Оценить и проанализировать количества потенциальной энергии, высвобождаемой в призабойной части пласта при подвигании выработки на расстояние l (м) для различных прочностных характеристик угольных пластов

ЗАДАНИЕ 1. Оценить и проанализировать количества потенциальной энергии, высвобождаемой в призабойной части пласта при подвигании выработки на расстояние l (м) для различных прочностных характеристик угольных пластов.

Указанная энергия (W_S(l))- есть следствие изменения напряжённо-деформированного состояния пласта за счёт, в частности, подвигания забоя выработки на расстояние l (м), (см. рисунок 1.1).

Рис. 1.1.

- эпюра s₁ “упругого” пласта;

- эпюры s₁ при наличии в пласте зон предельного состояния, соответственно, до ... и после подвигания забоя на величину “l”;

- зона предельно-напряжённого состояния (ПНС) пласта до подвигания забоя;

- зоны упругого состояния пласта;

~g×H - геостатическое давление на глубине Н (м);

`m - мощность пласта;

c - коэффициент концентрации напряжений (допустимо принять: - для забоев подготовительных выработок c» 1,85¸2,0); - для очистных - c³ 2);

K -коэффициент сцепления угля;

n - параметр, зависящий от угля внутреннего трения r:

;

l’ - протяжённость зоны ПНС: ;

f - коэффициент трения (уголь-порода, изменяющийся в пределах 0,2¸0,4);

;

Х₂ - часть зоны I после подвигания забоя на “l”:

;

Х₃ - протяжённость зоны ПНС после подвигания забоя на “l”:

j - параметр: j = D×l; D = 2f/m- для очистных забоев; D = (f×П)/S - для подготовительных забоев (П - периметр сечения пласта в плоскости сечения выработки, либо периметр всего сечения; S - площадь поперечного сечения обнажения пласта в забое, либо площадь всего забоя - для мощных пластов);

В₁ - параметр: В₁ = к×n/l.

Суммируя количества энергии, выделяемой в массиве при переходе от одного предельного состояния к другому (в зоне I), с количествами энергии, выделяемой при переходе от упругого состояния пласта к предельному (в зоне II), рассматривая некоторый блок угля сечением “S”, оценивается потенциальная энергия, а именно:

;

где:

А - параметр: А=е^2×j×l -1;

В - параметр: В= е^j×l -1;

Е₀ - модуль упругости угля.

Рассчитывая W_S(l) для углей различной прочности и используя основное условие развития внезапного выброса применительно к подготовительным забоям при их подвигании на “l” (м) (например, при ведении БВР), записываемое как: W_S(l)> A_c + U

A_c - работа, затрачиваемая на смещение рассматриваемого блока угля;

U - работа, затрачиваемая на разрушение угля в том же объёме.

Проанализировать (качественно) уровни выбросоопасных состояний различных подготовительных забоев.

Результаты расчётов, обеспечивая удобство проведения анализа выбросоопасности пластов, целесообразно табулировать.

Расчёты выполняются для нескольких исходных условий:

1. Н = 500 м (g = 2,5 т/м³); S = 1 м²; m_пл = 1 м; f = 0,4; Е₀ = 9×10³ (кгс/см²);

2. Н = 700 м (g = 2,5 т/м³); S = 1 м²; m_пл = 1 м; f = 0,4; Е₀ = 9×10³ (кгс/см²);

3. Н = 1000 м (g = 2,5 т/м³); S = 1 м²; m_пл = 1 м; f = 0,4; Е₀ = 9×10³ (кгс/см²).

В каждом варианте потенциальная энергия (W_S(l))- рассчитывается при:

Таблица 1.1

ПРИМЕР. Для условия “1” при r = 30⁰ и “К” равном, соответственно, 5,0 и 20,0 (кгс/cм²) (0,5 и 2,0 МПа) величины потенциальной энергии (W_S(l)) высвобождаемые, например, при подвигании забоя выработки на l = 1м составят (таблица 1).

Таблица 1.2

Анализируя данные таблицы 2, получаем, что величина W_S(l)снижается с ростом прочности угля. Следовательно, из условия выбросоопасности, при прочих равных условиях, пласты более прочных углей менее выбросоопасны, чем аналогичные им, но представленные слабыми (например, перемятыми) углями.

ЗАДАНИЕ 2.Определить эффективность защитной выемки для отрабатываемого в свите выбросоопасного пласта.

Применяемая в качестве комплексного мероприятия, защитная отработка пласта в свите надёжно обеспечивает предупреждение на защищаемом пласте наиболее опасного вида газодинамического явления (ГДЯ) - внезапных выбросов угля и газа. Мероприятие обеспечивает существенное воздействие на все основные факторы формирования ГДЯ: на “НДС-фактор”, на “газовый” фактор, а также на физико-механические свойства защищаемого пласта (и пород междупластья).

Эффективность защитного действия подработки либо надработки на защищаемый пласт оценивается параметром “К” - показателем защитного действия, определяемым для достигнутых глубин разработки и применяемых технологий зависимостью:

К = 1,67 - 0,67×(h/S);

где h - мощность междупластья, (м);

h₁ - при подработке опасного по ГДЯ пласта;

h₂ - тоже, при надработке;

S - параметр, характеризующий “дальность” защиты: S₁ - при подработке, S₂ - при надработке (см. рисунок 2.1).

В соответствие с приведённой схемой условия защиты определены