Материал: Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений

верхней (старой) выработки междупластье высотой ДА, к весу которого, рав­ ному уДА, на верхнем горизонте Ах добавляется еще давление закладки <т1? возрастающее к середине старой выработки. Однако сумма веса пород междупластья и давления закладки в старой выработке всегда будет меньше полного веса пород покрывающей толщи, равного уА2 (см. рис. 73). Таким образом,

в ее почве, где имеют место вертикальные деформации сжатия. Величина этого д а в л е н и я п о д к о н т у р о м о ч и с т н о й в ы р а б о т к и и рас­ стояние по нормали к пласту, на которое оно распространяется, зависят от глубины заложения верхней выработки и от ее площади. По ним с помощью формулы (1 ) можно вычислить нагрузку от подработанного массива горных пород, а также от изгибной жесткости породных слоев кровли и реакции осно­ вания (закладки), по которым при помощи формулы (2 1 ) можно вывести за­ ключение о характере распределения давления. Если принять, что при полной подработке около 75% нагрузки от веса пород воспринимается закладкой, а остальные 25% передаются на краевые части разрабатываемого пласта в видо дополнительного (опорного) давления (рис. 74), то при ширине краевой зоны

в 5 раз превысит горное давление от веса пород покрывающей толщи, равнога 2,5А = 2000 Н/см2. При неполной подработке абсолютная величина опорного давления будет, естественно, меньше, чем при полной подработке.

Изолинии опорного давления («луковицы давления») распространяются на большое расстояние в глубь пород кровли и почвы выработки, захватывая также породные слои почвы поля закладки (рис. 74). Проходящая в области опорного давления новая очистная выработка по нижележащему пласту 1 или 2 раза пересекается доходящими до ее горизонта изолиниями опорного давле­ ния. Если известны значения пересекающих новую очистную выработку изо­ линий, можно при помощи диаграммы деформаций закладки и формулы (13), рассматривая породы междупластья как изгибающуюся балку, приближенно определить по опорному давлению искомые величины опускания кровли в от­ дельных местах новой выработки. При малосвязных породах непосредственной и основной кровли опускание ее в отдельных точках может быть оценено непо­ средственно по отношению опорного давления и конвергенции закладки.

При последовательной отработке свиты пластов сверху вниз в массиве гор­ ных пород образуется глубокая мульда с крутыми склонами (см. рис. 70). Ее необычная воронкообразная форма объясняется интенсивным расслоением и нарушением связности пород горного массива, и для расчета сдвижения пород,

5*

сконцентрированных в небольшом объеме горного массива, была предложена палетка (интеграционная сетка), внутренним зонам которой приписаны боль­ шие значения показателей влияния, чем внешним (см. рис. 38). Вычисленные с помощью такой палетки оседания для средней части мульды отличаются от фактических, полученных по наблюдениям, на 10—30%. Многократно под­ работанные и нарушенные породные слои кровли утрачивают часть своей изгибной жесткости, так что давление на закладку и конвергенция в верхних выемочных полях возрастают вместе с увеличением степени подработанности, следствием чего является постепенное повышение защитного эффекта от отра­ ботки вышележащего пласта. Так, например, сложенная песчаником кровля, нарушенная, разрыхленная и ослабленная многократным воздействием растя­ жения при изгибе, с течением времени приобретает деформационные свойства аналогично слабому слою глинистого сланца, вследствие чего, в соответствии с рис. 8 , в центре выемочного поля происходит повторное опускание кровли на 4—6 % аМ, а в краевой зоне выработанного пространства — почти на 2 0 % аМ. Это дополнительное реологическое опускание кровли в выработках верх­ них горизонтов компенсирует уменьшение конвергенции в выработках нижних горизонтов, находящихся в породах кровли еще не потерявших своей несущей способности и даже превосходит его при разработке большого числа пластов. Поэтому для средней части мульды могут быть получены заниженные значения оседаний, если при расчете не учесть наличия в породах кровли слоев с пони­ женным сопротивлением изгибу. Так, например, в одном из случаев разработки свиты из шести угольных пластов суммарной мощностью 9 м фактическое опу­ скание устья шахтного ствола (3,03 м) в условиях неполной подработки оказа­

Другой причиной дополнительного увеличения конвергенции в повторно подрабатывавшейся очистной выработке является меньшее опускание краевых зон выработки по сравнению с опусканием ее средней части, так как в мулОДообразно опустившемся поле старой выработки происходит перераспределение горного давления (рис. 75). Слои горных пород кровли, перекрывающие сред­ нюю часть выемочного поля, снимают часть нагрузки на закладку, передавая ее в краевую зону выработки, на края мульды, где, следовательно, давление на закладку возрастает, вызывая ее добавочное уплотнение. Обратная кар^Ва наблюдается в точках горного массива и земной поверхности, лежащих контуром выработки и в зоне опорного давления. Здесь расчет дает завышенное значения оседаний, так как для краевой зоны выработки часто с целью упро­ щения вместо упоминавшегося представления кривой опускания кровли в ННде последовательных уступов в уравнение (4 7 ) подставляют величину полИ^о оседания аМ , причем обусловленное этой ошибкой расхождение, суммирУН^ь от пласта к пласту, может достигать 26% аМ ч как это показано на рис- ч). Кроме того, несовпадение результатов расчета с фактическими сдвижонНН^и точек может быть вызвано неучетом изменений граничного угла, который 0 На­ рушенном породном массиве больше, чем в ненарушенном. Как раз при разра­ ботке свиты пластов особенно важно не оставлять без внимания влияние с0^д-

Рис. 75.

Вторичная конвергенция в подработанной и претерпевшей мульдообразное оседание старой выра ботке и перераспределение вер­ тикальном составляющей горного давле­

ния:

1 — выработанное пространство; 2 — вторичная конвергенция; 3 — увеличение давления; 4 — разгрузна

Рис. 76.

Изменение разгрузки и давления иод границей очистной выработки, пройденной на глубине

800 м:

1 — краевое давление; 2 — разгрузка; 3 — давление от веса пород покрывающей толщи yh\ 4 — очистная выработка; 5 — краевое давление; 6 — разгрузка и поднятие почвы

них горных выработок на процесс сдвижения в подрабатываемом породном

МаССКак показывают измерения поднятия пород почвы и наблюдения за про­

меньшей мере 250 м. Кроме того, при определении нагрузки или Разгрузки (для

а от 4000 Н/см2.

6.4.

Повышение горного давления, связанное с оставлением целика в поле очистной выработки

Если между двумя очистными выработками остается участок невынутого угля, то он будет поддерживать подработанный массив горных пород на небольшом по площади участке, подобно опорному целику, и передавать значительную нагрузку на нижележащие слои горных пород, причем конвергенция в огиба­ ющем этот целик выработанном пространстве возрастет под действием сжима­ ющих напряжений, возникающих над и под целиком. Особенность влияния целика на процесс сдвижения заключается в том, что зоны опорного давления с обеих сторон целика накладываются одна на другую и могут даже образо­ вать только один максимум давления в середине целика, если последний Имеет очень малый размер в поперечнике (рис. 77). Таким образом, влияние Оста­ вленного целика представляет собой частный случай взаимного наложения давлений под контуром выработки при сближении двух очистных выработок, весьма опасный с точки зрения возможности возникновения горных ударов. Давление, вызванное оставлением целика, значительно больше опорного давления под контуром выработки, а его влияние распространяется на зна­ чительно более обширную область.

Действующая на целик нагрузка зависит от площади примыкающих к Нему выемочных полей и от характера распределения нагрузок в их пределах. На­ грузка от веса подработанного массива горных пород, не воспринятая заклад­ кой или обрушенными породами, распределяется на опорную площадь ленточ­ ных или столбчатых целиков, и естественно, что пик давления в середине целика будет тем выше, чем меньше его опорная площадь. Несущая способность целика ограничивается прочностью угля на сжатие, существенно зависящей от сопро­ тивления угольного пласта поперечному деформированию и от его сопротивле­ ния трению по контактам с горными породами. В толще целика уголь, находя­ щийся в условиях всестороннего сжатия, может выдержать напряжении до 20 000 Н/см2, в то время как его прочность на одноосное сжатие в краевой части целика колеблется в пределах 500—4000 Н/см2. Предельные напряжения около 20 000 Н/см2 при условии параболического распределения нагрузку на ленточный целик шириной 40—50 м могут возникнуть в целике, оставленном, на глубине 800 м, в условиях полной подработки с обеих сторон целика, каН это можно предполагать из выполненного но формуле (119) расчета, показывающего, что средняя нагрузка на краевую зону пласта шириной 30 м составляет 940о + 2000 = 11 400 Н/см2. Одиночный максимум давления (20 000 Н/см2) ме>кст

несущей способности целика). Под ленточным целиком, имеющим ширину 2а.

Уь

Рис. 77.

Распределение давления в оставленном между двумя очистными выработками узком целике

и в горных породах под этим целиком (увеличение конвергенции в новой очистной выработке, подрабатывающей целик):

1 — снижение напряжений до 50%; 2 — нижележащая очистная выработка; з — добавочное давление

Рис. 78.

Снижение пика давления иод серединой целика, оставленного между очистпыми выработ­ ками на глубине 800 м:

2 _при ленточном целике шириной 50 м; 2 — при круглом целике диаметром 60 м

возникает максимум опорного давления ртах, создающий в упругой среде напря­ жения, убывающие обратно пропорционально квадрату глубины, в соответ­ ствии с выражением

сделано в формуле (114). Максимум опорного давления ст2 гаак, которое в сере­ дине ленточного целика на глубине 800 м достигает Щ Н = 20 000 Н/см2, на расстоянии 250 м ниже подошвы целика уменьшается до величины, лишь вдвое превышающей давление от веса пород покрывающей толщи, т. е. до 4000 Н/см2, как это видно из рис. 78.

Несмотря на то, что сжатие под оставленным целиком значительно выше, чем под контуром очистной выработки (в 50 м под целиком оно достигает 9000, а в 50 м под контуром выработки — 4000 Н/см ), вызванная оставлением