автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Обеспечение безопасности труда при ведении горных работ в зонах влияния разрывных нарушений (на примере шахт Партизанского бассейна)

? Г 6 о л

Дальневосточный государственный технический университет

На правах рукописи

ГРИГОРЬЕВ Анатолий Артамонович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА ПШ ВЕДЕНИИ ГОРНЫХ РАБОТ В ЗОНАХ ВЛИЯНИЯ РАЗРЫВНЫХ НАРУШЕНИЙ

(на примере шахт Партизанского бассейна)

Специальности: 05.26.01 - Охрана труда и пожарная безопасность

05.15.02 - Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток 1994

Работа выполнена в Дальневосточном государственном техническом университет¿.

Научный руководитель - член-корреспондент Восточно-Росси?

ской академии горных наук, доктор технических наук, профессор Муратов H.A.

Официальные оппоненты - академик Жилищно-коммунальной академии В&, доктор технических наук, профессор Нисковский Ю.Н.

кандидат технических наук, профессор Гриванова С.М.

Ведущре предприятие - ПО "Приморскуголь".

„

Защита диссертации состоится 1994 г

в Ю часов на заседании . диссертационного Совета К 064.01.03 в Дальневосточном государственном техническом университете по адресу: 6У0600, г.Владивосток, ул.Пушкинская, 10, ауд.Г-309.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " ^" О^^Р^ША^ 1У94 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук

А.Т. Олишевский

ОБЦАН ХАРАКТЕРИСТИКА РАШ'Ш

Актуальность проблемы

При разработке тектонически нарушенных месторождений типа Партизанского бассейна главным геологическим фактором, ухудшающим безопасность труда и технико-экономические показатели работы шахт, является разрывная тектоническая нарушенность.

Б зонах разрывных нарушений возникают проблемы по предот-пращению травматизма от обрушрний пород п горные выработки, горных ударов, внезапных выбросов угля и газа и других опасных явлений. Например, на шахтах объединения "Приморскуголь" почти 90 % трппм и аварий, вызванных горно-геологическими факторами, происходили и:1-:и1 обрушений пород и угля и ионах разрывных нарушений.

Анализ опыта работы гаахт и опубликованных в печати материалов свидетельствует о том, что разработке и внедрению эффективных мер по предотвращению травматизма от обрушений пород в выработки препятствует отсутствие четкого представления о закономерностях изменение степени нарушенности массива пород, влиянии пространственной ориентировки поверхностей ослабления в массиве относительно выработок на устойчивость пород и изменение напряжений и деформаций. Выявление этих закономерностей и на их основе разработка безопасных способов ведения горных работ является весьма актуальной проблемой, решению которой посвящены настоящие исследования.

Цель работы - разработка комплекса научно обоснованных мероприятий, направленных на обеспечение безопасности труда при ведении горних работ в зонах влияния разрывных нарушений.

Идея работы заключается в том, что обеспечение безопасности при ведении горных работ в тектонически нарушенных зонах возможно на базе знаний закономерностей изменения свойств горных пород в этих зонах и возникновения вариантов пространственной ориентировки горной выработки относительно поверхностей ослабления в массиве.

Задачи исследований:

- изучение на шахтах Партизанского бассейна особенностей выявления и изменения разрывной нарушенности_и характера её влияния на разработку угольных пластов;

- установление закономерностей изменения механических свойств горных пород и склонности их к обрушрниям в зонах влияния разрывных нарушений;

- разработка методики оценки влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на безопасность труда при ведении горных работ в районах разрывных нарушений;

- разработка практических рекомендаций по обеспечению безопасного ведения горных работ в зонах влияния разрывных нарушений; (

- постановка и анализ горно-экспериментальных работ.

Методы исследований. Поставленные задачи решались комплексным методом, включающим: анализ опыта ведония горных работ на шахтах, разрабатывающих интенсивно нарушенные пласты, анализ и оценку нарушенности шахтных полей с использованием методов математической статистики, лабораторные исследования прочностных свойств горных пород, инструментальные наблюдения за деформациями .и изменениями свойств пород и угля в зонах влияния разрывов в шахтных условиях, графо-аналитическое моделирование структуры нарушенного массива горных пород при различных сочетаниях горной выработки и поверхностей ослабления, горноэкспериментальные работы в шахтах.

Базой шахтных наблюдений и экспериментальных исследований были шахты Партизанского бассейна, отличающиеся многообразием горно-геологических условий, видов разрывных нарушений, форм проявления горного давления.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. На месторождениях со сложными горно-геологическими условиями (типа Партизанского бассейна) разведочными скважинами

с поверхности выявляется не более 5 % всех разрывных нарушений. Большинство невыявленных разрывных нарушений, в том числе 100 % мелкоамплитудных, вскрываются при ведении горных работ и часто встречаются неожиданно, представляя большую опасность для работающих.

2. Степень нарушенности угольных пластов возрастает с увеличением глубины горных работ. Увеличение нарушенности разрабатываемых пластов и ухудшение горнотехнических и технико-экономических показателей находятся в прямолинейной зависимости.

3. Прочность пород в нарушенных зонах уменьшается с приближением к поверхности разрывного нарушения. Характер изменения прочности пород в зоне влияния разрывного нарушения можно описать кривой гиперболического типа. Размер зоны деформированных пород зависит от нормальной амплитуды разрыва.

4. На формирование опасной по обрушениям пород зоны в горной выработке первостепенное влияние оказывают: расположение выработки по отношению к поверхностям разрывного нарушения и контактов напластования, интенсивность и ориентировка тектонических трещин и характер изменения прочности пород.

5. Наибольшая опасность внезапного обрушения пород возникает в той части выработки,где поверхности разрывных нарушений и контактов напластования образуют в массиве пирамидальные и клиновидные тела, основанием которых являются кровля или бока выработки.

6. Более безопасные варианты гцюппденип горных пыработок возможны при подходе к разрывному нарушению со стороны висячего крыла. '

Достоверность научных положений подтверждается большим объемом экспериментальных данных, полученных в шахтных условиях, сопоставимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований, горно-экспериментальными работами, промышленным внедрением результатов исследований на шахтах Партизанского бассейна.

Научная новизна:

- установлены закономерности увеличения нарушенности участков угольных пластов с ростом глубины залегания;

- определены эпписимости протяженности раприппого нарушения от его амплитуды;

- установлен характер изменения прочностных свойств пород и угольных пластов в зонах влияния разрывных нарушений;

- выявлены закономерности формирования опасной по обрушениям пород ситуации в зависимости от геометрических параметров разрывных нарушений, тектонических трещин и контактов напластований, направления подвигания и размеров горной выработки;

V разработана методика оценки влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на безопасность труда при ведении горных работ в районах разрывных нарушений.

Практическая ценность работы. Результаты выполненных исследований используются на шахтах Партизанского бассейна при разработке проектов ведения горных работ и паспортов крепления выработок в зонах влияния разрывных нарушений, что позволяет повысить безопасность труда и полноту извлечения запасов угля.

Реализация работы. Разработанный при непосредственном участии автора комплекс мер по обеспечению безопасности ведения горных работ и полноты вырмки запасов при разработке нарушенных угольных пластов включен в "Указания по безопасному ведению горных работ на интенсивно нарушенных пластах Партизанского бассейна, склонных к горным ударам" (1990), "Временную инструкцию по безопасному ведению горных работ в местах геологических нарушений угольных пластов Партизанского бассейна" (1976), "Пособие по определению высоты зоны водопроводящих трещин и. ожидаемых водопритоков в выработки шахты № 26 комбината "Приморскуголь" ЦУ72), "руководство по безопасному ведению горных работ в зонах влияния разрывных нарушений на шахте "Авангард" (1993).

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на заседаниях технического совета объединения "Приморскуголь" в 19.65-93 гг., на Всесоюзном маркшейдерском семинаре (Владивосток, I960), на научно-технической конференции по совершенствованию технологии добычи угля на предприятиях Дальнего Востока (Владивосток, 1973), на заседаниях ученого совета ВНИШ (1972, 1990, 1993), на научно-практических конференциях ДВПУ (1990, 1993).

Автор в течение двадцати лет работал на предприятиях объединения "Приморскуголь" в должности главного маркшейдера шахты, треста, заместителя главного маркшейдера объединения, принимая непосредственное участие в планировании и ведении горных работ.

С 1962 г. автор участвует в исследованиях, проводимых институтами вдаш, двгм-двгту.

■ Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ..

Объем и структура. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения, содержит 76 рисунков, 18 таблиц, список литературы из 120-наименований. Общий объем работы - 160 страниц машинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РаБОЕ

Первая глада посвящена анализу состояния изученности вопроса. .

Исследования' горно-геологических факторов, влияющих на безопасность труда при ведении горных работ, проводились в последние годы во многих угольных бассейнах. Значительная часть работ посвящена изучению разрывных тектонических нарушений.

В настоящее время в отечественной и зарубежной науке накоплены материалы, раскрывающие генезис, методы изучения и оценки разрывных нарушений со смещением и тр°щиноватости, геометризацию и классификацию разрывных структур, а также некоторые вопросы, отражающие влияние разрывных нарушений на величину горного давления.

Существенный вклад в развитие науки о тектонических нарушениях и их влиянии на безопасность труда внесли С.А. Авершин,

B.В. Белоуслов, Я.А. Бич, A.A. Борисов, Б.А. Букринский,

П.Б. Васильев, Г.И. Вилесов, В.Е. Григорьев, A.C. Забродин, A.A. Корицкий, Г.Н. Кузнецов, А.Г. Лукьяненко, Г.А. Любич,

C.И. Малинин, В.В. Мазуренко, H.A. Муратов, И.Ы. Петухов, H.A. Рыжов, В.Н. Скуба, И.Н. Ушаков, Г.Л. Фисенко, X. Хервиг, 0. Якоби и др.

Анализ изученности проблемы показал следующее:

- во ВНИШ разработаны методические материалы по изучению, прогнозу и оценке влияния разрывных нарушений на полноту выемки угля и технико-экономические показатели, однако закономерности и зависимости, справедливые для других бассейнов, в условиях Партизанского бассейна, разрабатывающего весьма нарушенные, газоносные и удароопасные пласты, требует уточнений к дополнений;

- не установлена зависимость стсгтени нарушенное?!! участков угольных пластов от глубины горных работ, не разработана удобная для практического использования у^тодика прогноза нарушек-нссти участков угольных пластов;

- с разрывными нарушениями езязакы многочисленные вывалы и сбрупения пород в горные выработка, что нередко вызывает травмирование работающих людеГг, прич;с-:ы и механизм обрушений пород и угля изучены слабо;

- недостаточно изучен характер ;!змен°н;;я механических свойств горных пород в зонах влияния газрывнкх нарушений;

- в настоящее время нот научно обоснованной методики оценки влияния горно-геологических и горнотрхничрских факторов на безопасность труда при ведении горных .работ в зонах влияния разрывных нарушений.

На основе анализа состояния вопроса сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе изложена методика исследований.

Для изучения параметров разрывных нарушений и характера их изменений в процессе разведки, подготовки и эксплуатации шахтных полей автором проанализирована горно-графическая документация, горнотехнические и технико-экономические показатели работы шахт Партизанского бассейна за период 1960-1992 гг.

Оценка степени нарушенности угольных пластов произведена по предложенному ВНИШ показателю нарушенности К, :

К<= "Г" ' (I)

где - суммарная протяженность разрывных нарушений в пределах исследуемого участка,' м; 5 - площадь этого участка, га.

Анализ основных параметров каждого разрывного нарушения (протяженность, угол падения поверхности и амплитуда разрыва) сделан по данным фактических замеров, зафиксированных в горных выработках геологическими службами шахт.

Для установления закономерностей изменения механических свойств угля и боковых пород в зонах влияния разрывных нарушений проведен комплекс лабораторных и шахтных исследований. В лабораторных условиях испытывались образцы пород, отобранные на различных расстояниях от разрывных нарушений. В шахтных условиях производилось исследование прочности угля экспресс-методом с применением прочностномера П-1 конструкции ГТН. Фейта, основанном на измерении величины внедрения стального конуса в угольный массив. Экспресс-методом исследованы изменения прочности угольных пластов на всех шахтах Партизанска в зонах нарушений различного вида: сбросов, взбросов, растяжек без разрыва пласта, пережимов. Наиболее представительный объем испытаний проведен автором на шахте "Авангард".

По данным шахтных измерений,построены графики, характеризующие изменение прочности угля. По этим графикам установлены границы влияния разрывного нарушения на прочность.

Оценка изменений напряженного состояния массива пород вблизи разрывных нарушений производилась в горных выработках с помощью прибора БП-1В по методике и с участием ВШШ. Хрупкость пород, являющаяся показателем напряженности, определялась в скважинах длиной до 3 м, пробуренных на расстоянии от 3 до 15 м от поверхностей разрывных нарушений.

'Грещиноватость массива изучалась автором непосредственно в горных выработках путем замеров элементов трещин и их частоты. Но результатам замеров построены диаграммы и карты трещи-новатости, которые использовались для установления закономерностей размещения трещин в массиве.

.Методика горно-экспериментальных работ разрабатывалась автором совместно с техническим руководством шахт "Авангард" и "Глубокая". В процессе работ она корректировалась в зависимости от конкретных задач, решаемых при экспериментах.

В третьей главе приведены результаты изучения разрывной нарушепности угольных пластов и рё влияния на ведение горных работ. Исследование нарушепности проводилось на участках шахтных полей, находившихся в различных стадиях изученности: после разведки скважинами с поверхности, в стадии подготовки к выемке угля и после отработки.

Анализ результатов проведенных исследований позволил установить следующие закономерности и зависимости.

В условиях Партизанского бассрйна разведочными скважинами с поверхности выявляются не более 5 % разрывных нарушений - ото нарушения с амплитудой более 10 м; при проведении вскрывающих и подготавливающих выработок выявляется 20-30 % нарушений; полную информацию о всех разрывных нарушениях участка пласта можно получить только после запершенип очистной выемки этого участка. На пластах пологого падения разрывные нарушения с амплитудой до I м составляют 50-60 %, от I до 3 м - 30-^40 %, свыше 3 м - 7-10 %. Большинство мелкоамплитудных разрывных нарушений встречаются в горных выработках неожиданно, что создает трудности в обеспечении своевременной подготовки запасов и безопасности работающих.

Между протяженностью разрывного нарушения -С и амплитудой разрыва X существует зависимость, выражаемая для поло-гопадающих пластов Партизанска уравнением £ = 45 б0'5^

где е - основание натурального логарифма.

Для- всех- шахтных полей характерно увеличение степени нарушенное™ угольных пластов с ростом глубины. В среднем для большинства разрабатываемых пластов увеличивается на 30-40 % с увеличением глубины на 100 м.

Влияние разрывной парушенности выемочных полей на технико-'экономические показатели работы изучено автором на всех шахтах Партизанска. При буровзрывном способе выемки на пологопадающих пластах с увеличением степени нарушенное™ в два раза участковая производительность труда снижается в среднем на 15-20 %, среднесуточная нагрузка на очистной забой - на 20-30 %, потери угля увеличиваются в 2-2,5 раза, объем нарезных работ - на 30-40 %.

Подобные зависимости были выявлены ВШШ ранее на шахтах Карагандинского, Кузнецкого бассейнов и о. Сахалин, что говорит об объективности полученных результатов.

Применение показателя К, на шахтах Партизанска для количественной оценки степени нарушенное™ угольных пластов показало, что он не дает полного представления о характере распределения нарушений на вырмочном участке. Численно равные значения показателя к( могут быть получены на площадях, совершенно не сходных между собой по степени влияния разрывов на условия эксплуатации." Пласты могут быть поражены либо мелкими легко переходимыми нарушениями, либо крупными разрывами, которые для выемочных машин непроходимы. Поэтому для качественной оценки нарушенное™ участков угольных пластов автором предложен показатель сложности перехода нарушений Кп , который характеризует наличие в пределах участка непроходимых для выемочного оборудования разрывных нарушений. Кп рассчитывается по формуле

где П - количество непроходимых разрывных нарушений; -Сер -средняя длина непроходимых разрывных нарушений в пределах площади очистной выемки, м. (При прогнозе нарушенное™ вскрываемых и подготавливаемых участков можно принимать €ср = 100 м).

На основе количественной и качественной оценки разрывной нарушенное™ предложено распределение выемочных полей, участков угольных пластов на пять групп сложности (см. таблицу) по

суммарному показателю нарушенности КСуМ , равному сумме показателей К, и Кп :

Ксум = К1 + К п (4)

Показатели Кч и Кп определяются по формулам (I) и (3).

Так как основные технико-экономические показатели тесно связаны с нарушенностью угольных пластов, для П, Ш и 1У групп сложности даются усредненные значения технико-экономических показателей по отношению к показателям I группы.

Анализ опыта работы шахт Партизанска показывает, что на участках угольных пластов, отнесенных к I группе, целесообразно применение механизированной добычи угля; участки П группы могут обрабатываться как механизированным, так и немеханизиропанным способами; на участках Ш группы возможно ограниченное, выборочное применение добычных машин; на участках 1У группы применение современных добычных машин весьма затруднено.

Таблица

Группы сложности выемочных полей, участков угольных пластов шахт Партизанского бассейна по степени разрывной нарушенности

!

Группа

Степень сложности

Показатель Ксум , ! м/га I

Отношение ТЭП И-1У групп _к 1ЭП I группы_

участковая ¡участковая ¡полнота из-производи- ¡себестои- ¡влечения тельность ¡мость ¡запасов

труда

!

1 П Ш 1У У

Простые

Средней сложности

Сложные

Очень сложные

< 100 100-250 250-400 400-600

Непригодные > ст к отработке

1,0 1,0 1,0 0,75-0,90 1,10-1,25 0,70-0,90 0,60-0,75 1,25-1,50 0,55-0,70

0,40-0,60 1,50-2,00 0,40-0,55

Запасы подлежат списанию из-за геологической нарушенности

В четвертой главе представлены результаты исследования мр-хаиических свойств горных пород и склонности их к обрушениям в зонах влияния разрывных нарушений.

Исследование прочности пород и угля и напряженного состояния пород у разрывных нарушений дали следующие результаты.

С приближением к разрывному нарушению заметно уменьшается ПРОЧНОСТЬ уГЛЛ, I) ИППОСргДСТПРШЮЙ блИППСТИ ОТ поверхности [VIII--

рыва уголь, как правило, сильно раздроблен, иногда перетерт до землистой структуры. Ширина зоны пониженной прочности угля вблизи разрывного нарушения зависит от амплитуды разрыва. Для Партизанского бассейна эта зависимость выражается уравнением

а = 2,5 Я0'5 , (5)

где У - нормальная амплитуда разрывного нарушения, м; а -расстояние по нормали от поверхности разрыва до границы влияния разрывного нарушения.(За границу влияния принимались те точки пласта, в которых устойчивые отклонения фактической прочности от фоновой составляли не менее 20 %).

Характер изменения прочности угля в зависимости от расстояния до разрыва показан на графиках рис. I.

Для сопоставления .разных.по амплитуде разрывов расстояние до разрыва выражено отношением , где -£ч - истинное рас-

стояние точки до разрыва, м; ^Г - амплитуда разрыва, м. Изменение прочности выражено отношением бо/б^, где б^ - прочность угля в точке наблюдения, МПа; 60 - прочность угля данного пласта за пределами зоны влияния .разрывного нарушения, МПа.

Уравнение характера изменения прочности угля в зонах влияния разрывных нарушений имеет вид оХ

и г 1 ■ , 4и д е * -1 (6)

где К-^с/* ; У=бв/бг

Размер зоны влияния разрывных нарушений в боковых породах, представленных песчаниками средней прочности и прочными (беж = 40-Ь0 Ша) меньше, чем в пластах угля, и, как правило, не превышает 2,0Я0,5. Породы, находящиеся в непосредственном соприкосновении с поверхностью разрывного нарушения в зоне до 0,3-0,6 м от неё, имеют прочность на сжатие в 1,5-3 раза ниже фоновой, в то время как прочность угольных пластов в этих зонах в 5-10 раз ниже фоновой.

Выявлено, что песчаники в зонах влияния разрывных нарушений с амплитудами разрыва 6-8 м теряют упругость и обладают преимущественно пластическими свойствами.

Рис. I. Изменение прочности угля в зонах разрывных ■ нарушений: а - обобщенный график изменения прочности угля; б - характер изменения прочности ( бо/бь ) в зависимости от расстояния до нарушения ( )

Интенсивность трещиноватости пород кровли возрастает с приближением к крупноамплитудным и среднеамплитудным разрывным нарушениям, а также к осям синклинальных и антиклинальных склянок. В пределах зон влияния разрывных нарушений выявлено •в большинстве случаев не менее двух систем трещин. При этом неррдко вблизи сбросов и взбросов поверхности трещин одной из систем примерно параллельны, а второй системы - перпендикулярны поверхности разрывного нарушения.

Многочисленные случаи обрушений и вывалов пород в горные выработки, имевшие место при ведении горных работ на шахтах Партизанского бассейна и неррдко связанные с травмированием людей и авариями, преимущественно происходили в зонах влияния разрывных нарушений и интенсивной тр^щиноватости.

Обрушение пород в выработку в зоне влияния разрывного нарушения происходит в результате воздействия собственного веса пород, горизонтальных составляющих напряженности массива и сил опорного давления. Проявлению указанных сил способствует наличие интенсивной трещиноватости пород и слабых контактов напластования. При вскрытии нарушения первоначально высыпаются непосредственно у поверхности разрыва небольшие куски породы. Если не приняты мрры по усилению крепи, в дальнейшем происходит обрушение трещиноватых слабых пород в зоне разрывного нарушения. Высота обрушенных пород над выработкой может превышать в 2-3 раза ширину выработки.

Характер, форма и размеры свода обрушения пород в выработку зависят от размеров зоны влияния разрывного нарушения, интенсивности -трещин, характера изменения прочности пород, параметров горной выработки и рё ориентировки относительно нарушения

В пятой главе рассматривается методика оценки влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на безопасность труда при ведении горных работ в районах разрывных нарушений, включающая:

- методы прогноза нарушенности вскрываемых и подготавливаемых участков;

- оценку характера влияния на устойчивость пород расположения в массиве разрывных нарушрний, поверхностей тррщиноватос-ти и слоистости и горной выработки;

- определение размеров опасных зон в выработках у разрывных нарушений;

- оценку нагрузок на крепь при проведении выработок в зонах влияния разрывных нарушений.

Для прогноза нарушенное™ вновь вскрываемых и подготавливаемых участков шахтного поля автором разработаны два метода.

Первый - аналитический, применяется для прогноза степени нарушенное'™ на вскрываемых горизонтах и крыльях шахтного поля. Оценка степени нарушенности с достаточной для проектирования горных работ достоверностью может быть произведена на основе данных разведки о крупных разрывных нарушениях на вскрываемом участке, анализа соотношений крупных и мелкоамплитудных нарушений на отработанных горизонтах, частях шахтного поля и установленных закономерностей увеличения степени разрывной нарушенности с глубиной (рис. 2, а). |

Второй метод - расчетный, применяется ДЛЯ расчета степени 1 нарушенности при вскрытии и подготовке локальных участков |

угольного пласта. Расчет степени нарушенности всего участка ;

пласта производится по частичным данным о нарушенности, полу- !

ченным при проведении отдельных вскрывающих и подготавливающих . выработок (рис. 2, б). Если на участке пласта площадью 5 проведены подготовительные выработки протяженностью , которыми I выявлено а разрывных нарушений с амплитудами , . • • Яп , | то показатель нарушенности участка рассчитывается следующим об- | разом. По формуле (2) определяется условная протяиенность каж- ; дого нарушения -С, , ... а и находится промежуточный показатель нарупрнности К2 :

К2~-§---§--(7)

Переход от Ка к расчетному показателю нарушенности осуществляется через коэффициент :

к, =ь* Кг (13)

Коэффициент ^ п определяется ПО эмпирической формуле

*' = -Ьгг-- в'

где б и с1 - максимальные размеры участка по простиранию и падению, м; -£тт ~ протяженность разрывного нарушения с минимальной фиксируемой амплитудой, М (в среднем -Ет;п = 50 м).

а

Рис. 2, Прогноз разрывной нарушенное™ аналитическим (а) и расчетным (б) методами: А - отработанный участок пласта; Б - вскрываемый

Преимущественное влияние Нй УСТОЙЧИВОСТЬ пород при ведении горных работ на илругаенных пластах оказывают взаимное расположение горной выработки И поверхностей разрывного нарушения,

Тр'-щим ¡1 !'ОПТП!(ТГ)!1 ПППЛ.ППТОППНИМ .

Протяженность выработки с неустойчивыми породамч при пересечении разрывных нарушений зависит от угла встречи и/ . Угол встречи разрывного нарушения определяется в подготовительных выработках горизонтальным.острым углом между направлением под-вигания выработки и простиранием поверхности разрыва, в очистных выработках - горизонтальным острым углом между простиранием поверхности разрыва и линией очистного забоя (рис. 3, а).

По графику рис. 3 можно оценить степень опасности обрушения пород при подходе очистного забоя к разрывному нарушение со стороны лежачего (вариант I) и висячего (вариант П) крыльев.

В тестой главе даны практически« рекомендации по обеспечению безопасного ведения горных работ в зонах влияния разрывных нарушений. Обоснованием рекомендаций послужили проведенные исследования и опыт ведения горных работ на нарушенных пластах.

Автором предложены схемы вскрытия и подготовки отдельных блоков, уклонных и бремсберговых полей, практические рекомендации по обеспечению безопасности при проведении подготовительных выработок и ведении очистных работ в зонах влияния разрыв-4 ных нарушений. Большинство рекомендаций внедрено на шахтах Партизанского бассейна.

В седьмой главе приведены результаты горно-экспериментальных работ на шахтах "Авангард" и "Глубокая", поставленные с целью проверки и уточнения ряда научных выводов и рекомендаций, полученных при исследованиях. При проведении экспериментов в шахтах были поставлены конкретные задачи: на шахте "Авангард" -изыскание наиболее эффективных и безопасных схем и способов разработки весьма нарушенных сближенных пластов; на шахте "Глубокая" - повышение безопасности работ в лавах при разработке нарушенных пластов в свите в восходящем порядке. Во время проведения опытных работ на обеих шахтах проводились инструментальные наблюдения за деформациями подрабатываемого массива.

На шахте "Авангард" испытаны четыре варианта разработки UOCI,МП сближенных плнетоа на участках с покупателем linpyuirniioc-

/

направление подйигания лабы

Я«

50*

60"

90' со* ао* о* и

Рис. 3. Зависимость частоты случаев оорушеник кровли в лавах от угла зстррчи и направления подхода к разрывному нарусению:

а - схема; б - варианты подхода к нарушению со стороны лежачего (I) и висячего (П) крыльев; а - график относительной частоты случаев (пои мГ = 90° частота равна I) 16

ти от 120 до 550 и/га при междупластии 1,5-4,0 м. Опыты показали, что весьма сближенные сильно нарушенные пласты"можно эффективно отрабатывать камерно-столбовой и камерной системами с шириной заходок в камере не более 4 м. Более безопасные условия в камерах создаются при применении в забоях комбайнов избирательного типа. Наиболее опасные условия при выемке нижележащего пласта создаются под целиками, оставленными на вышележащем пласте у разрывных нарушений.

На шахте "Глубокал" в свите, наклонных пластов была подтверждена возможность эффективной отработки пластов в восходящем порядкр при кратности подработки 23-40. На подработанных участках вышележащего пласта с показателем нарущенности более 300 м/га в результате разгрузки массива и снижения напряженности в забоях лав улучшилась устойчивость угля и боковых пород, прекратились обрушения пород кровли и почвы и высыпания угля с забоя лавы в зонах разрывных нарушений.

Учитывая положительные результаты опыта, в дальнейшем восходящий порядок разработки свиты пластов применялся на многих участках шахт "Глубокая" и "Центральная", прежде всрго, на тех, где вышележащий пласт подвержен интенсивной тектонической нарушенности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных исследований в диссертационной работе обоснован и предложен комплекс мер методического и практического характера по обеспечению безопасности при ведении горных работ в зонах влияния разрывных нарушений.

Основные научные и практические результаты работы заключаются В следующем.

1. Полные сведения о количестве и параметрах разрывных нарушений угольных пластов в Партизанском бассейне.возможно получить только при проведении подготовительных и очистных выработок. Нередко разрывные нарушения встречаются в горной выработке неожиданно, что влечет за собой снижение безопасности труда.

2. й!елкоамплитудная нарушенность угольных пластов возрастает с увеличением глубины и приближением к глазным, осям основ-

ных складчатых структур. Числрнно эта зависимость выглядит так: с увеличением глубины работ на каждые 100 м показатель нарушенное™ пласта возрастает в среднем на 30-40 %.

На пологих пластах Партизанского бассейна установлена зависимость между амплитудой и протяженностью разрывного нарушения.

3. С увеличением нарушенное™ угольных пластов снижается нагрузка на очистной забой, производительность труда, процент извлечения запасов, увеличивается объем подготовительных работ на 1000 т добычи. Для шахт Партизанского бассейна опррделены численные значения этих зависимостей.

4. В зонах влияния разрывных нарушрний структура и прочность угольных пластов и вмещающих пород претерпевают значительные изменения. Непосредственно у поверхности разрыва уголь и породы раздроблены, склонны к обрушению, прочность по сравнению с фоновой снижена в угольных пластах в 5-10 раз, в песчаниках в Г,5-3 раза. Установлены математические выражения параметров и характера изменения прочности в зоне влияния разрывных нарушений.

5. На шахтах, разрабатывающих пологопадающие пласты, установлена зависимость тектонической трециноватости пород от разрывных нарушений. С приближением к разрывному нарушению интенсивность трещиноватости пород возрастает и ухудшаются условия поддержания кровли в призабойком пространстве.

6. Устойчивость кровли в очистных забоях зависит от геометрических параметров разрывных нарушений, трещиноватости и слоистости пород и расположения линии забоя по отношению к ним. Размеры опасного по обрушениям пород участка кровли можно определить по амплитудр и углу встречи разрывного нарушения. Наибольшую опасность представляют разрывы, имеющие падение поверхностей в сторону массива угля и угол встречи менее 30°.

7. Слои пород алрвролитов, углистых аргиллитов, тонкозернистых песчаников мощностью до I м в зонах влияния разрывных нарушений весьма неустойчивы и склонны к обрушрниям в призабой-ном пространстве даже при нрбольших по площади незакрепленных участках кровли (4-6 м^ и более).

8. Объем пород, склонных отделиться от массива, и форма свода обрушения в подготовительных выработках зависят от амплитуды и угла падения поверхности разрывного нарушения, прочности, слоистости и тррщиноватости пород. Б работе обоснован метод расчета нагрузок на кр»пь выработок и даны расчетные" формулы для наиболее характерных видов свода обрушения,

Я. Автором впервые разработана методика оценки влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на безопасность труда при ведении горных работ в районах разрывных нарушений, позволяющая выявлять опагные ситуации при ведении горных работ на нарушенных пластах и оценивать степень опасности от обрушения пород о выработки.

10. Разработаны практические рекомендации по вскрытию и подготовке обособленных блоков, участков нарушенных пластов, по проведению подготовительных выработок и ведению очистных работ в зонах влияния разрывных нарушений.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. О необходимости учета характера геологического нарушения при проведении выработок. - В сб. "Обмен опытом совершенствования технологии добычи угля". Приморское НТГО, Владивосток, 1973, с. 65-67 (соавт. Муратов H.A.).

2. Оценка нарушенности угольных пластов и разработка безопасных способов ведения горных работ. - В сб. "Обмен опытом совершенствования технологии добычи угля". Приморское НТГО, Владивосток, 1973, с. 45-57 (соавт. Муратов H.A.).

3. Повышение устойчивости очистных забоев нарушенных сближенных пластов применением восходящего порядка разработки. -

В сб. "Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока". Тр. ДВПИ, Владивосток, 1975, с. 24-36 (соавт. Муратов H.A., Демеш-ко Б.Ф.).

4. Исследование влияния тектонической нарушенности на выбор системы разработки весьма сближенных пластов. - В сб. "Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока". Тр. ДВШ, Владивосток, 1975, с. 88-95 (соавт. Муратов H.A.).

5. Временная инструкция по безопасному ведению горных работ в местах геологических нарушений угольных пластов Партизанского бассейна. - ДВШ, "Приморскуголь", Владивосток, 1976,

68 с. (соавт. Бич Я. .А., Муратов H.A. и др.).

6. Исследование прочностных свойств угольных пластов в натурных условиях экспррсс-методом. - В сб. "Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока". Владивосток, 1976, с. 63-66 (соавт.' Муратов H.A.).

7. Исследование влияния разрывных нарушений на механические свойства и напряженное состояние горных пород на шахтах Партизанского месторождения. - В сб. "Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока". Владивосток, 1976, с. 53-62 (соавт. йуратоа H.A., &1азуррнко В.В.).

С. Исследование механических свойств горных пород в районах геологических нарушений. - В сб. "Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока". Владивосток, 1978, с. 49-03 (соаот. Муратов H.A., Демешко Б.Ф.).

9. Предупреждение горных ударов у гпологичрских нарушений. - Б сб. "Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока". -Владивосток, 1978, с. 54-61 (соавт. Муратов H.A., Мазурен-

ко В.В.). .

10. Влияние разрывных нарушений и интрузий на прочностные показатели угольных пластов. - "Добыча угля подземным способом". ЦНИЭИуголь, 1984, № II, 13 с. (соавт. Муратов H.A.).

11. Указания по безопасному ведению горных работ на интенсивно нарушенных пластах Партизанского бассейна, склонных к горным ударам. - JI., BHMfM, 1990, 32 с. (соавт. БичЯ.А., Лукья-ненко А.Г., %ратов H.A. и др.).

12. Классификация выемочных полей по степени разрывной па-рушенности. - В сб. "Проблемы геологии, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых Дальнего Востока". Владивосток, 1993, с. 100-102.

13. Влияние геологических факторов на устойчивость пород . в горных выработках. - В сб. "Проблемы геологии, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых Дальнего Востока". Владивосток, 1993, с. 102-104 (соавт. Муратов H.A., Жигалин Ю.И.),