Обучение
ТОР 7.Ведение работ в сложных горно – геологических условиях
1. Ведение работ в зонах геологических нарушений.
Увеличение глубины отработки угольных пластов, увеличение параметров выемочных столбов с целью уменьшения потерь из-за перемонтажей комплексов, приводит в свою очередь к увеличению вероятности появления в пределах выемочного столба геологических нарушений, подлежащих переходу комплексно – механизированными лавами. В этих зонах резко повышается давление на гидрофицированную крепь, ухудшается состояние пород кровли из-за развитой вблизи нарушений эндогенной трещиноватости, зачастую наблюдается повышенное выделение газа метана. Это приводит к необходимости применения целого ряда дополнительных мер по улучшению взаимодействия крепи с боковыми породами. Осуществление указанных мер связаны со значительными дополнительными и трудовыми затратами, что отрицательно влияет на добычу угля.
Виды нарушений.
В Кузбассе в основном встречаются такие нарушения, как сбросы, взбросы, надвиги пережимы, вздутия, карсты, складчатость, перемятость угля и вмещающих пород, ложные кровля и почва. По форме линий простирания нарушения различают: прямолинейные, криволинейные, комбинированные, а так же простые и сложные. Простые представлены одним типом нарушения, сложные – двумя и более.
По величине амплитуды смещения выделяют два типа нарушений: с амплитудой не превышающей мощности пласта, и с амплитудой, превышающей мощность пласта, а также с изменяющейся амплитудой в пределах выемочного столба, и с неизменяющейся амплитудой. Нарушения в выемочном столбе могут быть с простиранием по всему фронту очистного забоя, и с простиранием не по всему фронту очистного забоя.
Последствия перехода нарушений.
При переходе механизированными комплексами через геологические нарушения возможны критические ситуации из – за необходимости присечки боковых пород снижение скорости подвигания лавы, уменьшения устойчивости крепи на криволинейных участках, повышенный износ механизированного комплекса и многое другое. Все эти факторы могут привести к утрате работоспособности комплекса.
Факторы, вызывающие неблагоприятные взаимодействия комплекса с вмещающими породами могут быть обусловлены горно- геологическими условиями, параметрами нарушения и зоны его влияния. А так же могут быть обусловлены принятой технологией, конструктивными особенностями и режимами управления горных машин. Правильный выбор решений по переходу нарушений с учетом всех факторов способно предотвратить утрату работоспособности комплекса.
Проявления нарушений и их последствия.
1. Заколы кровли при крупноблочном обрушении. Работа гидрофицированной крепи осложнена высоким горным давлением, неблагоприятным его распределением. Секции крепи неустойчивы из-за значительной разности нагрузок по забойному и завальному рядам стоек и часто теряют подвижность при посадке нажестко ( еще говорят «насухо»).
2. При входе комплекса в зону влияния тектонического нарушения в кровле часто образуются вывалы и купола. Куполение – процесс трудноустранимый, и однажды образовавшийся купол распространяется на соседние секции по мере их входа в зону нарушения. Секции крепи становятся крайне неустойчивыми, поскольку нет надежной опоры со стороны перекрытий и оснований.
3. Перепуск пород кровли по перекрытиям наблюдается при образовании купола над поддерживающими элементами секций крепи в верхней части лавы, выемочный контур которой искривлен в зоне перехода нарушения. Неустойчивость крепи обусловлена интенсивным перемещением потерявших сплошность пород.
4. Боковое смещение пород, наблюдаемое при нормальных просадках кровли, приводит к опрокидыванию секций мехкрепи, деформированию стоек и их соединений в опорных элементах, к односторонним просадкам оснований в почву. Чем больше мощность пласта, тем интенсивнее проявляется этот фактор. (В настоящее время эксплуатируются комплексы на мощность пласта до 7м).
5. Движение секций крепи по криволинейным траекториям приводит к изменению их заданного положения. Это выражается различным внедрением оснований крепи в породы почвы, созданием нестабильных условий их передвижения, и в результате – к потере устойчивости.
Секции крепи работают под нагрузкой, как консоли на выпуклых участках, и как балки ан двух опорах – на вогнутых участках.
6. Увеличивается отжим угля от забоя при подходе к нарушению из-за снижения прочности боковых пород и пласта, а также рост горного давления по границам зоны тектонического нарушения.
7. Наличие посторонних включений в массиве угля большой крепости (например включения колчедана) может привести к выходу из строя выемочных машин.
Целесообразность перехода нарушения.
 |
| Паспорт перехода комплексом нарушения |
Очень важны параметры комплекса:
— Предельные радиусы вписывания комплекса в формируемый контур;
— Предельные углы разворота секций конвейера относительно друг друга в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
— Предельные углы разворота секции крепи относительно друг друга в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
— Максимальная и минимальная раздвижность секции крепи;
Чем детальнее произведена разведка (чем больше пробурено разведочных скважин), чем полнее учтены параметры комплекса, тем полнее и точнее можно оценить влияние нарушенных участков на горные работы и принять наиболее правильное решение о целесообразности прохождения нарушения, его обхода или перемонтажа комплекса за нарушение.
Переход очистными забоями зон нарушения.
Рассмотрим два варианта перехода зон нарушения:
— маневрирование комплексом в плоскости пласта для обвода лавы по контуру нарушения или разворота;
— маневрирование комплексом в пространстве при фронтальном переходе разрыва или складки.
Маневрирование комплексом в плоскости пласта для обвода лавы по контуру нарушения или разворота;
Обвод лавы по контуру геологических нарушений осуществляется в случаях, когда нарушения непереходимо из-за слишком больших амплитуд, обводненности или значительной площади нарушения. Перевод нецелесообразен по экономическим или технологическим причинам. Основной способ обвода лавы по контуру нарушения – это маневрирование комплекса.
 |
| Схема маневрирования комплексом. а) сгонка волной; б,в) ступенчатый разворот; г,д) набор цыклов |
Принцип поворота основан на изгибе базы комплекса (базой является забойный конвейер) и снятия клиновидных выемочных полос угля, а затем обновление полос полными циклами.
Поворот лавы осуществляется в следующей последовательности. Конвейер диагонально придвигается к забою. При этом сохраняется его прямолинейность. Производится выемка клиновой полосы на протяжении всей лавы. Вслед за проходом комбайна передвигаются секции крепи. Затем опять конвейер диагонально придвигается к забою, сохраняя прямолинейность, производится выемка диагональной полосы и т.д. В зависимости от устойчивости пород кровли и угла полного разворота комплекса выбирается режим чередования клиновидных и полных циклов. Этот способ применяется если нарушение находится у одного из флангов очистного забоя, т.е. у конвейерного или вентиляционного штреков.
В связи с изменением прямолинейности трассы комплекса будет изменяться трасса передвижения его концевых частей относительно конвейерного и вентиляционного штреков. Для этого нужно предварительное проведение выработок по трассе обхода или проведение выработок впереди очистного забоя (по типу сплошной системы разработки).
Если нарушение находится в середине очистного забоя, то возможен разрыв комплекса и обход нарушения с двух сторон с последующим соединением частей мехкомплекса. Вариантов обхода нарушений множество и принимаются они в зависимости от конкретных условий.
Маневрирование комплексом в пространстве при фронтальном переход разрыва или складки.
 |
| Объемная графическая модель диагонального перехода нарушения комплексом |
 |
Прогноз удароопасности участков массива горных пород
к Требованиям промышленной безопасности при ведении работ подземным способом
Прогноз удароопасности участков массива горных пород
1. По дискованию керна при ведении горных работ. Метод дискования керна является базовым. Другие существующие и вновь вводимые методы, методики и критерии определения удароопасности сверяются на сходимость с результатами базового метода для каждой шахты и приводятся в проекте. Толщина выбуриваемых из скважин дисков t зависит от величины максимальных радиальных напряжений δ p1. Чем больше максимальные радиальные напряжения δ p1., тем интенсивнее процесс дискообразования.
Количественные зависимости толщины дисков от уровня напряженности и вида напряженного состояния массива являются универсальными для пород, склонных к горным ударам (рис. 6).
С увеличением диаметра керна dk толщина дисков возрастает, а относительная ее величина tср/dk. уменьшается. Пересчет параметров дискования керна с одного диаметра на другой производят с помощью поправочного коэффициента kt, если известны толщина дисков или их количество с единицы длины скважины хотя бы одного диаметра:
t1 = t2 kt, или N2 = N1kt,
t1 — толщина дисков диаметром dk 1 ;
t2 — толщина дисков диаметром dk 2 ;
N1 — число дисков при диаметре керна dk 1 ;
Дискообразование происходит с наибольшей интенсивностью при расположении скважин перпендикулярно действию максимальных напряжений. При бурении скважин под углом к указанному направлению происходит изменение параметров дискования керна.
Для прогноза удароопасности определяются направление действия главных напряжений и уровень напряженности в зоне максимума зоны опорного давления.
Напряженное состояние пород по дискованию керна количественно оценивается только в зоне максимума опорного давления на основе зависимости tcp / dдис = f (δ p1 / δ сж.) (рис. 7), которая определяется напряжениями δос /δ p1=0,2. Радиальные напряжения δ p1 являются тангенциальными δθ ≈ δ p1 по отношению к выработке.
Напряженное состояние массива по разделению керна на диски вне зоны опорного давления оценивается с достаточной достоверностью по зависимостям, представленным на рис. 6.
Для оценки напряженного состояния участков массива бурят скважину по нормали к поверхности обнажения либо к плоскости, являющейся касательной к ее поверхности, на глубину, равную наибольшему размеру выработки h. При бурении отбирают керновый материал через каждые 0,5 или 1 м.
Результаты измерений толщины дисков представляют в виде гистограмм. Прямолинейные участки гистограммы, соединенные плавной линией, имеют вид параболы, обращенной ветвями вверх.
Расстояние от устья скважины до середины участка с минимальной толщиной дисков соответствует расстоянию до максимума зоны опорного давления.
При наличии на гистограмме нескольких участков с минимальной толщиной дисков (лепестков) определяется на этих участках прочность на сжатие δ сж. пород (руд).
Положение зоны максимума опорного давления при различиях в прочностных свойствах горных пород определять по наибольшей величине δp1/δсж., устанавливаемой с учетом средней толщины дисков и их прочности из зависимости:
=(0.54+0.1 
)+ (0.78+0.165 ) ( δp 1 / δc ;ж )
Положение зоны максимальных нагрузок при неизменной прочности пород устанавливается по наиболее удаленному экстремуму.
Прогноз удароопасности пород и руд выполняется исходя из определения величины напряжений в максимуме зоны опорного давления и расстояния до максимальных нагрузок от обнажения.
Прогноз удароопасности производится в скважинах, ориентированных перпендикулярно действию максимальных напряжений. Для определения направления максимального напряжения в сечении выработки бурится веер скважин в соответствии с методикой для данной шахты. Скважина, из которой керн вышел в виде дисков наименьшей толщины, показывает направление максимальных напряжений, перпендикулярное ее оси.
Удароопасность массива при дисковании керна в нескольких скважинах определяется по скважине с наименьшей толщиной дисков в зоне максимума опорного давления. Прогноз степени удароопасности при неизменных горнотехнических и горно-геологических условиях проводится по одной скважине с минимальной толщиной дисков.
Иногда у обнажения образуется зона разрушенных пород (руд) X2. Эта зона может возникать в результате взрывных работ. Дискования керна в этой зоне не наблюдается. Начало зоны дискования керна характеризует границу между зонами X2 и X1 (рис. 8).
Направление действия максимальных напряжений уточняется для каждой шахты и указывается в проекте.
2. По трещиноватости. Трещиноватость поперечной направленности в условиях пластообразной залежи служит показателем удароопасности. Удароопасность определяют по ориентировке трещин поперечных систем относительно выработок и по их густоте.
Прогноз производят на основании данных съемки трещиноватости. Замеры азимутов простирания трещин А и углов падения Б выполняют горным компасом или угломером. Измерению подлежат трещины с гладкими, иногда до зеркальности, поверхностями образующих плоскостей. На плоскостях возможны полосы и борозды скольжения. Трещины могут быть с заполнителем или без него.
ведут с выделением трещин последовательно на каждом метре. При измерениях определяют значения истинных азимутов простирания.
К поперечным системам относят трещины с параметрами
А1 = (700 ± ٧ ) + (1100 ± ٧ );
A2 = (2500 ± ٧ ) + (2900 ± ٧ )
При съемке трещиноватости учитывают только трещины поперечного класса. Для получения объективных результатов и полного охвата прогнозируемой области рудной залежи необходимо, чтобы расстояние между выработками не превышало 20 м.
По результатам съемки проводят изолинии густоты трещин поперечного класса. С этой целью данные замеров густоты усредняют на пятиметровых интервалах и наносят на план горных работ масштаба 1:500. Проводят изолинии густот 0,2; 0,4; 0,6: 1; 3; 5; 10; 15 линий на 1 м.
Области шахтного поля, оконтуренные изолиниями густоты трещин 0,6 на 1 м и выше, относят к опасным по горным ударам.
Определяют интенсивность развития (густоту) в поперечных системах трещин (рис. 10, а). Для этого усредняют густоту трещин на участке съемки длиной не более 5 м. Если колебание густоты (отклонение максимального значения от минимального) не превышает двух на 1 м погонной длины, то ее усредняют на участке длиной 5 м (рис. 10, б). В случае колебания густоты на участке замера более двух на 1 м длины усреднение принимают на участке не более 2 м (рис. 10, в).
По выявленным показателям трещиноватости непосредственно в выработке предварительно определяют удароопасность участка рудной залежи (табл. 5).
Ориентировка трещин поперечных систем относительно обнажения
Густота трещин поперечных систем, количество на 1 м
Одновременно определяют угол встречи трещин с обнажением выработки, то есть острый угол альфа между диаметральной линией, соединяющей центр круговой диаграммы с максимумом системы трещин, и соответствующей линией простирания обнажения.
Наиболее достоверные результаты измерений достигаются при непрерывной съемке трещин в условиях проведения очистной или подготовительной выработки. Обязательной является съемка трещин в забое и в стенках выработки. Трещиноватость в этом случае снимают на пятиметровых интервалах при каждом подвигании забоя выработки на 3 м.
Допускается съемка трещин отдельными участками. В этом случае протяженность участка измерений не менее 10 м.
3. Метод вдавливания пуансона в стенки шпуров (скважин). Прибор МГД (многоточечный гидравлический датчик) с самописцем предназначен для определения склонности пород к горным ударам и категории удароопасности выработок и целиков. Склонность пород к хрупкому разрушению под действием предельных сжимающих напряжений определяется по диаграммам вдавливания пуансона в стенки скважин, записываемым автоматически в координатах «нагрузка – деформация».
Физической основой использования акустических и электромагнитных методов является зависимость энергии, амплитуды, длительности, частоты, скорости распространения и других параметров акустических и электромагнитных колебаний от напряженного состояния и физико-механических свойств горных пород.
Прогноз удароопасности участков массива горных пород состоит в изменении одного или нескольких параметров акустических и (или) электромагнитных колебаний по методикам, учитывающим особенности каждой конкретной шахты. Методики могут включать в себя геомеханические методы.
Область применения каждого метода и категории удароопасности определяются проектом.
Акустические и электромагнитные методы делятся на две группы по способу возбуждения колебаний.
Первая группа методов использует колебания естественного возбуждения, которые возникают при изменении структуры горных пород (например, при образовании микротрещин, трещин, уплотнении горной породы) под воздействием горного давления. К этой группе относятся методы акустической и электромагнитной эмиссии. Вторая группа методов использует колебания, искусственно возбужденные с помощью специальных излучателей или иными способами, например, путем бурения, взрывания, гидрорыхления, гидроразрыва и другие.
4. Метод, основанный на измерении интенсивности акустической эмиссии. Измеряется количество акустических сигналов естественного излучения, возникших в исследуемом участке массива горных пород, в заданный интервал времени. Основным преимуществом данного метода является малая трудоемкость. Этот метод целесообразно использовать при прогнозе степени удароопасности горных пород с достаточно сильной акустической активностью на участках с низким, по сравнению с сигналами акустической эмиссии, уровнем помех.
Метод реализован, с помощью приборов «Прогноз-М», «Ангел», СБ-32.
5. Метод, основанный на определении показателя амплитудного распределения акустической эмиссии. Измеряется интенсивность акустической эмиссии на различных уровнях амплитудной дискриминации и определяется соотношение между слабыми и сильными сигналами. Основным преимуществом данного метода является малое влияние фактора изменения контактных условий датчика и породы. Этот метод целесообразно использовать в комплексе с методом, упомянутым в пункте 4 настоящего Приложения, например, с использованием приборов СБ-32, «Ангел».
6. Метод, основанный на измерении интенсивности естественной электромагнитной эмиссии. Измеряется количество сигналов электромагнитной эмиссии, возникших в исследуемом участке массива горных пород в заданный интервал времени. Основными преимуществами метода являются малая трудоемкость и высокая технологичность, обусловленная возможностью приема сигналов с помощью антенны без контакта с массивом. Данный метод целесообразно использовать при прогнозе удароопасности горных пород с низкой электропроводностью и обводненностью на участках с малым уровнем электромагнитных помех. Метод может быть реализован, с помощью аппаратуры «Ангел».
7. Метод, основанный на измерении амплитуды сигналов естественной электромагнитной эмиссии. Основные преимущества и область применения данного метода аналогичны изложенному в пункте 6 настоящего Приложения.
Метод целесообразно использовать в тех случаях, когда временной интервал между соседними импульсами электромагнитной эмиссии невелик. Этот метод может быть реализован, с использованием прибора «Ангел».
8. Метод, основанный на определении скорости распространения упругих колебаний искусственного возбуждения. Измеряется время распространения упругих колебаний между двумя точками, расположенными на заданном расстоянии друг от друга. Основным преимуществом метода является высокая помехозащищенность. Наиболее целесообразно применять его на прочных горных породах, где зона разрушенных пород составляет не более 0,3 м и, следовательно, имеются хорошие условия для распространения упругих колебаний. Метод реализован, с использованием прибора «Ангел».
9. Метод, основанный на определении эффективного электрического сопротивления. Этот метод заключается в возбуждении на исследуемом участке массива горных пород электромагнитного поля и измерении разности потенциалов между приемными электродами. Метод можно применять в контактном и бесконтактном варианте.
Основным преимуществом метода является высокая оперативность при измерениях. Метод наиболее целесообразно использовать на участках, удаленных от источников электрических помех. Для реализации метода можно использовать аппаратуру СЭР-1, «Ангел» и «Зонд».
10. Метод, основанный на измерении интенсивности акустических сигналов, возникающих при бурении. Измеряется суммарная интенсивность акустических сигналов, возникающих в процессе бурения. Основным преимуществом метода является высокая технологичность. Целесообразно применять его при прогнозе удароопасности забоев выработок, которые проходятся буровзрывным способом. Этот метод реализован с использованием, прибора «Прогноз-М» и «Ангел».
ПРОГНОЗ УДАРООПАСНОСТИ ПО ВИЗУАЛЬНЫМ
НАБЛЮДЕНИЯМ ЗА РАЗРУШЕНИЕМ ВЫРАБОТОК
Рассматриваемый способ применим, если напряжения в массиве высоки и способны вызвать разрушения на контуре выработок.
Оценка направления действия напряжений производится на основе анализа пространственной ориентировки трещин и отслоений на контуре выработок и в скважинах. Приближенные величины напряжений оцениваются по известным значениям предела прочности пород на одноосное сжатие.
По визуальным наблюдениям сравнивается степень напряженности отдельных конструктивных элементов системы разработки и ориентировочно определяется величина и направление действия наибольших напряжений в нетронутом массиве пород.
Визуально оценка напряжений выполняется обследованием всех незакрепленных выработок, различно ориентированные в пространстве. При этом фиксируются места разрушений на контуре выработок.
Дополнительно фиксируются участки разрушений контура скважин. Необходимо знать особенности проявления горного давления в момент проходки, так как при недостаточно высоких напряжениях в массиве разрушения выработок происходят лишь в момент проходки.
Допускается обращать внимание на характер разрушения пород на контуре, насколько параллельны отслаиваемые плитки по контуру выработки и как согласуются поверхности отслоений с естественными поверхностями ослаблений (трещинами, слоистостью и тому подобные).
Места разрушений наносят на планы горных работ. Для оценки необходимо иметь рулетку и горный компас. Участки разрушения на контуре выработки всегда параллельны направлению действия наибольших сжимающих напряжений (рис. 16).
Примеры. Если в нетронутом массиве наибольшее главное напряжение направлено вертикально, определяемое как ламбда Н, и по величине достаточно для разрушения пород на контуре выработки, то наибольшие разрушения будут происходить в стенках горизонтальных выработок любого направления, возможны менее интенсивные разрушения в стенках наклонных выработок и совсем не будет разрушений в вертикальных.
По разрушению горизонтальных выработок в кровле (почве) можно приближенно оценивать величины наибольших горизонтальных напряжений в массиве пород (руд)
max ≥ 0,7сж.,
При таком уровне напряженности массива необходим инструментальный прогноз категории удароопасности.
