Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние и перспективы разработки мощных пологих пластов Томь-Усинского района Кузбасса
1.1. Специфика горно-геологических условий Томь-Усинского района Кузбасса 9
1.2. Особенности проектирования технологических схем отработки мощных пологих пластов Томь-Усинского района Кузбасса 21
1.3. Направления совершенствования технологических схем с разделением пласта на слои 38
Выводы по главе 41
2. Анализ известных способов предотвращения обрушений пород кровли в лавах нижних слоев
2.1. Анализ известных способов предотвращения обрушений пород кровли
2.2. Оценка целесообразности и области использования способов предотвращения обрушений пород кровли в условиях 56 труднообрушаемых кровель
Выводы по главе 59
3. Исследование влияния горно-геологических факторов на величину нагрузки, действующей на межслоевую защитную угольную пачку 61
3.1. Расчетные методы определения мощности межслоевой защитной угольной пачки 61
3.2. Анализ известных гипотез и расчетных схем определения нагрузки на межслоевую защитную угольную пачку
3.3. Исследование влияния горно-геологических факторов на величину нагрузки, действующей на межслоевую защитную угольную пачку 82
Выводы по главе 99
4. Исследования напряженно-деформированного состояния надрабатываемого угольного массива
4.1. Методика проведения исследований 101
4.2. Выбор теории прочности 103
4.3. Обоснование горно-геомеханической модели и расчетных схем 106
4.4. Исследование влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на напряженно-деформированное состояние надработанного угольного массива и межслоевую защитную угольную пачку
Выводы по главе 124
5. Рекомендации по управлению кровлей в лавах надрабатываемых слоев в условиях шахты «Распадская-Коксовая» 126
5.1. Результаты расчета мощности межслоевой защитной угольной пачки для условий шахты «Распадская-Коксовая» 126
5.2. Рекомендуемый способ предотвращения обрушений пород кровли в лавах надрабатываемых слоев
5.3. Технико-экономическая оценка рекомендуемого способа предотвращения обрушений пород кровли
Выводы по главе 141
Заключение 142
Список литературы 144
- Особенности проектирования технологических схем отработки мощных пологих пластов Томь-Усинского района Кузбасса
- Направления совершенствования технологических схем с разделением пласта на слои
- Оценка целесообразности и области использования способов предотвращения обрушений пород кровли в условиях 56 труднообрушаемых кровель
- Исследование влияния горно-геологических факторов на величину нагрузки, действующей на межслоевую защитную угольную пачку
Введение к работе
Актуальность работы. Безопасность труда на угольных шахтах и
технико-экономические показатели подземной добычи угля в значительной
степени зависят от того, насколько эффективно решаются вопросы управления
кровлей в основном звене технологической схемы шахты - очистном забое. Как
следует из практического опыта, наиболее сложными эти вопросы являются для
лав надрабатываемых слоев при системах разработки пологих склонных к
самовозгоранию пластов угля наклонными слоями с использованием
современных механизированных комплексов.
В настоящее время основным способом предотвращения вывалов пород кровли в лавах надрабатываемых слоев является оставление межслоевых защитных угольных пачек угля, мощность которых достигает 1,5 м. Использование данного способа приводит к дополнительным эксплуатационным потерям угля, составляющим 5-20 % отрабатываемых запасов, и повышенной опасности самовозгорания угля в выработанном пространстве лав. С увеличением мощности защитных угольных пачек вероятность самовозгорания угля в выработанном пространстве возрастает.
Решению задачи определения рациональной мощности межслоевой защитной угольной пачки посвящено большое число научных работ, выполненных ВНИМИ, КузНИУИ, КузГТУ, ИГД им. А.А. Скочинского и другими организациями. Однако, как показывает практический опыт, фактические значения мощностей защитных пачек, как правило, существенно отличаются от определенных с использованием известных методик. При этом максимальные различия характерны для пластов, в кровле которых залегают прочные труднообрушающиеся породы.
Цель работы. Повышение безопасности очистных работ и снижение потерь полезного ископаемого в защитных межслоевых пачках угля при системах разработки мощных пологих угольных пластов наклонными слоями.
5 Идея работы. При определении мощности межслоевых защитных
угольных пачек необходимо учитывать глубину зоны разрушенного угля в
надрабатываемом слое, формирующейся при ведении очистной выемки в
вышерасположенном слое, строение кровли пласта и стадии деформирования
породных блоков основной кровли.
Основные задачи исследований:
Установление характера и степени влияния опорного давления на процесс деформирования надрабатываемого массива угля впереди забоя лавы вышерасположенного слоя.
Разработка геомеханической модели процесса разрушения надрабатываемого угольного массива.
Изучение влияния горно-геологических условий на величины нагрузок, действующих на межслоевую защитную угольную пачку, при слоевой системе разработки.
Обоснование методики определения рациональной мощности межслоевой защитной угольной пачки при слоевой системе разработки мощных пологих пластов длинными очистными забоями.
Определение областей рационального использования межслоевой защитной пачки угля в качестве способа предотвращения обрушений кровли в лавах надрабатываемых слоев.
Методы исследований. Для решения поставленных задач был использован комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение опубликованных в горнотехнической литературе данных по проблеме отработки мощных пологих угольных пластов угля с использованием различных технологических схем и технологий добычи; шахтные исследования процессов деформирования и разрушения межслоевой защитной угольной пачки; аналитические исследования с использованием методов механики сплошной среды.
Научная новизна:
Установлены количественные зависимости глубины зоны разрушения угля, образующейся в верхней части надрабатываемого слоя под воздействием очистных работ в вышерасположенном слое от глубины залегания пласта, длины лавы и прочностных характеристик угля.
Обоснованы геомеханические модели процесса нагружения межслоевой защитной угольной пачки для типовых структур пород кровли пласта, учитывающие мощность пород непосредственной кровли и местоположение лавы надрабатываемого слоя относительно трещин в основной кровле, образовавшихся при отработке вышерасположенного слоя.
Основные защищаемые положения:
1. При слоевых системах разработки длинными очистными забоями
мощность межслоевой защитной угольной пачки необходимо определять с
учетом глубины распространения зоны разрушения угля в верхней части
надрабатываемого слоя, связанной с ведением очистных работ в
вышерасположенном слое.
Нагрузку на межслоевую защитную угольную пачку, а, следовательно, и минимально допустимую по фактору «горное давление», мощность защитной пачки необходимо определять с учетом расстояния между лавой надрабатываемого слоя и трещинами разлома в основной кровле пласта, образовавшимися при отработке вышерасположенного слоя.
При отработке мощных пологих пластов, в кровле которых залегают труднообрушаемые породы, межслоевая защитная угольная пачка не способна предотвратить, по условиям ее нагружения, обрушений пород непосредственной кровли в призабойное пространство лавы надрабатываемого слоя при подходе ее к трещинам разлома, возникшим в труднообрушаемых породах при отработке первого слоя, на расстояние менее мощности пород непосредственной кровли пласта.
7 Практическая значимость работы:
Разработана методика определения минимально допустимой мощности межслоевой защитной угольной пачки, учитывающая влияние на величину данного параметра очистных работ в слое и тип пород кровли разрабатываемого пласта.
Разработан способ предотвращения обрушений пород кровли в лавах ранее надработанных слоев, позволяющий минимизировать потери угля в межслоевых защитных угольных пачках.
Доказана нецелесообразность и опасность оставления межслоевых защитных угольных пачек при подходе лав ранее надработанного слоя к трещинам разлома в основной кровле, образовавшихся при отработке первого слоя, на расстояние менее мощности пород непосредственной кровли пласта.
Установлены значения минимально необходимой мощности защитной угольной пачки по фактору «горное давление» при отработке пласта Ш-го в условиях шахты «Распадская-Коксовая».
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций. Достоверность защищаемых положений, основных выводов и рекомендаций обеспечивается соответствием установленных качественных и количественных характеристик исследуемых процессов результатам, полученным при проведении исследований, включающих их экспертную оценку специалистами ОАО «Шахта им. В.И. Ленина», ЗАО «Распадская» и других научных организаций; использованием современных апробированных методов исследований; значительным количеством данных, полученных при проведении исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на ежегодных научных конференциях молодых ученых СПГГИ (ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2005 г., 2006 г., 2007 г.); международной конференции молодых ученых «Проблемы
8 освоения полезных ископаемых» (Санкт-Петербург, 2004 г.); научных
семинарах кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых»,
СПГГИ(ТУ).
Личный вклад автора. Сформулированы задачи исследований, разработана методика и проведены шахтные и аналитические исследования, выполнена интерпретация полученных результатов, сформулированы основные научные положения и выводы.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 152 страницы состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 101 источника, включает 73 рисунка и 11 таблиц.
Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., проф. В.П. Зубову за помощь в определении общей идеи работы и интерпретации полученных данных, техническим работникам ЗАО «Распадская» и «Распадская-Коксовая» за помощь в сборе исходной информации и проведении шахтных исследований, сотрудникам кафедры РМПИ за полезные замечания и техническую помощь при выполнении работы.
9 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗРАБОТКИ
МОЩНЫХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ ТОМЬ-УСИНСКОГО РАЙОНА
КУЗБАССА
Особенности проектирования технологических схем отработки мощных пологих пластов Томь-Усинского района Кузбасса
Практически все пласты Томь-Усинского района имеют ложную кровлю мощностью от 0,05 до 1 м. Основная и непосредственная кровли обычно устойчивы, но на отработку угольных пластов в лавах существенное влияние оказывает трещиноватость пород непосредственной кровли, мелкая складчатость, разрывные нарушения, пережимы и размывы пластов угля. По степени устойчивости кровли пластов подразделяются на слабоустойчивые (пласты VIII-IX, XI, XII), среднеустойчивые (пласты III, VI, VI6, XVI), устойчивые (пласты XIII, XVII) и весьма устойчивые (пласт IV-V). Конгломераты, слагающие непосредственную и основную кровли пластов IV, VI и основную кровлю пласта VI, приближаются по своим свойствам к песчаникам, но уступают им по основным показателям прочности. Почвы пластов устойчивые. Почвой пластов служат обычно алевролиты, реже песчаники. В кровле залегают как алевролиты, так и песчаники; нередки, особенно в пластах IV-Vа, VI6, конгломераты. Породные прослои в углях, как правило, представлены углистыми алевролитами и аргиллитами, реже -разнозернистыми алевролитами. Количество прослоев породы в пластах угля очень различно: от 1-2 до 17. 21 1.2. Особенности проектирования технологических схем отработки мощных пологих пластов Томь-Усинского района Кузбасса Общий объем добычи из мощных пологих пластов [3,56] составляет около 30% мировой добычи.
По основным угольным бассейнам России объем добычи из очистных забоев мощных пологих пластов [8] распределяется следующим образом (рис. 1.6): Балансовые запасы Кузбасса в мощных пологих и наклонных пластах [9] составляют 47,8 млрд.т, т.е. 53 % всех запасов угольного бассейна (рис. 1.7). По запасам коксующихся углей Кузбасс является самым крупным, на его долю приходится 25,4 млрд.т. таких дефицитных марок, как Ж, К, ОС. 22 В пластах, мощность которых превышает тпп 5,5 м, т.е. которые рекомендуется отрабатывать слоевыми системами разработки, балансовые запасы [32] составляют 45 % всех запасов Кузбасса (рис. 1.8). Как следует из представленных диаграмм и табл. 1.5, в Кузбассе и в Томь-Усинском геолого-экономическом районе в частности, имеются большие резервы для резкого роста эффективности горного производства за счет перехода к отработке мощных пологих пластов угля. Шахтный фонд Томь-Усинского района Кузбасса. В настоящее время на территории Томь-Усинского геолого-экономического района добычу угля подземным способом осуществляют следующие горные предприятия: ЗАО «Распадская» (ЗАО «Распадская угольная компания»), ОАО «Шахта им. В.И. Ленина» (угольная компания «Южный Кузбасс»), шахты Томская и Томусинская 5-6 (ОАО «Объединенная угольная компания «Южкузбассуголь»). Шахты данного района добывают уголь, относящийся к высокоценным коксующимся маркам ПК, КО, КС, ОС, СС, и имеют 545 млн.т. запасов угля в мощных пологих и наклонных пластах (рис. 1.10). Шахта ЗАО «Распадская», ЗАО «Распадская УК» В ОАО «Шахта им.В.И.Ленина», УК «Южный Кузбасс» Шахта Томская, ОАО «ОУК «КЖУ» Шахта Томусинская 5-6, ОАО «ОУК «КЖУ» Шахта ЗАО «Распадская-Коксовая», ЗАО «Распадская УК» Рис. 1,10, Запасы шахт Томь-Усинского района Кузбасса. Одним из существенных факторов, объясняющих значительное отличие объемов добычи шахт, работающих в пределах одного геолого-экономического района, является использование очистного и проходческого оборудования различного технического уровня.
Так, на «Шахте им. В.И. Ленина» в лавах работают отечественные механизированные комплексы ( =5300 т/сут), на шахтах «Томской» и «Томусинской 5-6» используется польская техника фирмы «Фазос» (Асу,—4200 т/сут и А ббОО т/сут соответственно), а на шахте «Распадская» в эксплуатации находится современный дорогостоящий высокопроизводительный комплект очистного оборудования английской фирмы «JOY» (Асуг=23600 т/сут) [62]. Рис. 1.13. Распределение запасов угля мощных пологих и наклонных пластов Томь-Усинского района Кузбасса по классам кровель быв. ВУГИ. В целом невысокие технико-экономические показатели, повышенная аварийность и травматизм шахт Томь-Усинского района Кузбасса обусловлены сложными горно-геологическими условиями разработки мощных пологих и наклонных пластов угля. Основными осложняющими факторами являются: наличие в кровле основных продуктивных пластов труднообрушающихся пород; неслеживаемость пород кровли пластов, отрабатываемых с использованием слоевой системы разработки; сложное строение пластов, включающих прослойки крепких пород; склонность пластов к самовозгоранию. Так, например, 70 % запасов угля в пластах Кузбасса с труднообрушающимися кровлями приходится на Томь-Усинский район [32], при этом в пределах самого района объем запасов угля в мощных пологих и наклонных пластах с труднообрушающимися породами кровли [47] составляет 55 %(рис. 1.13).
Направления совершенствования технологических схем с разделением пласта на слои
Несмотря на широкое распространение, слоевая система разработки имеет, в силу некоторых особенностей, целый ряд недостатков, ограничивающих возможности роста технико-экономических показателей отработки мощных пологих пластов. Так, отработка первого (верхнего) слоя характеризуется повышенным выделением метана и периодическими динамическими обрушениями пород кровли [98]. При отработке нижних слоев ограничения по газовому фактору и динамическим осадкам основной кровли снижаются, однако, повышается аварийность и снижается безопасность очистных работ, что связано с разрушением межслоевой пачки и обрушениями пород в призабойное пространство лав ранее надработанных слоев. Частота указанных аварий зависит, главным образом, от механических характеристик и мощности угольной пачки. Увеличение мощности межслоевой защитной угольной пачки, при прочих равных условиях, снижает вероятность аварийного прорыва породы до некоторого минимума. Одновременно со снижением аварийности возрастает экономический ущерб от потерь подготовленных запасов и вероятность возникновения эндогенных пожаров, связанная с увеличением указанных потерь. В настоящее время рациональная мощность межслоевой пачки при проектировании технологических схем отработки конкретных выемочных участков определяется, как правило, исходя из имеющегося опыта слоевой отработки пластов в аналогичных горно-геологических условиях.
Определяемая таким путем мощность межслоевой пачки является обычно завышенной и не может считаться рациональной в связи с указанным выше отрицательным влиянием увеличения мощности межслоевой пачки на пожароопасность. Необходимость более точного определения мощности межслоевой пачки подтверждается также данными, представленными на рис. 1.20. Экономический эффект (рис. 1.20) не включает в себя эффект от снижения вероятности возникновения эндогенного пожара. Однако, по имеющимся данным [39], с увеличением мощности пачки с 0,3 до 1 м вероятность возникновения эндогенного пожара возрастает в 3,6 раза. Таким образом, эффект от снижения мощности межслоевой пачки будет складываться из непосредственного эффекта от снижения ущерба вследствие потери подготовленных запасов и эффекта от снижения (исключения) ущерба [73], вызванного возникновением эндогенного пожара, величина которого может быть сопоставима со стоимостью механизированного комплекса. Указанные факты подчеркивают актуальность работы по обоснованию предельной мощности угольной пачки с учетом ущербов различного рода от потери запасов (в том числе риска возникновения эндогенного пожара) и аварийности работ, связанных с прорывами породы из выработанных пространств ранее отработанных слоев. Кроме указанных проблем, при использовании слоевой отработки мощных пластов имеет большое значение тот факт, что кровля большинства пластов, разрабатываемых с разделением на слои, вследствие своей труднообрушаемости, после отработки первого слоя образует в выработанном пространстве плохослеживающуюся массу и при отработке нижних слоев (даже с разрывом во времени 3-5 лет) приводит к значительным утечкам воздуха и окислению угля в выработанном пространстве, что является причиной повышенной пожароопасности отработки нижних слоев.
Кроме того, по мнению многих авторов [32,98], в настоящее время в инструктивно-нормативных документах отсутствуют научнообоснованные рекомендации по управлению геомеханическими процессами. Это в современных рыночных условиях, при использовании дорогостоящего высокопроизводительного очистного оборудования, делает задачу по геомеханическому обоснованию параметров слоевой системы разработки особо актуальной. Необоснованное принятие технологических и пространственно-планировочных решений способно не только снизить технико-экономический эффект от применения указанного оборудования, но и нанести значительный ущерб работе всего предприятия. 1. Технико-экономические показатели шахт Томь-Усинского района Кузбасса могут быть существенно повышены при отработке мощных пологих угольных пластов, доля запасов в которых превышает 45 %. Современное состояние техники и технологии разработки мощных пологих угольных пластов позволяет отрабатывать пласты без деления на слои с вынимаемой мощностью до 5,5 м. 2. К числу перспективных систем разработки при выемке пластов мощностью свыше 5,5 м относится слоевая система разработки длинными столбами с разделение пласта на слои. В настоящее время доля этих систем разработки для шахт Томь-Усинского района Кузбасса составляет 30 %. 3. Основными проблемными вопросами слоевой системы разработки в условиях шахт Томь-Усинского района Кузбасса являются: предотвращение обрушений пород кровли в лавах нижнего (ранее надработанного) слоя и повышенная опасность работ; большие потери угля в межслоевой пачке, достигающие 30 %; повышенная пожароопасность пластов.
Оценка целесообразности и области использования способов предотвращения обрушений пород кровли в условиях 56 труднообрушаемых кровель
Эффективность применения существующих способов предотвращения обрушений пород кровли в лавах надработанных слоев рассмотрена в предыдущем разделе. При использовании данных способов в условиях труднообрушаемых кровель их эффективность изменится. Рассмотрим возможности применения этих способов в условиях отработки пласта, в основной кровле которого залегают труднообрушающиеся породы. Основным критерием к оценке возможности применения способов является «устойчивость кровли» в лавах надработанных слоев. Однако, необходимо производить рассмотрение с учетом таких факторов, как себестоимость, склонность пород к слеживаемости, характер разрушения непосредственной кровли и т.д. Рассмотрим самый технологичный способ предотвращения обрушений пород кровли в лавах нижних слоев и его усовершенствованный вариант -оставление межслоевой защитной угольной пачки и упрочнение ее вяжущими растворами.
Наличие труднообрушаемых пород в основной кровле обуславливает увеличение шага обрушения основной кровли [13] и, как результат, повышение нагрузки на защитную пачку. Вследствие этого, для обеспечения устойчивости пород кровли в лавах нижних слоев потребуется оставление защитной пачки большей мощности. Кроме того, при труднообрушаемых кровлях возможны ситуации с зависанием и последующим динамическим обрушением блоков основной кровли. Поэтому следует производить расчет мощности необходимой межслоевой защитной угольной пачки для различных горно-геологических условий, после чего оценивать рациональность оставления межслоевой защитной угольной пачки путем экономического сравнения ее с другими способами. Основными проблемами, возникающими при использовании на практике межслоевого гибкого металлического перекрытия [68], является провисание его в местах обнажения кровли и вдоль линии очистного забоя с последующим вывалом пород отработанного слоя в призабойное пространство отрабатываемого. Для устранения указанных недостатков линейного перекрытия предложено диагональное перекрытие. В условиях труднообрушаемых пород основной кровли возможность применения гибкого межслоевого металлического перекрытия будет определяться характером разрушения непосредственной кровли. При крупноблочном разрушении пород непосредственной кровли (размер стороны куба 0,5-1,0 м) возникает большая вероятность прогиба сетки в месте ее обнажения под крупным блоком непосредственной кровли, так как на крупный блок непосредственной кровли, лежащий на участке сетки, незакрепленном крепью, действует значительная нагрузка, обусловленная длинноблочным характером разрушения основной кровли. Исходя из вышеизложенного, возможность применения межслоевого гибкого металлического перекрытия в условиях труднообрушаемых кровель будет определяется размером блоков непосредственной кровли и механическими характеристиками сетки.
Создание искусственной кровли упрочнением вяжущими растворами обрушенных пород невозможно в условиях труднообрушаемых кровель при крупноблочном характере разрушения пород непосредственной кровли. Основным фактором, определяющим возможность упрочнения обрушенных пород полимерными материалами [95], является наличие штыба угольной и породной мелочи определенного фракционного состава, лежащего на почве верхнего слоя. Разрушение непосредственной кровли на крупные блоки не способствует образованию достаточного для осуществления физико-химического упрочнения объема породного штыба с размерами кусков не более 0,4 м. Возможность реализации способа создания устойчивой кровли из обрушенных пород с течением времени под действием горного давления определяется [17,24] только одним фактором - склонностью горных пород к слеживаемости. При залегании в кровле труднообрушаемых пород эффективность и целесообразность использования данного способа зависит только от петрографического состава и строения пород непосредственной кровли, обуславливающих склонность пород к слеживаемости. В условиях слеживающихся пород данный способ применим для пород кровли с различной склонностью к обрушению. Наиболее перспективным [49,35] среди всех рассмотренных способов предотвращения обрушений пород кровли в лавах надработанных слоев в условиях труднообрушаемых кровель являются способы, основанные на опережающем анкеровании и упрочнении пород вяжущими растворами. Следует отметить эффективность опережающего анкерования по сравнению с другими альтернативными способами при использовании его в условиях крупноблочного разрушения непосредственной кровли. При сочетании таких факторов, как наличие труднообрушаемой основной кровли и крупноблочный характер разрушения непосредственной кровли, наиболее практичным способом борьбы с обрушениями кровли в нижних лавах является опережающее анкерование.
Исследование влияния горно-геологических факторов на величину нагрузки, действующей на межслоевую защитную угольную пачку
К числу горно-геологических факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на величину нагрузки, действующей на межслоевую защитную угольную пачку, относятся: тип пород кровли; высота зоны обрушения горных пород; шаг обрушения основной кровли. Рекомендуемая методика определения мощности межслоевой защитной угольной пачки. Опыт использования межслоевой защитной угольной пачки показывает, что величины ее мощностей, принимаемых на практике, как правило, больше величин, рассчитанных с использованием известных методик. В настоящее время в горнотехнической литературе отсутствует обоснование данному обстоятельству. Межслоевая защитная угольная пачка служит кровлей для надрабатываемого слоя. Мощность защитной пачки обусловлена ее главной функцией - предотвращением обрушений пород кровли в лавах надрабатываемых слоев. Необходимо заметить, что достоинствами данного способа предотвращения обрушений пород кровли, по сравнению с другими способами, являются минимальные затраты времени и труда на его реализацию. К недостаткам следует отнести большую величину потерь в защитной пачке и увеличение вероятности самовозгорания угля. Величина эксплутационных потерь при оставлении межслоевой защитной угольной пачки достигает 35 %. В результате расчетов мощности межслоевой защитной угольной пачки для конкретных условий по методикам ВНИМИ, КузНИУИ и КузГТУ получены разные значения. Для горно-геологических условий пласта Ш-го Томь-Усинского района Кузбасса необходимая мощность защитной пачки угля, рассчитанная по этим методикам, находится в диапазоне 0,2-1,5 м. В связи с этим возникает необходимость совершенствования методики определения мощности межслоевой защитной угольной пачки.
При определении рациональной мощности защитной межслоевой угольной пачки необходимо учитывать условия, в которых происходит ее формирование и работа. При отработке верхнего слоя в почве формируется зона опорного давления [12], расположенная впереди очистного забоя, и зона разгрузки, расположенная за линией очистного забоя. В зоне опорного давления происходит сжатие угля почвы, а в зоне разгрузки - расширение со смещением приконтурных слоев вверх. В результате этого в зоне разгрузки происходит расслоение верхней приконтурной части почвы. Расслоившиеся приконтурные части почвы подвергаются дополнительной деформации в результате крупноблочного обрушения кровли (рис. 3.8). Совокупность результатов шахтных и аналитических исследований позволила выдвинуть следующую гипотезу: при определении мощности межслоевой защитной угольной пачки необходимо учитывать влияние лавы верхнего слоя на напряженно-деформированное состояние надрабатываемого слоя. Шахтными исследованиями установлено, что к моменту начала отработки нижнего слоя в верхней части надработанного слоя образуется зона разрушенного угля, который практически не имеет несущей способности. С учетом вышеизложенного, мощность межслоевой защитной угольной пачки, оставляемой между слоями (рис. 3.9), следует определять из выражения: где: тэп - мощность угольной пачки, оставляемой между верхним и нижним слоями угля, м; lj.p. - глубина зоны разрушенного угля, формирующаяся в угольном массиве, расположенном ниже верхнего слоя под воздействием опорного давления, возникающего впереди забоя лавы верхнего слоя, м; а - минимально допустимая мощность неразрушенной пачки угля, при снижении которой происходит ее обрушение в призабойном пространстве лавы нижнего слоя, м. Мощность минимально допустимой неразрушенной пачки угля можно определять с использованием известных методик. Исходя из результатов исследований, наиболее приемлемой является методика определения мощности защитной пачки, разработанная ВНИМИ. Рассчитанная по ней величина При мощности межслоевой защитной угольной пачки (гтЬц 1гр+а) пачка выполняет защитную функцию и исключает обрушение пород кровли между забоем лавы и перекрытиями секций крепи.
Оценка нагрузки па межслоевую защитную угольную пачку с учетом типа кровли. При определении возможной нагрузки, действующей на пачку, в выемочном столбе следует выделить место, где ее величина будет максимальной. Учитывая характер обрушения повторно подработанного массива этим местом является средняя часть очистного забоя. Методически задача решается по следующей схеме. Определяется ширина h,.,, и длина І,.,,, незакрепленного крепью участка очистного забоя - параметры, определяющие площадь обнажения межслоевой защитной угольной пачки [18,94], воспринимающей нагрузку q. Ширина обнажения защитной пачки h3n. равна сумме двух параметров: ширины захвата комбайна г0.,К(Ш и максимально допустимого по ПБ расстояния между козырьком крепи и грудью очистного забоя Lpac до прохода комбайна. Длина защитной пачки 13.п. определяется длиной участка обнажения кровли, незакрепленного после прохода комбайна (рис. 3.11):
