Обгрунтування рацiональних параметрiв пiдготовки надто зближених пластiв на шахтах захiдного Донбасу

Проте умови пiдтримки пiдготовчих виробок верхнього пласта iз-за значного здiймання порiд пiдошви набагато гiршi в порiвняннi з виробками нижнього пласта, який також вiдробляється в другу чергу. Здiймання порiд пiдошви в них до 3, 5 раз вище, нiж в виробках нижнього пласта. Це зумовлено руйнуванням та ослабленням порiд підошви пiсля виймання нижнього пласта. Тому пiдготовчi виробки верхнього пласта потрiбно розташовувати в зонах розвантаження, що було пiдтверджено ранiше шахтним експериментом.

Згiдно з проведеними розрахунками, показники стiйкостi гiрничих виробок з глибиною закладення погiршуються. Вплив потужностi порiд мiжпластя на стiйкiсть виробки помiтно нижчий, нiж вплив глибини розробки. При цьому вплив потужності порід міжпластя в виробках верхнього пласта, який вiдробляється в першу чергу, обмежений 6-8 метрами.

Результати моделювання вiдповiдають практичному досвiду. В Західному Донбасі при потужностi порiд мiжпластя М  10м пiдготовчу виробку по пiдробленому пласту закладати не рекомендується. Порiвняння показникiв роботи лав, які одержані при вiдробцi надто зближених пластiв на шахтi «Захiдно-Донбаська» і проведені методом математичної статистики, вказують на переваги висхiдного порядку вiдробки перед низхiдним. Зокрема середньомiсячна площа виймання в лавах виймальних стовпiв на 8 i 37% вища для висхiдного порядку (рис. 2). Похибка знаходження математичних очiкувань середньомiсячної площi виймання здiйснена з довiрчою вiрогiднiстю 0, 95 i складає вiд 3 до 12%. При аналiзi враховувався досвiд роботи 31 лави, сумарний обсяг вибiрки – 559 значень. За даними багаторiчних спостережень групи гiрського тиску шахти, стiйкiсть пiдготовчих виробок по нижньому i верхньому пластам, якi розроблюються в першу чергу, приблизно однакова. В той же час, стiйкiсть останньої по нижньому пласту при низхiдному порядку вiдробки набагато нижча нiж по верхньому. До речi, при пiдготовцi виймальних стовпiв для вiдробки пластiв в низхiдному порядку по верхньому пласту вдалось повторно використати сiм виробок, а по нижньому всього тiльки двi. Окрiм цього, в пiдготовчих виробках пiдробленого пласта спостерiгалось значне здiймання порiд пiдошви.

В цiлому данi про стiйкiсть пiдготовчих виробок в шахтних умовах, технiко-економiчнi показники роботи лав i результати математичного моделювання узгоджуються мiж собою. Вони пiдтверджують теоретичний прогноз i вказують на переваги висхiдного порядку вiдробки пластiв.

Вивчення впливу потужностi порiд мiжпластя на прояви гiрського тиску в виробках здiйснена фiзичним моделюванням на еквiвалентних матерiалах. Дослiдження виконанi в лабораторiї кафедри будiвництва шахт та пiдземних споруд. Геометричний масштаб моделювання був прийнятий рiвним 1: 100, розмiри робочої камери складали 0, 3*0, 3*0, 08 м. Модель включала три рiзномодульних прошарки вмiщуючих порiд i два вугiльних пласта. Фiзико-механiчнi характеристики еквiвалентних матерiалiв вiдповiдали умовам залягання вугiльних пластiв в Захiдному Донбасi. Для кожного прошарку вмiщуючих порiд i пластiв вугiлля, у вiдповiдностi з прийнятими критерiями подiбностi, були пiдiбранi вiдповiднi еквiвалентнi матерiали, якi включали парафiн, солiдол, графiт и пiсок. На поверхнi моделi, пiсля попереднього навантаження i витримки протягом 2 годин, наносилась мiрна сiтка з розмiром вiчки 1*1 см i моделювалась гiрнича виробка. Деформацiї сiтки реєструвались фотоапаратом з однiєї i тiї ж точки при кожному навантаженнi. За деформацiями сiтки, згiдно з навантаженням чи другими параметрами моделi, визначались вiдповiднi залежностi, якi вiдображали поведiнку масиву порiд поблизу пiдготовчої виробки.

Потужнiсть мiжпластя в моделях змiнювалась вiд 4 до 10 м з iнтервалом 1 м, а глибина закладення виробки для кожного мiжпластя – вiд 300 до 600 м з iнтервалом 50 м. Всього в цiй групi моделей було випробувано 42 моделi. Стiйкiсть виробки оцiнювалась по величинi найбiльшого для даної глибини здiймання порiд пiдошви, як самої значної деформацiї в Захiдному Донбасi.

На рис. 3 і 4 приведенi результати моделювання, з яких видно, що наявнiсть слабкого мiжпластя знижує стiйкiсть виробки на 20-100%, тобто в 1, 2-2 раза. При цьому незалежно вiд глибини закладення виробки помiтний вплив надає мiжпластя потужнiстю до 6-7 м. Подальше збiльшення потужностi мiжпластя не приводить до iстотного погiршення стану виробки. Залежнiсть здiймання порiд пiдошви виробки вiд потужностi порiд мiжпластя задовiльно описується функцiєю виду:

 

y = a – a e      b 

 

Для H = 500 м параметри функції: a = 5, 68; b = 0, 94674;  = 0, 5557; середнє квадратичне відхилення S (x) = 0, 1082243 мм.

При рiзнiй потужностi порід мiжпластя вплив глибини закладення виробки бiльш значний нiж збiльшення потужностi порiд мiжпластя. З подвоєнням глибини закладення виробки (вiд 300 до 600 м) здiймання порiд пiдошви виробки збiльшується в 2, 5-1, 5 раза.

Отриманi данi пiдтверджуються практикою i результатами ма-тематичного моделювання. Згiдно з ними пiсля виймання нижнього надто зближеного пласта в пiдготовчих виробках верхнього пласта спостерiгається значне здiймання порiд пiдошви. Тому в практицi, як було вiдзначено вище, пiдготовчi виробки по пiдробленому надто зближеному пласту закладати не рекомендується. Погоджуються мiж собою результати физичного та математичного моделювання в частинi впливу глибини закладення виробки i потужностi порiд мiжпластя. Величина здiймання порiд пiдошви в пiдготовчих виробках моделi, що визначена з врахуванням критерiїв подiбностi, складає вiд 200 до 600 мм за 4-5, 5 мiсяцiв, вiдповiдає натурним умовам.

Результати проведених дослiджень дозволили розширити межу допустимої пiдробки надто зближеного пласта до 3,