РАЗДЕЛ 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СМЕЩЕНИЯ ПОРОД КРОВЛИ В
КОМПЛЕКСНО-МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ЗАБОЯХ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С РАЗЛИЧНЫМИ
ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИМИ УСЛОВИЯМИ
2.1. Методика исследования смещения пород кровли в очистных забоях при
различных горно-геологических условиях
При нарушении естественного напряжённого состояния массива горных пород в
отдельных его участках возникает комплекс физических процессов, характеризуемых
как проявление горного давления. По скорости действия проявление горного
давления может рассматриваться как медленно протекающий процесс или как
динамическое явление.
К проявлениям горного давления первого рода относятся процессы деформирования,
расслоения, смещения и разрушения пород вблизи горных выработок, а также
формирование нагрузок на крепь в результате её взаимодействия с окружающим
выработку горным массивом.
К проявлениям горного давления второго рода относятся процессы связанные с
деформацией основной кровли очистных забоев. Происходит динамический переход
напряжённого состояния пород в разрывы их сплошности и обрушения на большой
площади.
Практикой установлено, что значительное влияние на изменение состояния массива
горных пород оказывают очистные выработки, точнее их ориентация в плоскости
пласта и темпы подвигания. При ведении очистных работ образуются зоны
повышенной концентрации напряжений и зоны разгрузки, для изучения которых
используются следующие методы:
* ультразвуковой, ударно-волновой, которые требуют дорогостоящей специальной
аппаратуры и длительных натурных измерений с обработкой получаемой информации
по специальным программам на ПК. Они позволяют производить комплексное
измерение смещения вмещающих пород и обеспечивают достаточно высокую
достоверность оценки геомеханического состояния массива, получать
дополнительные сведения о его динамике в процессе ведения очистных работ
/71…73/;
* физическое моделирование с использованием плоских и объёмных моделей из
эквивалентных материалов для получения характеристик распределения напряжений
от момента проведения выработки до превышения пределов их прочности в
окружающих породах и появления разрушений. На этих моделях изучаются явления,
задание и фиксация которых в натуре невозможна или сопряжена с большими
организационными трудностями /27,30,73/;
* математическое моделирование смещения пород с учётом различных
горно-геологических и горнотехнических факторов, воздействующих на характер
проявления геомеханических процессов при ведении очистных работ. Компьютерное
моделирование позволяет создать имитационные модели для проведения множества
экспериментов по установлению смещения массива пород при различных вариантах
развития горных работ во времени и пространстве /55,74,75/;
* натурные исследования процессов смещения пород кровли в очистных забоях с
различными горно-геологическими условиями. Они позволяют получить фактические
данные о взаимодействии системы «породный массив-крепь». В основе натурных
исследований лежит гипотеза Винклера о том, что деформация некоторой среды
(кровли) прямо пропорциональна развиваемой реакции крепи, то есть нагрузка на
крепь связывается с величиной смещения горных пород, контактирующих с
перекрытием механизированной крепи /75,76/.
Отсутствие соответствующей аппаратуры и организационно-технические трудности её
использования во взрывоопасной среде угольных шахт не позволили применить
ультразвуковой и ударно-волновой методы в проводимом исследовании.
При физическом моделировании геомеханических процессов на эквивалентных
материалах исходная модель состоит из множества элементов и имитирует участок
толщи, включая слои идентичные геологической структуре покрывающих пород. В
процессе исследования удалялись одни элементы, имитирующие извлечение угля в
лаве, и вводились другие, представляющие секции механизированной крепи. Таким
образом, исследовалось поведение пород в окрестности выработок с учётом
горно-геологических условий отработки пластов, принимаемых технологических и
технических решений в процессе ведения горных работ /29,57,73/.
Эти методы весьма трудоёмки и не лишены существенных недостатков: трудно
воспроизвести на модели тонкослоистые толщи нижних слоёв непосредственной
кровли при масштабе моделирования 20 мм закатанного слоя соответствующих 1м
геологического разреза; отсутствует имитация тектонической трещиноватости в
покрывающих породах; неполная идентичность инженерно-геологических структур
вмещающих пород, которые в действительности разделены на отдельные техногенные
слои и прослойки по плоскостям ослабленных контактов и при залегании выше этого
контакта равнопрочного или более прочного слоя /76/.
Учитывая отмеченные недостатки рассмотренных методов исследования, в
диссертационной работе были приняты методы натурных наблюдений и
математического моделирования на ЭВМ. При достаточном объёме наблюдений и
точности определяемых параметров, полученная выборочная совокупность будет
адекватно отражать реально происходящие геомеханические процессы. Результаты
ранее выполненных исследований, рассуждения по аналогии, чисто логические
построения на основании полученной информации позволят, с использованием
современных математических методов и ЭВМ, построить модель, достаточно полно
характеризующую поведение пород кровли при очистной выемке угля на различных
участках лавы.
Вопросы подготовки и проведения натурных наблюдений рассматриваются в
многочисленной специальной литературе /73,77…81/, обобщение которой позволяет
сформулировать основные требования к этому м
- Київ+380960830922