П.А. Марченко Маркшейдерское обеспечение безопасности горных работ

			10
Ni / l
					3
4
					2
3
2					1
1
0					а/ l
0	0,4	0,8	1,2	1,6

−для перпендикулярных целиков и выхода из-под перпендикулярных краевых частей;

− для параллельных целиков, краевых частей и входа под перпендикулярные краевые части

Рис. 4. Безразмерные значения дальности влияния зон ПГД при проходе лав под целиками (краевыми частями)

д) из точек кровли (почвы) на границе целика (краевой части) под углом 600 к напластованию штриховыми линиями проводят лучи до пересечения с границами ЗПО по дальности в точках c, д и с', д' (рис. 5, а). Из этих точек проводят перпендикулярно напластованию прямые до пересечения с границами ОЗ и ПЗ по дальности в точках л,

м, е, ж и л', м', е', ж' .

Таким образом, се и дж, с'е' и д'ж' являются боковыми границами опасных и прогнозных зон. Для построения боковых границ ЗПО от границ целика (краевой части) в плоскости пласта откладывают 20 м и полученные точки в кровле и почве соединяют с точками с, д (с', д') прямыми, которые и являются боковыми границами ЗПО;

е) от краевой части со стороны выработанного пространства зоны ПГД строят так же, как и от целика.

a

ПЗ

е

л

с

п

Р1

Р2

Р3

ОЗ

ЗПО

	к	600	а
		20 м	а'
	к'

п' с'

л'

е'

	ж
	м
	д
		р
	в 20 м600	т
		т'
	в'	р'
	α
		д'
	ЗПО

ОЗ м'

ж'

ПЗ

1

б

е

л

с

п

Р1

Р2

Р3

	е
ж	ж
	л

м

м с

д

д п

	р		р
			l	т
	l		a	т
к	а			a'
к'	а'			с'
п'		д		д
	с'			л'
				м'
	л'		м'	е'
			ж'	ж'
		е'

Рис. 5. Схема построения границ зон ПГД на вертикальном разрезе вкрест простирания:

а – от целика; б − от краевой части

11

12

Со стороны массива границами зон являются прямые ж, ж', проведенные перпендикулярно напластованию через точки на границах зоны опорного давления в массиве угля (рис. 5, б);

ж) границы зон ПГД по пластам − np (по пласту Р1), n'p' (по пласту Р3), построенные на разрезах, наносят на планы горных работ соответствующих смежных пластов. От перпендикулярных целиков и краевых частей границы зон ПГД определяют на разрезах по простиранию пласта точно так же, как и на разрезах вкрест простирания. На планах вдоль границы внутри зоны красным цветом следует выделить название зоны (ЗПО, ОЗ, ПЗ).

В случае наложения на разрабатываемом пласте зон влияния от нескольких целиков или краевых частей границу зоны от одного целика (краевой части), попадающую в зону от другого целика (краевой части), но не превышающую эту зону по степени опасности, на планы не наносят.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 Выбор пласта свиты, разрабатываемого в первую очередь

в качестве защитного

1. Цель работы Научиться производить расчет и на основе его выбор пласта в

свите опасных и угрожаемых по внезапным выбросам угля и газа, который должен отрабатываться в первую очередь в качестве защитного.

2. Исходные данные 2.1. Основные характеристики свиты пластов: мощность пластов,

угол падения, мощность междупластья, содержание песчаника в породах междупластья, глубина залегания нижней границы очистных работ по защитному пласту и длина очистной выработки по падению − приведены в табл. 1.

2.2. Все пласты свиты относятся к угрожаемым по внезапным выбросам угля и газа.

3.Содержание работы

Вцелях анализа создаваемой защиты для пластов, опасных и угрожаемых по внезапным выбросам угля и газа, используют показатель защитного действия K, определяемый по формуле

	К = 1,67 − 0,67	h	,	(2)
		S

13

где h − нормальная мощность междупластья, м (h1 − при подработке и h2 − при надработке); S − параметр дальности защищенной зоны, м (S1 − при подработке и S2 − при надработке).

Для свиты пластов с одинаковой степенью опасности выбор оптимального варианта очередности их отработки заключается в следующем.

3.1. Принимая поочередно в качестве защитного пласта все пласты свиты − P1, затем P2, P3 и P4 , вычисляют величину показателя K для всех остальных пластов свиты. Так, если в качестве защитного принят пласт P1, то вычисляют показатель K для пластов P2, P3 и P4 и сумму показателей защитного действия от пласта P1 (ΣK1). Аналогичные расчеты выполняют для всех остальных пластов.

3.2. Из конкурирующих вариантов по наибольшему из значений суммы показателей К(ΣK1, ΣK2, ΣK3, ΣK4) устанавливают вариант, наиболее перспективный из них по фактору защитного действия, т.е. определяют пласт, который должен быть отработан в первую очередь в качестве защитного.

Методические указания к выполнению работы

Как указывалось в содержании работы, эффективность защитного действия защитного пласта определяется показателем К (формула 2). Значения параметра S, входящего в формулу, определяется из выражений

S1 = β1 β2 S'1 ,	(3)
S2 = β1 β2 S'2 ,	(4)

где β1 − коэффициент, учитывающий значение эффективной мощности mэф, β1 = mэф / mо, но не более 1; mо − критическое значение мощности защитного пласта, определяемое по номограмме рис. 6 в зависимости от глубины разработки Н (м) и размера выработки а (м); mэф − эффективная мощность, величина которой зависит от способа управления кровлей; S'1 и S'2 − определяют по табл. 2 в зависимости от глубины разработки Н (м) и размера выработки а (м) защитного пласта;

Таблица 2

Значения глубины защищенных зон без учета мощности защитного пласта и состава пород междупластья

Глубина			Наименьший размер (м) а или b очистной выработки защитного пласта
работ					S'1									S'2
Н,м	50	75	100	125		150	175	200	250	50	75	100	125		150	175	200	250
300	70	100	125	148		172	190	205	220	62	74	84	92		97	99	100	102
400	58	85	112	134		155	170	182	194	44	56	64	73		79	81	82	84
500	50	75	100	120		142	154	164	174	32	43	54	62		69	71	73	75
600	45	67	90	109		126	138	146	155	27	38	48	56		61	64	66	68
800	33	54	73	90		103	117	127	135	23	32	40	45		50	53	55	56	14
1000	27	41	57	71		88	100	114	122	20	28	35	40		45	47	49	50
1200	24	37	50	63		80	92	104	113	18	25	31	36		41	43	44	45

			15
mo , м
1,2						250
1						225
0,8						200
						175
0,6						150
						125
0,4						100
						75
0,2						a = 50 м
0						Н, м
0	200	400	600	800	1000	1200

Рис. 6. Номограмма для определения критической мощности mо защитного пласта: а − наименьший размер выработки (если а > 0,3H , то при определении mо принимают а = 0,3 Н, но не более 250 м)

β2 − коэффициент, учитывающий процентное содержание песчаников (η, %) в составе пород междупластья, β2 = 1 - 0,4 η / 100.

При полном обрушении кровли mэф = mо, в случае применения закладки выработанного пространства, значение mэф определяется по формуле

mэф = Куm ,

где Ку − коэффициент, учитывающий вид закладки: Ку = 0,2 при гидравлической, К = 0,3 при других видах закладки.

Пример. В свите четыре рабочих пласта с углом падения 340.

Мощности пластов: mP = 2,5 м,	mP	2	= 2,0 м,	mP	3	= 1,5 м,
1
mP4 = 3,0 м; мощности междупластья:	h1-2 = 70 м,			h2-3 = 80 м,

h3-4 = 50 м.

Содержание песчаников в составе пород междупластья η = 45 %. Нижняя глубина разработки для всех пластов Н = 400 м. Система раз-

16

работки − длинные столбы по простиранию с обрушением кровли. Наклонная длина лавы для всех пластов а = 175 м.

Решение. При системе разработки с полным обрушением кровли

эффективная	мощность равна мощности защитного пласта, т.е.
mэф = m.	Критическое значение мощности защитного пласта

mо = 0,35 м определяется по номограмме (рис. 6) при Н = 400 м и

а = 175 м.

Так, например, для пласта P1 коэффициенты β1 и β2 равны

	mP		2,5
β1 =	1	=		=	7 ,1 (принимаем β1 равным 1),
			0,35
	mo

β2 = 1 - 0,4 η / 100 = 1 - 0,4 45 / 100 = 0,82.

При глубине разработки Н = 400 м и размере выработанного пространства а = 175 м по табл. 2 определяем S'1 = 170 м, S'2 = 81 м. По формулам (3) и (4) вычисляем значения S1 и S2 (табл. 3).

По формуле (2) вычисляем значение показателя К последовательно для каждого пласта свиты, принятого в качестве защитного. В рассмотренном примере выбора оптимального варианта очередности отработки пластов все расчеты по определению параметров S1 и S2 cведены в табл. 3, а показателя Ki − в табл. 4.

Как следует из табл. 4, наиболее перспективным в качестве защитного следует считать пласт Р3.

При расчетах желательно пользоваться вертикальным разрезом свиты пластов с указанием мощностей междупластья. Необходимо иметь в виду следующее. При К > 1 пласт располагается в пределах защищенной зоны, имеет полную защиту и может разрабатываться как неопасный. При значении 0 < К < 1 пласт располагается за пределами защищенной зоны, но в пределах зоны разгрузки, и имеет не полный по степени эффект защиты. При К < 0 надрабатываемый или подрабатываемый пласт располагается за пределами зоны разгрузки и эффекта защитного действия не получается.

1

											Вычисление параметров S1 и S2																									Таблица 3
Защитные		m		эф			m	о			β	1					β	2			S'						S'					S					S
пласты																					1						2				1						2
P1		2,5					0,35				1						0,82			170							81					−					66
P2		2,0					0,35				1						0,82			170							81				139						66
P3		1,5					0,35				1						0,82			170							81				139						66
P4		3,0					0,35				1						0,82			170							81				139							−
Таблица 4											Вычисление показателя К
За-														Защищаемые пласты
щит-																																						Σ К
				P1									P2								P3										P4
ные
	hi	Si		η	/ S	i	К		hi		Si			η	/ S		К		hi	Si		η	/ S	i		К		hi		Si		η	/ S	i		К
пласты				i										i		i						i										i
P1	−	−			−		1,67		70		66			1,06			0,96		152	66		2,3				0,13		204		66		3,1			-0,4			2,36
P2	70	139		0,5			1,33		−		−				−		1,67		80	66		1,21				0,86		132		66		1,99			0,34			4,20
P3	152	139		1,09			0,94		80		139			0,58			1,28		−	−		−				1,67		50		66		0,76			1,09			4,98
P4	203	139		1,46			0,09		132		139			0,95			1,04		50	139		0,36				1,43		−		−			−		1,67			4,83

17

18

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 Построение границ защищенной зоны при отработке

защитного пласта в свите пластов, опасных и угрожаемых по внезапным выбросам угля и газа

1. Цель работы Научиться устанавливать границы защищенных зон на вертикаль-

ных разрезах и на планах смежных пластов свиты при отработке защитного пласта.

2. Исходные данные

2.1.Все необходимые исходные данные принять из лабораторной работы № 1 (табл. 1).

2.2.Все пласты свиты относятся к угрожаемым по внезапным выбросам угля и газа.

2.3.В качестве защитного пласта принять пласт, который в результате выполнения лабораторной работы № 2 выбран как наиболее перспективный по фактору защитного действия.

3. Содержание работы

3.1.Построить вертикальные разрезы свиты пластов вкрест простирания и по простиранию. Указать на них границы очистной выработки по защитному пласту.

3.2.Вычислить дальность влияния защищенной зоны в кровлю

защитного пласта S1 и в почву S2 и установить углы защиты δi ( i = 1, 2, 3, 4) и углы давления ϕi ( i = 1, 2, 3, 4).

3.3.Построить границы защищенной зоны на разрезах и на планах смежных пластов свиты.

3.4.Построить границы зоны восстановления опасных нагрузок.

3.5.Установить минимальное и максимальное опережение забоя защитного пласта по отношению к забоям защищаемых пластов при подработке и надработке.

Методические указания к выполнению работы

В результате выполнения предыдущей лабораторной работы (№ 2) установлено, что пластом, который должен разрабатываться в качестве защитного, является пласт Рi (в зависимости от варианта).

Разрабатывая пласт Рi в качестве защитного, необходимо построить границы защищенной зоны и установить участки смежных пластов

19

свиты, попадающие в эту зону. Размеры защищенной зоны в кровлю защитного пласта S1 и в почву S2 (рис. 7) определяют по формулам (3) и (4). Если h1 < S1 при подработке или h2 < S2 при надработке, то необходимо установить боковые границы защищенной зоны. Для определения боковых границ (рис. 7, а, б) используют углы защиты δi (i = 1, 2, 3, 4), устанавливаемые по табл. 5 в зависимости от угла падения свиты пластов α.

Если размер очистной выработки α > L1 + L2, то в защищенной зоне выделяют участки, характеризующиеся восстановлением опасных нагрузок. Для построения границ этих зон (рис. 7, б, в) используют углы давления ϕi (i = 1, 2, 3), которые определяют по табл. 5 в зависимости от угла падения α.

Параметры Li (i = 1, 2, 3) рассчитывают по формуле Li = L'i β1. Значения L'i определяют по номограмме (рис. 8).

Таблица 5

Значения углов защиты и давления

Угол		Угол защиты, град			Угол давления, град
падения
α, град	δ1	δ2	δ3	δ4	ϕ1	ϕ2	ϕ3
0	80	80	75	75	64	64	64
10	77	83	75	75	62	63	63
20	73	87	75	75	60	60	61
30	69	90	77	70	59	59	59
40	65	90	80	70	58	56	57
50	70	90	80	70	56	54	66
60	72	90	80	70	54	52	53
70	72	90	80	72	54	48	62
80	73	90	78	75	54	46	50
90	75	80	75	80	54	43	48