МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
Инженерная школа
Реферат на тему
“Связь горных ударов с горно-геологическими условиями и с системами разработки”
|
Выполнил студент гр.С3404Б ___________ Д .В. Куркин |
|
Проверил профессор ____________ Б. И. Емельянов ____________________________ (оценка) |
г. Владивосток
2017
Связь горных ударов с горно-геологическими условиями
Мощность и частота горных ударов возрастают с глубиной. Причина такого увеличения обычно связывается с возрастанием веса покрывающей толщи и напряжений в слоях пород по мере увеличения глубины. Однако глубина является не единственным фактором, способствующим возникновению горных ударов. Как будет показано ниже, известны случаи горных ударов на глубине менее 100 м от поверхности. В глубоких шахтах глубина, на которой начали проявляться горные удары, составляет обычно более600 м. В большинстве случаев удары становятся серьезной проблемой с глубины более 900 м. Однако на некоторых шахтах, работающих на глубине свыше 1500м, горные удары не происходят. Это указывает на то, что не толь-ко глубина, но и другие локальные специфические условия также являются важными факторами. К таким факторам относятся горно-геологические условия и система разработки.
Связь горных ударов с геологическими факторами, такими как разрывные нарушения, сбросы, сдвиги, складки, до конца не изучена, хотя исследования показали, что частота выбросов пород связана с расположением шахты относительно крупных структур. Как правило, большая мощность покрывающих пород создает условия для горных ударов. Крутопадающие толщи, для которых характерны резкие изменения гравитационного давления со стороны покрывающих пород, и прочные слои покрывающих пород, склонных к внезапному обрушению, являются факторами, способствующими возникновению горных ударов. Хотя мощные пласты угля более склонны к горным ударам, мощность пластов не является основным фактором и на тонких пластах также могут происходить горные удары в зависимости от сочетания других факторов.
Расположение и ориентировка геологических нарушений, таких как сбросы и сдвиги, складки, дайки и трещины, часто создают условия для горных ударов. Взаимосвязь этих аномалий с горными ударами очень сложно установить. Существуют различные точки зрения на эту проблему. Например, существенные разногласия имеются по вопросу о влиянии нарушенных зон на возникновение горного удара. Исследования на пластах Верхней Баварии показали, что горные удары обычно происходили в ненарушенных зонах, в то время как в нарушенных отмечалось их очень небольшое количество. Согласно этим исследованиям нарушения сопровождаются многочисленными микротрещинами, в области распространения которых происходит релаксация избыточных напряжений, поэтому в зонах влияния нарушений горные удары менее вероятны. Кроме того, нарушения, поглощая суммарную энергию упругих деформаций, уменьшают количество горных ударов. В противоположность этим наблюдениям имеются убедительные доказательства, указывающие на то, что горные удары часто происходят вблизи сбросовых нарушений. На шахте Спринг Хилл в Канаде сильные горные удары происходили вблизи нарушений при проведении наклонных выработок. На шахте Саннисайд штата Юта в США количество и интенсивность горных ударов значительно увеличилось при проведении через нарушенную зону наклонных стволов шириной 5,5 м. В результате возникла необходимость применения дополнительного крепления. В Верхней Силезии, Польша, на шахте Андреас №3 пласт был изогнут и ослаблен нарушениями на протяжении 450 м. Взрывоподобные удары произошли под нарушением, в то время как зона влияния этого нарушения была отнесена к не опасным по горным ударам. Считается, что эта аномалия не могла быть связана с глубиной, составляющей всего 108 м. Специалисты предположили, что напряжения возникли выше зоны нарушения, а не под нею. В Южной Африке опасность горных ударов обычно возрастает при приближении выемочного забоя к зоне нарушений.
Опыт показывает, что в дайках на разрабатываемом пласте имеет место высокий уровень напряжений. Возрастание температуры, степени метаморфизма и перекристаллизация пород вблизи даек может способствовать однородности породного массива и спонтанному увеличению энергии. П. Хакетт считает, что присутствие даек увеличивает опасность горных ударов.
Опыт также показывает, что ведение горных работ в синклинальных складках увеличивает частоту горных ударов. Синклинальные складки обычно осложнены нарушениями в результате действия высоких горизонтальных напряжений в массиве. На шахте «Кнуров» в Польше имелись трудности по поддержанию квершлагов, проведенных под осями небольших синклинальных складок. Однако, после прохода через зону синклинали, состояние квершлагов становилось устойчивым. На шахте «Миховице» в Польше разработка пластов под синклинальной складкой сопровождалась большим количеством горных ударов.
Крутопадающие пласты также испытывают горные удары. Сильные горные удары отмечались в крутой части пласта на шахте «Коал Крик»в Канаде. Увеличение нарушенности почвы и опасные горные удары в штреках наблюдались в целиках вблизи пологой части.
Влияние мощности покрывающих пород на горные удары изменяется в зависимости от геологических условий и системы разработки. C.T. Холланди Е. Томас указывали, что мощность покрывающих пород, превышающая150 м, является необходимым условием возникновения горных ударов. В тоже время на шахте «Спрингхилл № 2» (Новая Шотландия, Канада) на глубине около 570 м горные удары не наблюдались. Дж. Райс отмечает, что горные удары на некоторых шахтах Вирджинии и Кентукки (США)возможны с глубины свыше 300 м.
Как считают многие специалисты, наличие прочных массивных слоев в непосредственной близости от пласта угля является основным условием возникновения горных ударов. В зависимости от физико-механических свойств и мощности залегающие в кровле песчаники под действием растягивающих напряжений от изгибающих моментов при отсутствии горизонтальных смещений, могут обрушаться крупными блоками. При наличии слоев слабых глинистых сланцев с гладкими поверхностями напластования происходит медленный процесс релаксации напряжений, вследствие которого будут происходить горизонтальные смещения угля в сторону выработки. Это происходит потому, что коэффициент трения между сланцем и углем низок. Коэффициент трения между углем и песчаником часто бывает очень высоким, что препятствует релаксации в угле. Силами трения уголь удерживается в зоне максимума опорного давления впереди выработки, где он испытывает большие нагрузки. Внезапное уменьшение трения между углем и песчаником приводит к снижению прочности угля, находящегося в условиях объемного напряженного состояния. Уголь будет разрушаться под действием нагрузки опорного давления с высвобождением кинетической энергии упругой деформации.
Наличия слоя слабого глинистого сланца толщиной в 1-2 раза меньше мощности пласта угля, залегающего между пластом и массивным вышележащим слоем, обычно достаточно, чтобы создать условия для горизонтальной релаксации в угле, предотвращая, таким образом, возможность возникновения горного удара.
Другие геологические особенности, такие как наличие прочных пород в почве, не склонных к пучению, крутое залегание и гористая местность также могут влиять на возможность горных ударов.
Вообще, степень и характер геологической нарушенности месторождения могут создавать необходимые предпосылки для возникновения горных ударов в породах или в угле. Основные геологические формы, такие как крупные складки угленосных толщ, могут создавать зоны с аномально высокими напряжениями, увеличивая риск горных ударов, локализованных в определенных структурах. Имеющиеся данные показывают, что для предотвращения горных ударов необходимы тщательные геологические исследования шахтных полей до начала горных работ.
Ранее предполагалось, что хрупкий уголь с высокой прочностью при сжатии является необходимым признаком опасности горных ударов. Однако исследования показали, что в этом явлении существенная роль принадлежит прочности пород кровли и почвы. Прочные породы обеспечивают условия накопления в целиках потенциальной энергии упругих де-формаций до их разрушения. Слабые породы допускают деформирование целиков в поперечном направлении, их ослабление и разрушение без сильного выброса угля. С.О. Бабкоком и Д. Бикелом были исследованы угольные целики на 15 различных пластах в шести штатах. Уголь на 13 пластах имел склонность к горным ударам независимо от его прочности. Эти ис-следования также подтвердили, что вопреки ранее известным данным, це-лики с большим отношением ширины к высоте (8,5 : 1) не разрушаются ни в спокойном режиме, ни в форме горного удара.
Связь горных ударов с системами разработки
Проект шахты, не адекватный горно-геологическим условиям, или неправильное планирование развития горных работ могут увеличить вероятность возникновения горных ударов. В то время как управлять многими факторами, вызывающими горные удары, невозможно, проектирование горных работ является одним из тех, с помощью которого можно в известной степени контролировать ситуацию. Исследования C.T. Холланда показали, что около 80% документально зарегистрированных горных ударов произошло в околоштрековых целиках при обратной отработке. Около штрековые целики являются высоконапряженными опорами, предназначенными для управления зоной обрушения в выработанном пространстве. На рис. 1 представлено распределение относительной частоты горных ударов по системам разработки и местам проявлений.
Рис. 1. Распределение случаев горных ударов по системам разработки и местам проявлений
При камерно-столбовой системе горные удары происходят в 3 раза чаще, чем при системе длинных столбов. Если на шахте, в которой применяется камерно-столбовая система, происходят горные удары, то одним из решений проблемы мог бы быть переход к системе длинных столбов. Однако такое решение в большой степени определяется также стоимостью угля, геологическими условиями и запасами.
Возникновению горных ударов может также способствовать разработка свиты пластов. Надработка или подработка пластов может приводить к увеличению давления на целики и краевые части пласта вследствие наложения зон опорного давления. Планирование разработки сближенных пластов должно осуществляться так, чтобы на зоны опорного давления на собственном пласте не добавлялись нагрузки от зон опорного давления смежных пластов. Способствовать возникновению горных ударов могут не извлеченные целики на собственном, а также на выше и ниже залегающих пластах.
При выемке обратным ходом отработка околоштрековых целиков должна осуществляться в разгруженной зоне между линией обрушения и опорными целиками для снижения потенциальной опасности горных ударов. Так как опорное давление обычно сосредоточено на целиках первого ряда, эти целики должны быть отработаны в первую очередь, так как первоочередная отработка целиков второго, третьего и последующих рядов приведет к еще большему увеличению опорного давления на первый ряд. Отрабатываемый целик переходит в квазипластическое состояние, а нагрузки передаются на следующий ряд целиков, создавая новую зону опорного давления. Такой метод отработки целиков может применяться на пластах, наиболее склонных к горным ударам, в кровле которых обычно залегают прочные слои. Однако при слабых породах висячего бока этот метод может вызвать проблемы по управлению кровлей.
Мощные и прочные слои кровли повышают опасность горных ударов, и поэтому их наличие должно учитываться при проектировании отработки. Такие породы часто зависают позади крепи лавы и при отработке целиков обратным ходом при камерно-столбовой системе.
Использованный источник:
Коршунов Г. И., Логинов А. К., Шик В. М., Артемьев В. Б. Геомеханика на угольных шахтах. – М.: Изд-во «Горное дело», ООО «Киммерийский центр», 2011, -388с.
Похожие работы
... , может быть применим на всем месторождении, так как конструкция системы позволяет вести отработку рудного тела в любых горно-геологических условиях 5.Охрана труда и промышленная безопасность 5.1 Общие положения Все горно-строительные работы на руднике "Таймырский" ведутся в соответствии с требованиями "ЕПБ при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых ...
... по простиранию - 750; - в наносах - 500; - в твердеющей закладке - 600. 4. вскрытие запасов орловского месторождения ниже 11 горизонта В настоящем проекте в рассмотрено несколько вариантов вскрытия запасов нижних горизонтов Основного рудного тела и залежи «Новая». При рассмотрении вариантов вскрытия учитывалось фактическое состояние горных работ и возможное их развитие ...
... горных выработок трудоемкий процесс. Специфика геологоразведочных работ в том, что они ведутся преимущественно в условиях с не достаточно развитой инфраструктурой или при ее полном отсутствии. Проходка горных выработок может осуществляться тремя основными способами: 1) механизированным с применением специальных землеройных машин; 2) вручную с применением шанцевого инструмента; 3) с применением ...
... до 15-40 метров. Гидротермальные изменения представлены пропилитизацией, аргиллизацией, окварцеванием, карбонатизацией, хлоритизацией, сульфидизацией. 3. Влияние трещиноватости на изменение физико-механических свойств горных пород Определяющим фактором изменчивости физико-механических свойств пород являются структурно-тектонические условия, обуславливающие в свою очередь развитие вторичных ...
0 комментариев