Геомеханическое обоснование рационального расположения подрабатываемых выработок при разработке сближенных пластов Прокопьевско-Киселёвского месторождения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат наук Ковалев, Николай Борисович

• Ковалев, Николай Борисович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Ковалев, Николай Борисович

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Горно-геологические и горнотехнические условия проведения и состояние подготовительных выработок на шахтах Прокопьевско-Киселёвского месторождения

1.2. Анализ исследований по установлению высоты зон обрушений и трещино-ватости в кровле и почве отрабатываемого пласта

1.3. Цель работы, задача и методы исследований

ГЛАВА 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО- МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УГЛЯ И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД

2.1. Исследование физико-механических характеристик угля и пород при объёмном сжатии

2.2. Исследование напряженного состояния массива на моделях из оптически чувствительных материалов (ОЧМ)

2.3. Испытания различных вариантов компановки узлов податливости анкеров69

2.4. Выводы

ГЛАВА 3. ШАХТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ВОСХОДЯЩЕМ ПОРЯДКЕ ОТРАБОТКИ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ

3.1. Методика шахтных исследований

3.2. Характеристика объектов в шахтных исследованиях

3.3. Проявление горного давления при подработке выработок очистными забоями с закладкой выработанного пространства

3.4. Проявление горного давления при подработке

3.5. Эксперименты по совместному применению анкерной и металлической рамной крепи

3.6. Выводы

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОТРАБОТКЕ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ В ВОСХОДЯЩЕМ ПОРЯДКЕ

4.1. Определение границ зон сдвижения и перераспределения горного давления в подработанном массиве

4.2. Схема ведения горных работ

4.3. Оценка напряженно-деформированного состояния массива с учётом результатов испытаний образцов при объёмном сжатии

4.4. Оценка степени влияния упрочнения пород анкерованием на устойчивость выработок, закрепленных металлической крепью

4.5. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

122

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Геомеханическое обоснование рационального расположения подрабатываемых выработок при разработке сближенных пластов Прокопьевско-Киселёвского месторождения»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В Прокопьевско-Киселёвском месторождении Кузбасса около 65 % угольных пластов разделены породными целиками мощностью не более 30 м, а также находятся в синклинальных складках. В условиях разработки свит пластов и пластов в синклинальных складках практически невозможно избежать вредного влияния подработки выработок.

Обеспечение устойчивости вскрывающих и оконтуривающих выработок в течение всего срока службы является одним из важных условий стабильной и эффективной работы угольных предприятий.

В этой связи на шахтах Прокопьевско-Киселёвского района применяется, в основном, нисходящий порядок отработки пластов в свите.

В некоторых случаях (около 10-15 %) применяется восходящий порядок отработки пластов в свитах, вызываемый необходимостью осушения вышележащих пород при значительной их обводненности, а также с целью их разупрочнения для снижения динамических нагрузок на крепи. Первоочередная отработка нижележащих слоев вызвана также необходимостью повышения концентрации горных работ, выемки нижележащих пластов как защитных или как более производительных и т.д.

В указанных случаях и при отработке синклинальных складок для снижения вредного влияния подработки необходимо установление рационального места расположения выработок, проводимых и поддерживаемых в подработанном массиве.

Таким образом, количественная оценка проявлений горного давления в подрабатываемых выработках, связанная с установлением характера и параметров смещения горных пород и перераспределения горного давления является актуальной задачей, как в научном, так и в практическом плане.

Целью работы является уточнение закономерностей проявления горного давления для разработки технических решений по совершенствованию проведения и поддержания подрабатываемых выработок при разработке сближенных

__I

пластов и пластов в синклинальных складках Прокопьевско-Киселевского месторождения.

Идея работы заключается в выявлении характера и параметров смещения горных пород и их использовании для повышения устойчивости подрабатываемых выработок в течение всего срока службы.

Задачи исследований.

1. Анализ технологий выемки угля сближенных пластов и пластов в синклинальных складках, а также проведения и поддержания подготовительных выработок

2. Разработать требования к устройству (модели?) для имитации выемки угля из пластов в синклинальных складках

3. Изучить влияние основных горно-геологических и горнотехнических факторов на геомеханические процессы, происходящие в углепородных массивах подрабатываемых выработок на моделях

4. Разработать предложения к технологии проведения и поддержания подготовительных выработок при разработке сближенных пластов

5. Разработать предложения по визуальному систематическому контролю за состоянием подготовительных выработок

6. Разработать предложения к технологии проведения и поддержания подготовительных выработок при разработке пластов в синклинальных складках

Методы исследований. Поставленные задачи решались комплексным методом, включающим анализ и обобщение опыта и научных достижений по рассматриваемым вопросам; исследования проявлений горного давления в шахтных и лабораторных условиях; на моделях из оптически чувствительных материалов и материалов-эквивалентов; натурные исследования при проведении и креплении горных выработок на шахтах г. Прокопьевска и Киселевска; лабораторные исследования физико-механических характеристик образцов горных пород.

Научные положения, выносимые на защиту:

- при отработке синклинальных складок управление горным давлением в крутой части синклинали следует осуществлять перепуском принудительно об-

рушенных пород, а в замковой части следует оставлять охранный целик для предотвращения разрушения выработок и предотвращения перемещения зон геологических нарушений;

- проведение подготовительных выработок в нижнем подэтаже крутой части синклинали следует осуществлять под защитой охранного целика после принудительного обрушения кровли в верхнем подэтаже;

- проведение подрабатываемых горных выработок следует планировать в соответствии с разработанными методами определения протяженности зон деформирования подработанных пород, оказывающих влияние на устойчивость выработок;

- значения коэффициента уменьшения смещений нелинейно зависят от плотности анкерования и длины используемых анкеров.

Достоверность научных положений выводов и рекомендаций обоснована: представительным объемом натурных исследований (64 наблюдательных пунктах с дополнительным проведением визуальных и инструментальных наблюдений на подрабатываемых выработках 9-ти шахт Прокопьевско-Киселёвского месторождения в течении длительного времени (от 6-ти месяцев до 3-х лет), исследованиями на моделях из оптически чувствительных материалов и эквивалентных материалов, проверкой прочностных характеристик угля и вмещающих пород в шахтных и в лабораторных условиях (испытано более 400 образцов), ,апробацией разработанных рекомендаций на шахтах Прокопьевско- Киселевского месторождения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана схема сдвижения и перераспределения горного давления в подработанном массиве, на основании которой построена номограмма и график для определения протяженности зон деформирования;

- приведена физическая модель формирования запредельных характеристик разрушаемых образцов угля и пород Прокопьевско-Киселёвского района;

- установлен характер перераспределения горного давления при отработке синклинальных складок в зависимости от способа управления горным давлением;

- установлены величины протяженности зон опорного давления (1„р) при отработке сближенных пластов в зависимости от основных влияющих факторов.

Практическая значимость работы:

- обоснованы и разработаны конструкции плоской модели для исследования горного давления и его влияния на состояние подготовительных выработок пластов в синклинальных складках;

- установлены горно-технологические факторы, влияющие на геомеханические процессы и горное давление в подрабатываемых выработках;

- разработаны и внедрены способы визуального контроля натяжения анкеров и смещения пород на контуре выработок в течение всего срока службы;

- разработаны и внедрены рекомендации по поэтапной отработке синклинальных складок с учетом выявленного характера перераспределения горного давления.

Личный вклад автора. Сформулированы цель и задачи исследований. Участие в составление методик и в проведении лабораторных и шахтных исследований. Обобщены результаты исследований, сформулированы основные научные положения и выводы.

Реализация работы. Результаты исследований по совместному применению анкерной крепи и металлической рамной крепи (КМП-АЗ) внедряли в откаточных штреках на пл. ЫУ Внутренний шахты № 12 ОАО «Киселёвскуголь». Узел податливости анкерной крепи внедрен в ОАО «Шахта Дальние горы» на пл. IV Внутреннем с квершлага №5 гор. +180 м на конвейерном и вентиляционном штреках и на сопряжениях с лавой №29. Результаты исследований включены в «Инструкцию по расчету и применению анкерной крепи на шахтах ООО НПО «ПРОКОПЬЕВСКУГОЛЬ» и в «Рекомендации по систематическому визуальному контролю за работой анкерной крепи». Номограмма и график для определения протяженности зоны деформирования подработанных пород использовались при первоочередной отработке нижележащего пласта I Внутреннего на шахте №12 УК «Киселёвскуголь». Расчёт ожидаемых смещений на контуре подрабатываемых выработок использовали на шахте «Краснокаменская».

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили одобрение на научно-технических совещаниях УК «Киселёвскуголь» (2000-2002), на научных семинарах кафедры технологии и комплексной механизации горных работ СибГМА (Новокузнецк, 2000 г) и кафедры технологии, механизации и организации подземной добычи угля Куз-ГТУ (Кемерово, 2001 г), на конференции «Вопросы повышения безопасности горных работ на шахтах» в г. Прокопьевске, на V международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождение полезных ископаемых (г.Новокузнецк 2000 г.)

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 16 печатных работах, из них 5 в изданиях Перечня, рекомендованного ВАК Минобр-науки России, получено 2 патента на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы из 98 наименований, содержит 130 страниц текста, 35 рисунков и 14 таблиц.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Горно-геологические и горнотехнические условия проведения и состояние подготовительных выработок на шахтах Прокопьевско-Киселёвского месторождения

Прокопьевско-Киселевское месторождение Кузбасса является наиболее сложным по сравнению с другими месторождениями бассейна. Сложность месторождения заключается в его генетических особенностях условий осадконакопле-ния, обусловленных крутым падением, сближенностью и различной мощностью угольных пластов, наличием значительного количества мелких и крупных тектонических нарушений с амплитудой от 0,3 до 100 м и др.

В тектоническом отношении месторождения представляет собой сложный брахисинклинальный складчатый комплекс, отличающийся сильной дислоциро-ванностью. Структура осложнена большим количеством синклиналей и антиклиналей второго и более мелких порядков, которые разбиты густой сетью разрывных нарушений различной формы и амплитуды. Крупные тектонические разрывные нарушения с амплитудой смещения в несколько десятков метров, как правило, являются границами шахтных полей или отдельных выемочных участков, поэтому их вредное влияние на горные работы сказываются в незначительной мере. В основном, осложняют ведение горных работ мелкоамплитудные нарушения. Иногда они одиночны, но чаще концентрируется на отдельных участках, создавая сложные условия для отработки пластов и поддержания выработок.

Трещиноватость горных пород тесным образом связана с тектоникой. В условиях месторождения угольные пласты и вмещающие породы ослаблены несколькими системами кососекущих экзогенных трещин, вдоль поверхностей которых сопротивляемость пород внешним нагрузкам ослаблена, что является основной причиной обрушения пород в выработках при их обнажении. Наиболее отчёт-

ливо трещиноватость выражена в углях, которые подвергались наибольшему деформированию при складкообразовательных движениях.

Мощность угольных пластов находится в пределах от 0,6 до 18 м. Около 60% всех запасов составляют мощные пласты, 32 % - пласты средней мощности, запасы в тонких пластах незначительные.

Как показали исследования В.В. Васильева и С И. Малинина [1] угольные пласты, особенно мощные, сложены чередующимися пачками угля, отличающегося петрографическим составом, физико-механическими свойствами и структурой. Прочность углей зависит, в первую очередь, от степени метаморфизма и тектонической обстановки и находятся в пределах 5-25 МПа.

Мощности междупластья колеблются от 2-3 до 60-80 м. В литологическом отношении породы представлены разновидностями песчано-глинистого комплекса. Наибольшее распространение имеют алевролиты (46 %), песчаники (32 %) и аргиллиты (10 %). Углистые породы, а также гравелиты и конгломераты составляют всего 2 %. Характеристика угольных пластов и вмещающих пород представлены в таблице 1.1.

В Сибирском филиале ВНИМИ по ГОСТ [2] были проведены испытания физико-механических свойств пород и угля при одноосном сжатии из выработок, в которых проводились наблюдения за проявлением горного давления. Испытания показали, что преобладающие значения пределов прочности пород на сжатие по району составляют: песчаники - 60...90 МПа, алевролиты - 35...50 МПа, аргиллиты - 20...35 МПа, уголь -8... 15 МПа.

Горные породы и уголь склонны к отслаиванию. На участках, удаленных от замков складок и геологических нарушений, песчаники расслаиваются на блоки толщиной 0,4...1,5 м, алевролиты - 0,2...0,8 м, аргиллиты и угли 0,03...0,4 м. Вблизи геологических нарушений интенсивность трещиноватости и расслоения значительно возрастают, что приводит к понижению устойчивости пород.

Особенности геологического строения Прокопьевско-Киселёвского месторождения достаточно полно изложены в работах И.А. Молчанова и A.A. Белицко-го [3, 4], В.В. Васильева [1], Г.Г. Штумпф [5] и др. [6, 7, 8].

Таблица 1.1- Характеристика угольных пластов и вмещающих пород

Прокопьевско-Киселёвского месторождения

№ пп Название пласта Мощность, м Расстояние до нижележащего пласта, м Название вмещающих пород и их прочность

кровля почва

название прочность название прочность

1 2 3 4 5 6 7 8

1 VI Внутренний 0,8...3,4 7-22 Ал.,арг. 30-58 алевр. 31-61

2 V Внутренний Г2...4,0 40-45 алевр. 40...56 алевр. 36-48

3 rTpoB.IV Внутр. 0,6...2,8 3...18 ал.,песч. 30...82 ал., песч 40-80

4 IV Внутренний 3,5...10,3 8...35 алевр. 32...71 арг.,ал. 28...62

5 III Внутренний 2,0...6,1 8...32 арг.,ал. 30-63 арг.,ал. 27-76

6 11 Внутренний 1,26—6.0 5-25 арг.,ал. 28...61 арг., ал. 19...87

7. 1 Внутренний 1,3-4,4 8-25 арг.,ал. 20...75 арг.,аз. 17-60

8 Характерный 1,3—5,5 45-82 песч. 66...115 алевр. 31-62

9 Горелый 3,5-10,5 8...35 арг.,ал. 30-100 арг.,ал. 18-63

10 Лутугинский 1,5-6,0 8...50 ал., песч. 18-84 ал.,арг. 21-49

11 Прокопьевский 0,9-8,4 35-51 арг.,песч 28-55 атевр. 32-64

12 Мощный 7,0...18,3 20-40 ал.,песч. 29...37 алевр. 20...56

13 Безымянный 1,5-8,6 51-80 алевр. 37..67 алевр. 20...61

14 Спорный 0,8-2,6 3...25 арг. 22-35 арг.,ал. 22...35

15 Подспорный 0,9-2,5 6...18 алевр. 43-48 алевр. 45

16 Двойной 2,6-6,6 12...35 арг.,ал. 29...60 арг.,ал. 32...67

17 Ударный 0,7-2,8 11-23 арг., ал. 23...57 алевр. 23...50

18 Садовый 0,6-2,3 9...23 арг.,песч 23-78 арг. 23...44

19 Пионер 0,2-2,0 4-22 алевр. 22-69 алевр. 40-46

20 Юнгор 1,0-2,5 8...35 арг.,ал. 17-65 алевр. 38-66

21 Угловой 1,0-3,2 5-16 алевр. 49-66 алевр. 29-47

22 Встречный 0,9-3,8 8...40 алевр. 40-68 алевр. 46

23 Пятилетка 1,0-2,6 40...96 ал., песч. 32...81 алевр. 40...48

24 Спутник 1,0-1,8 - пссч. 61...93 алевр. 32-69

Подземную разработку крутых пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения ведут два производственных объединения: «Прокопьевскуголь» и «Ки-селевскуголь», разрабатывающих 196 шахтопластов. Распределение шахгопла-стов по горно-геологическим условиям залегания приведено в таблице!.2.

Таблица 1.2 - Распределение шахтопластов по горно-геологическим

условиям залегания

Всего шахтопластов, количество,% Распределение шахтопластов

196 100 По глубине разработки, м

< 150 151...250 251...350 >351

25 12,8 зз 16,8 112 57,2 26 13,2

196 100 По мощности пласта, м

< 1,50 1,51...3,50 3,51...6,00 >6,01

29 15,1 81 41,3 42 21,5 44 22,1

196 100 По углам падения, град.

<18 18...35 35...55 55...90

3 1,4 4 1,8 70 35,8 119 61,0

196 100 По расстоянию между пластами, м

< 10,0 10,1...30,0 30,1...50,0 >50,1

24 12,4 103 52,2 47 23,9 22 11,5

196 100 По обрушаемости основной кровли

Легкообрушаю-щаяся Среднеобрушаю-щаяся Труднооб-рушающаяся

28 14,2 137 70,0 И 15,8

Все пласты условно разделены на 4 группы.

Первая группа объединяет наиболее выдержанные пласты VI, IV, III, II, I Внутренние, Горелый, Мощный, Двойной. Эти пласты хотя и испытывают значительные колебания в мощности, но почти везде в районе сохраняет рабочую мощность.

Вторая группа пластов - Безымянный II, Подспориый, Пионер, Пятилетка, Сложный I - характеризуются несколько меньшей выдержанностью, чем первая. Из этой группы пласты Подспорный, Пионер, Сложный I не исчезают, но могут иметь нерабочие мощности. Остальные местами отсутствуют. Так, пласт Безымянный II, имел значительную мощность в центральной части района, отсутству-

ет на его юго-востоке, а пласт Пятилетка, являющийся на большей части площади маркирующим горизонтом, исчезает на полях шахт Суртаиха и им. Вахрушева.

Третья группа включает пласты, прослеженные во всех частях района, но не выдерживающиеся по мощности, местами теряющие рабочие значения, исчезающие на отдельных небольших участках или даже имеющие линзовидный характер. К таким пластам относятся V Внутренний, Безымянный I, Спорный, Ударный, Садовый, Юнгор, Угловой, Встречный, Спутник, Сложный II, Метровый.

Четвертая группа - пласты, встречающиеся только в отдельных частях района. К ним относятся пласты VIII, VII, Пбнс Внутренние, Проводник IV Внутреннего и Характерный.

Первые три пласта распространены на Киселевском месторождении, пласты Пбнс Внутренний, Проводник IV Внутреннего имеют меньшую площадь распространения. II6"0 Внутренний сохраняет рабочие значения лишь в пределах Нулевой синклинали, а площадь распространения Проводника ограничивается юго-восточной частью района. Характерный наблюдается лишь на юге Прокопьевско-го месторождения

Характерной особенностью месторождения является залегание пластов в свитах с высокой степенью сближенности. В большинстве случаев расстояние между пластами в свитах не превышает 40...50 м, а значительная их часть расположена друг от друга на расстоянии до 25 м (см. таблицу 1.2).

Совершенно очевидно, что одни и те же пласты угля в разных шахтных полях и даже в пределах одного поля претерпевают изменения свойств и состояния по прочности и степени устойчивости кровель. Более выдержанное изменение свойств прослеживается по простиранию структур с северо-востока на юго-запад с заметным повышением прочности на северо-восток. Прочность пород восточных крыльев синклиналей, как правило, выше западных. Исключение составляет III синклиналь, прочность которой резко понижена, а западное крыло прочнее, чем восточное. Прочность в замках синклиналей выше, чем в крыльях, но ниже, чем в замках синклиналей.

Все многообразие активных кровель основных мощных пластов можно свести к трём наиболее предварительным типам (Г.Е. Посохов) [9]:

1. В активной кровле преобладают слои песчаников мощностью более 5 м. Непосредственно над угольным пластом аргиллиты отсутствуют и представлены в виде отдельных слоев мощностью до 0,5 м. Количество слоев в кровле не более 10. Средневзвешанная крепость по М.М. Протодьяконову f = 10.

2. В активной кровле преобладают песчаники и прочные алевролиты мощностью от 2 до 5 м. Непосредственно над пластом аргиллиты общей мощностью не более 5 м. Количество слоев в кровле 10...20. Средневзвешанная крепость пород ^6-10.

3. В активной кровле преобладают алевролиты и песчаники мощностью от 0,25 до 2 м. Непосредственно над пластом аргиллиты общей мощностью не более 5 м. Количество слоев в кровле не более 20. Средневзвешанная крепость пород Г = 4-6.

Сложной тектоникой месторождения обуславливаются неравномерные поля напряжений в массиве. Для условий Прокопьевско-Киселевского месторождения необходимо учитывать следующее:

1. Тектонический режим района образования осадочной толщи, так как направление (поднятие или опускание) амплитуды и скорость тектонического движения определяют направление процессов литогенеза, его интенсивность и тип;

2. Тектоническое давление, возникающее при складкообразовании, которое приводит к изменению структуры и текстуры пород, их уплотнению и упрочнению;

3. Опускание толщ пород на большую глубину происходило тогда, когда они уже были собраны в складки;

4. В условиях, когда тектонические напряжения реализованы в деформации пород, свойства и поведение этих пород зависят от их положения в тектонической складке [10].

Высокий уровень напряжений в горном массиве обуславливает соответственно прочность породного материала.

Многие авторы считают, что влияние глубины на механические параметры в данном случае не наблюдается, поскольку толща до глубины 1000 м имеет однородные физические показатели, в т.ч. - пористость в диапазоне 0,5...3 %. По мнению ряда исследователей, метаморфизм углей сказывается на вмещающих породах [5, 11, 12, 13]. Индикатором метаморфических изменений в породах считают проявление вторичного кварца спритизацию глинистого материала. Проведенный петрографический анализ пород показал, что качественный состав и процентное соотношение компонентов в породах с глубиной значительно не изменяется, т.е. влияния метаморфизма углей на свойства пород незначительно. Прочность пород как материала зависит от структурного её положения в массиве, степени тектонического воздействия и горнотехнических условий. В области влияния тектонических нарушений, приуроченных к разломам, породный материал упрочняется по всей толще, в области влияния горных работ породный материал ослабляется вследствие разгрузки и влияния контакта с угольным пластом. При составлении прогнозов устойчивости выработок необходимо, в первую очередь, изучать свойства породного материала в прикоптурных частях массива с учётом типовых случаев из напряженного состояния.

Вскрытие и подготовка к разработке свит пластов производится с разделением шахтного поля на выемочные участки этажными квершлагами, проводимыми с полевых штреков.

Согласно «Указаниям...85» [14] для увеличения концентрации горных работ, обеспечения оптимального марочного состава добываемого угля и создания опережающей дегазации и разгрузки толщи пород и пластов свиту из нескольких сближенных пластов разделяют на независимые группы. При выборе соответствующих очередности и порядка отработки пласты смежных групп подготавливаются и отрабатываются, как правило, одновременно и независимо друг от друга. В каждой группе отрабатываемые, в первую очередь, пласты должны относиться к категории неподрабатывающих и неопасных по выбросам угля и горным ударам. Дальнейшая очередность отработки пластов определяется категорией сбли-

женности с учётом требуемой концентрации горных работ и марочного состава добываемого угля.

На основании накопленного опыта ведения горных работ, а также ряда нормативных документов в Прокопьевско-Киселевском районе, в основном и. принят нисходящий порядок отработки пластов в свитах. Регламентация отработки свиты предусматривает, как правило, либо совмещение очистных работ на вышележащем пласте с подготовкой нижележащего пласта, либо подготовка нижележащего пласта начинается после отработки вышележащего. При этом только верхние пласты в группах можно рассматривать как одиночные, не испытывающие влияние от разработки смежных пластов. Все последующие пласты в группах испытывают влияние надработки.

Последствия разработки пласта на окружающий массив и расположенные в нем выработки, а также интенсивность их проявления определяются с одной стороны, в какой зоне влияния расположены выработки и с другой - временем разработки пласта и проведения выработок. По этим признакам штреки при разработке сближенных пластов можно разделить на четыре группы:

1) выработки на нижележащих пластах испытывают влияние надработки с последующим поддержанием в зоне разгрузки;

2) выработки на нижележащих пластах проводятся после надработки в зоне разгрузки;

3) ранее пройденные выработки испытывают влияние надработки с последующим поддержанием в зоне повышенного горного давления:

4) выработки на нижележащих пластах проводятся после надработки в зоне повышенного горного давления.

Пластовых штреков, относящихся к 3 и 4 группам выработок, на шахтах района проводятся очень мало в связи с тем, что применяемые схемы подготовки выемочных участков при разработке пластов, как с обрушением кровли, так и с закладкой выработанного пространства предусматривают отработку пластов производить без оставления угольных целиков, не разрушаемых горным давлением. Оставляемые целики небольших размеров (у вентиляционных и промежуточных

штреков, между щитовыми столбами и т.д.) разрушаются вслед за подвиганием очистного забоя и не оказывают вредного влияния на устойчивость выработок, пройденных на нижележащих пластах.

В практике ведения горных работ имеют место случаи, когда в выработанном пространстве оставляются целики значительных размеров, которые создают зоны повышенного горного давления на смежных пластах.

Следует отметить, что условия поддержания пластовых штреков практически не зависят от многообразия применяемых систем разработки, т.к. принятый обратный порядок отработки выемочных участков предусматривает проведение и поддержание выработок впереди фронта очистных работ по простиранию с их погашением очистным забоем.

Системы разработки с обрушением кровли, которыми добывается в районе около 94 % угля, обуславливают проведение большого объема вскрывающих и подготавливающих выработок. В 2000 г на шахтах ООО НПО «Прокопьевск-уголь» и ОАО «Киселёвскуголь» пройдено 162 км подготовительных выработок, из них вскрывающих 114,8 км, а поддерживается более 350 км. Удельный объём выработок на 1000 т добычи составил 34,7 м, из них вскрывающих и подготавливающих 22,8 м, что значительно выше среднего значения по Кузбассу. Объёмы проведения выработок на шахтах района в 2000 г следующие:

- полевые штреки - 4,3 км;

- квершлаги - 9,8 км;

- вентиляционные штреки - 23,4 км;

- откаточные штреки - 28,2 км;

- конвейерные штреки - 49,1 км.

Выработки проводятся, в основном, буровзрывным способом с механизированной погрузкой. Низкий уровень комбайновой проходки штреков (15-17 % от всего объема) объясняется сложными горно-геологическими условиями проведения и отсутствия средств механизированного возведения крепи.

Так, например, скорости проведения штреков зависят от большого количества факторов и составляют в среднем вентиляционных - 45-60 м/мес, откаточных - 60-70 м/мес, конвейерных и параллельных - 90-100 м/мес.

Площади поперечных сечений колеблются в пределах от 7,2 до 16,4 м2. Наиболее распространено сечение конвейерных штреков 8-9 м:, вентиляционных и откаточных однопутевого сечения 10-12 м2, двухпутевого - 13-15 м2. Форма поперечного сечения вентиляционных и откаточных штреков - арочная, конвейерных - трапециевидная.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ковалев, Николай Борисович, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильев В.В., Малинин С.И. Влияние основных горно-геологических факторов на поведение пород в горных выработках// М., изд. Г'осгортехиздат, 1960, 95 с.

2. ПОРОДЫ ГОРНЫЕ. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии. ГОСТ 21153.2-84, М., Государственный комитет СССР по стандартам, 9 с.

3. Молчанов И.А., Белицкий A.A. Кливаж мощных пластов Прокопьевско-го района и его влияние на очистные работы// Томск, изд. Томского индустриального института, 1939. Вып. 1. Т. 60. С.229-288.

4. Белицкий A.A. К вопросу о механизме образования кливажных трещин// Труды горно-геологического института АН СССР, Новокузнецк, 1949. Вып.6, 36с.

5. Штумпф Г.Г., Рыжков Ю.А., Шаламаков В.А., Петров Л.И. Физико-технические свойства пород и углей Кузнецкого бассейна// Справочник, М., Недра, 1994, 447 с.

6. Аксененко М.И., Болдырев П.И., Кристин К.А. Физико-механические свойства горных пород Прокопьевско-Киселёвского района и их связь с геологическими факторами// В сб. «Исследования физико-механических свойств горных пород применительно к задачам управления горным давлением»// М., изд. АН СССР, 1962, 141-154 с.

7. Ардашев К.А., Крылов В.Ф., Куксов Н.И. и др. Совершенствование управления горным давлением при разработке наклонных и крутых пластов// М., «Недра», 1967, 289 с.

8. Прогнозный каталог шахтопластов Кузнецкого угольного бассейна с характеристикой горно-геологических факторов и явлений//М., изд. ИГД им. А.А.Скочинского, 1983, 190 с.

9. Посохов Г.Е. Типовые структуры кровель основных пластов Прокопьев-ско- Киселёвского месторождения Кузбасса// В сб. «Вопросы горного давления», вып.ЗЗ, Новосибирск, 1976.

Ю.Грицко Г.И., Посохов Г.Е., Цицаркин В.Н. и др. Горное давление на мощных пластах// Новосибирск, «Наука», 1967, 212 с.

П.Иванов Н.В. Некоторые закономерности изменения метаморфизма углей Прокопьевского района// В сб. ВСЕНСИ «Вопросы метаморфизма углей и эпигенеза вмещающих пород», «Наука», 1968.

12. Ненашева Р.И. Геологические факторы, влияющие на поведение боковых пород Прокопьевского района// В кн. «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых», №5, 1972.

13. Аксененко М.И. Исследования физико-механических свойств алевролитов и аргиллитов и классификация горных пород Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса// Труды КузНИУИ, вып 11, М, 1964.

14. Указания по рациональной разработке свит сближенных крутых и крутонаклонных пластов Кузбасса// JI-д, изд. ВНИМИ, 1985, 38 с.

15. Инструкция по применению металлической рамной и анкерной крепи на шахтах Кузбасса//Прокопьевск, изд. КузНИУИ, 1972, 102 с.

16. Рекомендации по совершенствованию параметров горных выработок для шахт Прокопьевско-Киселевского района//Прокопьевск, изд. КузНИУИ, 1984, 54 с.

17. Унифицированные сечения горных выработок, закрепленных металлической арочной крепью из взаимозаменяемого профиля для Кузбасса// М., Центрги-прошахт, 1980, 1 1 1с.

18. Конструкция по применению и проектированию комбинированной анкер- металлической крепи конструкции КузНИУИшахостроя// Кемерово, 1982, 65с.

19. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах// М., «Недра», 1973,511 с.

20.Яковлев В.П. Разработка методов прогнозирования смещений пород для определения условий безремонтного поддержания горных выработок податливой крепьо с упрочнением массива на шахтах Карагандинского бассей-

на//Автореферат диссертации на соискание учёной степени канд.техн.наук, JL, 1984. 16 С.

21.Куняев Е.В., Шик A.M. Сдвижение боковых пород при щитовой системе разработки. - Сб. ВНИМИ, №47, Л-д, 1962. С. 32-40.

22. Слободняк В.И., Абрамов В.Ф. Определение высоты зоны обрушения пород над отработанным пластом. - Изв. ВУЗов «Горный журнал», 1971, №10. С. 26- 28.

23.Авершин С.Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках. -М., Углетехиздат, 1947. 24 с.

24.Авершин С.Г., Коротков В.М. Сдвижение горных пород и земной поверхности в главнейших угольных бассейнах СССР. - М., Углетехиздат, 1958. 250с.

25.Глуппсо В Т., Ваганов Н И. Влияние некоторых естественно геологических и горнотехнических факторов на устойчивость подготовительных выработок. - ФТПРПИ, 1969, №4. С.13-21.

26. Руководство по вопросам сдвижения горных пород для условий Про-копьевско-Киселевского района Кузбасса. - Углетехиздат, М., 1951, 150 с.

27. Методические указания. «Расчёт границ защищенных зон». - Л-д, ВНИМИ, 1969. 179 с.

28. Слесарей В.Д. Разработка свиты пластов. - Углетехиздат, 1948, М., 184 с.

29.Яковлев Н.И., Егоров П.В. О безопасной разработке сближенных крутых пластов с закладкой. - «Уголь», 1973, №9. С. 23-29.

30. Капралов В.К. - Характер распространения зоны обрушенных пород кровли при отработке мощного крутопадающего пласта. - Изд. ВУЗов «Горный журнал», 1967, №4. С. 23-30.

31. Борисов A.A. Механика горных пород и массивов. - М., «Недра». 1980. 360 с.

32. Петухов И.М., Линьков A.M. и др. Защитные пласты. - Л-д, ВНИМИ, 1969, 181 с.

ЗЗ.Забровский A.C. Зона обрушения и зона прогиба пород с разрывом сплошности при отработке свиты пластов,- «Уголь», 1962, №5. С.27-30.

34. Ардашев К.А., Шик В.Н., Юферов П.А. Характер сдвижения, обрушения и перепуска пород при щитовой системе разработки в условиях шахты «Ноград-ская». - ВНИМИ, Л-д, №50, 1963. С.20-31.

35.3апреев С.И., Щербаков A.A., Борисов Ю.Е. К вопросу о совершенствовании разработки крутых и наклонных пластов. «Уголь», 1977, №1. С.20-22.

36. Омельченко А Н. Рациональное использование угольных месторождений. -М., Углетехиздат, 1959, 200 с.

37. Ардашев К.А., Куксов Н.И. Указания по рациональной разработке свит сближенных пластов Кузбасса. - Л-д, ВНИМИ, 1975.

38.Грицко Г.И., Шалауров В.А., Штеле В.И. Обоснование технологических решений при групповой разработке пластов. - Н-к, «Наука», 1981, 143 с.

39. Яковлев Н.И. Установление параметров защитных зон обеспечивающих безопасность и концентрацию горных работ при выемке сближенных крутых пластов с закладкой. - ИГД им. А. А. Скочинского, авт.канд.дисс. М., 1973, 14 с.

40. Указания по эффективному использованию защитных пластов на шахтах Прокопьевско-Киселёвского района. - Л-д, 1973. 117 с.

41. Комиссаров М.А., Зигель Ф.С. О сдвижении пород в подрабатываемых выработках. -Сб. ДонУГИ, 1968, №41. С.22-35.

42. Шадрин А.Г., Егорова Г.Г., Зелипухин A.M. О механизме сдвижения горных пород при отработке пластов наклонного и крутого падения в Кузбассе. -Сб. ВНИМИ, №86, 1972. С. 26-32.

43.Разработать и внедрить «Указания по рациональной разработке свит сближенных крутых и крутонаклонных пластов Кузбасса. СФ ВНИМИ (Этап 0200402100) Прокопьевск, 1982, 170 с.

44.Цицаркин В.Н., Кулаков Г.И. Надрабоганные подготовительные выработки. Крепление и охрана горных выработок. - Новосибирск, 1981, ИГД СО АН СССР, С. 7076.

45.Проскурин В.В. К выбору порядка и очередности разработки сближенных крутопадающих пластов. - «Известия ТПИ», т.84. С. 34-39.

46. Проскурин В.В. Исследование порядка и способов разработки сближенных крутопадающих пластов Киселевского месторождения Кузбасса. - М., Углетехиздат, 1953, С. 42-60.

47. Проскурин В.В. Условия, определяющие или вызывающие необходимость величин сближенных крутопадающих пластов в свите в восходящем порядке. - Томск, «Известия ТПИ», т.79. 1954.

48.Барановский В.Н. Перераспределение горного давления в надрабатьтваемой толще пород и влияние этого фактора на выбор рационального порядка отработки пластов. - Бюл. ЦИТИ, 1958, №10. С. 25-29.

49. Аман И.П., Фикс И.И., Егоров П.В. Расчёты напряженного состояния надрабо-танных массивов горных пород по замерным деформациям угольных пластов при их надработке. - ФТПРПИ, 1970, №2. С.26-32.

50.Липкович С.Н., Компан В.А. Перераспределение гарного давления и сдвижения пород при разработке свиты крутых пластов. - Изв. ВУЗов, «Горный журнал», 1971, №9. С. 43-46.

51. Горбачёв Т.Ф., Западинский Л.А. Разработка свиты пластов Кузбасса в восходящем порядке. - Углетехиздат., М., 1955.

52. Жариков Е.Д., Толмачёв С.А. Установление параметров зон влияния на выемочные штреки в окружающем массиве пород при разработке крутого пласта. - Сб. «Крепление, поддержание и охрана горных выработок», Н-к, 1985. С. 93- 98.

53.Жариков Е.Д., Толмачёв С.А. Расчёт ожидаемых смещений пород в выемочных штреках при разработке свит крутых пластов. - В сб. «Горное давление в капитальных и подготовительных выработках»,- Н-к, 1985. С. 96-99.

54.Кузнецов С.Т., Ардашев К.А., Тихомиров Ю.Е. Влияние глубины на проявления горного давления при разработке свит сближенных пластов Прокопьев-ского месторождения Кузбасса. - Сб. ВНИМИ, № 32, 1958, С. 30-35.

55.Руководство по вопросам сдвижения горных пород для условий Про-копьевско- Киселевского района Кузбасса. - Углетехиздат, М., 1951, 150 с.

56. Аман И.П., Шаманский Г.П. и др. Влияние подработки пластов на их механические свойства. - Сб. «Технология добычи угля подземным способом», М, «Недра», 1969, № 1, С. 34-35.

57.Шалауров И.А. Г'еомеханические 'основы повышения концентрации групповой разработки мощных пластов Кузбасса. - Авт.докт.дис. Новосибирск, 1975, ИГД СО АН СССР, 44 с.

58. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. - Л-д, ВНИМИ, 1973, 210 с.

59. Чижиков В.Г. Влияние природных факторов на параметры опорного давления при надработке крутых пластов. - В кн. «Разработка мощных крутопадающих пластов в Кузбассе», Новосибирск, «Наука», 1968, С. 96-98.

60.Чижиков В.Г. Опорное давление при надработке крутых сближенных пластов. - В кн. «Разработка мощных крутопадающих пластов в Кузбассе», Новосибирск, «Наука», 1968, С. 89-94.

61. Махонько Ю.А. Исследование влияния горного давления на устойчивость подготовительных выработок при выемке свиты сближенных пластов. -Авт.канд.дис. М., 1966, 16 с.

62. Петухов И.М. и др. К определению напряжений на почве очистной выемки и в окружающем массиве торных пород. - ФТПРПИ, №5, С. 40-49.

63.Петухов И.А., Дорошенко В.Н. К определению зон опорного давления при надработке подготовительных выработок. - ФТПРПИ, 1972, №2, С. 27- 32.

64.Прокофьев В.П. О влиянии порядка отработки свиты пластов на устойчивость подготовительных выработок. - Изв. ВУЗов «Горный журнал», №3, С. 2732.

65. Селезень АЛ., Томасов А.Г., Андрушко В Ф Поддержание подготовительных выработок при разработке крутых пластов. - М., «Недра», 1977, 202 с.

66.Грицко Г.И., Цицаркин В.Н. Горное давление в подготовительных выработках мощных крутых пластов. - Новосибирск, «Наука», 1982, 84 с.

67.Колбеико С.П. Исследование сдвижений и деформаций подработанной толщи пород на моделях. - В кн. «Механика горных пород и маркшейдерское дело», М„ 1959, С. 110-122.

68. Мельников О.И., Мухин М.А. Выбор крепи повторно надрабатываемых полевых выработок. - «Шахтное строительство», 1985, №2, С. 8-10.

69.Муллер P.A., Петухов И.А. О допустимых условиях подработки городов и поселков. - Тр. ВНИМИ, 1979, сб. №100, С. 14-16.

70. Коренной О.Н. К вопросу надработки подготовительных выработок в Карагандинском бассейне. - Тр. ВНИМИ, 1963, сб. №45, С. 289-293.

71.Навичихин И.А, Кротов Н.В. Деформирование толщи горных пород при повторной надработке. - «Уголь Украины», 1984, №4, С. 39-40.

72.Ардашев К.А., Амусин Б.З., Кошелев В.Ф., Линьков A.M. Об учёте запредельных деформаций при расчёте параметров крепи.- «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых», 1979, №3, С. 141-146.

73.Войцеховская С.И., Линьков A.M. Оценка склонности горных пород к динамическим явлениям. В кн. «Техника горных пород», Днепропетровск, 1981, С. 66-67.

74.Ильинов Н.Д., Карташов Ю.М. и др. Методические указания по определению полного паспорта прочности и деформируемости горных пород. -Л-д, ВНИМИ, 1988, 113 с.

75. ПОРОДЫ ГОРНЫЕ. Метод определения предела прочности при объемном сжатии. ГОСТ 211.53.8-88, М., Государственный комитет по стандартам, 15 с.

76.Бедарев Н.Т., Ковалёв Н.Б., Ренев A.A., Рыжова Т.И. Определение показателей деформируемости и объемной прочности углепородного массива до и за пределом прочности.

77.Грицко Г.И., Шалауров В.А. Горное давление при групповой разработке пластов. - Новосибирск, «Наука», 1978, С. 17-36.

78.Трумбачов В.Ф. Исследования горного давления в очистных выработках оптическим методом. - Углетехиздат, М., 1955.

79. Филатов H.A., Беляков В.Д., Иевлев Г.А. Фотоупругость в геомеханике. -М., «Недра», 1975, 75 с.

80.Шик В.М., Жариков Е.Д., Бедарев Н.Т., Иевлев Г.А. Способ исследования напряженного состояния горного массива на моделях из оптически чувствительных материалов. - Авт.свид. а 1452981 опубл. 23.01.89, бюл. №3.

81.Бедарев Н.Т., Бурмистров А.И., Толмачёв С.А. и др. Анкер для крепления горных выработок. A.c. № 1758239, опубл. Б.И. №32, 1992.

82. Инструкция по расчёту и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. - С-Петербург, 2000, ВНИМИ, 68 с.

83.Бурмистров А.И., Воспанчук Е.А Толмачёв С.А., Бедарев Н.Т. Проверка работоспособности новых узлов податливости анкера крепи в условиях шахты «Кыргайская». -Сб. научн. (ИГД, 1992, С. 108-110).

84. Бедарев Н.Т., Ренев A.A., Ковалев Н.Б., Толстых Н.Т. Совершенствование контроля за натяжением анкеров в процессе их установки и эксплуатации. -В сб. №17. «Совершенствование технологических процессов при разработке полезных ископаемых» Кемерово, 2001, «Кузбассуглетехнология», с.59-62.

85. Методические указания по исследованию горного давления на угольных и сланцевых шахтах,-JI-д, ВНИМИ, 1973, 102 с.

86. Инструкция по наблюдениям за сдвижением земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях. - Л-д, изд. ВНИМИ, 1988, 172 с.

87. Черняк И.Л., Крылов И.В. Влияние сопротивления крепи на устойчивость кровли подготовительных выработок. - «Уголь», 1985, №11, С.9-11.

88. Широков А.П. Анкерная крепь в горнодобывающей промышленности. -Кемерово, 1973, 148 с.

89. Ковалёв Н.Б., Толстых Н.Т., Толмачёв С.А. Особенности разработки свиты крутых пластов восходящем порядке. - В сб. №17 «Совершенствование технологических процессов при разработке полезных ископаемых», Кемерово, 2001, «Кузбассуглетехнология», С. 14-21.

90. Ковалёв Н.Б., Бедарев Н.Т. Исследование проявлений горного давления при подработке выработок и вмещающих пород. - В сб. №17, «Совершенствование технологических процессов при разработке полезных ископаемых», Кемерово, 2001, «Кузбассуглетехнология», С. 30-35.

91. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. - Jl-д, ВНИМИ, 1985, 222 с.

92. Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок. -С- Петербург, ВНИМИ 1991, 124 с.

93.Инструкция по расчёту и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. - С-Петербург, ВНИМИ, 2000, 68 с.

94.Ренев A.A., Толмачёв С.А., Ковалёв Н.Б. Повышение устойчивости и надежности поддержания горных выработок с помощью анкерных крепей. - «Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых». Материалы конференции, посвященные 70-летию В.В. Егошина. «Кузбассуглетехнология», Кемерово, 2001, С.34-36.

95.Методические указания по применению глубинных реперов для изучения напряженно-деформированного состояния массива горных пород. - Л-д, ВНИМИ, 1983,97 с.

96. Толмачёв С.А., Толстых Н.Т., Ковалёв Н.Б., Костюк С.Г. Определение границ зон сдвижения и перераспределения горного давления в подработанном массиве при разработке крутого пласта,- Вестник Кузбасского государственного технического университета, С. 39-41.

97.Кошелев В.Ф. «Аналитическое исследование смещений контура и нагрузок на крепь капитальных выработок с учетом запредельного деформирования пород» Автореферат кандидатской диссертации. Л-9, 1979, 18 с.

98. Бедарев Л.Т., Ренев A.A., Ковалев Н.Б. «Имитация ведения очистных работ на моделях из ОЧМ»