Основы технологии и экономики горного производства. Конспект лекций, страница 59

6. Управление горным давлением обрушением вмещающих пород

Обрушение – сдвижение частей массива пород с потерей сплошности по отдельностям и трещинам. Оно наступает из-за ослабления сил сцепления  между частицами массива, в результате чего последний переходит из состояния покоя в состояние движения. Применительно к УГД есть смысл выделить два способа обрушения: за счет сил гравитации – самообрушением и принудительное обрушение.

Самообрушение происходит при определенных площадях обнажения кровли, боков очистного и выработанного пространства. Стремятся характер и масштабы обрушения регулировать в возможных пределах, с учетом конкретной горно-геологической и горнотехнической ситуации. В этой связи можно еще раз обратить внимание на отличительные признаки порядка обрушения. Они связанные с характером перевода очистного пространства в выработанное, а именно, - непрерывный и прерывный, (т. е. непрерывно в период протекания процессов очистной выемки или в перерывы, после). Кроме этого выделим в первом случае масштаб обрушения, а во втором –  разделение или без разделения отрабатываемого массива на слои. Эти разновидности расширяют область применения способа УГД с обрушением.

Принудительное обрушение осуществляется при помощи взрыва совокупности зарядов, чаще всего скважинных или минных. Если самообрушение экономично при неуправляемой кусковатости материала, то принудительное – трудоемкое и дорогостоящее при определенной возможности управлять кусковатостью. Принципы расчета параметров принудительного обрушения формируются на основе результатов исследований технологического процесса взрывной отбойки. Параметры самообрушения определяются согласно научным результатам в области теории горного давления на основе разрабатываемых гипотез. В данном случае применимы гипотеза волны опорного давления, гипотеза шарнирных блоков и др.

Согласно принципиальным положениям гипотезы волны опорного давления при подвигании очистного забоя типа лавы происходит первоначально обрушение лишь непосредственной кровли, а основная кровля, которая слагается из более прочных пород, зависает на определенный период подвигания очистной выемки. При этом впереди забоя (в прифронтовой зоне массива) формируется повышенное давление (по величине в три и более раз превышающее нормальное). По достижению определенных размеров консоль зависшей основной кровли самообрушается. Образуется шаг обрушения. Величину шага обрушения и значение опорного давления с некоторой вероятностью можно предопределить и тем самым предпринять инженерные меры, снижающие негативность явления.

При отсутствии разделения кровли на непосредственную и основную - ситуация изменяется – формируется плавно перемещающаяся волна давления. Описанная ситуация характерна при разработке угольных пологопадающих месторождений.

По гипотезе шарнирных блоков, описывающей характер обрушения налегающих пород при разработке мощного пологопадающего медно-никелевого месторождения Норильск–1, имеет место обрушение налегающих пород в виде массивных блоков, которые при своем смещении несколько распираются, тем самым разгружают массив отрабатываемого блока. Подбор параметров блока, согласно объективно возможному шагу обрушения, позволяет снизить величину опорного давления в смежном подготавливаемом блоке и тем самым способствовать снижению затрат на ремонтно-восстановительные работы. С аналогичных позиций определяется и увязывается порядок ведения очистных работ на этаже или шахтном поле в целом.

При послойном обрушении в период очистной выемки на мощных крутопадающих месторождениях волна давления не формируется. По гипотезе Протодьяконова на участке в створе очистного забоя в виде заходки, за счет взаимного расклинивания обрушенных кусков пород, образуются временные (неустойчивые) своды обрушения. На призабойную деревянную крепь в виде оградительного мата и совокупности рам давит вес пород в контуре означенного свода. Зная условия такого сводообразования, представляется возможным определиться в параметрах крепления рабочего очистного пространства.