Введение к работе
Актуальность проблемы. Горно-геологические условия разработки антрацитовых месторождений Юго-Восточного Донбасса имеют целый pi -характерных особенностей, определяющих возможные участки, степн-ь опасности и механизм проявления горных ударов на разных участкч.: иахтного поля.
Одной из наиболее характерных особенностей является весьма рас [іространенная "многообразная мелкоамплитудная нарушенность антри> -говых пластов. Наблюдаются как разрывные мелкоамплитудные нар узе..;, гак и пликативные нарушения, размывы, а также секущие дайки, rOi'-рыв следует рассматривать как одну из возможных форм нарушенчести антрацитовых пластов.
По вопросу о характере влияния нарушенное пластов на возмож-юсть проявления горных ударов среди специалистов нет единого ыне-«я. Одни исследователи утверждают на основании результатов мнопо-іетних исследований и статистических данных о проявлении горных 'даров на шахтах ,1&льнего Востока и Кузбасса, что тектоническая на-іушенность усугубляет удароопасность пластов. Ряд зарубежных авто->ов наоборот считают, что интенсивная тектоническая нарушенность шастов снижает вероятность проявления горных ударов, но в некото->ых случаях усугубляет выбросоопасность. На наш взгляд, в этих ут-ерждениях не содержится существенных противоречий, т.к. они осно-інваются на результатах исследований, выполненных применительно к іазличньм конкретным особенностям угольных месторождений.
Так, на шахтах .Дальнего Востока и Кузбасса наибольшее количество орных ударов в зонах тектонических нарушений произошло при разра-отке крутых и круто-наклонных пластов в зонах повышенного давления ЗПГД). В Рурском бассейне Германии большая часть горных ударов про-зошла на пологих пластах при сравнительно спокойном залегании и не-начительной мелкоамплитудной тектонической нарушенности. Необходи-о при этом отметить, что доля добычи угля с крутых пластов в этой тране весьма мала. На шахтах Австралии в зонах влияния даек на га-оносных пластах наблюдалось большое количество типичных внезапных ыбросов угля и газа. В отличие от шахт Партизанского бассейна гер-ых ударов в зонах влияния даек не отмечено.
Приведенные данные свидетельствуют о многообразии условий и меха--ізма формирования нарушенных зон пластов на" угольных месторождени-к на разных стадиях тектонической, активности земной коры.
На месторождениях Юго-Восточного Донбасса горные удары наблюда-ісь при пологом и крутом падении, но при разной степени тектони-
ческой мелкоамплитудной нарушенности пластов. Горные удары зафиксированы при отработке пологих пластов на шахтах "Южная", "Майская", "Аютинская" (в боковых породах), "Западная-Капитальная" (АО "Ростов уголь"), им. В.И.Чапаева-и "Дружба" (ПО "Донбассантрацит", Украина) На шахте "Яновская" (ПО "Донбассантрацит", Украина) горные удары на блюдались при крутом падении пласта. В то же время на шахтах АО 'Ту ковуголь", на которых глубина горных работ (на пластах, отнесенных ранее к угрожаемым) достигла 1000 и, горных ударов до сих пор не на блюдалось. Отметим, что антрацитовые пласты в Гуково-Зверевском рай оне в Восточном Донбассе являются наиболее тектонически нарушенными Необходимо подчеркнуть также, что основная часть балансовых запасов на территории Восточного Донбасса приурочена к пологозалегащим угольным пластам (около 80 %). Крутое и круто-наклонное залегание угольных пластов характерно для северо-западной части Восточного Донбасса (Каменско-Гундоровский, Белокалитвинский, Тацинский районы роль которой в угледобыче незначительна.
Таким образом, вопрос о степени и характере влияния мелкоамшиту ной тектонической нарушенности антрацитовых пластов на их удароопас ность на шахтах Восточного Донбасса является актуальным и до постановки работы автора малоизученным.
Автор диссертации участвовал в период с-1989 по 1994 гг. в качес тве заочного аспиранта ВНШИ и соисполнителя в исследованиях по раб там 0293132600, 0295015000, 0292626, 0202052 (И# г.р. 01860076839, 01.9.000050094 и 01890009333) "Проведение исследований по усовершен ствованию существующих и разработке новых методов и средств оценки напряженно-деформированного и газодинамического состояния массива горных пород в условиях больших глубин", "Разработка методики оцени удароопасности антрацитовых пластов сложного строения", "Оказание научно-методичеекой помощи в проведении работ по прогнозу степени удароопасности участков пластов и разработка профилактических мероприятий по предотвращению горных ударов на вахтах ПО "Антрацит", "Разработка рекомендаций по совершенствованию способов прогноза й предотвращения горных ударов в антрацитовых пластах и боковых породах, оказание научно-методической помощи при осуществлении противоударных мероприятий на шахтах ПО "Ростовуголь".
Целью работы является разработка рекомендаций по прогнозу и пр« дотвращению горных ударов при выемке антрацитовых пластов в условиях интенсивной мелкоамплитудной нарушенности.
Идея работы заключается в том, что прогноз и предотвращение roj них ударов при выемке антрацитовых пластов возможно осуществлять к основе знаний .закономерностей распространения и параметров мелкоам-
иитудных тектонических нарушений. Научные положения, защищаемые автором.
-
С увеличением интенсивности мелкоамплитудной разрывной нару-їнности при разработке пологих тонких и средней мощности антраци-овых пластов возможность проявления горных ударов снижается.
-
В зонах влияния пликативнях нарушений типа мелких складок и пексур в процессе ведения горных работ могут вскрываться участки DBuneHHoft тектожческой напряженности массива, что предопределяет эобходимость применения в этих условиях мер по предотвращении внешних разрушений боковых пород в форме горных ударов.
3.'При разработке крутых антрацитовых пластов мелкоамплитудная ірушенность способствует возникновению внезапных обрушений угля и эрод непосредственной кровли, прлвода^х в ЗПГД к горным ударам.
4. Колебания земной поверхности, наблюдающиеся в Шахтинском райте Восточного Донбасса, вызываются внезапным хрупким разрушением гдельных прочных слоев песчаников подрабатываемой толщи пород, ко-эрое следует рассматривать как одну из форм-проявленил горного уда-1 в сложных горнотехнических условиях разработки пластов.
Задачи исследований.
-
Установить характерные особенности тектонической нарушенности истных полей антрацитовых месторождении Восточного Донбасса.
-
Определить степень опасности по горным ударам челкоамшіитуд-« разрывных и пликагивных нарушений при разработке антрацитовых іастов.
3.v Установить причины проявлений динамического характера сотря-їний массива пород и земной поверхности в районах ведения >.чистньг-г здземных горных работ.
4. Разработать способы прогноза и предотвращения горных ударов
условиях интенсивной мелкоамплитудной нарушенности антрацитовых
іастов.
5. Оценить экономическую эффективность предложенных практических
їкомендаций.
Научная новизна работы. [.На основе установленной закономерности распространения очагов звышенной напряженности участков массива разрагэтан на уровне изо-зетения способ предотвращения внезапного разрушения боковых пород ітрацитовьіх пластов в форме горного удара а зонах влияния плика-1вных нарушений типа мелких складок, заключающийся в разгрузке по-)д кровли и почвы путем проведения камуфлетных взрывов.
2. Определен количественный показатель интенсивности разрывной ілкоамплитудной нарушенности шахтных полей, характеризующийся на-
аічием 1-2 и белее разрывов на каждые 15 п. м выработки, при котором горные удары при разработке пологих пластов не проявляются.
-
Установлено, что мелкоамплитудная нарушенность крутых антрацитовых пластов в ЗПГД усугубляет удароопасность участков угольного массива.
-
Установлено, что внезапное хрупкое разрушение в форме горного удара отдельных слоев песчаников, подрабатываемой толщи пород не представляет серьезной опасности как для поверхностных сооружений, так и действующих горных выработок.
Методы исследований.
Поставленные задачи решались путем применения комплексного метода исследований, 'включающего анализ и обобщение опыта ведения горных работ на шахтах Юго-Восточного Донбасса и зарубежных стран, проведение лабораторных испытаний, а также шахтных инструментальных и визуальных наблюдений в подземных выработках и на земной поверхности, статистическую обработку экспериментальных данных с применением ЭВМ и опытно-промышленные испытания разработанных практических рекомендаций.
Личный вклад автора в получении результатов заключается в постановке задач и разработке методики исследований, анализе резуль- ; татов лабораторных и шахтных наблюдений, разработке и внедрении способа прогноза и предотвращения динамических форм разрушения боковых пород, выборе объектов и руководстве опытно-промышленными испытаниями.
достоверность и надежность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением известных и широко применяемых методов исследований проявлений горного давления (оценка напряженно-деформированного состояния краевой части пласта по выходу штыба при бурении контрольных шпуров и замеру конвергенции и деформации боковых пород в выработках, а также изменению механических свойств пород и угля в зонах тектонических нарушений), статистической обработки данных, большим объемом обследованных шахт и пластов в Юго-Восточном Донбассе (всего обследовано ЗО шахтопластов), позволившим , охватить большой диапазон горно-геологических и горнотехнических условий разработки антрацитовых пластов (глубина разработки изменялась от 450 до 1000 м, угол падения от 5-7 до 70, мощность пластов от 0,8 до 1,6 м, мощность непосредственной кровли от I до 7 м, выемка антрацита осуществлялась стругами, узкозахватными комбайнами' и отбойными молотками при подвиганий очистных забоев по простиранию и восстанию).
Практическая ценность и реализация работы.
Рекомендации автора внедрены на шахте "Аютинская" ПО "Ростов-толь", позволившие обеспечить безопасное в отношении торных ударов і аффективное ведение горных работ. Они использовачись также посто-[нно действующей Комиссией по горным ударам и внезапным выбросам тля и газа при ежегодных заседаниях для решения вопросов по уточ-іению удароопасности пластов и разработке необходимых мероприятий ю предотвращению динамических явлений в конкретных условиях шахт іО "Ростовуголь",' АО Туковуголь", а также ПО "Антрацит" (Украина), 'екомендации автора включены в проект нового "Каталога пластов угли, трожаемых по горным ударам, на месторождениях РФ".
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на 'ченом совете, а также секциях горного давления и горных ударов, ГГС по горным ударам и внезапным выбросам угля (породы) и газа Уче-юго совета ВНИМИ (1990-1995 гг.), Технических советах АО "Ростов-голь", АО Туковуголь", ПО "Антрацит".
Публикации. По основным результатам'выполненных исследований публиковано б работ и получено одно авторское свидетельство на эоС^гение.
оиьем работы. .Циссертациокная работа изложена на 131 странице аши'описного текста, содержит 5 глав,введение и заключение, спи-ок использованной литературы из 53 наименований, 29 рисунков, І4 аі5лиц.
Автор выражает благодарность группам прогноза горных ударов при О "Ростовуголь" и АО "Гуковуголь", главному горняку по горным уда-ам и выбросам Дьяконову Ю.Я., а также научным сотрудникам ВНИМИ етухову И.М., Яворскому Б.Н., Филинкову А.А., Монахову В.Н., Лн-рианову О.Ю., Шабарову А.Н. за помощь в проведении шахтных зкспе-иментов и полезные советы, высказанные при обсуждении результатов аботы.
