С помощью давильных установок может быть оценена также степень изменения деформационных и прочностных свойств угольного массива после нагнетания воды в пласт, применяемого с целью предупреждения горных ударов, т. е. может быть проверена эффек тивность этого мероприятия в тех или иных конкретных условиях. Методика таких исследований описана в работе [3]. Для этих же целей могут быть применены приборы типа ПСГ, о которых будет сказано ниже.
Степень удароопасности отдельных участков пластов может оп ределяться как по комплексному методу ВНИМИ [13, 15], преду сматривающему регистрацию явлений сопровождающих бурение скважин (количество и фракционный состав буровой мелочи; сила и частота проявления толчков; усилие и скорость подачи), так и пу тем определения напряженного состояния массива угля на различ ном удалении от забоев или стенок выработок с помощью приборов типа ПСГ (прогнозомер скважинный, гидравлический), разрабо-, тайных ВНИМИ. Для газоносных и нарушенных месторождений предпочтителен второй метод.
Напряженное состояние породного массива может определяться также с помощью приборов типа ПСГ. Только в этом случае в за шлифованный забой скважины внедряется на заданную глубину не цилиндрический пуансон, а конус из твердого сплава. Определе ния можно производить по длине скважине через любые интервалы.
Применительно к исследованиям защитных свойств пластов ста вятся задачи:
1) исследование механических (деформационных и прочностных) свойств пластов в различных условиях нагружения, в соответствии с тем или иным соотношением горных работ в смежных или близко расположенных пластах угля;
2)установление критериев защитного действия по фактору гор ного давления;
3)установление границ защитного действия по падению и про стиранию угольных пластов на основе критериев защитного дейст вия по фактору горного давления.
Определение степени напряженности пород и угольного массива вокруг подготовительных и очистных выработок, а также около тектонических нарушений
Разрушение пород и угля в форме горных ударов происходит в шахтах в местах концентрации напряжений. Поэтому установле ние общих закономерностей распределения напряжений в массиве около подземных горных выработок, выявление горногеологических и горнотехнических факторов, влияющих на характер и степень на пряженности угольного и породного массива, является весьма важ ной для проблемы горных ударов задачей. Знание этих закономер ностей позволит глубже вскрыть механизм горных ударов; QUO не обходимо для разработки методов прогноза горных ударов и мер борьбы с ними.
напряженное состояние пород и угольного массива вокруг подгото вительных выработок (см. гл. VI):
—при разном порядке отработки пластов в свите сближенных пластов;
—при разном сочетании порядка отработки пластов в группах
споследовательностью отработки этажей в шахтном поле. Существенной составной частью комплексного метода исследо
ваний являются геофизические наблюдения [9, 16]. Они проводятся с помощью следующих основных методов: микросейсмического, сейсмоакустического, • электрометрического и ультразвукового (см. гл. IV), а также с помощью наклономеров. Применение этих мето дов позволяет решать целый круг вопросов, связанных с решением проблемы горных ударов. К их числу относятся:
И з у ч е н и е п р и р о д ы и м е х а н и з м а г о р н ы х у д а р о в и и з ы с к а н и е в о з м о ж н о с т и их п р о г н о з а .
Это направление включает в себя такие вопросы, как:
—изучение динамических и кинематических параметров горных ударов (их длительность, частота, спектральный состав, величина сейсмической энергии и т. п.);
—выявление энергетических особенностей горных ударов; отличие
исходство с другими динамическими явлениями (выбросами угля
ипороды, осадками основной кровли и т. д .);
—исследование деформационной картины массива пород и угля по мере формирования горного удара и изыскание возможных его предвестников;
—изучение основных форм разрушения угля в момент развития горного ^щара;
—исследование характера перераспределения нагрузок в массиве пород и угля, возникающие в результате удара;
—' изучение факторов, способствующих развязыванию горных ударов (динамических пригрузок, возникающих в результате веде ния буровзрывных работ, внедрения режущих органов добычных машин, осадок кровли, влияния приливообразующих сил и т. п .);
— исследование различных форм проявления горных ударов (в угле, породах кровли и почвы) и разработка физической модели очага горного-удара.
В ы я в л е н и е с т е п е н и у д а р о о п а с н о с т и п л а с т о в и их о т д е л ь н ы х у ч а с т к о в в ц е л я х к о н к р е т и з а ц и и м е р б о р ь б ы с г о р н ы м и у д а р а м и .
Это направление включает:
— оценку защитного действия пластов на основе применения ряда геофизических методов (микросейсмического, сейсмоакустического и наклономерного);
— оценку эффективности локальных приемов борьбы с горными ударами (нагнетание воды в пласт, рыхление Kpaeeqfl части пласта
камуфлетными взрывами и т. п.) с помощью геофизических методов (сейсмоакустического, электрометрического и ультразвукового).
У с т а н о в л е н и е х а р а к т е р а и с т е п е н и в л и я н и я п р о и з в о д с т в е н н ы х п р о ц е с с о в и п а р а м е т р о в д о б ы ч
ных и п р о х о д ч е с к и х |
м а ш и н |
и |
м е х а н и з м о в на о п а с |
н о с т ь п р о я в л е н и я |
г о р н ы х |
у д а р о в , на базе использо |
вания геофизических методов (сейсмоакустического, наклономерного, электрометрического).
Решение указанных вопросов производится путем:
— измерения деформаций горных пород и угля с применением специальных скважинных магнетронных деформометров и наклоно мерных установок ШНУ—1 и ШНУ—2 конструкции ВНИМИ и ЛГУ,
атакже фотоэлектрических наклономеров типа НФ—М;
—испытание механических свойств образцов горных пород и угля в условиях одноосного сжатия с определением их прочностных и упругих свойств на базе применения аппаратуры ИПА и ЗУА;
—испытание механических свойств угольных пластов в натурных условиях- с помощью специальной давильной установки и регистра ции сейсмоакустических процессов, сопровождающих хрупкое раз рушение, а также изучение изменения их электрических свойств под нагрузкой;
—выявление наиболее удароопасных участков шахтных полей
спомощью специально разработанного микросейсмического метода исследований и контроль за их изменением во времени, а также определение динамических и кинематических параметров горных ударов;
—детальное изучение степени удароопасности отдельных участ ков угольных пластов на базе комплексного метода исследований, включающего сейсмоакустические наблюдения по регистрации уп ругих импульсов и изучение их параметров при бурении скважин в напряженную часть пласта, а также электрометрические наблю дения за изменением состояния угольного пласта и пород при из менении напряженного состояния;
—динамическое моделирование горных ударов в лабораторных условиях в целях изучения физической модели очага удара;
—программирование и расчет на ЭВМ отдельных задач, свя занных с изучением природы и механизма горных ударов, состав
лением энергетического баланса удара и т. п.
Моделирование горных ударов, условий и процессов, их вызывающих
В лабораторных условиях могут моделироваться отдельные сто роны механизма горных ударов, например, процессы хрупкого раз рушения пород, деформирования и сдвижения толщи пород над очистными выработкам/! с целью установления влияния отдельных геологических и горнотехнических факторов на характер образования
зон опорного давления, разгрузки и вторичного уплотнения пород' при разработке одиночных и смежных пластов в свите.
Общие вопросы методики моделирования толщи пород из эк вивалентных и оптически активных материалов изложены в гл. III. Значительное место должно отводиться динамическому моделиро ванию горных ударов на базе моделей из оптически активных мате риалов. Кроме лабораторных работ по моделированию отдельных сторон механизма горных ударов эксперименты могут проводиться непосредственно в шахтах путем искусственного нагружения отдель ных участков угольного массива давильными установками.
С помощью давильных установок могут моделироваться процес сы хрупкого разрушения угольного массива, при разных эпюрах, режимах, видах напряженного состояния и различных условиях на гружения на площадях до 1—2 м2.
Применительно к исследованию защитных свойств пластов ста вятся задачи:
у с т а н о в л е н и я г р а н и ц з о н ы р а з г р у з к и , под которой понимается часть массива горных пород, расположенная над и под выработанным пространством, величина горного давления в которой ниже существовавшей до проведения выработки. Для этого уста навливается влияние следующих параметров:
ширины выработанного пространства и прочности пород; мощности защитного пласта; угла падения пластов.
У с т а н о в л е н и я |
г р а н и ц |
з а щ и щ е н н о й з о |
ны, |
рас - |
р а с п о л а г а ю щ е й с я |
в н у т р и |
з о н ы р а з г р у з к и |
и характе |
ризующейся тем, что величина горного давления в ней |
менее |
у о , |
где Н0 — минимальная глубина возникновения горных |
ударов или |
внезапных выбросов на данном месторождении. |
|
|
Втом числе установление границ защищенной зоны:
—по простиранию угольных пластов;
—по восстанию и падению угольных пластов;
—вкрест простирания угольных пластов.
Границы защитного действия устанавливаются во времени и в пространстве; при этом учитывается, что после отработки защитного пласта нагрузки на опасный пласт могут через некоторое время вновь восстанавливаться до опасны'х пределов, т. е. существует по тенциальная возможность восстановления опасности пластов по горным ударам.
По мере получения достоверных данных по механическим свой ствам массива горных пород, углубления и расширения представле ний о природе и механизме горных ударов должны предпринимать ся попытки аналитического решения отдельных задач. Основными из этих задач являются:
— расчет напряжений в зонах опорного давления и разгрузки;
—исследования динамических процессов в зонах с предельно напряженным состоянием в краевой части угольного пласта;
—расчет защищенных зон по фактору горного давления;
—исследование энергетических особенностей проявления горных ударов;
—исследование процессов и явлений, возникающих при бурении скважин в напряженные участки угольных пластов и пород.
Аналитические расчеты должны проверяться экспериментальны ми работами.
Общие методические указания по проведению аналитических ис
следований даны в гл. 5.
Все практические рекомендации, вытекающие из результатов комплексных исследований горных ударов, должны проходить про верку в шахтах.
Горно-экспериментальные работы обязательно сопровождаются
контрольными инструментальными наблюдениями, которые должны охватывать все вопросы, связанные с безопасным ведением горных работ — проведение регулярного прогноза степени удароопасности участков пластов, наблюдения за состоянием кровли, угольного и породного массива и т. д. В процессе горно-экспериментальных ра бот в шахтах уточняются отдельные параметры и схемы безопасной отработки удароопасных пластов.
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА |
1. |
А в е р ш и н |
С. Г. Горные удары. Углетехиздат, М., 1955. |
2. |
Б и ч |
Я- А. |
Определение |
удароопасности угольных пластов. |
Труды ВНИМИ, сб. 49, 1962. |
А. И. Установление эффективности |
3. |
Б и ч |
Я- А., |
Б а ж е н о в |
нагнетания воды в пласт как средства предупреждения горных уда ров. «Технология и экономика угледобычи», ЦНИИТЭИугля, 1965, № 8.
4. Б и ч |
Я- А., Б а ж е н о в А. |
И. Приборы для определения меха |
нического |
состояния угля вокруг |
выработок. Труды ВНИМИ, сб. 66, |
Л., 1966.
5.Бич Я. А. Исследования механических свойств горного массива
внатурных условиях применительно к проблеме горных ударов. Тру
ды ВНИМИ, сб. 76, Л., 1970.
6. В и н о к у р |
Б. Ш. Исследование проявлений горного давле |
ния при выемке |
крутых пластов угля канатными пилами, полосами |
по восстанию в Кизеловском бассейне. Автореферат диссертации. СГИ, 1965.
7. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, опасные по горным ударам. Изд. ВНИМИ,
Л., 1967.
8. Использование защитных пластов для борьбы с горными уда рами и внезапными выбросами угля и газа. Изд. ВНИМИ, Л., 1966.
9. Исследование горного давления геофизическими методами.
Изд. «Наука», М., |
1967. |
10. П е т у х о в |
И. М„ В о с к о б о е в Ф. Н. Опыт применения |
глубинных реперов для изучения сдвижений и деформаций горных пород в массиве. «Недра», М., 1968.
11. П е т у х о в И. М. Изучение природы горных ударов, обосно вание и разработка мер борьбы с ними. Автореферат диссертации. ЛГИ, Л., 1968.
12. П е т у х о в |
И. М. и др. Горные удары и борьба с ними |
на |
шахтах Кнзеловского бассейна. Пермиздат, Пермь, 1969. |
и |
13. П е т у х о в |
И. М. Изучение горных ударов, разработка |
внедрение комплекса мер .борьбы с ними на* шахтах СССР. Труды ВНИМИ, сб. 76, Л., 1970.
14. Расчет границ защищенных зон (методические указания),
изд. ВНИМИ, Л., 1969. |
степени |
удароопасности участков |
15. Руководство |
по прогнозу |
угольных пластов на шахтах СССР. Изд. ВНИМИ,,Л., 1969. |
16. С м и р н о в |
В. А. Геофизические методы |
исследования горных |
ударов. Автореферат диссертации. ЛГИ, Л., |
1964. |
и газа. Госгортехиз- |
17. Х од от В. |
В. Внезапные |
выбросы |
угля |
дат, М., 1961. |
|
|
|
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выше изложены как общие основные методические положения комплексного исследования проблем горной геомеханики, так и ука зания по разработке частных методик, использованию рациональ ной существующей аппаратуры и приемов таких исследований. Глав ная цель данной работы заключалась в творческом объединении различных взглядов, методов и средств исследования воедийо, в одном документе, с тем, чтобы исследователь мог либо прямо вос пользоваться соответствующими рекомендациями, либо улучшить их там, где имеется для этого необходимость и возможность. Таким образом, подготовка этого труда предусматривала, что он будет использоваться творчески, причем при разработке частных методик предстоящих исследований из него будет взято то, что необходимо для проводимой работы, опущено несущественное и добавлено то, что определяется спецификой новой работы, и, возможно, не нашло отражения здесь.
Опубликование «Общих методических положений» послужит де лу развития более тесной, органически объединенной координации научных исследований в области горной геомеханики. Теперь пред
ставляется возможным как планомерное методическое сосредоточе ние усилий научно-исследовательских организаций на разрешении главных горногеомеханических проблем, так и рациональная диффе ренциация и специализация исследований, при сохранении их глубо кой внутренней связи и обеспечения взаимообогащения. Такие воз можности необходимо использовать в полной мере, придав исследо ваниям примерно тот же размах, что и работам по изучению верхней мантии Земли, поскольку по сложности и значению эти группы проблем приблизительно равноценны.
Организационные формы такой координации могут быть раз личными. Это может быть либо объединенный совет по вопросам гордой геомеханики при Комитете по науке и технике СМ СССР,
или при Академии Наук СССР, в составе представителей заин тересованных министерств и ведомств горнодобывающей про мышленности и общенаучных объединений (например, Комитета, АН СССР, МВ и ССО, Минугля, Минчермета, Минцветмета, мини стерств стройматериалов, химии и др.), либо просто весьма тесное
ипланомерное сотрудничество указанных отраслей на основе общей проблематики, методики, материально-технического обеспечения ис следований и внедрения их результатов в промышленность.
Как бы то ни было, Общая методика определяет как общие, так
ичастные задачи горной геомеханики; рациональные методы и средства их решения; направления и приемы внедрения результатов;
перспективы, дальнейших работ, а главное — единые выработан ные теоретические представления о природе, особенностях и законо мерностях механических процессов в земной коре при разработке полезных ископаемых, объединяющие исследователей и практиков и служащие основой научно-технического прогресса в данной области.
Публикуемые «Общие методические положения комплексного исследования проблем горной геомеханики» могут и должны быть использованы для планирования, подготовки, выполнения и коорди нации исследований как во внутриотраслевых, так и межотраслевых масштабах, т. е. в пределах всей горнодобывающей промышленности.
Действительно, раздел I этой монографии содержит общемето дические и общетеоретические положения, а также — проблематику горной геомеханики и подробное описание методики исследования механических свойств пород, особенностей аналитических, лабора торных, натурных и комплексных методов исследования, начиная с рекомендаций по правильной постановке задач, обеспечению их необходимыми исходными данными, рациональному выполнению ис следования, и кончая анализом результатов исследования и установ лением направлений, условий и областей их эффективного практи ческого приложения и дальнейшего развития. Одновременно, эта работа содержит достаточные сведения об исследованиях уже про веденных в различных направлениях данной науки, с оценкой при ложимости их результатов и подробными библиографическими данными.
Естественно, весь этот методический, теоретический и практи ческий арсенал должен использоваться как при межотраслевой координации'исследований (при разработке координационных пла нов, организации научно-методического и материально-технического обеспечения исследований, обмена опытом и внедрения результатов в промышленность), так и для постановки и проведения отраслевых исследований (в частности, при разработке частных методик иссле дования, его подготовке, выполнении и использовании результатов).
Раздел II монографии, наоборот, содержит дифференцирован ные рекомендации по выполнению частных комплексных исследова ний для решения типовых или конкретных задач горной геомеха ники, применительно к различным • производственным проблемам горнодобывающей промышленности.
Специалисты по открытой разработке месторождений найдут здесь рекомендации по исследованию устойчивости бортов карьеров и откосов отвалов. Специалисты по подземной разработке восполь зуются рекомендациями по исследованию устойчивости подземных выработок при различных системах разработки, методах охраны, типах горногеологических условий и т. п. Специалисты по технике безопасности используют разделы по исследованию горных ударов и других динамических явлений и организации мер борьбы с ними.
