Расчет ширины целиков. Выявление основных факторов, влияющих на ширину целиков

Лабораторная работа  2

Тема: РАСЧЕТ ШИРИНЫ ЦЕЛИКОВ. ВЫЯВЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ШИРИНУ ЦЕЛИКОВ

Цель работы. Изучение методик расчета ширины целиков при отработке угольного пласта по падению и простиранию.

Краткие теоретические сведения. Управление состоянием массива горных пород имеет целью снижение или предотвращение опасных прояв­лений горного давления, возникающего при проведении горных работ.

На практике [1] при подземной разработке применяют следующие способы управления состоянием массива:

поддержание подработанных пород целиками;

закладку выработанного пространства;

крепление очистного пространства;

управление горным давлением посредством обрушения;

поддержание выработанного пространства временно оставляе­мой рудой.

Поскольку принцип действия разработчика тонких пластов осно­ван на подработке вышележащих пород, то неотъемлемой частью тех­нологии является управление горным давлением. Наиболее простой из вышеуказанных - первый способ. Поэтому цель лабораторной работы заключается в получении навыков расчета необходимой ширины цели­ков, оставляемых между выработками, для поддержания налегающей толщи пород.

Порядок выполнения работы

В общем виде схему к расчету ширины целиков можно предста­вить, как показано на рис. 2.1.

Как видно на рис. 2.1, на каждый целик действует полный вес на­легающих пород, который определяют по формуле

где  у_в - объемный вес пород; Н - высота налегающей толщи пород;

а - ширина целика; b - ширина выработки.

Учитывая влияние геометрических размеров целика и запас его прочности, можно записать следующее выражение:

где Rц - реакция целика; Кз - коэффициент запаса прочности целика;

Кф - коэффициент, учитывающий форму целика.

В свою очередь, по данным [I], запишем

где Кс, Кт - коэффициенты, учитывающие, соответственно, сейсмиче­ское действие взрывов и время работы целика.

Входящая в формулу (2.3) величина Кт может быть определена следующим образом [3]:

 где Т - время работы целика, лет; Р - уровень надежности (Р == 0,954);

Vп- вариация физико-механических свойств материала целика (Vп=0,2 -в практически монолитных породах, Vп = 0,3 - в слабо трещиноватых породах, Vn == 0,34 - в средне трещиноватых, Vп == 0,4 - в сильнотрещи­новатых, Vп == 0,5 - в чрезвычайно трещиноватых породах).

Значение коэффициента Кс в расчетах можно принимать равным 1,1-1,2.

С учетом специфики добычи угля с применением РТП составлена схема для расчета ширины целиков, которая представлена на рис. 2.2.

В данном случае, руководствуясь [I], по выражению (2.6) путем подстановки в него всех известных величин, приведения к квадратному уравнению и решения его относительно а определим необходимую ши­рину целика:

где – σ_сж^у предел прочности угля на сжатие в образце, МПа (σ_сж^у  =100*f , кгс/см², здесь f- коэффициент крепости угля, 1 кгс/см² = 0,0980665 МПа.);

 К^у_с - коэффициент структурного ослабления угля;

Sabcd - площадь поперечного сечения налегающих вскрышных пород, м²;

Ув - объемный вес вскрышных пород, т/м³;

р - угол внутреннего трения пород вскрыши, град.; Ку - сцепление пород вскрыши по линии сдви-жения AD, МПа.

Подставляем в выражение все известные величины и определяем «а»

а=2,855 м.

Если полученное значение а<1/3h_ц , то следует принимать а=1/З* h_ц.

Коэффициент извлечения (д.ед.) угля из пласта может быть най­ден по формуле

Определяем коэффициент извлечения угля

Рис. 2.2. Расчетная схема к определению ширины целиков при выемке угля по падению: H₁ - мощность налегающих пород, м; h_ц  - высота це­лика, м; Lв - глубина выемки угля, м; а - угол откоса борта, град.;

в - угол сдвижения пород вскрыши, град.; ф - угол падения пласта, град

Производится расчет ширины целиков, изменяя следующие параметры: f, Lb, Т, ф, m, Н.

На основании расчетов построить графики зависимостей a=f(f, Lb, Т, ф, m, Н) и Ки=f(а). Изменение параметров следует выполнять так, чтобы графики были построены не менее чем по четырем точкам. Минимальные и мак­симальные значения параметров принимать по табл. 2.1.,2.2..

Таблица 2.1. Пределы варьирования параметров ( по падению пласта)

f	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4
а	3,42	2,28	1,71	1,37	1,14	0,98	0,86
Lв	50	100	150	200	250	300	340
а	3,94	1,98	1,32	0,99	0,79	0,66	0,586
Т	0,5	1	2	2,5	3	4	5
а	2,18	2,45	2,62	2,86	2,94	3,088	3,2
ф	0	3	6	9	12	15	20
а	3	2,94	2,88	2,84	2,81	2,78	2,75
m	0,8	1,5	2	3	4	5	6
а	1,98	2,69	3,09	3,75	4,31	4,79	5,2
Н	10	15	20	30	40	45	50
а	1,21	1,48	1,74	2,26	2,79	3,04	3,31
Ки	0,475	0,576	0,644	0,694	0,731	0,760	0,783
а	3,42	2,28	1,71	1,37	1,14	0,98	0,86

Таблица 2.1. Пределы варьирования параметров ( по простиранию пласта)

f	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4
а	3,8	2,54	1,9	1,52	1,27	1,09	0,95
Lв	50	100	150	200	250	300	340
а	3,17	3,17	3,17	3,17	3,17	3,17	3,17
Т	0,5	1	2	2,5	3	4	5
а	2,42	2,72	3,05	3,17	3,26	3,43	3,55
ф	0	3	6	9	12	15	20
а	3,21	3,206	3,183	3,159	3,11	3,06	2,95
m	0,8	1,5	2	3	4	5	6
а	2,16	2,97	3,44	4,23	4,9	5,506	6,04
Н	10	15	20	30	40	45	50
а	0,68	1,01	1,355	2,02	2,7	3,03	3,37
Ки	0,449	0,550	0,620	0,671	0,709	0,740	0,765
а	3,8	2,54	1,9	1,52	1,27	1,09	0,95

Расчет ширины целика при выемке угля по простиранию

В случае разработки угольного пласта по простиранию, ширину целика можно найти по выражению:

где: - высота вскрышных пород в конце выработки, м;

- коэффициент учитывающий влияние угла падения пласта, д.ед.;

В свою очередь

где: - коэффициент Пуассона для угля; =0,24

- угол падения пласта, град. =8⁰

а=3,171 м.