автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка инженерного метода расчета параметров зон повышенного горного давления в условиях разгружающего действия надработок при выемке СВИТ выбросоопасных угольных пластов

Министерство топлива и энергетики Российской Федерации Институт горного дела им. А. А. Скочинского

На правах рукописи

Сергей Николаевич СМИРНОВ

УДК 62.2.831.322:622.8

РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНОГО МЕТОДА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЗОН ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ РАЗГРУЖАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ

НАДРАБОТОК ПРИ ВЫЕМКЕ СВИТ ВЫБРОСООПАСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 05.26.01 — «Охрана труда и пожарная безопасность»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Трудового Красног Знамени научно-исследовательском институте горной геомеханик и маркшейдерского дела (ВНИШ).

Научный руководитель -

проф., докт.техн.наукПЛа.Филатов].

Официальные оппоненты:

проф., докт.техн.наук А.Т.Айруни; канд.техн.наук И.М.Лавров.

Ведущая организация - ПО по добыче угля "Дзержинскуголь".

Автореферат разослан /> 1992 г.

Защита диссертации состоится (ßJ"'/ У_ 1992" г

в 4 на заседании специализиро^шюго совета" К 135.05.01

по присуждению ученой степени кандидата технических наук ИГ, им. A.A. Скочинского.

С диссертацией можно . ознакомиться в секретариате ученое совета института.

Отзывы в двух экземплярах просим направлять по адреоу; 140004, г.Люберцы Московской обл., ИГД им» A.A.Скочинского.

Ученый секретарь специализированного совета докт.техн.наук

И.Г.Ищук

»ИВМИОТЕЛА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Обеспечение безопасности и эффективности при ведении горных работ на пластах, опасных по газодинамическим явлениям, является важной задачей, стоящей перед угольной промышленностью. Ее решение осложняется тем, что разработка пластов нередко осуществляется в зонах повышенного горного давления (ПГД) от целиков ц краевых частей угольного массива, обусловливающих увеличение проявлений выбросоопасности. В условиях влияния зон ПГД целесообразным является использование защитных пластов. Надработка целиков и краевых частей защитными пластами обусловливает разгрузку толщи пород и снижение размеров образуемых ими зон ПГД.

Параметры разгружающего действия надработок на изменение размеров зон ПГД и факторы, влияющие на их эффективность, изучены недостаточно. Согласно "Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа"55 при надработках целиков и краевых частей угольного массива защитными пластами к учету принимаются только защищенные зоны. Зоны разгрузки и напряжений нетронутого массива, расположенные в почве защищенных зон, не рассматриваются. Изменение размеров зон ПГД от целиков, и краевых частей угольного массива вследствие разгружающего действия надработок не учитывается.

Эффективное использование разгружающего действия защитных . пластов при надработках целиков и краевых частей угольного массива даст возможность снизить размеры создаваемых ими зон ПГД. Это позволит соответственно уменьшить протяженность особо выбро-соопасных участков и за счет снижения объемов противовыбросных меропрмгайповысить технико-экономические показатели разработки.

х'в дальнейшем именуется "Инструкция.-."

Указанное относится в первую очередь к Донбассу, где очистные и подготовительные забои нередко разрабатываются в надработанных зонах ПГД.

Яз вышеизложенного слсдуот, что исследования разгружающего действия надработок на изменение параметров зон ПГД являются актуачышми.

Длссертоуюнная работа является итогом исследований, выполненных автором в соответствии с темллано.м В1С-Ш в работах "Разработать рекомендации по борьбе с вредным влиянием зон ПГД на пласты, склошшо к внезапным выбросам угля и газа" (тема 0200105100), "Разработка и освоение геомехшшческих основ и схем регионального управления ударо- и выбросоопасным состоянием за-щптних пластов в свите" (тема 0256019101, Я ГР 01860037938), -Выполнить исследовал: ьч- напр.т-г.енно-дегТюрмлровалного и газодинамического состояния з сажаемых пластов п вмещающих пород с помощью региональных комплексных наблюдательных станций, физического и математического моделирования" (тема 0200101100), в которых автор участвовал как исполнитель.

Цель работы состоит в разработке инженерного метода расчета параметров зон ПГД в условиях разгружающего действия надработок при выемке свит выбросоопасных угольных пластов,

1'доя работы заключается в использовании разгрузки толщи пород защитным пластом при определетш параметров зон ПГД от надработанных целиков и краевых частей угольного массива.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следугацле основные задачи:

провести шахтные эксперименты по изучению газодинамического и надряяенно-деформпрованного состояния пластов в зонах ПГД от надработанных целиков и краевых частей пластов;

выполнить анализ опыта ведения горных работ в надработанных зонах ПГД;

выполнить математическое моделирование распределения напряжения массива горних пород в зонах ПГД, подаеряенних воздействию под- и надработок;

установить количественные зависимости размеров надработан-. ных зон ПГД от условий разработки;

разработать инженерный метод расчета параметров зон ИГО в условиях разгружающего действия надработок. ' _

Принят комплексный метод исследований. Он вмпчат шахтныо эксперименты по определению газопроницаемости приз аб о Иной части 2

пласта, начальной скорости газовиделешш, выхода буровой мелочи; анализ опыта ведения горных работ в надработанных зонах ПГД; математическое моделирование распределения напряжений массива горных пород в под- и надработанных зонах ПГД; анализ и научноо обобщение литературных источншсов.

Научнто новизну исследований составляют следующие основные результаты, выносимые на защиту:

экспериментально установленные закономерности изменения вы-бросоопасности угольных пластов в зонах влияния целиков и краевых частей угольного массива, подверженных разгружающему воздействию надработок;

закономерности разгружающего влияния надработок на изменение области повышенного давления. Установлено, что основным параметром, определяющим снижение уровня напряженности на участках влияния надработанных целиков и краевых частей угольнохчэ массива, является расстояние от пласта-источника ПГД до защитного. Определены новые границы зон ПГД с учетом разгружающего действия надработок;

геомеханическое обоснование и создание метода расчета параметров зон ПГД в условиях разгрузки толщи пород надработками.

Лично автором проведены эксперименты в шахтных условиях пс оценке газодинамического и напряженно-деформированного состояния приэабойной части пластов в надработанных зонах ПГД; проведено математическое моделирование распределения напряжений в зонах ПГД, подверженных воздействию под- и надработок; выполнен анализ проявлений выбросоопаспости при ведении горных работ в надработанных зонах ПГД; выполнено сопоставление результатов натурных экспериментов, анализа опыта разработки и математического моделирования; установлены количественные зависимости размеров надработанных зон ПГД от условий разработки; разработан, обоснован и внедрен инженерный метод построения надработанных зон ПГД.

Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций подтверждается: комплексным сочетанием натурных методов исследований, математического моделирования, анализа опыта ведения горных работ; использованием современных апробированных методов натурных экспериментов; корректным и обоснованным применением расчетного метода, основанного на фундаментальных положениях теории упругости.

Практическое значение диссертации состоит в разработке и внедрении инженерного метода построения нацработанных зон ПГД„ в котором учитывается разгружающее действие защитного пласта. Использование разгружающего влияния надработок дает возможность во многих случаях сократить размеры зон ПГД от надработанных це-. ликов и краевых чаетеЯ пластов и тем самым снизить размеры участков повышенной выбросоопасности. На основании разработанного ме-» тода составлены схемы использования разгружающего действия надработок при построении зон ПЦЦ для пластов Центрального района Донбасса,

Реализация работы. 0снов1ше результаты работы вошли состав-ноП частью в "Мотодпческие указания по расчету напряжений в зонах влияния очистных выработок" (Л.: ВШШ, 1990. - 56 с.) и в "Перспективные гйомехиническио схемы регионального управления выбросо- и удароопаснып состоянием массива при разработке свит угольных пластов ла шахтах Донецкого бассейна (пласты пологого и наклонного падения)" (Л.: В1ШИ, 1ЭЭ0. - 69 е.).

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы догладывались и получили одобрение на ежегодных конференциях молодых ученых В1ЕШ (Санкт-Петербург., IÜJ0-I990 гг.); на IX конференции по механике горных пород в Институте физики и мохшшки горных пород АН Кирг.ССР(г.Биш<еке IÜ39 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и практика проектирования, строительства и эксплуатации высоко-, производительных подземных рудников" а Московском горном институте (г.Москва, 1990 г.); на научно-техническом совете по проблеме горшее ударов и внезапных выбросов угля (породы) и газа ВШШ (Санкт-Петорбург, 19Э0 г.); на секции по проблеме горного давления и горных ударов ученого совета В1£Ш (Санкт-Петербург, 1991 г.); на семинаре отделения рудничной аэрологии и борьбы о внезапными выбросами 1ИД им. А.А.Скочинского (Москва, 1992 г.).

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 7 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения» списка литературы из III наименований и приложения. Она представлена на 121 странице, содержит 25 рисунков, U таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ PAEOTU

Первая глава посвящена рассмотрению вопроса ведения горних работ на вибросоопасных угольных пластах в зонах влияния очгкст-ных выработок соседних пластов, его изученности, научной и практической значимости.

В настоящее время большинство шахт разрабатывает свиты пластов. Разработка выбросоопасных пластов в свите нередко осложняется влиянием целиков и краевых частей смежных пластов, которые являются источниками ПГД. Указанное в первую очередь относится к Центральному району Донбасса, где в пределах шахтнох'о поля разрабатываются 10 и более пластов. Полностью исключить влияние зон ПГД не удается. Это связано с тем, что во многих случаях ведение очистных работ на смежном пласте прекращают вследствие его выклинивания, наличия геологического нарушения, подхода забоя к границам шахтного поля, оставления охранного целика и т.п.

В условиях разработки сближенных пластов существуют ситуации, при которых угольные целики и краевые части массива, являющиеся источниками ПГД, находятся на надработанных участках. В таких случаях под влиянием разгрузки зоны их влияния, как правило, уменьшаются. Возникает необходимость в учете разгружающего действия надработок на участках влияния целиков и краевых частей пластов.

Вопросам безопасной разработки пластов, опасных по газодинамическим явлениям, уделяется большое внимание (ПГД им. A.A. Ско-чинского, В НИМИ, ДЛИ, ДГИ, МакНШ, ИГТГ.1, другие исследовательские организации).

В предыдущих работах были определены параметры деформирования пластов и породного массива в зонах влияния очистных выработок, установлены размеры защищенных зон и зон ПГД с учетом различных геологических и горно-технических факторов. Следует отметить, что в предыдущих исследованиях зоны разгрузки и повышенных напряжений рассматривались, как правило, в отдельности, без учета их ззаимного влияния. Не изучены закономерности изменения параметров влияния целиков и краевых частой угольного массива в условиях разгружающего действия надработок. Не установлены размеры надработанных зон ПГД с учетом условий ведения горных работ.

'_Исходя из выполненного анализа предцдуирк padiH- Н требований производства сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе представлены результаты математического моделирования напряггешю-дс.^орг.трованного состояния массива горных пород в зонах влияния целиков и краевых частей угольного массива, испытывающие воздействие очистных выработок соседних пластов.

Предыдущими исследованиями в натурных условиях установлено „ что смещения горны:': пород в надработалиых зонах и зонах ПГД имеют в основном характер упругого деформирования и для их описания могут быть применены методы теории упругости.

Математическое моделирование позволяет получить результаты, имеющие наибольшую степень общности.

Рис. I. Расчетная схема к определена!) напряжений массива пород в зоне Шд от краевое части пласта, подверженной влиянии очистиоВ выработки:

а - надрадативаяиего пласта; <3 - подрайатывашего пласта

Использовали метод граничных интегральных уравнений, позволяющий учитывать взаимное влияние очистных выработок, расположенных на соседних пластах. Расчеты выполняли на ЭВМ серил ЕС.

а

I

Массив пород рассматривали как линейно-упругую однородную оплошную среду. Исследовали ситуацию, при которой зона ПГД от краевой части пласта надрабатывалась лавой вышележащего пласта (рис. 1,а).

' Геологические и горно-технические условия принимали следующие: глубина ведения работ Н= 800 м; мощность пласта т, =» а тг я I м; угол падения пластов ос ■= 0°; ширина выработанного пространства на нижнем пласта 2а,= 280 м, на верхнем 2аг а 140 м; расстояние между пластами 40 м; расстояние между за™ боями пластов ?5 = + 70 м (знак "+" означает, что подрабатывающий забой расположен над' выработанным пространством пласта -источника ПГД); используемые в качестве граничных условий углы давления (/>« 64°. Задачу решали в плоской постановке.

Влияние надработки на изменение размеров зон ПГД и опорного давления в плоскооти пласта определяли из выражений:

к"«)=сС(г)М(1); (I)

где К,1г) - коэффициент влияния надработки на изменение размеров зоны ПГД в кровлю (почву); а1"(г> - размер зона ПГД в кровлю (почву) на надработанном участке; - размер зоны ПГД в кровлю (почву) на одиночном пласте; кЦ - коэффициент влияния надработ-ка на изменение размеров зоны опорного давления в плоскости пласта; - ширина зоны опорного давления в плоскооти нзарабо-

танного- пласта; I - ширина зоны опорного давления в плоскости одиночного пласта.

Зону ПГД строили по нормальным к напластованию напряжениям; ее границу определяли изолинией "1,2.

С подвиганием очистного забоя на участке пригрузки от краевой чаоти недорабатывающего пласта размеры зоны Ш'Д возрастают. Наибольшая величина К, » 1,57 отмечена при i¡ = -30 м (знак означает, что надрабатывающий забой расположен над'массивом

пласта - источника ПГД). При h"= ВО, 120 м максимальные значения составили соответственно 1,68; 1,90, С отходом лавы от створа на 50 м при h"m 40, 80 м и на 70 м при 120 м краевая часть нижележащего пласта попадает на разгруженный надработкой участок. На одиночном пласте коэффициент интенсивности надряже-

Hilft Kj составляет 359 Ша ЛГ„ На подработанном участке при ta -70 м вследствие разгрузи! при h"- 40, 00 м она снижается соответственно до 213, 277 Ша Jm .

Рио. 2. Изменение размеров зов ШД ■ опорного давления & шшскоста пласта под влиянием разгружающего действия надраОоткя:

1 - зона ППЦ от одиночного пласта;

2 - надрайотанная зона 1ЩД

Определяли парш.штры надработанных зон ПГД и опорного давления в плоскости пласта, разгруженных защшшм пластом при условиях: 2а,- 560 м, »» -70 м. Изменение областйТлияния^краевоП части пласта вследствие разгружающего действия надработки представлено на рис. 2. Результаты вычислений приведены на рио. 3. •Моделированием установлены следующие зависимости:

к;«о,огб^оЦ1/0МК"; О)

кг =-<, а2з+1,г+з^ к"

К( = О.ШН- +0,092 ё

-О.ОНЬГ

(4)_ (б)

При междупластьях Ьи= 40, 00, 120 м значения к" составляют соответственно 0„18; 0,25; 0,35; значения к* соответственно 0Д7;_0154; 0,76; значения кЦ соответственно 0,17; 0,29; 0,50. й

■кГ

.

ад.

к:

«о

М к",

кг

па

30

ЙО

Рио. 3. Параметры влияния разбухающего дейогзяя надрайогки на иамененив размеров: ^^

б - войн ШД; в - зоны опорного даалввия а ллоояоом шмота

Влияние очистной выработки подрабатывающего плаота на изменение размеров зоны ШЯ определяли из соотношения

(6)

где Кг - коэффициент влияния подработки на изменение размеров зоны ПГД в почву; - размер зоны ПЩ в почву на подработанном участке.

Рассматривали ситуацию, при которой лава подрабатывала краевую часть пласта - источник ПГД (см. рио. 1,6). На участке при-*ТУЗки от подрабатывающего забоя размеры зоны ПГД увеличиваются.

При расстоянии между пластами h"- 120 м наибольшее значение K¡ ж 2,29 отмечено при отходе забоя от створа на расстояние fs = - 10 м. При расстоянии t¡ = -50 м краевая часть пласта попадает в разгруженную зону. С дальнейшим подвиганием лавы на расстояние «= -70 м Кj снижается до 0,08; коэффициент интенсивности

напряжений K¡ составляет 97 Ша VÑ.

В практике ведения горных работ имеют место ситуации, при которых эффективность разгрузки надработкой снижается: при закладке выработанного пространства, мощности пласта ниже критической и пр. В таких условиях формируются участки пониженной степони разгрузки. Они характеризуются повышением уровня силового взаимодействия кровли и почвы защитного пласта.

Учет угла давления у дает" возможность рассматривать на* грузки, действующие на почву пласта ( И.М.Петухов, И.А.Фельдман, В.А. Белослудцев). Угол давления у связан с углом полных одвижений у . Различие между углами 'обусловлено только тем, что в создания давления на почву выработки кроме пород, попавших в зону полных сдвижений, некоторое участие принимают й породы в области существенных изгибов слоев. При эффективной разгрузке угол if составляет 64°. С увеличением уровня силового взаимодействия кровли и почвы защитного пласта он возрастает до 80° и более. Расчет размеров надработанных зон ПЩ при Vя 64...80° позволяет получить решение, учитывающее влияние факторов, снижающих эффективность разгружающего действия защитного пласта.

Влияние надработки на изменение размеров зоны ПГД в условиях пониженной степени разгрузки определяли из выражения

с*" К*

где Кф) - коэффициент влияния надработки на изменение размеров гоны ПГД в кровлю (почву) на участке пониженной степени разгрузки; К- коэффициент влияния угла давления защитного пласта на изменение размеров надработанной зоны ПГД в кровлю (почву).

Вычислениями установлены количественные зависимости К,*,)

от междупластий Я". Значения К* при ip = 70 , 80°-для h"* 80 и составляют соответственно 1,06; 1,23; для Н"» 120 м соответственно 1,04; 1,16. Значения к/ при у» 70; 80° для h"» 80 м состав^" ляют соответственно 1,09; 1,39; для Нн» 120 м соответственно

1,02; 1,18. 10

В третьей глава изложены результаты шахтных экспериментов, выполненных в надработанных зонах ПГД. Исследованиями ВИЛИ и МакНИИ установлено, что оценка влияния ПГД на пыбросоопасных пластах может быть выполнена путем определения выхода буровой мелочи р (оценка напряженно-деформированного состояния пласта), начальной' скорости газовыделения qK и газопроницаемости приза-бойной части пласта К (оценка газодинамического состояния пласта) . Методика исследований была принята в соответствии с "Методическими указаниями по оценке газодинамического состояния вы-бросоопасных угольных пластов в зонах влияния горных работ на смежных пластах свиты" (Л.: ВШШ„ 1986. - 30 е.). Она включала бурение шпуров диаметром'43 мм глубиной 3+6 м и поинтервальное (через I м) определение р , и К .

Выполняли экспериментальные исследования на шахте им.К.И.По-ченкова (ПО "Макеевуголь") во 2-й восточной лаве пласта К} в зонах влшния очистных выработок пластов и . Расстояние между пластами Kt и - 34 м, f, и - 80 м. Согласно "Инструкции. „." размер зоны ПГД в почву от пласта составляет dt~ «= 128 и. В зоне ПГД от пластов I, и отмечены повышенные газодинамическая активность и уровень напряженного состояния, установленные по высоким значениям qM (8,66 л/мин) и р (7 л/м на 3-м метровом интервале, 10 л/м на 4-м метровом интервале); наибольшее значение К составило 166,05•Ю-15 м2. Надработка пластом t¥ не устраняет влияния зоны ШД от пласта , о чем свидетельствуют высокие значения <зи (10,25 л/мин) и р (16 л/м на 3-м метровом интервале); максимальное значение К составило 16,72х хКГ15 м2. Согласно (I) определяем: К- ? d*/dt-= 34/128 = 0,27.

Проводили исследования на шахте им. М.И.Калинина (ПО "Донецку голь") во 2-й западной лаве пласта ht в зоне ПГД от целика пласта Ur , надработаяного пластом Ь1в. Расстояние между плас-та1.щ Ьт и ht- 78 м, ha и kf0- 100 ы.

Согласно "Инструкции..." размер зоны ПГД в кровлю от пласта Л, составляет d, » 166 м. Влияние зон ПГД от пласта h7 на увеличение выбросоопасности пласта ht вне области влияния защитных пластов установлено по данным анализа происшедших выбросов (сведения взяты из каталога УкрНШИ).

Надработка пластом к10 устраняет влияние зоны ПГД от пласта hj „Об этом свидетельствует низкий уровень напряженного _ "состояния и газодинамической активности пласта как в зоне ПГД

от пласта кт, надрайоташюй пластом Ь10 , так и в зоне под-» и надработки пластами кт и к10. Значения р , и К в подработанной зоне ПГД составили соответственно 4,5 л с 4-го метрового интервала; 0,5 л/мин; 29,80.10~15 м2; в разгруженной зоне соответственно 4„5 л с 4-го метрового интервала; 0,25 л/мин; 1,04х хЮ"15 м2. Б соответствии с (I) находим: К*= 73/166 = - 0,42.

Исследования выполняли на шахте "Красногвардейская" в 10-й восточной лаве пласта и во 2-й восточной лаве пласта К6 (ПО "Макеевуголь"). Лавы разрабатывались встречными забодай Рас-* стояние между пластами Ке и - 34 м, и ^ - 00 м. На участке взаимного влияния забоев пласт отработан. Низкие значения р (3+5,5 л с 6-го метрового интервала) и Цк (1,3 л/мин) свидетёльствуют о том, что надработка пластом ^ устраняет влияние зоны ПГД от пласта К6 на увеличение выбросоопасности пласта

. Согласно (I): </с/, - 114/159 = 0,72.

В лаве пласта К2 в зоне ПГД от. пласта ^ „ подработанной пластом , отмечено высокое значение р , составившее 9 л на 3-м метровом интервале. Однако низкие значения (не более 0,64 л/мин) свидетельствуют об отсутствии влияния ПГД 11а увеличение выбросоопасности. Наибольшая величина К составила 61,83х хЮ-15 м2.

Рассматривали данные о проявлениях выбросоопасности в почве надработанных пластов-источников ПГД для условий Донецкого бассейна. Сведения о них~бшш получены из каталога внезапных выбросов МакНИИ (ИД.Новичихин, М.А.Ильяшов, В.В.Хилько).

Условия* в которых были проведены экспериментальные работы автором и предыдущими исследователями ""¿" отмечены проявления выбросоопасности, следующие:

глубина залегания пластов-источников ПГД Н^ = 320.„„970 м; мощность пластов-источников ПГД гп, «= 0,40...2,00 м; мощность защитных пластов тг- 0,48.„„2,00 м; угол падения пластов а = - 8...640.

Рассмотрены данные анализа опыта ведения горных работ в надработанных зонах ПГД при переходе створов о границами очистных выработок нижележащих пластов (источник ПГД внизу) в Донецком бассейне. Условия ведения работ следующие: расстояние до источника ПГД 160 м и более; зона ПГД надработана при междупластьях 150 м и более. Ни в одном из 56 случаев ведения работ не отмечено газодинамических явлений.

Сопоставление результатов натурньсс экспериментов, аяализа проявлений выбросоопасности и математического моделирования

Расстояние между пластом-источником пгд и защитным к , м Параметры зон ПГД по ре зультатам

натурных экспериментов анализа проявлений Еыбросоопасности математического моделирования

сведения о влиянии зоны ПГД К" 112) сведения о влиянии зоны ПГД Киг> сзедения о влиянии зоны ПГД Киг)

I 2 3 4 5 6 7

80 Влияет к," > 0,27 - Влияет к;. 0,54

34 Не влияет 0,72 - - Не влияет 0,18

178 Не влияет К," 4 0,47 - - Влияет 0,57

118 Не влияет К," 4 0,6Э - - Не влияет 0,34

38 Не влияет 0,16 - - Не влияет 0,14

168 Не влияет К,"« 0,66 - - Не влияет 0,52

100 Влияет К 2 > 0,66 - - Влияет 0,66

45 Не влияет /(" 0,15 • „ - Влияет 0,19

53 Влияет К* г. 0,16 - - Влияет 0,32

159 Не влияет 0,75 - - Не влияет 0,0

37 Не влияет 0,37 - - Не влияет 0,13

I 2 3 1 4

6 Не влияет КЦ « 0,20 -

75 Не влияет 0,13 -

13Э Влияет • к/ 0,35 -

34 Не влияет К/« 0,67 -

36 Не влияет > 0,14 -

39 Не влияет <«0,94 -

60 Влияет 0,30 -

137 Влияет 0,26 -

56 - - Влияет

Окончание таблицы

5 6 7

- Не влияет - О'

- Влияет < - 0,24

- Влияет < 0,84

- Не влияет «г = 0,08

- Не .влияет < = 0,11

- Не влияет < = 0,15

- Влияет < 0,39

■■ Влияет < 1= 0,83

К* ^0,23 Влияет < = 0,35

Сопоставляли результаты натурных экспериментов, математического моделирования и опыта ведения горных работ (см. таблицу). Экспериментальными исследованиями в кровле надработанных ллас-тов-источников ПГД установлено отсутствие их "влияния на увеличение выбросоопасности. Отсутствие их влияния в кровлю отмечено также по данным опыта ведения горных работ. В некоторых случаях экспериментально отмечено отсутствие влияния зон ПГД в кровлю, хотя расчетами для этих ситуаций влияние зон ПГД установлено. Следовательно, для таких ситуаций расчетные параметры относительно установленных экспериментально дают отклонение в сторону запаса. Размеры надработашшх зон ПГД в почву, определенные в натурных условиях, ограничиваются полученными с помощью математического моделирования. Данные сопоставления свидетельствуют о возможности использования расчетных параметров К,"^ (3, 4) в натурных условиях.

ВШШ проведены натурные исследования по определению деформаций угольных пластов и вмещающих пород в зонах опорного давления в плоскости пласта. Анализ экспериментальных данных свидетельствует о влиянии разгрузки толщи пород надработками на снижение размеров зон опорного давления в плоскости пласта I . Установлено, что при к = 24...40 м определенные по данным экспериментов кЦ = 0,57...0,71.

Четвертая глава посвящена инженерно-практическому приложению полученных результатов. Разработан метод построения надработанных зон ПГД. Условия, в которых учитывается разгружающее действие надработок-при построении зон ПГД, следующие: для между-пластий к" 80 м - при расстояниях между границами очистных выработок 30 м и более; для междупластий 'л"> 80 м - при расстояниях между границами очистных выработок 50 м и более.

Из выражения (I) найдены соотношения для определения размеров надработанных' зон ПГД в ]дю£лю с1" и в почву :

¿"=<£1,; (8) < = К,Ч- (9)

Значения Х*(1) определяют из графика (см. рпс. 3,а). Схема к построению надработанных зон ПГД приведена на рис. 4.

На основании разработанного метода составлены схемы использования разгружающего действия надработок при построении зон ПГД

для пластов Алмазной, свиты Центрального района Донбасоа. Их использование дает возможность сократить размеры зон влияния цойи-ков и краевых частей угольного массива по сравнению с нормативными, что является выгодным с технико-экономической точки зрения.

• И

* Ей!

Рис. 4. Схема к построению надработанной воны ПГД:

а - на разрезе вкрест проотирания плаотов; б - на разрезе по простирании пластов; I - зона ПГД по "Инструкции...";

2 - надрщЗотшшая зона ПГД

Результаты работы вошли в "Методические указания по расчету напряжений в зонах влияния очистных выработок" (Л.: ВПИШ, 19(39. - 56 с.) и в "Перспективные геомеханические схемы регионального управления выбросо- и удароопасным состоянием массива при разработке свит угольных пластов на шахтах Донецкого бассейна (пласты пологого и наклонного падения)" (Л.: ВШШ, 1990. - 69 е.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной и практической задачи разработки инженерного метода определения размироь надработашшх зон ПГД, позволяющего учитывать 16

разгрузку массива пород защитным пластом. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

I. На основании анализа опыта ведения горных работ установлена необходимость учета разгружающего действия надработок при построении зон ПГД от целиков и краевых частей пластов.

20 Экспериментальными исследованиями отмечено снижение размеров зон ПГД вследствие разгружающего действия надработок.Влияние защитных пластов обусловливает снижение уровня напряженного состояшш и газодинамической активности пластов, расположенных в зонах влияния недоработанных целиков и краевых частей угольного массива. Об этом свидетельствует уменьшение значений выхода буровой мелочи р и начальной скорости газовыделения

3. На основании результатов натурных экспериментов, анализа опыта ведения горных работ и математического моделирования установлено, что основным параметром, определяющим снижение уровня напряженности в зонах влияния подработанных цоликов и краевых частой угольного массива, является расстояние от пласта - источника ПГД до защитного Н". Получены количественные зависимости коэффициента влияния надработки на изменение размеров зоны ПГД в кровлю (почву) к,", от к" .

При к = 40 м значения К," и Кг составляют соответственно 0,18 и 0,17, при к = 80 м - соответственно 0,25 и 0„540 при Ь = в 120 м - соответственно 0,35 и 0,76.

4. 3 практике ведения горных работ имеют место ситуации, в которых эффективность разгрузки массива надработкой снижается: при восстановлении 'нагрузок на отработанную площадь с течением времени, закладке выработанного пространства, мощности защитного, пласта ниже критической и пр. В таких.условиях формируются участки пониженной степеш разгрузки. Они характеризуются повышением уровня силового взаимодействия кровли и почвы защитного пласта, который определяется углом давления^. В условиях пониженной степени разгрузки значения Ф составляют 60° и более. Путем математического моделирования установлены количественные зависимости, позволяющие определить параметры надработанных_зон ПГД на участ-_ ках, пониженной степени разгрузки. С увеличением ^ от 64 до 80° при междупластье 80 м значения К, и Кг возрастают со-» ответственно в 1,23 и 1,33 раз, при междупластье к"= 120 м - соответственно в 1,16 и 1,18 раз.

5«, Разработан инженерный метод расчета надработанных зон ПГД. В нем учитывается разгрузка массива пород надработкой в за-

висимости от расстояния между пластом - источником ПГД и защит-

< "

ным п .

6. Составлены схемы использования разгружающего действия надработок при построении зон ПГД для пластов Алмазной свиты Центрального района Донбасса. Применение схем позволяет уменьшить размеры зон ПГД и тем самым повысить эффективность ведения горных работ за счет снижения затрат на проведение противовы-бросных мероприятий.

7. Основные результаты работы вошли в "Мотодические указания по расчету напряжений в зонах влияния очистных выработок" (Л.: ВЫШЛИ, 1Ш9) и в "Перспективные геомеханические схемы регионального управления выбросо- и удароопасным состоянием массива при разработке свит угольных пластов на шахтах Донецкого бассейна (пласты пологого и наклонного падения)" (Л.: В1ШИ, 1990).

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Оценка эффективности защитного действия в сложных горнотехнических условиях // Молодые ученые - научно-техническому прогрессу в угольной промышленности - Донецк:НТГ0, 1934г с. 154155 (соавтор В.В.Хилько).

2. Изменение выбросоопасности пластов при их разработке встречными забоями // ЦНИЭИуголь, вып.Э, карта й 157,1985 - Реф. на картах (соавтор В.В.Хилько).

3. Изменение выбросоопасности пластов при переходе створов// Молодые ученые ВШШ - горному производству: Тезисы докл.конф. -Л.: ВШШ, 1988, с. 11-12.

4. Изменение дальности влияния краевых частей угольных пластов при их надработке // Молодые учение ВШШ - горному производству: Тезисы докл.конф. - Л., ВШШ, 1989, с. 7.

5. Моделирование напряженного состояния участков рудных залежей // Теория и практика проектирования, строительства и экс-г плуатацин высокопроизводительных подземных рудников:Тезисы докл. конф.- Ы.: МГИ, 1990, с. 100-109 (соавтор В.В.Зубков).

6. Влияние разгружающего действия надработок на изменение размеров зон повышенного горного давления // Сб. науч. тр. ВШШ. -Л., 1990, с. 57-59 (соавтор В.В.Зубков).

7. Перспективные геомеханические схемы регионального управления выбросо- и удароопасным состоянием массива при разработке овит угольных пластов на шахтах Донецкого бассейна (пласты пологого и ншслошюго падения). - Л.: ВШШ, 19Э0, 69 с. (соавторы Л.Н.Вощункоьа, А.С.Зуков, А.Н.Нотисов и др.).