Прогноз зміни стану підробленого гірничого масиву при закритті вугільних шахт

Експериментальні дослідження на УНТС зразків вугілля з зміною їх вологості дозволили зробити висновки. Цілик вугілля, що має невелику природну вологість, в результаті об’ємного стиснення може бути досить жорсткою (твердою) опорою для породної товщі та перешкоджати зміщенню її униз. Якщо цілик вугілля має велику природну вологість, то в цьому випадку він являє собою більш піддатливу опору за рахунок зповзання частинок та мікроблоків і ущільнення вугілля в ньому. 

Таким чином, оскільки водонасичення суттєво впливає на фізико-механічні властивості гірничих порід та вугілля, при прогнозуванні зміни стану підробленого гірничого масиву на шахтах, що закриваються, необхідно використовувати отримані експериментальні результати. 

Зміна вологості та, як наслідок, фізико-механічних властивостей гірничих порід приводе до відновлення процесу деформації та обвалення бокових порід над виробленим простором лав. Це пов’язано в першу чергу з особливостями способів управління гірничим тиском на пластах крутого падіння та геомеханічних процесів, що при цьому відбуваються. Найбільш поширеним способом управління гірничим тиском при відробці нижніх 3-4 горизонтів (т. т. глибини 500-1100 м) є спосіб утримання на кострах. Обсяг його застосування у різні роки складає від 70% до 50%. Також великий обсяг застосування у способів плавного опускання (12%) та обвалення на щитовий агрегат – 22%. При способі утримання на кострах у виробленому просторі залишається велика кількість привібійного (дерев’яні стояки густиною до 3, 33 стояків/м2) та спеціального (костри з круглого дерева або шпального бруса через 4-6 м уздовж падіння та простягання) кріплення, яке хоча і інтенсивно деформоване у виробленому просторі, проте зберіга залишкову несучу здатність та підтримує частину покрівлі, що біля кріплення. При зменшенні міцності порід покрівлі та підошви через зволоження відбудеться втрата контакту кріплення з породами, що стане причиною поновлення процесу обвалення порід покрівлі та активізації геомеханічних процесів у вищележачому гірничому масиві. 

У виробленому просторі щитовими агрегатами, як показали дослідження ВНДМІ та ВФТГП ДонФТІ НАНУ, під монтажною нішою утворюються порожнечі, які не заповнені породою на висоту до 6 потужностей пласта та розмірами уздовж падіння до 20-30 м. Решта виробленого простору заповнено обваленою породою різних за розміром кусків та ступеню ущільнення: найбільш дрібні фракції з найбільшим ущільненням знаходяться у нижній частині відробленої смуги. У випадку затоплення слід чекати поновлення перепуску порід униз виробленого простору з збільшенням розмірів порожнини під вентиляційним горизонтом як уздовж падіння, так і уверх на 20-30%. 

Міжетажні цілики вугілля, які за тривалий період знаходження в зонах опорного тиску інтенсивно порушені, при намоканні можуть обвалитись, що викличе перепуск обвалених порід у вироблений простір. Тому процес активізації зсування гірничого масиву захопить всю площу відробки, що реалізується у додатковому осіданні земної поверхні. 

В результаті виконаного в роботі аналізу геомеханічних процесів встановлено, що бокові породи можуть переміститись над виробленим простором на 10-20% від вийнятої потужності вугільних пластів. 

Виконаний в роботі аналіз існуючих методик прогнозування деформацій земної поверхні при розробці світи крутоспадних пластів, в тому числі і включених до нормативно-методичних документів, показав, що розрахунки за ними приводять до значних помилок. 

Це можна пояснити слабкими надійністю та обгрунтованністю параметрів процесу зсування від окремих виробок. По-перше, до моменту розробки методики розрахунку, а вона не змінювалась з середини 60-х років, був відносно малий об’єм спостережень. З другого боку, аналіз спостережень при великій кількості одночасно впливаючих виробок можливий тільки при наявності потужних програм для ЕОМ, які в той період були відсутні. 

Умови та закономірності створення та розвитку уступів, в основному, вивчені для напівмульди уздовж падіння в період зростання уступів. Уступам в напівмульді за підняттям практично не приділялась увага як при теоретичних дослідженнях, так і при організації спостережень. Однак з збільшенням глибини уступи в напівмульді уздовж падіння будуть зменшуватися, а в напівмульді за підняттям навпаки. Тому актуальність прогнозування уступів в напівмульді за підняттям зростає. 

Розміри зони впливу від активізації процесу зсування над старими гірничими виробками, характер та тривалість зсування залежать від наступних факторів: 

а) потужності відробленого пласта вугілля, кута падіння та глибини розташування виробок; 

б) розмірів очисних виробок, розташування та розмірів залишених ціликів; 

в) фізико-механічних властивостей порід; 

г) структурних особливостей масиву гірничих порід (присутність потужних міцних шарів порід). 

Для розрахунків зсування та деформацій земної поверхні від активізації процесу зсування гірничих порід при затопленні гірничих виробок запропоновано використовувати методику Ю. М. Гавриленко, де одним із основних параметрів є так названа впливаюча потужність пласта на процес активізації. 

У формулах для розрахунку зсування активізації використовується так названа впливаюча потужність пласта на процес активізації. 

Впливаюча потужність визначається для кожної відробленої виробки в межах горизонту з формули: 

ma=K1 K2 K3 K4 K5 mв, 

де ma – впливаюча потужність відробленого пласта приймається в розрахунку деформацій земної поверхні в залежності від активізації процесу зсування при затопленні гірничих виробок; 

К1 – коефіцієнт, який залежить від ступеню метаморфізму вугілля; 

К2 – коефіцієнт, який залежить від