Ордомо Оетобросиом Рооомоции м

Трудового Кроемого Эмомоии

ИНСТИТУТ

ГОРНОГО

ДЕЛА

А. А. Скочжккого

.! '! 1 1				МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА И ЗАКЛАДОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОТРАБОТКИ ПЛАСТОВ ПОД ОХРАНЯЕМЫМИ ОБЪЕКТАМИ В ЦЕНТРАЛЬНОМ РАЙОНЕ ДОНБАССА
	ю| '‘.Л			j МОСКВА

где е - основание натуральных логарифмов;

п - расстояние от вентиляционного штрека до точки определения по наклону, и;

Значения а для случая применения закладочного материала

из шахтных пород приведены в табл. 1*1.

Таблица I.I

Параметр а Ran закладки ххрх <*. ш 50-60° при оС * 60-70° тс 0,7 м т>0,7 м т<0,7 м т>0,7 м Гидравлическая 420 385 400 370 Пневматическая 700 675 700 650 Самотечная (с диаметром куска до 100 мм) 900 870 880 865

Внутри возведенного заложенного массива по причинам, указанным выше, остаются пустоты* Одни из них - пустоты, органически присущие массиву как сыпучей среде, характеризуют его физическое состояние. Объем и характер этих пустот в основном зависит от гранулометрического состава исходного материала, формы частиц и плотности их укладки* Эти пустоты характеризуют пористость массива. Другие пустоты - технологического происхождения и являются следствием оставления в выработанном пространстве крепежного леса, специальной крепи и т.п*

Для практических целей важно знать пористость и пустотность массива:

пористость массива П {%) - отношение суммарного объема порУ_л в закладочном массиве к общему объему, занимаемому закладочным материалом V*;

видом эакладки. Для практического выбора параметров систем раз-работки, способов выемки, видов применяемой закладки и ее параметров в дополнение к расчетному подходу, который изложен нике, в работе рекомендуются параметры закладки в зависимости от условий и целей ее применения.

1.3.1.    Виды применяемой 8акладки. Для охраны сооружений и природных объектов можно рекомендовать следующие виды закладки:

гидравлическую для охраны сооружений I и 0 категории и особо сложных в инженерном отношении;

гидравлическую, пневматическую, механическую (самотечную) с использованием в качестве закладочного материала дробленой породы для охраны сооружений до Ш категории включительно.

Для управления горным давлением могут быть рекомендованы все виды закладки.

Для снижения выбросоопзсностм рекомендуется гидравлическая закладка, так как влияние других видов закладки пока не установлено из-за малого объема исследований.

1.3.2.    Системы разработки, направление выемки и положение забоя. Основной системой разработки с применением закладки выработанного пространства является столбовая. В исключительных случаях о разрежения технического директора производственного объединения может применяться сплоииая или другая система разработки.

Для охраны сооружений до 0 категории включительно разрежается применять все способы выемки угля с любым положением забоя, исключая использование щитовой крепи, передвигаемой по падению, с перемещающейся закладкой. Для охраны особо сложных сооружений и сооружений I и П категории с применением гидрозакладки заложенный маоонв необходимо располагать с наклоном на выработанное пространство или строго по падению. Не рекомендуется применять нависающий гидрозакладочный массив; как исключение, такое расположение может быть допущено при разработке особо выбросо-опасных пластов ■ выемке угля комбайнами о дистанционным управлением. На каждый случай должно быть реиенже технического совета производственного объединения, согласованное о местной РПИ, и специальные рекомендации ИГД им. А.А.Скочинсжого, обусловливающие параметры пркменеаия нависающего массива.

При использовании гидравлической закладки для снижения выбросоопасно'' ти пластов расположение заложенного массжва не лжми-тжруется, т.е. в этом случае разрежается пржмененже также ■ на-

Е

висающнх закладочных массивов (кроме щитовых крепей). Во всех случаях применения гидрозакладки для вышеуказанных целей растяжка уступов долина быть минимальной. Опережение первым уступом второго должно быть не более 3,5-^,О м для магазинирования угля. Опережение просеком (нижней печи и уступа-магаэина, примыкающих к откаточному штреку) первого уступа допускается до 20 м при его высоте не более 6 м, отставание закладки в этом уступе не лимитируется.

Охрана откаточного и вентиляционного штреков должна осуществляться закладочным массивом, оставление целиков для этих целей не рекомендуется.

При использовании всех видов закладки с целью управления горным давлением положение заложенного массива не лимитируется, для этих целей возможно применение закладки в сочетании с щитовыми крепями,

1.3.3. Расчетный метод выбора параметров закладочных работ ■ заложенного массива. В его основу положены исследования, выполненные на шахте "Красный Октябрь", в результате которых установлена связь между задаваемыми величинами сдвижений и деформаций земной поверхности и параметрами заложенного массива.

В случае применения закладки выработанного пространства правилами охраны сооружений рекомендуется в формулы, по которым вычисляются величины сдвижения и деформации земной поверхности, вместо мощности разрабатываемого пласта подставлять "эффективную мощность", определяемую по формуле

т_д - h_K +h_M + B(m(1.19)

где A* - конвергенция в призабойном пространстве между забоем и закладочным массивом (по принятым нами обозначениям можно допустить, что h_K^U_n„);

k_M - неполнота закладки определяет величину, на которую не подбучивается кровля пласта в момент возведения закладочной полосы; в условиях крутых пластов А* =0, так как при формировании массива намывом или при самотечной закладке кровля подбучивается полностью;

В - коэффициент, характеризующий усадку заложенного массива в „олях единицы;

(m-h_K“k_H) - расстояние между почвой и кровлей на кромке заложенного массива. Тогда    сближение    боковых

пород в выработанном заложенном пространстве, можно принять, чте 0 (m-h_K-h._H) ~U_3n г&t₃.

Таким образом, мы вправе записать, что

г^э/р ~ U * Unn * U зп •

Как видно, формула (1.20) отличается от формулы (I.I9) наличием члена Uоф.1 который определяет деформации пласта в зоне опорного давления. Таким образом, рассмотренная формула (1.20), величина которой совпадает со значением, полученным по формуле (1.6), более правильно отражает физическую сущность происходящих процессов в окрестности очистного забоя.

Для определения величин допустимых смещений кровли - формулы (I.I)—(1.5) - в качестве исходной принята эффективная мощность пласта т₃ . 'хаким образом, учитывая допустимые деформации, мы можем вычислить эффективную мощность, при которой эти деформации будут равны или меньше предельных.

В свою очередь, в результате исследований было установлено, что и₀^= (U,UU5-0,U2)/77£ , т.е. составляет 0,5-2% вынимаемой мощности пласта. Смещение пород кровли в привабойном пространстве U_nn (%) (на кромке заложенного массива) о достаточной для замеров точностью может апроксимироваться уравнением прямой линии вида

Unn^z а + 5Ртах .    (1*21)

Смещение кровли в выработанном заложенном пространстве U_sn (%) может быть выражено уравнением логистической кривой:

’ ^а-²²⁾

где а 6 - численные коэффициенты, 8авиоящие от качества заложенного массива;

д - предельная величина усадки закладочного массива при данных физико-механических свойствах материала и способе возведения массива, мм;

JJ - расстояние от кромки закладочного массива до точки, где величина сближения составляет 50% предельного, м;

X - текущая координата;

С - коэффициент, зависящий от свойств массива;

р_мя - средняя плотность массива по лаве в целом, тс/м⁸.

Условие эффективного применения закладки как горнотехнического мероприятия запишется следующим образом:

Пп§образовав выражение (1.24) ж удобному для использования виду, пелучнм

3^г^-⁽ид*Л-]^ ", •    (1.25)

V х'Г'

Дня практического пользования формулой (1.25) в табл. 1.2 приводятся значения коэффициентов, полученные в результате ио-следований.

Таблице 1.2

Плотность залокеиного массива в целом по лаве, т/м®	Коэф^вшенты^^хо^ясте в формулы
	а	б		и	С
>1.8	0,2	0.5	14	328	1.0
1,64-1,79	0,1	0,65	22	1003	I.I3
1,49-1,68	0,15	0.9	26	1200	1.27
1,45-1,63	0,2	1,05	28	200	0,98
1,38-1.55	0,25	1.2	34	175	0,96

Полученные величины подотавляются > формулу (1.25), и вычисляется (max*

Ыа основании изложенного видно, что £_Я1Л- минимальное отставание - выбирается в пределах 2,7-4,5 м, с учетом этого можно определить 5_jx • При этих параметрах производится 5-10 закладок и путем измерений в натуре уточняются звачения U^,U_nn,U_in ж корректируется величина [_тах . В дальнейшем при отработко плаотов в зоне охраны сооружений производятся непрерывные измерения конвергенции ■ сближения боковых пород в заложенном мао-сое в соответствии о "Руководством по контролю качества гждро-закладкж, применяемой в гоне охраны Епакиевокжх заводов" н вносятся необходимые изменения в определенные ранее параметры, если > атом имеется необходимость.

1.3.4. Метод уодовных баллов. В некоторых случаях данных для определения параметров закладочных работ аналитическим путем иедсстаточно. Для ориентировочного определения этих параметров, ноходя из опыта и практики лрименения закладки для охраны соору-

15

У ЛК U22.8J8.G

В методика рассмотрены параметра закладочного массива, онстемы раэр*-боткм с закладкой м виды закладкк, обеспечиваемо отработку угля под охраняемым! сооружениями, уменыение интенсивности внезапных выбросов угля, газа я др.

Наряду с этим на основе результатов исследований, выполненных в 1373-1978 гг,, рекомендуется методический подход к выбору указавшее параметров при выемке запасов в различных конкретных условиях при проектирована разработки крутых пластов угля.

В работе принлмадм участие: npcxj). ,докт.гохн.наук И.И.Веоков, канд.техл. наук В.И.Симонов (ИГД а. А.А. Сиочииского), манд.техв.наук 3.И.Гайко (Пнакиевский соктор ИЩ вм. А.А.Скочвеского).

Институт юриого дела мм. А. А. Скочимского (ЙГД им. А. А. Скочимского), 1679

ВВЕДЕНИЕ

Горные работы на шахтах Центрального района Донбасса оказывают влияние на дневную поверхность, территория которой превышает 750 км² и густо застроена промышленными и гражданскими объектами.

На этой площади расположены города с примыкающими к ним шахтными поселками; крупные заводы: металлургические, коксохимические, химические, машиностроительные, авторемонтные, крупноблочного домостроения, строительной индустрии, железобетонных труб и строительных деталей; предприятия легкой и пищевой промышленности; сложные инженерные сооружения:    канал    Северский

Донец-Донбасс, Енакиевская фильтровальная станция, водоводы диаметром свыше I м, газопроводы и нефтепровода высокого давления; железнодорожные узловые станции; магистральные железные дороги, ЛЭП высокого напряжения и т.д.

Законы об охране недр и окружающей среда требуют нового подхода к обеспечению максимального извлечения полезных ископаемых ■ защиты подрабатываемой поверхности.

Анализ опыта защиты подрабатываемых сооружений показывает, что наиболее целесообразно применять комбинированные меры защиты - горные и конструктивные. Горные мероприятия предусматривают уменьшение сдвижения поверхности, снижение величины наклонов, деформаций растяжения-сжатия, уменьшение уступов, снижение экстремальных напряжений в сооружениях, что в конечном итоге позволяет снизить стоимость конструктивных мероприятий или отказаться от них.

Опыт и практика применения закладки выработанного пространства в Центральном районе Донбасса показали, что при правильно выбранных параметрах закладочных работ и соответствующих закладочных материалах можно обеспечить безаварийную подработку

инженерных сооружений с применением конструктивных мероприятий или без них, в зависимости от категории охраны и состояния охраняемых объектов.

С момента издания "Рекомендаций ИГД им.А.А.Скочияского по совершенствованию гидравлической закладки на шахте "Красный Октябрь" комбината "Орджоникидзеуголь" (М., ИГД им. А.А.Скочнясхо-го, 1972) прошло более пяти лет. За это время проведены исследования параметров закладочных работ и закладочных материалов, накоплен опыт применения различных видов закладки в конкретных условиях. Исходя из этого возникла необходимость издания новых, уточненных рекомендаций применения закладки для охраны подрабатываемых сооружений, управления горным давлением и снижения выброс оопасности крутых пластов в Центральном районе Донбасса.

Работа состоит из двух разделов. В первом по допустимым деформациям определяется величина сдвижения кровли очистной выработки в зависимости от категории охраны подрабатываемых объектов, расположенных на поверхности, на основе чего выбираютоя параметры закладочных работ и заложенного массива, до втором -даются рекомендации по выбору закладочного материала, соответствующего указанным параметрам.

I. РЕШЛЩДУЕШЕ ПАРАМЕТРЫ ЗАКЛАДОЧНЫХ РАБОТ И МАССИВА ДЛИ ОХРАНЫ ПОДРАБА'ШВАШД СООРУЖЕНИЙ, УПРАВЛЕНИЯ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ И СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСООПАСНОСТИ ПЛАСТОВ

В зависимости от категорий охраны сооружений ВНИМИ установлены предельные значения сдвижений и деформаций земной поверхности. Для получения указанных величин необходимо, чтобы конвергенция боковых пород, обусловленная их смещением в зоне опорного и призабойного пространства н усадкой закладочного массива, была не более эффективной мощности пласта.

При использовании закладки выработанного пространства в целях управления горным давлением закладочный массив должен исключать возможность проявления вторичных осадок кровли и сползания пород почвы. При разработке пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, параметры закладочных работ и закладочного массива должны подбираться таким образом, чтобы достигалось максимальное снижение степени выбросоопасностн пластов. Данные рекомендации позволяют выбирать необходимые параметры закладоч-

4

иых работ и закладочного массива при отработке крутых пластов Центрального района Донбасса в сложных горно-геологических условиях, при которых необходимо применение закладки выработанного пространства.

I.I. Определение величины смещения кровли очиотной выработки в зависимости от допустимых деформаций охраняемых объектов на поверхности

Основными параметрами сдвижений и дефор:.иций земной поверхности под влиянием подземных разработок являются:    максимальное

оседание земной поверхности ^_т, максимальное горизонтальное сдвижение по линии простирания пласта ; максимальное горизонталь-жое сдвижение по линии вкрест простирания пласта 4_0П максималь-жый наклон i₀ .максимальная величина растяжения и сжатия по линии жжрест простирания пласта 6₀ .

На их величину в основном влияют такие факторы, как вынимаемая мощность пласта , угол его падения оС, средняя глубина разработки Н₉ способ управления горним давлением, размеры очистной выработки по падению 27, и простиранию 27*.

Имея в качестве исходных величин вынимаемую мощность пласта, угол падения, глубину разработки, размеры очистной выработки, категорию охраны сооружения (а следовательно, допустимые значе-ш    i_0t    £д)    и используя формулы, приведенные в рабо

те [I], можно получить выражения для определения допустимых величин смещения пород кровли U при первичной подработке: максимального оседания

^иь -    '    ^(1Л)

где о - относительная максимальная величина полного вектора ⁰ сдвижения при полной подработке; q,₀ = 0,00 при мощности наносов менее 0,ЗН ; л = 0,85 при мощности наносов более 0,3Н ;    ^Чв

t₁    - коэффициент    подработанностж    земной    поверхности    или

_л /17, MJ).

слоев толщи пород по падению пласта; г. = 0,9(—---—•)

\ п п /

t₂    - коэффициент    подработанности    земной    поверхности    или

здесь-—- = 0,25 при мощности наносов менее 0,ЗМ ; — = 0,20 при мощности наносов более 0,3Н .

п

1.2. Уточнение содержания нормируемых параметров аакладочыых работ и заложенного массива

Смысл применения закладки как горнотехнического мероприятия по охране сооружений сводится к снижению абсолютных величин сдвижений и деформаций земной поверхности и изменению характера протекания их во времени.

Закладочный массив выполняет роль крепи нарастающего сопротивления и позволяет уменьшить конвергенцию боковых пород до пределов, при которых обеспечивается отработка всех пластов, имею-щихся в данном поле. Исходя из этого уменьшение величины сближения боковых пород может рассматриваться не только как критерий эффективности закладки, но и как мероприятие, позволяющее обеспечить полноту выемки угля, в частности, под охраняемыми объектами.

Для решения различных задач горного производства и достижения поставленных целей при использовании закладки на тонких и средней мощности крутых пластах необходимо регулировать параметры закладочных работ и заложенного массива с учетом состояния вмещающих пород, поэтому необходимо уточнить смысл этих параметров. Параметрами закладочных работ являются следующие.

Минимальное отставание    (м)    - наименьшее расстояние

от забоя до вновь возводимого массива (закладочной перемычки).

Максимальное отставание 1_тах (м) - наибольшее расстояние от ранее возведенного массива до забоя.

Шаг закладки (м) - расстояние между ранее возведенным массивом и вновь возведенной закладочной перемычкой.

Данный параметр, характеризуя ширину одновременно закладываемой полосы, не дает однозначного определения положении массива, так как с одним и тем же шагом закладки можно возводить массив как вблизи угольного забоя, так и далеко в выработанном пространстве. Величина шага закладки определяется из выражения

5 - Р - Р .    (1*7)

*Зк ^Lmax ^Lmm •

Заполнение выработанного пространства по высоте К_3п - коэффициент, характеризующий отношение наклонной высоты очистного забоя /г₃ к наклонной высоте заложенной полосы k_C3 (м):

Если значение К_3п меньше 0,95, то такую считать частичной, больше 0,95 - полной.

Периодичность закладочных работ (сут) - промежуток времени, через который производятся закладочные работы в пределах шага закладки

где V_f - среднесуточное подвигание забоя, м/сут.

Производительность закладочных работ П_9р (м^а/ч) - показатель, характеризующий скорость возведения массива с учетом обцжх затрат времени на производство всего комплекса работ:

'    (ЫО)

'3

где (1_]м - количество закладочного материала, поданного i закладываемую полосу, м3;

7, - общее время, затрачиваемое на закладочные работы в подготовленной полосе (время от конца работ технологического цикла по добыче перед закладкой до возобновления работ по выемке угля после закладки), ч;

Т₃ определяется по формуле

Т, -t,_n +t_ntt,_M + t„+t,_c ,    ^(I,II)

где t_3n - затраты времени на отиивку полосы для возведения закладки (возведение перемычек, равборка специальной

крепи, очистка полосы и т.д.);

t_n - время, необходимое дли подготовки лавы к приему закладочного материала (прокладка ■ наращивание трубопроводов, очистка канавок, водосборников, проведение

линий связи и т.д.).

t_g - общее время, затрачиваемое на возведение массива от качала промывки трубопровода (или от начала поступления породы при других видах 8акладки) до полного заполнения полосы;

t₃₀ “ время, необходимое для заключительных операций после подачи материала (уборка колен, труб, линий связи, опрокида и т.д,);

t_Bc - затраты времени на приведение лавы в безопасное оо-отоянне, включая очмотку выработок.

Общее время Т₃ можно также вычислять по формуле

Т_$ ² t_Kr - t_Hm ,    (I.I2)

где t_HT - время (ч, мин) окончания технологического цикла по добыче угля;

t_Hm - время окончаняя всех работ но закладке ■ передачи э«-боя для начала технологического цикла по добыче угля.