Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

43 страницы

Купить бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Временная инструкция предназначена для работников угольных шахт, производственных объединений, научно-исследовательских и проектных институтов, занимающихся проектированием, планированием и ведением очистных работ на угольных пластах, залегающих в районах многолетней мерзлоты.

Инструкция содержит оценку влияния специфических условий многолетней мерзлоты на управляемость и устойчивость пород кровли при подземной разработке угольных пластов.

 Скачать PDF

Оглавление

1. Введение

2. Специфика условий многолетней мерзлоты

3. Группирование условий разработки угольных месторождений

4. Определение рациональных видов крепи для очистных выработок и расчет их параметров для шахт районов многолетней мерзлоты

     4.1. Расчет параметров очистных выработок

     4.2. Расчет параметров очистных выработок с крепью

     4.2.1. Анкерная крепь

     4.2.2. Индивидуальная крепь

     4.2.3. Механизированная крепь

Приложения

 
Дата введения01.01.2021
Добавлен в базу01.02.2017
Актуализация01.01.2021

Этот документ находится в:

Организации:

25.10.1978УтвержденНачальник Технического управления Минуглепрома СССР
РазработанВНИМИ ЛГИ им. Г.В. Плеханова
РазработанИФТПС Якутского филиала СО АН СССР
РазработанСеверовостокуголь
РазработанИГД им. А.А. Скочинского
РазработанАрктикуголь
ИзданИГД им. А.А. Скочинского1979 г.
РазработанЯкутуголь
Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

ОрденаТруаюого Красного Знамени ИНСТИТУТ

ГОРНОГО

ЛЕДА

ММГИМ

Шкочиисшо


ВРЕМЕННАЯ ИНСТРУКЦИЯ ПО ВЫБОРУ КРЕПИ для ОЧИСТНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ

Министерство угольной .промышленности СССР Академия наук СССР Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Институт горного дела им. А. А. Скочинского

УТВЕРЖДЕНА

И. о. начальника Технического управления Минуглепрома СССР Н. А. ШАЛЬНОВЫМ 25 октября 1978 г.

ВРЕМЕННАЯ ИНСТРУКЦИЯ ПО ВЫБОРУ КРЕПИ ДЛЯ ОЧИСТНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ

Москва

1979

С точки зрения условий устойчивости пород кровли, наиболее неблагоприятной является 30-80-ыетровая зона, следующая непосредственно за мерзлой толщей. Степень влияния подмерзлотных вод на устойчивость пород в многолетнеыерзлой зоне будет зависеть от располонения горных работ относительно зоны повышенной трещиноватости, напора вод и фильтрационных свойств водовмещающих пород. Выделены следующие группы условий устойчивости пород в зависимости от пространственного располонения и проявления вод: с наличием мекмерзлотных вод; с наличием напорных подыерзлотных вод; с наличием безнапорных подмерзлотных вод; с отсутствием подмерзлотных и межмерзлотных вод.

6.    По глубине разработки. Глубина разработки угольных пластов в районах многолетней мерзлоты не превышает 250 ы. Однако она влияет на выбор крепей, особенно анкерных и механизированных. С учетом глубины распространения мерзлоты, нарушенности горных пород, наличия подмерзлотных напорных вод и ряда других факторов принято следующее группирование условий по глубине разработки: до 50-90 м; от 50-90 м до 200 м; от 200 до 300 м.

Учет газового фактора при выборе крепи осуществляется по общеизвестной градации: с выделением газа до 5 м3/т; от 5 до 10 м3/т; от 10 до 15 м3/т; более 15 м3/т.

7.    По типам основной кровли. Ванную роль в выборе типа крепи играет основная кровля, породы которой имеют различную температуру в зависимости от общей мощности мерзлой толщи и глубины разработки.

От различных сочетаний мерзлых и талых пород основной кровли зависит и характер ее обрушения. Выделены следующие типы основной кровли:

вся толща пород основной кровли мерзлая; нижние слои основной кровли талые, а верхние мерзлые; большая часть толщи пород талая, а верхние слои мерзлые; вся толща основной кровли талая (в островной мерзлоте).

8.    По типам непосредственной кровли. Породы непосредственной кровли пластов представлены полным перечнем осадочных пород с различной их устойчивостью. Поэтому при выборе крепи учитываются в первую очередь породы, слагающие непосредственно первые слои, а также их мощность.

Выделены следующие типы кровли в зависимости от мощности слоев породы:

10

Ш. Толстослоистые:

песчаники - 1,5-5 м; алевролиты - 2,0-5,0 ы; аргиллиты - 2,0-5,0 и.


I. Тонкослоистые:


песчаники - 0,05-1,0 м; алевролиты - 0,10-1,0 м; аргиллиты - 0,10-1,0 м.


1У. Монолитные

П. Среднеслоистые

песчаники - 1,0-1,5 м; алевролиты - 1,0-2,0 м; аргиллиты - 1,0-2,0 м.


песчаники - более 5 и; алевролиты - более 5 м; аргиллиты - более 5 и.


9.    По мощности угольных пластов. По мощности угольные пласты разбиты на группы, соответствующие существующим типоразмерам крепей: до 3,5 м; от 3,5 до 5 м и свыше 5 м.

Ввиду того, что на месторождениях в районах многолетней мерзлоты имеются угольные пласты с самыми разнообразными углами падения, при выборе крепи выделяются три группы условий: с углом падения от 0 до 18°; от 18 до 35°; более 35°.

10.    По почвам угольных пластов. На эффективность работы крепи существенное влияние оказывает почва угольных пластов. В условиях многолетней мерзлоты прочность почвы зависит не только от ее литологического состава, но и от влажности и температуры.

В настоящее время еще недостаточно исследованы прочностные характеристики пород почвы пластов. Однако с учетом технических условий работы крепи выделены следующие группы почв пластов с сопротивлением на вдавливание штампа: до 10 кгс/см^; от 10 до 18 кгс/см^; от 18 до 30 кгс/см^; свыше 30 кгс/см^.

На основании произведенной оценки влияния специфических условий многолетней мерзлоты на обрушаемость и устойчивость пород кровли угольных пластов в различных геокриологических зонах разрабатываемых месторождений все они сгруппированы по степени влияния. Для удобства и оперативности пользования группы условий представлены табл* 3, позволяющей определять тип крепи для конкретных горногеологических, гидрогеологических и геокриологических условий.

II


По выбранному типу крепи производятся последующие расчеты ее параметров и составляется паспорт. Ниже приведены расчетные формулы, позволяющие с достаточной точностью рассчитывать параметры установки крепи.

Tm

крепа

Груша

условия

Технологачеспае условия

Тепловоа

J&fiSSI.

ристяка

угольных пазстов

Газ о-

обаль-

вость

Ж'

сжстеиа раз-реботва

способ управлении кровле'

рационадь-ная глубина применения способа уп-

реалы

вахты

мощ

ность,

ы

угол

паде

вая,

град

расположение отрабатываемых залзсо» относительно мерзлоты

равнения

кровлей, а

I

Квмерно-стол-

Оовав

Временное

удержание

До 60

Нерегулируемый ала

Не менее 1.5

От 0 ДО 45

В мерзлоте

До 5

на цела-

регулируе-

К4Х УГЛЯ

ыый с подогревов а оглавлением

|

1

«

2

0

60-60

1

80-100

Бо-

От 0

—■ —

лее 2

До 90

и

Еааорао-стол-

Врвывниов

До *$5

Регуларуе-

От 2м

От 0

В мерзлоте

До 10

©

11

бовдя

УЛврКЛЕМв

До 120

ныв, поло-

в бо-

до 90

ва пел якал

ДО 80

грев я ох-

лее

SS.

и к

у

Даалаые столбы а Павлов-

jrat

Полное об-рувенав

До 200

давление

ДО -40

Регулируемы* с подогревом

От

i.i “

От 0 до 35

В мерзлоте

До 10

ныв слоа

у очистных

ж бо-

*

§

а

х

забоев до по-

вовятожьных

температур

лее

о

5

о

a

п

100-250

От

От 0

В подаералот-

До 20

3

0.7

ДО 90

ВСЯ зоне

g

к бо-

S

лее

м

о

a

о

о

у

1

— -•

а”«

!§*”

3

(4

71

-а-

От

В переходное

До 20

1

0,85 в бо-

воне

А

лее

3

§

П

0*

ч

а более

12

Т а б 2 и а в 3

1арахтернствка пород кронли

Харан-

Геокриология

Гидрогеология

РТ

CTCQ91U

терне—

ТМКА

глубина

геотер-

температура массива пород, град-

впал-

Ноз^ициевт

ТИЛЫ

волы

H0C7H

варукен-

ности

пород

почвы

плас

тов

распространения мерзлоты, и

ыичес^

кая

сту

пень,

м/град

яссть

пород,

ультра цнж, м/сут

ыегыер-

злотные

подмерзл от къг

Песчаник, аленролят, аргиллит, песчанистый сланец, гы-насты! сланец, углистый сланец

Монолитные а

крупно

слоистые

ОТ СИЛИНОЙ

до слабой

Песча

ника,

алевро

литы,

лзяя::у|

любой

нре-

пости

Более

200

Более

50

Еаие

-гос

До 18 До 12 До 8

оооооо

ШЩ

CD ГО V* у. fvr'^

Отсут

ствует

Не

влияют

—*•

От средней до сланной

От слабой до средней

Песчаник, ахевролнт, аргжллат, песчанистый сланец, угластый сланец

От МОНОЛИТНЫХ

до тонкослоистых

От слабой до средней

Песча-нли, алевролит, аргиллит,

любой

кре

пости

Не менее

100

25-50

3»1

5S?

До %

0,15-0,27

0,15-0,25

0,13-0,32

0,17-0,30

0,35-0,81

Отсут

ствует

Re

ВЛИЯЮТ

Песчаник,

алеврелат,

аргмддят,

пвсчанио-

тый сланец,

углистый

сланец

Средне-слоистые и тонкослоистые

•От средней до СИЛЬВОЙ

Песчаник , аленро-ат, сланцы

крепостью не ниже 20 , кгс/см*

Более

100

25-50

Инне

-гос

До 18 До 12 До 8

0,15-0,27

0,13-0,25

0,13-0,25

0,17-0,30

0,35-0,81

3/суг

Не

влияют

Песчаник, алевролит, аргиллит, песчанистый сланец, глинистый сланец, углистый сланец

От монолитных до среднеслоистых

Песчаники, алевролиты, сланцы крепостью не нале 15 9 нгс/см*

150-300

До 50

Бо

лее

50

От

«0.5 м выло

До 18 До 15

is?

0,50-3.60

0,35-0,80

0,31-1,60

0,40-0,90

0,25-0,50

0,20-0,40

^лмквт

Напорные

(до

г00 м)

Безвааор-

иыо

Песчаники, алевролиты, аргиллиты, песчанистые сланцы глинистые сланцы, углистые сланцы

От коно-хитных

до тонко слоистых

От слабой до средней

100-2 ОС в более

Бо

лее

25

От

-г до

♦0,5i

£8

0,40-0,70

0,25-0,50

0,26-0,90

0,35-0,60

0,20-0,40

0,25-0,50

До Ю

г*/сут

Безналор.

ныо

От ыоно-лжтных до сред-к-тело истых

25-50

До 18

IP

не

ахалет

Напорные

13

Мохакмэированяая крепь оградительао-лод- Мехакиаирсапиная крепь поддоркимвцегс д аркиивового типа    типа

Тип

крепи

Технологические условия

Тепловой

Характеристика угольных пластов

Гаво-

обидь-

1 JJjrJlCa

условия

система раз-

способ уп-

рационахV-

рехим

вахты

мои-

угод

расположение от-

кость

работки

давления

кая глубина

ность,

саде-

рабатиьвеыых

к?'

кровлей

применения

способа уп-

м

ива,

град

запасов отзоси-тедьво мерзлоты

раьлевия кроыей, и

X

Длинные столби н наклонные слои

Полное об-рунекме

До 200

Регулируемый с подогре-юи у очкет-

От 0,85 и бо-

От 0 *о 35

В иернлоте

До Ю

вого вабоя

лее

до полохж-тальвой тем-

пературы

И

100-250

•••

В переходной

До 20

аове

хв

••••

•••

и

150-300

тшт

В подиерахот-

Более 20

XI7

—••

-а.

иоа воне

До 20

Ха

Длинные столбы И наклонные слои

Полное Об-РХиакяе

До 200

Регулируемы]

с подогрею»

От

1.75

От 0 Жо 35

В мерзлоте

До 10

у очистного вабоя до по-

и болев

дожигальвой температуры

На

•*—

100-250

Шшт

В переходной

До 20

воне

XII а

150-300

В подмерзлот-вой зоне

Более 20

Ша

••••

тШш

До 20

113 й

100-250

В переходюй вока.

тРтт

Окончание тайл. 3

Характеристика пород кроме

Херак-

Геокриология

Гндр<

агеологии

разиовмл-

строение

степень

тика

глубина

геотср-

теыпера-

влах-

коэЭДициент

фильтрации,

м/сут

воды

ноете

наруаса-

вости

пород

почвы

плас

тов

распространения мер-алоты, и

ыичес-

кая

сту

пень,

м/град

тура массива ПОРОД, град

ность

пород,

межмер

злотные

подмерзл от иые

ПССЧЛЕИЕ*.,

алевролиты

От ыоио-литюа до тонко слоистых

От слабой до средней

Песчаники, алевролиты, сланцы крепости» не нике

Более

200

25-50

Ниже

-2°С

До 18

8:&8:!?

До 5 “э/су?

Ке

влияет

20 э сгс/см2

Песчаники, алевролиты, сланцы крепости} не кн-

Scfc*

100-200 I болео

|охее

От -2°С ДО *0,5

ер

8:&8:?8

До 10 “э/сут

Напорные

25-50

00 VA О о

Ее

влияет

Напорные

100-230

Более

50

От *0.5 и ныхе

£if

0,50-3,60

0,35-0,80

Ке

влияет

Безнваор-

ные

До 50

Й8

Напорные

Аргиллиты,

песчанистые слаяцы, глинистые сланцы, углистые слан оы

От монолитных до той— ко слоистых

От слабо* до средней

Песчаники, алевролиты, слайды крепости не нххе 20 чс/ог

Более

200

25-50

Ниле

-2°С

es

к

Ш

ИНМ>Л

о’о'о’о’

До 5 м»/сут

Не влияет

100-200 к более

Более

25

От -2 до *0,5

До 8

8:&8:!8

8|&8;Й

До Ю м»/сут

Беввалор-

хые

100-250

Более

50

0» *0.5 и вше

До 12

Is;

0,31-1,60

0,60-0,90

0;25-0.50

Не

ВЛИЯЕТ

Безнапор

ные

До 50

Валорные

я

100-200 и более

25-50

От -2 ДО *0,5

0,26-0,90

0,35-0.60

ъш

15

В основу настоящей инструкции полонены результаты исследований в области совервенствования технологии очистных Ьабог на вахтах районов многолетней мерзлоты, проведенных институтами: ЯгД им. А.А.Скочинского, JJHl'Jtt. 1ГИ им.Г.В.Плеханова и ИФТПС Якутского филиала СО АН СССР, а такхе производственными объединениями вСеверовостокугольи,пЯхутугольп и "Арктик-уголь".

Она содерхит оценку влияния специфических условий многолетней мерзлоты на управляемость и устойчивость пород кровли при подземной разработке угольных пластов. Специфические условия многолетней мерзлоты сгруппированы по степени их влияния на устойчивость пород кровли. Даны конкретные примеры для различных условий разработки по выбору крепи и расчету ее параметров.

Инструкция разработана под руководством в при непосредственном участия кзнд-техн-ваук £»А-Ельчанинова-

“Временная ивстр>кция“ предназначена для работников угольных сахт, производственных объединений, научно-исследовательских и проектных институтов, занимавшиеся проектированием, планированием и ведением очистных работ на угольных пластах, залегающих в районах многолетней мерзлоты.

Институт горного дела нм. А. А. Схочинсхого (ИГД им. А. А. Скочинского), 1979

I. ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время все больше внимания уделяется освоению угленосных районов в условиях многолетней мерзлоты. Уже в предстоящем пятилетии объем добычи в этих районах возрастет более чем в 2 раза. Практика действующих в этих районах шахт показывает, что специфика условий многолетней мерзлоты сказывается во всех звеньях производственного процесса, в том числе при управлении и креплении кровли.

Строение вмещающих пород, их текстура и структура, физикомеханические свойства, петрографический состав, влажность и температура носят изменчивый характер не только на различных месторождениях, но и в границах одного шахтного поля. И все же при большом разнообразии условий все месторождения имеют общие черты, определяемые устойчивостью пород, сопряженной с фазовым состоянием воды, которое находится в прямой зависимости от температуры и влажности горных пород.

В данной работе рассматривается вопрос о выборе крепи для очистных забоев, которые отличаются от всех остальных горных выработок более сложными условиями. Научно обоснованный выбор крепи должен обеспечить надежность и безопасность работы в забое и более высокие ее технико-экономические показатели.

Необходимость составления данной инструкции вызвана следующими обстоятельствами, сложившимися в практике работы шахт в условиях многолетней мерзлоты:

применяемые техника и технология ведения очистных работ не приспособлены к специфическим природным условиям, вследствие чего эффективность их низка;

планирование и ведение работ по добыче угля производятся без учета геокриологии месторождений.

3

2. СПЕЦИФИКА УСЛОВИЙ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ

Под термином "многолетняя мерзлота" принято понимать такое многолетнее состояние горных пород, при котором основная часть содержащейся в них влаги находится в виде льда.

Главная особенность мерзлых горных пород - наличие в них льда - предопределяет специфику их свойств: повышенную-механическую прочность, способность к релаксации напряжений, ничтожную водопроницаемость, несколько большую теплопроводность, а также явно выраженную зависимость всех этих свойств от температуры, особенно при близких к нулю отрицательных ее значениях, и от количества оставшейся в них незамерзшей воды.

Лед в мерзлых горных породах может содержаться в виде цемента, состоящего из мелких, почти незаметных невооруженным глазом отдельных кристаллов различной формы и ориентировки, и в виде обособленных включений - шлиров (прослойки, линзы и гнезда), а также крупных ледяных тел размером до нескольких сотен метров (пластовые, жильные льды). Количество, размеры, форма и размещение кристаллов и шлиров льда связаны с генезисом и составом горных пород, воднотемпературными условиями их промерзания и определяют особое строение этих пород - их криогенную текстуру.

При кратковременных нагрузках ледяные шлиры выполняют роль армирующего каркаса, и горные породы оказываются тем прочнее, чем больше толщина и количество шлиров. При длительных нагрузках во льду начинают развиваться пластические деформации, что приводит к постепенному и часто весьма значительному снижению прочности пород.

Ослабленными плоскостями в мерзлых породах являются внутренние поверхности контакта ледяных шлиров с породой. При сдвиге вдоль этих поверхностей прочность пород значительно нике, чем при сдвиге по плоскости, нормальной к шлирам. Особенно явно влияние такого ослабления прослеживается у пород слоистой криогенной текстуры.

Лнтенсивное проявление криогенных процессов (пучение, растрескивание, просадка и т.д.) свойственно мерзлым породам разного генезиса. Эти процессы порождены своеобразными условиями тепле- и водообмена, а именно: резкими нарушениями фазового равновесия воды в горных породах, изотермическими превращениями воды в лед и наоборот. Так, наличие ледяных прослойков в кровле

4

и их возгонка при отрицательных температурах приводят к нарушению криогенной цементации пород, вызывающей корзение и местные обрушения кровли. Поэтому среди множества природных и горнотехнических факторов, влияющих на выбор и эффективное применение крепи, основную роль играет температура массива, содержащего лед, а следовательно, наряду с литологическим составом, строением, льдистостью горных пород, температурные условия во многом определяют выбор типа и параметров крепи очистных выработок.

Тепловой эффект массообмена заметнее всего в водотсыщенных крупнодисперсных и крупнообломочкых породах. Термоградиентная конвекция проявляется чаще всего в протаивающем слое по изотерме О - +4°С и зависит от состава и концентрации в нем солей.

Существенные изменения инженерно-геокриологических условий происходят при оорушении пород кровли в выработанном пространстве. В вышеленащей толще пород происходят сложные деформации просадки, прогибы, раскрытие старых и образование новых трещин. В связи с этим необходимо предусматривать резим работы очистных забоев, максимально исключающий деформацию пород.

Отмеченные факторы заметно различаются в отдельных районах рассматриваемой области многолетней мерзлоты, .кроме того, они изменяются с глубиной залегания, т.е. по мере возрастания температуры породного массива, влияя на условия эксплуатации месторождений.

Тепловой режим шахты, создаваемый в период се эксплуатации, оказывает значительное влияние на указанные факторы. Для обеспечения повышенной устойчивости мерзлых горных пород необходимо стремиться сохранить их естественное тепловое состояние.

Для улучшения горнотехнических условий и повышения эффективности управления и крепления кровли разрабатываемых угольных пластов необходимо использовать природные специфические условия мерзлоты или их направленное изменение.

3. ГРУППИРОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Для группирования услозий разработки угольных месторождений районоз многолетней мерзлоты произведена предварительная оценка важности и степени ее влияния на устойчивость пород кровли с целью выбора наиболее эффективных типов крепи.

5

1.    По естественному фазовому состоянию воды, в зависимости от температуры горных пород, интенсивности и величины проявления геокриологических явлений, обусловленных исходным состоянием толщи мерзлых пород, выделяем три зоны их устойчивости:

I - с температурой массива пород от -1,5°С и ниже, т.е. практически от деятельного слоя до изотермы -1,5°С - зона мерзлоты;

П - с температурой массива пород от -1,5°С до +0,5°С - переходная зона;

Ш - с температурой массива пород от изотермы +0,5°С и выше -подмерзлотная зона.

Деятельным слоем называется поверхностный слой грунта, который ежегодно протаивает и вновь промерзает под воздействием солнечной радиации и теплообмена с воздухом. Толщина его колеблется от 0,5 до 6 м и влияния на характер поведения кровли очистных выработок он не оказывает.

Зона мерзлоты характеризуется наличием кристаллического льда и незначительным количеством незамерзшей пленочной воды. Сильно развиты силы сцепления. Породы этой зоны характеризуются высокими прочностными свойствами и устойчивостью.

Переходная зона характеризуется фазовыми изменениями во-да-лед-вода. Нередко встречаются очаги, в которых совершенно отсутствует лед, особенно при повышенной минерализации воды. Эта зона является охлажденной, но не мерзлой ввиду отсутствия или незначительного наличия кристаллического льда. Породы данной зоны ослаблены многократшыи фазовыми изменениями в результате вековых колебаний температуры, вызываемых подмерзлотными водами.

Третья зона представляет собой обычные породы, встречающиеся в центральных районах страны, с тем лишь отличием, что они значительно насыщены водой, так как подмерзлотные горизонты, как правило, содержат напорные воды.

Влияние фазовых изменений на устойчивость пород сказывается наиболее существенно при повышенной их влажности, соответственно прочностные показатели повышаются с увеличением влажности и понижением температуры.

2.    По изменению физико-механических свойств горных пород под влиянием процессов тепло- и массообмена с точки зрения устойчивости кровли условия разработки угольных месторождений можно сгруппировать следующим образом:

6

а) по температуре массива пород

содержанию в них влаги Температура массива, до    -2

до    -2

ниже    -2

ниже    -2

Влажность пород, %

до 5

более 5

до 5

более 5

б)    по расположению запасов угля относительно нижней границы толщи мерзлых пород:

-    запасы, полностью расположенные в мерзлоте;

-    основные запасы в мерзлоте и только частично в таликах;

-    равное соотношение запасов в мерзлоте и таликах;

-    основные запасы в таликах и только частично в мерзлоте;

-    запасы полностью в таликах под мерзлой толщей;

-    запасы в островной мерзлоте.

в)    по геотермическому градиенту, величина которого зависит от литологического состава пород, а следовательно, от их теплофизических характеристик.

Можно выделить три геотермические ступени, которые находятся в пределах от 20 до 70 м/град и характеризуют мощность мерзлой толщи пород рассматриваемых месторождений: до 25 м/град; от 25 до 50 м/град; более 50 м/град.

В расчетных формулах используется геотермический градиент, а также геотермическая ступень конкретных разновидностей пород, слагающих мерзлую толщу. В связи с этим в табл. I приведены числовые значения гцадиента и ступени для ряда осадочных пород.

Таблица I

Литологическая разность пород

Геотермические

градиент, град/м

ступень, м/град

Конгломераты

0,017-0,023

58,8-43,5

Песчаники

0,025-0,030

40,0-33,3

Алевролиты

0,030-0,035

33,3-28,5

Аргиллиты

0,029-0,038

34,5-26,3

Углистые аргиллиты

0,040-0,043

25,0-23,3

Угли

0,080-0,110

12,3-9,1

7

3.    По нарушенное™. Тектоническая нарушенность месторождений районов многолетней мерзлоты не стабильна. Частота и размеры тектонических нарушений с глубиной залегания пластов уменьшаются (обычно при глубине 50-90 м), в отдельных случаях при глубине 150 ы частота нарушений снижается на 25-47$, а амплитуда уменьшается в два раза и более.

Выделено три группы нарушений:

крупные сбросы субширотного простирания с амплитудами смещения от 20 до 160 м; они обычно сопровождаются зонами дробления пород мощностью до 40 м;

согласные и несогласные сбросы с различным простиранием и амплитудами смещения от 2 до 5 м;

мелкие соросы различной ориентировки с амплитудами смещения до 2 м.

Все разрабатываемые месторождения районов многолетней мерзлоты сгруппированы по нарушенное™ в следующем порядке:

сильно нарушенные - 0,093-0,108 нарушений на I м простирания пласта;

средней нарушенное™ - 0,048-0,054 нарушений на I м простирания пласта;

слабо нарушенные - 0,012-0,018 нарушений на I м простирания пласта.

4.    По трещиноватости. Основной причиной изменения устойчивости пород, по мере углубления работ и изменения температуры массива от минусовой до плюсовой, т.е. переход к таликам, является трещиноватость.

По глубине залегания частота трещиноватости изменяется следующим образом:

-    зона деятельного слоя, связанная с частными колебаниями температуры - 0,023-0,151 трещины на I м простирания пласта;

-    зона мерзлоты с постоянными годовыми температурами -0,014-0,10 трещины на I м простирания пласта;

-    переходная зона от мерзлоты к положительным температурам -0,013-0,083 трещины на I м простирания пласта;

-    зона положительных температур - подмерзлотная - 0,009-0,057 трещины на I м простирания пласта.

Учитывая, что трещины в значительной степени влияют на устойчивость и обрушаемость пород кровли, для улучшения управляемости (обрушаемости) породами кровли линию очистного забоя

8

необходимо ориентировать параллельно направлению нарушенности или под углом, не превышающим 35°, а для повышения их устойчивости - по отношению к направлению трещиноватости под углом от 35 до 90°.

5. По наличию подмерзлотных вод* Для месторождений угля в районах многолетней мерзлоты характерно наличие напорных вод, которые приурочены к подмерзлотным горизонтам; воды имеют высокий напор, положительную температуру, которая увеличивается с глубиной, и отличаются различной степенью минерализации.

Ниже приводятся данные о минерализации подмерзлотных вод основных разрабатываемых месторождений.

Минерализация, г/л 15,5-91,2 0,13-1,0 ДО 0,43

0,05-7,9 I,1-3,1 0,15-9,8 3,0-40,0


Месторождения Анадырское Бухта Угольная Чульмаканское Никне-Аркагалинское Сана^ское Галимовское Баренцбург


Повышенные фильтрационные свойства и большие напоры водоносные горизонты имеют непосредственно под толщей мерзлых пород.

Коэффициенты фильтрации изменяются от 0,0063 до 12,8 м/сут и зависят как от структуры пород, так и от температуры массива.

Протаивание или промерзание влагосодеркащих пород приводит к резкому изменению фильтрационных свойств, развивает миграционные процессы, которые обусловливают пучение и снижают устойчивость кровли (табл. 2).

Таблица 2

Горные породы

Коэффициенты фильтрации горных пород, м/сут

мерзлых

талых

Уголь

0,22-0,38

0,25-0,5

Аргиллиты

0,13-0,32

0,31-1,6

Алевролиты

0,13-0,25

0,35-0,8

Песчаники

0,15-0,27

0,5-8,6

Конгломераты

0,004-0,078

0,006-0,1

9