Тема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов icon

Тема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов




Скачати 97.54 Kb.
НазваТема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов
Дата22.06.2012
Розмір97.54 Kb.
ТипДокументи

БОРИСЕНКО А.А. (Тема 01161, 1984) - Науч. сообщ. /Ин-т горн. дела им. А.А.Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с.4-10. ИССН 0540-939Х.

ОСОБЕННОСТИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВЫБРОСООПАСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Напряженное состояние призабойнюс зон выбросоопасных плас­тов, характеризуемое действующими в них напряжениями и законо­мерностями их распределения, определяет запас потенциальной энергии в этих зонах и является поэтому важнейшим фактором вы-бросоопасности. Газовые гипотезы природа внезапных выбросов от­вергают роль горного давления, по нашему мнению, только в силу их недоработанное™, поскольку, даже отводя главенствующую в при­роде выбросов роль энергии газа, нельзя не учитывать влияния напряженного состояния на газовые параметры пласта (газовое дав­ление, пористость, газопроницаемость и. др.).

Напряженность угольных пластов, особенно выбросоопасных, давно является объектом внимания исследователей, по этому вопро­су имеется обширная отечественная и зарубежная литература. Из результатов выполненных исследований (в том числе и исследований автора) можно считать достоверно установленным следующее:

степень концентрации напряжений в призабойной зоне пласта изменяется в широких пределах в зависимости от свойств и состоя­ния горного массива;

действующие в призабойной зоне напряжения в значительной мере определяются сближениями почвы и кровли;

величины и скорости сближений почвы и кровли характеризуются высокой неравномерностью;

при отсутствии сближений почвы и кровли концентрации напря­жений не происходит;

при зависаниях пород концентрация напряжений увеличивается;

при увеличении нагрузки на пласт точка максимума напряжений приближается к забою;

изменения напряженного состояния пласта и протяженности зон деформаций не обязательно связаны с изменениями прочности плас­та. Менее достоверными следует считать данные об абсолютных -на-чениях напряжений, наличии двух максимумов напряжений, деформи­ровании пласта в глубь массива и др.

С точки зрения природы выбросоопасности немалый интерес пред­ставляет напряженное состояние нетронутого массива. Проще всего

иррегулярная периодичность выбросов и аномально высокие расходы энергии на разрушение пласта, превышающие расчетные ее запасы[ij, объясняются при предположении о зональном действии в горном мас­сиве тектонических напряжений. Однако до настоящего времени до­статочно убедительных доказательств существования в угленосных толщах тектонических напряжений (древних или современных) не об­наружено, поэтому можно считать, что напряженность горного мас­сива имеет чисто гравитационную природу. Но довольно сложным является вопрос о соотношении компонент поля напряжений. Из­вестно, что малопрочные угли сильно подвержены ползучести. Про­веденные нами опыты показывают, что образцы угля средней проч­ности (пласт Бураковка), загруженные до половины их несущей спо­собности, за сутки претерпевали дополнительные деформации, рав­ные 10$, а за месяц - 14% от начальных упругих деформаций. Следствием склонности углей к ползучести является, во-первых, невозможность локализации в пластах тектонических напряжений и, во-вторых, высокая вероятность гидростатического распределе­ния напряжений.

Таким образом, гидростатическое распределение напряжений в выбросоопасных пластах может иметь место и при значениях коэф­фициента Пуассонами менее 0,5, хотя фактические значениям для малопрочных углей действительно приближаются к предельному зна­чению и увеличиваются с возрастанием нагрузки на уголь. Естест­венно, что при этом снижается способность пласта к накоплению упругой энергии, но следует иметь в виду, что по опытным данным с уменьшением прочности угля не только увеличивается значение коэффициента Пуассона,но и существенно снижается значение модуля упругости. Поэтому выбросоопасные пласты, несмотря на высокое значение^, могут располагать достаточно большим запасом потен­циальной энергии.

В зонах концентрации напряжений гидростатическое соотношение напряжений нарушается. В силу кратковременности существования этих зон деформации и приращения напряжений в них можно рассмат­ривать как чисто упругие, а соотношение приращений напряжений в зонах влияния выработки может быть определено коэффициентом бокового распора Л =u/(i-ji).

В большинстве известных решений задачи о напряженном состоя­нии призабойной зоны пласта степень концентрации напряжений ока­зывается стабильной, следовательно, стабильным является энэрге-^

тический потенциал пласта. В этом случав горное давление превра­щается в постоянно действующий (фоновый) и второстепенный фактор выбросоопасности. Кроме того, из известных решений следует, что с уменьшением прочности пласта (а это обычно -'соответствует уве­личению его выбросоопасности), максимум концентрации напряжений удаляется в глубь пласта. В натуре же увеличению опасности воз­никновения выброса соответствует приближение максимума концен­трации напряжений к кромке пласта. Измерения протяженности зон разгрузки пласта (по метановыделению в шпуры) и прочности пласта (с помощью прочностномера) в очистных и подготовительных забоях шахт Донбасса показывают, что протяженность зон разгрузки изме­няется в 1,5-3 раза при постоянных значениях показателей прочно­сти. Следовательно, в горном массиве действуют факторы, влияющие на напряженное состояние пластов сильнее, чем механические свой­ства последних.

В общем представлении угольный пласт является телом, защем­ленным двумя плитами - породами кровли и почвы. Нагрузка на пласт со стороны вышележащей толщи может передаваться только путем-деформаций вмещающих пород, т.е. сближений почвы и кровли. Другие способы передачи пласту нагрузок невозможны, поэтому вли-'яние сближений на напряженность пласта игнорировать недопустимо.

Выполненные массовые наблюдения сближений почвы и кровли в очистных и подготовительных забоях опасных и не опасных по вы­бросам пластов Печорского бассейна показывают, что величины и скорости сближений по мере подвигания забоев изменяются в самых широких пределах. В очистных забоях величины сближений в 4-5 раз больше, чем в подготовительных (при одинаковом удалении от по­верхности забояК В тех и других забоях наблюдались быстрые, практически мгновенные, довольно значительные сближения. В под­готовительных забоях отмечались многочисленные случаи полного отсутствия сближений. Механические свойства пластов в процессе наблюдений были достаточно стабильными (отклонения от средних значений не превышали 20/0, поэтому неравномерность сближений в выработках можно объяснить только специфичным поведением вме­щающих пород.

Поскольку сближения в очистных и подготовительных забоях различны, можно сделать вывод, что напряженность пласта впереди подготовительных забоев нике.чем впереди очистных (если исходить из некоторой пропорциональности между величинами сближений и

значениями напряжений). Действительно, в результате шахтных из­мерений обнаружено полное отсутствие концентрации напряжений впереди подготовительных забоев в Кузбассе (В.И.Мурашов и др.). Но это обстоятельство, вовсе не отрицает роли горного давления в природе внезапных выбросов. По данным наших наблюдений, в штреке по пласту Тройному (Печорский бассейн) при подвигании вы­работки на 100 м зарегистрировано лишь 16 эпизодических случаев сближений. Почти всегда сближения носили ударообразный характер. Таким образом, при обычных (нормальных) состояниях горного мас­сива концентрация напряжений в пласте впереди подготовительного забоя может отсутствовать и возникает лишь при внезапных при-грузках со стороны вмещающих пород, именно к которым и приуро­чены динамические явления.

С увеличением глубины горных работ нагрузки на пласт увели­чиваются быстрее, чем прочность пород, поэтому вероятность зави­сания вмещающих пород уменьшается. Но напряженность пласта после разовых нагрузок на пласт на больших глубинах должна быть выше. Если такой подход к вопросу верен, то с увеличением глубины раз­работки частота динамических явлений должна снижаться при одно­временном увеличении их интенсивности. Из тех же теоретических предпосылок следует, что неопасные' на современных глубинах раз­работки по причине высокой прочности углей или малой прочности вмещающих пород пласты с увеличением глубины от поверхности должны стать опасными по динамическим явлениям.

Ранее нами была разработана теория напряженного состояния угольных пластов [2], базирующаяся на представлении о пласте, как об упругом разрушаемом теле, деформируемом сближающимися по­родами. В таком представлении напряженность пласта определяется его упругими свойствами и величинами деформаций (сближений почвы и кровли). Сближения почвы и кровли в массиве впереди забоя убы­вают по экспоненциальной зависимости, а обусловленные сближения­ми приращения напряжений возрастают соответственно с приближе­нием к забою до некоторого критического уровня. Естественно, что с увеличением вертикальных напряжений f возрастают и горизон­тальные напряжения 3 , действующие по оси выработки. При дости­жении критических значений направленное в сторону выработки уси­лие преодолевает сопротивление пласта сдвижению (сопротивление внутреннего трения), и часть призабойной зоны пласта сдвигается в выработку по контактам с породами почвы и кровли без нарушения сплошности, т.е. в сущности пласт испытывает деформации упругого

восстановления. При этом образуется зона упругоразгруженного состояния. Вблизи кромки, где пласт находится в условиях, близ­ких к одноосному сжатию, малопрочные выбросоопасные пласты уже на глубинах, превышающих 350 м (т.е. практически во всех случа­ях) , разрушаются с образованием отдельностей. Поскольку для опи­сания напряженного состояния пласта в этой разрушенной зоне нами были использованы законы статики сыпучих сред, это привело к ре-. шению, близкому к полученным ранее (Л.Уокер, В.Г.Гмошинский, . В.В.Ходот и др.) с аналогичными недостатками.

Таким образом, под действием сближающихся пород в призабой-ной зоне формируются три характерные зоны напряженного состоя­ния - зона упругих деформаций пласта по мощности, зона сжатия пласта по мощности с одновременными упругими деформациями его . в сторону выработки и, наконец, зона разрушенного угля, примыка­ющая к поверхности забоя (называемая обычно зоной предельного состояния). Зона отжима в таком случае - это суммарная протяжен­ность зон предельного и упругоразгруженного состояний.

Анализ уравнений, описывающих напряженное состоявшие пласта М, показывает следующее:

по мере деформирования пласта сближающимися породами степень концентрации напряжений в пласте увеличивается, причем точка максимума напряжений <о^ приближается к поверхности забоя, несмо­тря на увеличение протяженности зоны предельного состояния;

точки максимумов напряжений di и (э3 в пространстве не совпа­дают, поэтому при измерении средних напряжений ср (например, гидродатчиками и с помощью геофизических способов) могут иметь место два максимума на эпюре напряжений ср .

Дополнительные напряжения, вызванные деформированием пласта вмещающими породами, как было показано, являются функцией отно­сительных деформаций. Поэтому с увеличением мощности пластов их напряженность и соответственно выбросоопасность должны снижать­ся, поскольку сближения не зависят или мало зависят от мощности пласта. Такие закономерности отчетливо прослеживаются в натуре. Но здесь необходимо иметь в виду, что с точки зрения природа внезапных выбросов малопрочные пачки пластов нужно рассматривать как самостоятельные пласты.

Обращает на себя внимание следующее противоречие. При отсут­ствии сближений напряженность пласта должна быть минимальной, между тем, по результатам шахтных наблюдений,именно к "задержкам"

сближений приурочены внезапные выбросы. Противоречие снимается, если учесть, что "задержки" сближений могут быть вызваны как от­сутствием достаточной нагрузки на породы (после очередного обру­шения) , так и зависанием пород на призабойной зоне, когда дефор­мационная способность пласта исчерпана и реактивные усилия достаточно велики. Периодические уменьшения и увеличения сближе­ний могут быть вызваны и чисто техническими причинами. Так, в лаве по пласту Мощный (Печорский бассейн) средние скорости сбли­жений при выемке первой, второй, третьей и четвертой полос после посадки кровля составили соответственно 1,21; 1,62; 1,72; 2,3 мм/ч. Величина сближений при посадке кровли в 1,5-2 раза пре­вышала величину сближений при выемке полосы, поэтому при выемке первой после посадки полосы сближения минимальны, затем величины и скорости сближений возрастают и при выемке последней (предпо­садочной) полосы уменьшаются вследствие зависания пород.

Неравномерность сближений усугубляется изменчивостью механи­ческих свойств вмещающих пород, большое влияние на неравномер­ность сближений и напряженность пласта оказывают трещиноватость и ориентированность трещин относительно линии забоя. Но наиболее общей причиной неравномерности сближений и напряженного состоя­ния пласта является высокая несущая способность монолитных вме­щающих пород, при которой неизбежны периодические зависания пород и их последующие разломы.

Таким образом, теория удовлетворительно- объясняет все наблю­даемые в натуре особенности напряженного состояния выбросоопас-ных пластов. Как известно, выбросоопасные пласты имеют прочные вмещающие породы. Средне- и труднообрушаемые породы широко рас­пространены на шахтах страны - такие кровли имеют около 75$ очи­стных забоев[з] . Однако самого по себе наличия прочных вмещающих пород и высокой неравномерности нагрузок на призабойнуго часть пласта недостаточно для возникновения внезапных выбросов. На не опасных по выбросам участках характер сближений такой же, что и на опасных. На невыбросоопасных пластах, имеющих труднообру­шаемые кровли (например, пласт Четвертый Воркутского месторожде­ния) , наблюдаются задержки сближений и ударообразные сближения, как и в выбросоопасных зонах. Таким образом, обусловленная свой­ствами вмещающих пород высокая изменчивость напряженности приза-бойных зон создает необходимые для внезапного выброса предпосыл­ки, но не предопределяет их возникновение.

Изложенные результаты исследования могут быть использованы при усовершенствовании теории внезапных, выбросов, способов их

ЛИТЕРАТУРА

  1. Борю i но А. А. Диспергирование ji-лвй при внезапных вы­
    бросах. - М.: Наука. 1985. - 96 о.


  2. Бориовяко А. А. К решение задачи о распределении напряже­
    ний в призабойной зоне угольного шшота // Зиаико-технические проблем!
    разработки полезных ископаемых. - 1976. - * 6. - С. 8.


Докукин А. В., Коровник Ю. К'., Яковлев Н.И.
Цеханизарованныв крепя и их развитие. - U.: Недра, 1984. - 288 о.

Схожі:

Тема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов iconФейт г. Н. (Тема 01161, 1984) Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1985, вып. 242. Борьба с внезапными выбросами, с. 17-26. Иссн 0540-939Х. О выбросоопасности угольных пластов на больших глубинах
Фейт г. Н. (Тема 01161, 1984) Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1985, вып. 242. Борьба с внезапными выбросами, с....
Тема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов iconБорисенко а. А. (Тема 01161, 1984) Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1985, вып. 242. Борьба с внезапными выбросами, с. 10-16. Иссн 0540-939Х. Природа внезапных высыпаний угля и основные принципы их предупреждения
Борисенко а. А. (Тема 01161, 1984) Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1985, вып. 242. Борьба с внезапными выбросами,...
Тема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов icon16104, 1984 Науч сообщ./ Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1985,вып. 242. Борьба с внезапными выбросами, с. 3-10 иссн 0540-939Х
Петросян а. Э. (Тема 16104, 1984) Науч сообщ./ Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1985,вып. 242. Борьба с внезапными выбросами,...
Тема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов iconВлияние глубины горных работ на изменение условий проявления внезапных выбросов
Малинникова о. Н., Смирнова г. Г. (Тема 01600, 1986)//Вопросы предотвращения внезапных выбросов: Науч сообщ. /Ин-т горн дела им....
Тема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов iconВ. П. Рудченко
В. В. Ходот. Борьба с внезапными выбросами в угльных шахтах. Сборнык трудов науч техн совершенствования, состоявшегося в Донецке...
Тема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов iconЗйклрчпвтся в следующем
Кулишов в. М. "Исследование закономерностей разгружающего действия отработки защитных пологих пластов для борьбы с внезапными выбросами...
Тема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов iconДанное сообщение является официальным приглашением на конференцию
Семинар Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда
Тема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов iconДонецкий национальный технический университет
Разработка геоинформационной системы прогнозирования напряженного состояния горного массива в зонах влияния очистных работ
Тема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов iconСписок наукових праць
Педагогическая культура учителя. Сб науч трудов. – Вып – Одесса, 1995. – с. 28-29
Тема 01161, 1984 Науч сообщ. /Ин-т горн дела им. А. А. Скочинского, 1986, вып. 252. Борьба с внезапными выбросами, с. 4-10. Иссн 0540-939Х. Особенности напряженного состояния выбросоопасных угольных пластов iconПерелік публікацій кафедри журналістики за 2008 рік
Полифоническая культура Украины: Гуманитарная проблематика Донбасса. Вып. С. 3-5 (сб науч статей)
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи