточной интенсивности.

ВВ, детонация в которых возникает при простых видах механического или теплового воздействия называются инициирующими (ТЭН, ТНРС, азид свинца, гремучая ртуть). Виды воздействия - удар, накол, луч огня.

В свою очередь инициирующие ВВ, содержащиеся в средствах инициирования (CU) служат для возбуждения детонации в промышленных ВВ.

В качестве источника возбуждения инициирующего ВВ обычно используется электро воспламенитель, изготавливаемый из нихромовой проволоки или огнепроводный шнур (ОМ)

Различают:

Огневое инициирование

Электро огневое инициирование

Электрическое инициирование.

К средствам огневого инициирования относят: капсюль - детонатор, огнепроводный шнур и средства его зажигания (воспламенения).

Огневое инициирование применяется на поверхности, в шахтах и рудниках, не опасных по газу и пыли.

Электро-огневое инициирование отличается от огневого тем, что отрезком зажигаются при помощи электро зажигателей. Электро огневое инициирование применяется на поверхности, в шахтах и рудниках не опасных по газу и пыли в случаях, когда огневое инициирование применять невыгодно или небезопасно.

К средствам электрического инициирования относятся электро детонаторы, взрывные и контрольно - измерительные приборы и магистральные провода.

Различают электро детонаторы мгновенного и короткозамедленного действия.

ЭД мгновенного действия (и КЗ действия) представляет собой металлическую гильзу, внутри которой расположены бризантное, инициирующие вещества и электро воспламенитель. ЭВ представляет из себя мостик накаливания из нихромовой проволоки.

ЭД замедленного действия отличаются от ЭД мгновенного наличием столбика замедляющего состава, размещаемого между ЭВ и инициирующими ВВ.

ЭДКЗ имеют замедление от 25 до 250мс.

ЭДЗД имеют интервал замедления от 0,5 до 10с.

В угольных и смешанных забоях шахт, опасных по газу и пыли применяются только предохранительные (покрытые пламене гасящим составом) ЭД мгновенного и коротко замедленного действия.

В выработках, проводимых по породе при отсутствии метана и угольной пыли можно применять не предохранительные ЭД, в т.г. и ЭДЗД с временем замедления до 10с. Для подрыва ЭД используют спец. взрывные приборы.

Классификация ВВ

Согласно существующей промышленной классификации ВВ подразделяются на 8 классов

Классы с 1-го по 7-й специальные ВВ

ВВ I класса применяют на открытых работах.

ВВ II класса на открытых и подземных работах кроме шахт, не опасных по газу и пыли.

ВВ I и ВВ II классов относятся к не предохранительным.

ВВ III - VII классов относятся к предохранительным и допускаются для ведения работ в шахтах, опасных по газу и пыли.

Специальные ВВ используются для импульсной обработки металлов, дробление негабаритов, прострелочно - взрывных работ и т.д.

ВВ изготавливаются в виде смесей в мешках, шланговых упаковках или патронах.

При взрывных работах в шахте используются только патронированные ВВ.

Для предохранительных ВВ стандартный диаметр патрона 36 - 37мм, для непредохранительных 27 - 28мм, 31 - 32мм, 36 - 37мм, 44 - 45мм. Длина патронов определяется плотностью набивки и составляет 220-330 мм. Стандартная масса патронов 150, 200, 250, 300 и 500 грамм.

Понятие о конструкции шпурового заряда

Шпур - углубление в массиве горных пород диаметром до 75 мм и длиной до 5,0 м.

Скважина - углубление в массиве горных пород диаметром > 75 мм и длиной > 5,0 м.

Для патронов диаметром 36-37 мм диаметр шпура принимается равным 42-43 мм.



При длине шпура < 1 м забойка составляет не менее Ѕ длины шпура, при длине шпура > 1 м - не менее 0,6 м.

Коэффициент использования шпура (КИШ) - отношение длины шпура после взрывания к общей длине шпура.

Линия наименьшего сопротивления (ЛНС) - минимальное расстояние от заряда до открытой (обнаженной) поверхности.

Средства бурения шпуров

f< 6 - ручные электро-, пневмо и гидросверла (ЭР-14, ЭР-18Д-2М, СЭР-19, ГНОМ).

f = 6 - 16 - бурильные машины с электро, гидро и пневмоприводом.

Персонал и документация при ведении взрывных работ

Все БВР ведутся по проектам, паспортам или схемам, составленным в соответствии с ЕПБ и утвержденными главным инженером шахты.

ВР ведутся специально обученными взрывниками, а в шахтах, опасных по газу и пыли - мастером-взрывником.

ВВ хранятся на специально оборудованных складах. Для перевозки ВВ используются специально оборудованные транспортные средства.

Лекция 5. Понятие о массиве горных пород

Физические процессы, происходящие в недрах при ведении горных работ распространяются далеко в породы подстилающей и покрывающей толщи, часто достигая земной поверхности. При проектировании и эксплуатации шахт приходится иметь дело с большим участком литосферы, включающими месторождения.

Массив горных пород - геологическое тело, состоящее из совокупности горных пород, сформировавшееся в определенной геолого-структурной обстановке и характеризующееся присущими ему физическими и геологическими особенностями. Горная порода, находящаяся в массиве в естественном состоянии, называется горной породой в массиве. По строению массивы пород характеризуются мощностью и углом падения слоев, наличием геологических нарушений, зон трещиноватости, секущих жил, и т.д.

С известным приближением можно выделить следующие виды массивов:

однородные

крупноблочные

слоистые

мелкоблочные (трещиноватые)

сложной структуры

комбинированные

Большое значение имеют величины характеристик пород, слагающих ту или иную часть горного массива а также структура массива и их изменения в пространстве.

Описание состояния массива горных пород

Состояние горной породы является функцией соотношения внутренних свойств (плотности, влажности, внутренней энергии, теплопроводности) и внешних условий (величины нагрузок, температуры, времени и характера приложения нагрузки).

Напряжения в массиве пород определяются как отношения нагрузки к площади опоры

= F/S



где F - нагрузка, Н; S - площадь опоры, м2.

Различают напряжения в нетронутом массиве и напряжения, формирующиеся (перераспределяющиеся) в результате ведения горных работ.

В настоящее время по вопросу о напряженном состоянии нетронутого массива существует три гипотезы.

Гипотеза 1 Горные породы в нетронутом массиве находятся в гидростатическом напряженном состоянии, т.е. все составляющие тензора напряжения равны между собой.

,

где - удельный вес горных пород, т/м3;

Н - глубина ведения горных работ, м.

Гипотеза 2 Согласно гипотезе 2 напряжение в любой точке массива определяются весом пород до поверхности, т.е. имеют гравитационную природу.

При этом вертикальная составляющая z = г H, а горизонтальные составляющие

дx = дy = лгЗ , 

где л - коэффициент бокового распора л = /(1- )

где - коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации).

Образец испытывает напряжение растяжения. Относительные деформации по осям определяются следующим образом:

Z = (a1 - a)/a; X = (b1 - b)/b; Y = (c1 - c)/c;

Для изотропного тела = 0,1 ч 0,5

т.е. коэффициент Пуассона является отношением поперечных относительных деформаций образца к продольным. - модуль Юнга

и - основные показатели, характеризующие свойства горных пород с точки зрения геомеханики.

Гипотеза 3

Согласно этой гипотезе напряжения в нетронутом массиве формируются под действием неотектонических процессов. В этом случае основное значение придается горизонтальными силами, возникающими в результате перемещения в горизонтальном направлении отдельных участков (плит). Каждая из упомянутых гипотез имеет право на жизнь и определенную область применения.

Горное давление при проведении подготовительных выработок

Горное давление - сила, вызванная весом вышележащих пород, горное давление определяет напряжение в массиве.

Существует несколько гипотез, объясняющих горное давление на крепь выработок. Одна из них принадлежит проф. М.М. Протодьяконову.

По этой гипотезе над горизонтальной выработкой образуется свод горных пород в форме параболы, который воспринимает давление вышележащих пород. На крепь оказывает влияние лишь порода, заключенная внутри этого свода.

Высота свода определяется b = a/ѓ при сроке выработки < 1 года.

b = 2a/ѓ при сроке службы выработки 1 год и более.

Тогда давление на 1 погонный метр выработки определяется из формулы.

Pb = 4/3 a b k = 4/3 a2/ѓ k ; Н/м2.

Pb = 8/3 a2/ѓ k ; Н/м2.

Нагрузка на одну крепежную раму составит

Pb = Pb ?, н/м м = Н

Где ? - расстояние между рамами крепи, м.

k - удельный вес породы в кровле выработки, н/м3.

Горное давление при ведении очистных работ.

Если оделяющийся слой породы равен мощности непосредственно кровли hн то горное давление в очистной выработке Pоч.

Pоч = hн k /100 (мПа)

Где k - удельный вес пород кровли н/м3.

Способы управления кровлей в очистном забое.

После выемки угля в толще горных пород начинаются процессы с движения, которые могут носить характер:

Рассмотрение с обрушением нижнего слоя и зависанием верхнего на 2-х опорах - крепи и обрушенных породах.

Зависание пород кровли в виде консольной плиты без опоры в выработанном пространстве в случае если прочность пород кровли на разрыв между слоями достаточно велика: вследствие неравномерности деформаций плита может обломится.

Неустойчивые и нарушенные породы кровли обрушаются мелкими кусками: при этом в кровле образуются полости, по своей форме близкие к своду.

Условие подпора пород основной кровли обрушенными породами:

hн ? (mb - hc)/(kp - 1)

где hc - возможное (допустимое) свободное опускание основной кровли до упора на обрушенные породы, м.

mb - вынимаемая мощность пласта, м.

kp - средний коэффициент разрыхления обрушенных пород.

Управление кровлей - совокупность мероприятий по регулированию нагрузки на крепь очистного забоя, проводимых с целью обеспечения эффективной и безопасной выемки угля.

Способы управления кровлей: Полное обрушение;

Частичное обрушение; Полная закладка; Частичная закладка; Плавное опускание;

Понятие об управлении состоянием массива горных пород

Управление состоянием массива горных пород - совокупность мероприятий по регулированию напряжений в массиве, проводимых с целью обеспечения горных работ.

Горный удар - внезапное хрупкое разрушение отдельных сильно напряженных участков угольного, рудного или породного массива с выделением большего количества энергии упругой деформации пород, возникающей в результате воздействий на м. Г. п. Горного давления.

Внезапный выброс угля (породы) и газа - быстропротекающее разрушение при забойной части газоносного угольного или породного массива под воздействием горного давления, давления газа и собств. веса пород сопровождающееся отбросам угля (породы) в горную выработку и повышенным газовыделением.

Способы воздействия на массив г.п.

Надработка или подработка очистными забоями без оставления целиков угля. шахтный поле разработка буровзрывной

Изменение напряженного состояния массива горных пород за счет

нагнетания воды в пласт; гидроразрыва пласта; гидроотжима.

Предварительная дегазация пласта, склонного к проявлению газодинамических явлений.

Отработка защитных пластов.

Защитный пласт - один из пластов свиты, отработка которого позволяет изменить напряженное состояние массива и осуществить безопасную отработку остальных пластов свиты.

Размещено на Allbest.ru