Тема 11. Управление геомеханическими процессами в условиях динамических проявлений горного давления. 4 часа.
Общие сведения. Классификации динамических и газодинамических проявлений горного давления. Условия возникновения динамических проявлений горного давления и представления об их механизме. Баланс энергии динамических проявлений горного давления. Прогноз и регистрация динамических проявлений горного давления. Методы прогноза удароопасности и выбросоопасности на различных стадиях освоения месторождений. Способы предупреждения горных ударов и внезапных выбросов пород и газа. Региональные меры предупреждения горных ударов и внезапных выбросов. Локальные меры предупреждения горных ударов и внезапных выбросов. Принципы ведения горных работ в условиях возможного проявления горных ударов и внезапных выбросов. Вскрытие пластов и залежей, выбор системы разработки, выемка целиков, опасных по горным ударам и выбросам, защита людей от горных ударов и внезапных выбросов.
11.1. Общие сведения.
Наряду со статическими формами проявлений горного давления, в массивах горных пород могут происходить динамические, внезапные разрушения участков массива пород, находящихся в определенных условиях напряженного состояния при больших действующих напряжениях. В естественной обстановке к подобным динамическим явлениям в земной коре относятся землетрясения. При ведении же горных работ таковыми являются
- собственно динамические явления: шелушения горных пород, стреляния, динамическое заколообразование, горные удары, горно-тектонические удары, техногенные землетрясения;
- газодинамические явления: внезапные выбросы полезного ископаемого (угля, соли) и газа или вмещающих горных пород и газа; внезапные высыпания с повышенным газовыделением; внезапные отжимы, сопровождающиеся газовыделением; прорывы газа в горные выработки (обычно из подошвы выработки, пройденной по полезному ископаемому).
С физической точки зрения все динамические проявления представляют собой лавинообразные процессы хрупкого разрушения (трещинообразования) пород в том или ином объёме массива.
Как правило, динамическим проявлениям предшествует усиление давления на крепь и целики, а после их реализации увеличивается напряжённость массива пород на смежных участках. В ряде случаев динамическим проявлениям сопутствует вспучивание почвы и выдавливание пород в выработку.
На рис.11.1 в качестве примера приведен вид горной выработки после горного удара на одной из шахт в Чехословакии.
Рис 11.1. Вид выработки после горного удара на шахте Готвальд 1, глубина 480 м (фотоснимок докт. - инж. Э. Бека, ЧССР).
Для газодинамических явлений характерным является выделение значительных количеств газа. Потоком газа, выделяемого при выбросе, порода или полезное ископаемое отбрасывается от забоя, а в массиве впереди забоя возникает полость, заполненная большей частью раздробленным материалом. Продолжительность процесса внезапного выброса составляет обычно от долей до нескольких секунд; в отдельных случаях она может достигать нескольких минут.
Основными газами, выделяемыми при внезапных выбросах, являются метан, углекислый газ и азот. В одних случаях выделяется преимущественно какой-либо один из этих газов, в других - их смесь. Полости, образуемые впереди забоя в результате внезапного выброса, бывают разнообразной формы, чаще всего удлиненные груше- или кармановидные, но иногда близкие к сферической, разветвленные, сложной и неправильной конфигурации. Как правило, горловина полости бывает значительно более узкой, чем поперечный размер центральной ее части.
Динамические проявления горного давления могут приобретать разнообразные формы, в зависимости от конкретных условий, на разных стадиях развития горных работ. Они могут происходить как в выработках, пройденных по полезному ископаемому, так и во вмещающих породах. Разрушению подвергаются вмещающие породы, как кровли, так и почвы. Наблюдаются динамические проявления в краевой части массива полезного ископаемого, а также и в целиках. В ряде случаев они возникают в целиках, расположенных в выработанном пространстве, на том или ином удалении от участков ведения горных работ, иногда даже в целиках ранее отработанных горизонтов.
В связи с ростом глубин разработки полезных ископаемых и повышением степени напряжённости массивов пород, в которых производятся горные работы, повышается актуальность изучения причин, условий и механизма динамических проявлений горного давления и разработки эффективных способов их прогнозирования, мер предупреждения и локализации.
Вообще современный отечественный и зарубежный опыт показывает, что интенсивная разработка крупных месторождений полезных ископаемых при достижении определённого критического объёма приводит к резкой активизации геомеханических процессов в недрах, которые не только усложняют эксплуатацию месторождений, но и вызывают различные негативные, порой катастрофические последствия. По-видимому, Хибинские и Ловозерские месторождения вошли в эту фазу.