Материал: Свойства горных пород при разных видах и режимах нагружения

угля, под которой понимается безразмерная величина, равная проек­ ции суммы площадей пор и трещин на плоскость, в которой действу­ ет напряжение, отнесенная к единице площади в этой плоскости.

В условиях отжима, интенсивного трещинообразования, объеди­ нения кливажных и вновь образованных трещин в магистральные относительная пористость стремится к единице.

При рассмотрении опасности возникновения предельного состоя­ ния вблизи зоны свежеобнаженного забоя, где действуют деформации растяжения в сторону оси 3 (рис. 11.2), можно с минимальным запа­ сом в сторону увеличения принять т - 1 и в дальнейшем не учиты­ вать.

Памятуя, что в свежеобновленной зоне деформации в сторону

Таким образом, условие возникновения внезапного динамическо­ го проявления — выброса угля и газа в зоне свежеобновленного забоя (где миграция газа еще не развилась), запишется в виде урав­ нения

( Ц Л )

Если допустить, что в зоне выброса угля и газа упругие свойства

пласта Е и ц не изменяются, то прекращение выброса, как указыва­ лось выше, возможно при условии повышения прочности угля, сни­ жения напряжений в пласте в связи со снижением горного давления, давления газа, контактных условий выбросоопасной пачки или при соответствующем совместном изменении горных условий-до такой степени, при которых екр становится большим 6Ш.

Уравнение (11.8) можно рассматривать как обобщенное уравне­ ние, описывающее возможность возникновения динамического явле­ ния в результате свежего обновления забоя в шахте. В отсутствии га­ за второй член уравнения обращается в нуль и мы приходим к урав­ нению (11.4) — условию возникновения горного удара.

Таким образом первый член уравнения (11.8) характеризует роль истинных деформаций, вызванных в пласте горным давлением* (с учетом концентрации вблизи горной выработки), а второй член уравнения характеризует роль газового давления в возникновении критических деформаций, но без учета сил трения в контакте уголь — порода или между отдельными пачками угля.

Уравнение (11.8) нуждается в экспериментальной проверке. Ос­ новная задача экспериментаторов заключается в том, чтобы опреде­ лить на разных расстояниях от обнажения: прочность R. и критиче­ скую деформацию екр, напряжения а, упругие характеристики Е и д по осям 1, 2 и 3 при сжатии и растяжении, а также газовое давле­ ние р. При этом напряжения и газовое давление надо определять как в глубине массива, так и в близких к обнажению зонах пласта. Совре­ менная измерительная аппаратура позволяет произвести нужные опре­ деления.

Рассмотрим теперь те же явления когда в глубине нетронутого разработкой массива действует гидростатическое давление (а, = о2 = = а3). Имея в виду, что уголь обладает анизотропией свойств, сохра­ ним ранее принятые условия кроме неравенства напряженных состоя­ ний угля в глубине массива.

Анализ деформированного состояния угля в условиях равноком­ понентного напряженного состояния сжатия не представляет интере­ са, так как возникновение критических условий в таком случае прак­ тически невероятно.

В зоне свежеобновленного обнажения, когда миграция газа еще не развилась, условия возникновения динамического явления запи­ шутся в виде

Анализ уравнений (11.8) и (11.9) показывает, что роль газового фактора осталась неизменной, так как вторые члены уравнений оди­ наковы. В уравнении (11.9) первый член, характеризующий влияние напряженного состояния на развитие динамического явления, боль­

*При наличии тектонических напряжений их влияние должно быть учтено отдельным членом уравнения.

ше, чем такой же член уравнения (11.8), а это значит, что в этих усло­ виях возникновение динамического явления более вероятно.

Надо полагать, что в зоне концентрации напряжений, вызванных ведением горных работ как и вблизи обнажений, существенное изме­ нение о ,, не может вызвать равного ему изменения аг и о3 и поэтому расчет по (11.9) для этих зон должен приводить к маловероятной по­ вышенной опасности динамического явления.

Эксперименты покажут, какое из полученных уравнений ближе к истине, но независимо от этого можно сделать следующие выводы:

в зоне старого обнажения при р = 0 возможен горный удар, если согласно уравнению (11.4) ек р<

при быстром обнажении забоя, когда рФ 0, возможен внезапный выброс угля и газа в соответствии с уравнением (11.8), где значе­ ния а, и р соответствуют зоне свежего обнажения;

применение в таких условиях струговой выемки в очистных забо­ ях и комбайновой проходки роторными машинами может существен­ но снизить вероятность выброса, так как при малой ширине заходки и достаточном времени для миграции газа напряжения а, и р, входя­ щие в (11.8), существенно ниже таковых при комбайновой выемке

вдлинных забоях, а возможно и при применении стреловидных про­ ходческих комбайнов;

если бкр в зоне ведения горных работ больше рассчитанного по уравнению (11.8), возникновение динамического явления невоз­ можно.

Влияние сил трения (сцепления). В случае быстрого и полного обнажения пласта или отдельной пачки, роль сил трения, препятству­ ющих деформациям прослойка у самого обнажения, близка к нулю и потому не учитывалась.

Иное положение складывается, например, при бурении скважин

всторону выбросоопасной пачки пласта. Хотя обнажение и является свежим, однако, смещению угля пачки в сторону обнажения (в сква­ жину) препятствует значительное трение последней о соседние пачки угля, почву или кровлю пласта.

Упростим решение вопроса, приняв следующие допущения. Пусть

взоне старого обнажения, где р - 0, действует нормальное к пласту давление о0, а в зоне максимума опорного давления на расстоянии L от обнажения атах (см. рис. 11.2).

Впервом приближении на участке / < L принимаем прямолиней­

ный закон нарастания а,. Тогда на расстоянии I от обнажения

Примем, что давление газа нарастает прямолинейно от нуля в зоне старого обнажения до ртах на расстоянии L*, тогда

* Совпадение зоны максимума опорного давления с максимумом газового давления не обязательно.