непосредственная кровля угольного пласта
Непосредственная и основная кровля. Обрушаемость пород кровли калийных и угольных пластов
Непосредственная кровля – это толща пород над пластом, которая легко обрушается при небольших обнажениях на некотором расстоянии от забоя при передвижке механизированной крепи.
Мощность непосредственной кровли при отработке угольных пластов обычно не превышает 2-3 м и определяется мощностью периодически обрушающихся за крепью пород после передвижки механизированной крепи.
Основной кровлей называется толща пород, залегающая сразу над непосредственной кровлей. Она способна сохранять устойчивость в выработанном пространстве за крепью лавы через некоторое время после обрушения непосредственной кровли.
Мощность основной кровли при отработке угольных пластов зависит от состава и строения слагающих ее пород, вынимаемой мощности пласта и в большинстве случаев составляет 3-5 м.
Кровля калийных пластов Старобинского месторождения представлена неравномерным чередованием прослоев каменной соли, глины и других пород. В зависимости от способности этих пород к обрушению при отработке калийных пластов длинными очистными забоями (лавами), также как и на угольных пластах, различают непосредственную и основную кровлю. По результатам геологического строения и прочностных свойств пород кровли Второго и Третьего калийных пластов, а также характера обрушения кровли при выемке пластов введены понятия об условном разделении кровли на непосредственную и основную:
— непосредственная кровля – одна или несколько пачек (слоев) пород мощностью до 10 м, залегающих непосредственно над отрабатываемым пластом, не способных (как правило) образовывать больших зависаний и
|
обрушающихся при передвижке забойной крепи лав. Шаг ее самопроизвольного обрушения составляет, в основном, 3-5 м;
Обрушаемость пород кровли пластов
Породы, слагающие кровлю пластов, обладают различной склонностью к обрушению. При управлении кровлей в лавах полным обрушением различают:
— первое обрушение кровли;
— первичное обрушение кровли;
— вторичное обрушение кровли.
Первое обрушение кровли в лавах происходит после ее отхода от монтажного штрека на расстояние 50-80 м и более. На Старобинском месторождении зачастую происходит при отходе на расстояние, примерно равное длине лавы (квадрат). Первое обрушение кровли происходит с наибольшей интенсивностью, при этом развивается большое горное давление на забойную крепь, иногда приводящее в нижних лавах при слоевой выемке Третьего пласта к аварийному выходу ее из строя.
После первого обрушения в процессе подвигания лавы происходят регулярные обрушения непосредственной и основной кровли. При этом обрушения непосредственной кровли зачастую называют первичными, а обрушения основной кровли – вторичными. На угольных месторождениях непосредственная кровля чаще всего не образует зависаний за крепью, а основная кровля зачастую зависает в виде консольных плит. Если при большой разрыхляемости пород непосредственной кровли она после обрушения полностью (без зазора) подбучивает основную кровлю, то последняя не обрушается, а плавно ложится на обрушенные породы.
Для Старобинского месторождения в «Инструкции по применению систем разработки на Старобинском месторождении». – Солигорск, 2018 приведена классификация пород кровли Второго и Третьего калийных пластов на обрушаемость. Для обоих пластов как непосредственная, так и основная кровля на каждом из интервалов 0-5; 5-10; 10-15 и 15-20 м делится на:
Классификационным признаком для отнесения кровли к легко, средне и трудно обрушаемой на Втором пласте является содержание в кровле слабых прослойков (глинистых и глинисто-мергелистых пород), а на Третьем пласте – содержание в кровле слабых прослойков (глина, карналлит) и содержание прочных прослойков (каменная соль, сильвинит, доломит, песчаниковидная соль).
Горное давление в лавах. Основные факторы, влияющие на проявления горного давления в очистных забоях и выработках
Обучение
ТОР 1.Горно – геологические и горнотехнические условия ведения подземных работ
Происхождение угля
Виды ископаемых углей, их применение в народном хозяйстве
Угли подразделяются на технологические марки:
По крупности кусков выделяют следующие классы:
Коренные породы по происхождению делятся на три класса:
В природе полезные ископаемые могут встречаться в твердом (каменный уголь, руды, драгоценные камни, мрамор и пр.), жидком (нефть, вода, рассолы) и газообразном состоянии ( различные газы).
Естественные скопления полезного ископаемого в земной коре, называются месторождением полезных ископаемых.
Месторождения могут быть коренными и россыпными.
Горные породы под действием сил земного притяжения находятся в сжатом напряженном состоянии, которое до проведения выработки является равновесным и устойчивым. Пустоты, образованные в результате горных работ, нарушают это равновесие. В массиве, окружающем выработку, возникают напряжения – неуравновешанные силы, которые называют горным давлением.
Горное давлении проявляется: в виде прогиба, растрескивания и обрушения горных пород, стреляния, вывала бортов выработок, пучения почвы, горных ударов пр.
Свойства горных пород обуславливаются их составом и строением.
К физическим свойствам относятся такие параметры, как: плотность, упругость, прочность, тепловые, магнитные, электрические и прочие свойства.
Горнотехнические свойства – это крепость, абразивность, твердость, буримость, взрываемость и пр.
Изменение одних свойств, ведет к изменению других свойств.
Пример: увеличение пористости ведет к снижению плотности, прочности, упругости, теплопроводности, водопроницаемости и пр.
Свойства горных пород – горнотехнологические параметры – используются для расчетов производительности различных агрегатов, нормирования труда горнорабочих.
К ним относятся: строение и сложение пород, слоистость, прочность, крепость, пористость, вязкость, упругость, твердость, абразивность, пластичность, хрупкость, буримость, разрыхляемость и др.
Строение и физические свойства горных пород обуславливают безопасное и эффективное ведение горнопроходческих и очистных работ.
Состояние и свойства пород определяют способ проведения выработок, тип и плотность крепи подготовительных выработок.
Проявление горного давления и устойчивость выработок в значительной степени зависит от плотностных, водно – физических, прочностных и деформационных свойств пород.
Плотностные свойства – это плотность, объемная масса, удельный вес, объемный вес, насыпная объемная масса и пористость.
В свою очередь пористость определяет водопоглащение, водопроницаемость, газопроницаемость, прочность.
Вводно-физические свойства горных пород – естественная влажность, водопоглащение, размокаемость, размягчаемость, разбухаемость.
Например: абразивность – это способность горной породы изнашивать узлы и детали горных машин, горного инструмента. Чем выше абразивность, тем прочнее должен быть горный инструмент, тем выше его стоимость.
Применяются различные классификации горных пород: по углу падения, по мощности, крепости, устойчивости, обрушаемости и пр.
Крепость горных пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова.
Предел прочности горных пород на одноосное сжатие (в кг/см2) деленное на 100 или в МПа/10.
Пример: если предел прочности крепкого каменного угля на одноосное сжатие 150 кг/см2 разделим на 100, то получим коэффициент крепости по шкале Протодьконова равным 1,5. Обозначается латинской буквой «f «.
Обрушаемость кровли угольных пластов
Устойчивость обнажений горных пород.
Строение массива пород
Пласт расположен во вмещающих породах, которые еще называют боковыми. Породы кровли залегают над пластом, а почвы – под пластом.
В зависимости от расположения отдельных слоев боковых пород над угольным пластом и способности их к обрушению и сдвижению различают ложную, непосредственную и основную кровлю.
Ложная кровля – слой пород незначительной мощности (до 0,5 м), залегающий непосредственно над пластом и легко обрушающийся после выемки угля.
Непосредственная кровля – толща пород, залегающая непосредственно над пластом, которая легко обрушается в выработанном пространстве при удалении призабойной и посадочной крепи или передвижке секций механизированной крепи.
Основная кровля – толща крепких, устойчивых пород, находящихся непосредственно над пластом или выше непосредственной кровли. Породы основной кровли после удаления крепи могут не обрушаться длительное время. Обрушение происходит, как правило, на значительной площади.
Непосредственная почва– толща пород, залегающих под пластом.
Породы кровли в большинстве случаев состоят из различных слоев, которые при обнажении имеют тенденцию к расслоению. Кроме того, даже однородные породы (например, песчаник) разделяются на отдельные слои различной толщины.
Все горные породы по слоистости разделяются на классы (табл. 1.1)
Классификация пород по слоистости
| Классы пород | Толщина слоев, м |
| весьма тонкослоистые тонкослоистые среднеслоистые крупнослоистые весьма крупнослоистые | 10 |
Под устойчивостью обнажений понимается свойство нижних слоев непосредственной кровли (суммарной мощностью до 1 м) сохранять целостность и не выпадать в поддерживаемое пространство очистной выработки.
Устойчивость кровли характеризуется размерами и продолжительностью устойчивого состояния обнажений кровли за исполнительным органом выемочных машин.
По устойчивости все кровли делятся на пять типов: устойчивая (Б5), средней устойчивости (Б4), малоустойчивая (Б3), неустойчивая (Б2) и весьма неустойчивая (Б1). Типизация непосредственной кровли по устойчивости приведена в приложении (табл. 1.)
Обрушаемость – способность совокупных слоев непосредственной и основной кровли разрушаться над поддерживаемым пространством и обрушаться за его пределами.
По нагрузочным свойствам кровли делятся на три типа: легкая, средняя и тяжелая. Типизация основной кровли по нагрузочным свойствам приведена в приложении (табл. 2).
Деление кровли на типы по нагрузочным свойствам производится исходя из следующих условий:
Здесь hл.о.— высота слоев легко обрушающейся кровли, м;
mв – вынимаемая мощность пласта, м.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Горно – геологические и горнотехнические условия ведения подземных работ
Угли – твердые горючие ископаемые, образовавшиеся из отмерших растений.
Углеобразование – последовательное превращение отмерших растений в ископаемый уголь.
Виды ископаемых углей, их применение в народном хозяйстве
Угли подразделяются на технологические марки:
По крупности кусков выделяют следующие классы:
Коренные породы по происхождению делятся на три класса:
В природе полезные ископаемые могут встречаться в твердом (каменный уголь, руды, драгоценные камни, мрамор и пр.), жидком (нефть, вода, рассолы) и газообразном состоянии ( различные газы).
Естественные скопления полезного ископаемого в земной коре, называются месторождением полезных ископаемых.
Месторождения могут быть коренными и россыпными.
Горные породы под действием сил земного притяжения находятся в сжатом напряженном состоянии, которое до проведения выработки является равновесным и устойчивым. Пустоты, образованные в результате горных работ, нарушают это равновесие. В массиве, окружающем выработку, возникают напряжения – неуравновешанные силы, которые называют горным давлением.
Горное давлении проявляется: в виде прогиба, растрескивания и обрушения горных пород, стреляния, вывала бортов выработок, пучения почвы, горных ударов пр.
Свойства горных пород обуславливаются их составом и строением.
К физическим свойствам относятся такие параметры, как: плотность, упругость, прочность, тепловые, магнитные, электрические и прочие свойства.
Горнотехнические свойства – это крепость, абразивность, твердость, буримость, взрываемость и пр.
Изменение одних свойств, ведет к изменению других свойств.
Пример: увеличение пористости ведет к снижению плотности, прочности, упругости, теплопроводности, водопроницаемости и пр.
Свойства горных пород – горнотехнологические параметры – используются для расчетов производительности различных агрегатов, нормирования труда горнорабочих.
К ним относятся: строение и сложение пород, слоистость, прочность, крепость, пористость, вязкость, упругость, твердость, абразивность, пластичность, хрупкость, буримость, разрыхляемость и др.
Строение и физические свойства горных пород обуславливают безопасное и эффективное ведение горнопроходческих и очистных работ.
Состояние и свойства пород определяют способ проведения выработок, тип и плотность крепи подготовительных выработок.
Проявление горного давления и устойчивость выработок в значительной степени зависит от плотностных, водно – физических, прочностных и деформационных свойств пород.
Плотностные свойства – это плотность, объемная масса, удельный вес, объемный вес, насыпная объемная масса и пористость.
В свою очередь пористость определяет водопоглащение, водопроницаемость, газопроницаемость, прочность.
Вводно-физические свойства горных пород – естественная влажность, водопоглащение, размокаемость, размягчаемость, разбухаемость.
Например: абразивность – это способность горной породы изнашивать узлы и детали горных машин, горного инструмента. Чем выше абразивность, тем прочнее должен быть горный инструмент, тем выше его стоимость.
Применяются различные классификации горных пород: по углу падения, по мощности, крепости, устойчивости, обрушаемости и пр.
Элементы залегания угольных пластов (мощность, угол падения, простирание)
Пласт-тело плитообразной формы, состоящее из сравнительно однообразной горной породы.
Пласты могут иметь а) однородное (простое) и б) сложное строение.
Тонкие слои пустой породы, заключенные в пласте, называют прослойками.
Угольные месторождения обычно состоят из свиты пластов и пропластков.
Простирание – направление линии пересечения плоскости пласта с горизонтальной плоскостью.
Падение— направление линии, лежащей в плоскости пласта и перпендикулярной линии простирания, а линия наз. линией падения.
Угол, образованный плоскостью пласта с горизонтальной плоскостью, наз. углом падения.
Породы, в которых залегает угольный пласт – называют вмещающими или боковыми породами.
Породы, находящиеся над пластом называют кровлей, или висячим боком.
Породы, находящиеся под пластом называют почвой или лежачим боком.
Мощность пласта – расстояние по нормали между почвой и кровлей.
По мощности пласты делятся:
Элементы залегания угольных пластов.
В зависимости от расположения отдельных слоев боковых пород по отношению к угольному пласту и по способности их к обрушению и сдвижению, различают ложную, непосредственную и основную кровли и ложную, непосредственную и основную почву.
Ложная кровля – лекгообрушающийся слой пород незначительной мощности (до 0,5-0,6м), залегающий непосредственно над пластом угля. Обрушается при выемке угля или через небольшой промежуток времени. Некоторые пласты не имеют ложной кровли. Ложная кровля обычно состоит из углистых и слабых аргиллитов.
Непосредственная кровля – толща пород, которая залегает над пластом или ложной кровлей, легко обрушается не небольших площадях после удаления индивидуальной крепи или передвижения механизированной крепи очистной выработки. Чаще всего представлена алевролитами и аргиллитами.
Основная кровля – толща крепких, устойчивых пород, залегающих над непосредственной кровлей, обрушающихся при значительной площади обнажения. Сложена известняками, песчаниками и реже – крепкими аргиллитами.
Ложная почва – слабые, легкоразрушающиеся породы мощностью 0,3 – 0,4м, залегающие непосредственно над пластом.
Непосредственная почва – толща пород, залегающая непосредственно под ложной почвой или пластом угля. С ней связаны явления пучения, сползания её на крутых пластах, вдавливания в нее крепи.
Основная почва – толща пород, залегающая ниже непосредственной почвы.
Большое влияние на горные работы оказывает трещиноватость горных пород.
Трещиноватость – совокупность трещин разных размеров и разного происхождения, которые разделяют массив пород на отдельные блоки.
Трещина – это разрыв сплошности массива горной породы.
Трещины ослабляют массив горных пород. По трещинам может наблюдаться выход воды и газов.
Степень трещиноватости – число трещин на 1м2:
Устойчивость обнажений горных пород. Устойчивость – свойство горных пород образовывать устойчивые обнажения при ведении горных работ. Это состояние обнаженного незакрепленного участка массива пород, при котором в течение необходимого по условиям производства времени не происходит обрушения или сползания пород.
Классификация пород кровли по устойчивости
От устойчивости кровли в значительной степени зависят успешность отработки пласта, выбор типа и конструкция крепи и способа управления кровли.
Обрушаемость кровли угольных пластов
Породы кровли обладают различной склонностью к обрушению. При управлении кровлей полным обрушением различают первую, первичную посадки и вторичную осадку.
Первая посадка производится (при работе механизированного комплекса – происходит) при отходе очистного забоя от разрезной печи на определенное расстояние. В зависимости от свойств пород кровля, опирающуюся с четырех сторон на уголь, может длительное время не обрушаться, зависая на расстоянии до 50-80м от разрезной печи. Поэтому прочные породы кровли обрушают с помощью взрывных работ (при индивидуальной крепи).
После первой посадки производят регулярное обрушение (шаг посадки) непосредственной кровли вслед за подвиганием очистного забоя, которое называют первичной посадкой.
Породы основной кровли часто зависают в виде консольных плит. По мере подвигания очистного забоя размеры консольной плиты увеличиваются и в некоторый момент времени она обрушается. Обрушение консольной плиты называют вторичной осадкой.
Геологические нарушения в залегании угольных пластов
Горное давление
Горное давление – это силы (напряжения), возникающие в массиве пород, окружающих горную выработку. Проявляется: в виде прогиба кровли, вспучивания почвы, растрескивания, сдвижения, деформации и разрушения пород вокруг выработки, раздавливание и отжиме целиков угля, увеличения нагрузки на крепь, внезапных выбросах угля и газа, горных ударов и пр.
Горное давление зависит от глубины расположения выработки, физико – механических свойств горных пород (трещиноватости, крепости, управляемости, обрушаемости и тд.), мощности и угла залегания пластов, размера поперечного сечения выработки, способов выемки угля, механической характеристики крепи и многих других параметров.
Эффективность и безопасность горных работ в значительной степени зависят от характера проявления горного давления и от умения управлять им.
Управление горным давлением (кровлей) – совокупность мероприятий по регулированию проявлений горного давления в призабойном пространстве очистной выработки и прилегающих к ней подготовительных выработок с целью обеспечения безопасности работ и необходимых производственных условий.
Гипотезы горного давления.
Горные породы в нетронутом массиве находятся в состоянии напряженного равновесия. При очистных работах равновесие в массиве нарушается и происходят сложные, многообразные не полностью изученные процессы. Имеется несколько гипотез (научных предположений) о проявлениях горного давления в зонах очистных работ.
Гипотеза консольных плит.
Согласно этой гипотезе породы непосредственной кровли над призабойным пространством после первого обрушения рассматриваются, как консольная плита, опирающаяся на массив угля и удерживается от обрушения массивом угля, а также крепью выработки. Давление на крепь определяется массой консоли пород непосредственной кровли. Основная кровля опирается на нетронутый массив и обрушенную непосредственную кровлю, прогибается и обрушается на значительном расстоянии от забоя.
Гипотеза шарнирных блоков
Непосредственная кровля беспорядочно расслаивается и разрушается на мелкие куски, подбучивая основную кровлю. Основная кровля разрушается на крупные блоки, которые поворачиваются в «шарнирах» без выпадания отдельных частей, укладываются на обрушенные породы непосредственной кровли.
Опорное давление. Зоны пониженных напряжений.
При разработке пласта длинными забоями с обрушением пород кровли происходит перераспределение напряжений в породах кровли и образования вблизи контура выработанной площади краевых зон, находящихся под действием опорного давления.
Опорное давление – это повышенное (по сравнению с первоначальным, существовавшим до разработки пласта) давление нависающих пород, действующее по опорному контуру обнажения. Опорное давление действует перпендикулярно к пласту.
Статьи
ТОР 1.Горно – геологические и горнотехнические условия ведения подземных работ
Происхождение угля
Виды ископаемых углей, их применение в народном хозяйстве
Угли подразделяются на технологические марки:
По крупности кусков выделяют следующие классы:
Коренные породы по происхождению делятся на три класса:
В природе полезные ископаемые могут встречаться в твердом (каменный уголь, руды, драгоценные камни, мрамор и пр.), жидком (нефть, вода, рассолы) и газообразном состоянии ( различные газы).
Естественные скопления полезного ископаемого в земной коре, называются месторождением полезных ископаемых.
Месторождения могут быть коренными и россыпными.
Горные породы под действием сил земного притяжения находятся в сжатом напряженном состоянии, которое до проведения выработки является равновесным и устойчивым. Пустоты, образованные в результате горных работ, нарушают это равновесие. В массиве, окружающем выработку, возникают напряжения – неуравновешанные силы, которые называют горным давлением.
Горное давлении проявляется: в виде прогиба, растрескивания и обрушения горных пород, стреляния, вывала бортов выработок, пучения почвы, горных ударов пр.
Свойства горных пород обуславливаются их составом и строением.
К физическим свойствам относятся такие параметры, как: плотность, упругость, прочность, тепловые, магнитные, электрические и прочие свойства.
Горнотехнические свойства – это крепость, абразивность, твердость, буримость, взрываемость и пр.
Изменение одних свойств, ведет к изменению других свойств.
Пример: увеличение пористости ведет к снижению плотности, прочности, упругости, теплопроводности, водопроницаемости и пр.
Свойства горных пород – горнотехнологические параметры – используются для расчетов производительности различных агрегатов, нормирования труда горнорабочих.
К ним относятся: строение и сложение пород, слоистость, прочность, крепость, пористость, вязкость, упругость, твердость, абразивность, пластичность, хрупкость, буримость, разрыхляемость и др.
Строение и физические свойства горных пород обуславливают безопасное и эффективное ведение горнопроходческих и очистных работ.
Состояние и свойства пород определяют способ проведения выработок, тип и плотность крепи подготовительных выработок.
Проявление горного давления и устойчивость выработок в значительной степени зависит от плотностных, водно – физических, прочностных и деформационных свойств пород.
Плотностные свойства – это плотность, объемная масса, удельный вес, объемный вес, насыпная объемная масса и пористость.
В свою очередь пористость определяет водопоглащение, водопроницаемость, газопроницаемость, прочность.
Вводно-физические свойства горных пород – естественная влажность, водопоглащение, размокаемость, размягчаемость, разбухаемость.
Например: абразивность – это способность горной породы изнашивать узлы и детали горных машин, горного инструмента. Чем выше абразивность, тем прочнее должен быть горный инструмент, тем выше его стоимость.
Применяются различные классификации горных пород: по углу падения, по мощности, крепости, устойчивости, обрушаемости и пр.
Крепость горных пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова.
Предел прочности горных пород на одноосное сжатие (в кг/см2) деленное на 100 или в МПа/10.
Пример: если предел прочности крепкого каменного угля на одноосное сжатие 150 кг/см2 разделим на 100, то получим коэффициент крепости по шкале Протодьконова равным 1,5. Обозначается латинской буквой «f «.