Взаимосвязь обрушения пород с опорным давлением

Действие опорного давления на прилегающий рудный массив характеризуется:

· коэффициентом концентрации опорного давления Ко = σд / (γН) (где σд — действующее напряжение);

· шириной зоны опорного давления, т.е. расстоянием от кромки очистного забоя до точки в глубине массива, где действующие напряжения отличаются от первоначальных на 5—7 %;

· максимальной величиной опорного давления и зоной его действия;

· характером деформаций пород в зоне опорного давления.

Характер распределения опорного давления и динамика его изменения находятся в тесной взаимосвязи с состоянием располагающегося над выработанным пространством массива горных пород. Эта взаимосвязь особенно большое значение имеет при применении систем с обрушением, когда необрушающиеся зависающие породы могут создавать такое опорное давление, в результате которого раздавливается прилегающий рудный массив, разрушаются подготовительные и нарезные выработки, могут возникать горные удары.

Для снижения опорного давления, обеспечения безопасной и эффективной отработки необходимо постоянное и планомерное обрушение подрабатываемых пород по мере подвигания фронта очистных работ.

Изучению механизма опорного давления во взаимосвязи с состоянием налегающих пород при различных системах разработки как в нашей стране, так и за рубежом посвящены многие исследования в лабораторных и производственных условиях. Было установлено, что в прочных породах максимум опорного давления приходится на участки, близко прилегающие к очистному забою, а в породах, склонных к пластическим деформациям — он удален в глубь массива. Отмечается, что зона распространения опорного давления во втором случае занимает большую площадь, чем в первом. В реальных условиях максимум опорного давления в прочных породах обычно располагается на расстоянии 1,0—1,5 м от груди забоя, а в пластичных — более 2,0—2,5 м. В краевой части массива различают зоны пониженных I, повышенных IIи первоначальных III напряжений (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Эпюры распределения опорного давления в прилегающем к выработанному пространству массиве руды (2). Пунктирными линиями показано распределение опорного давления в упругих (1) и пластичных (3)породах.

Как показали результаты опытов на моделях, опорное давление возрастает с увеличением пролета выработанного пространства и задержкой обрушения пород (рис. 8.8).

Рис. 8.8. Нарастание опорного давления при постепенном увеличении пролета подработки и задержке обрушении пород (по данным моделирования):

1,2, 3,..., 16 - стадии отработки и соответствующие им эпюры опорного давления.

Постепенное нарастание коэффициента опорного давления по мере подработки иллюстрируется графиком на рис. 8.9.

Рис. 8.9. Изменение коэффициента опорного давления с увеличением пролёта подработки пород до обрушения поверхности.

Максимум опорного давления при достижении предельного пролета подработки (перед обрушением пород) может увеличиваться до (3÷5) γН. На рис. 8.10 показано изменение коэффициента опорного давления и зона распределения повышенных напряжений в различные периоды отработки.

Рис. 8.10. Изменение опорного давления на массив руды при предельном пролете подработки (по данным моделирования):

1 - до обрушения пород; 2 - после сводообразного обрушения пород; 3 - после провала поверхности.

Кривая 1показывает характер опорного давления в период до обрушения пород. После сводообразного обрушения происходит снижение максимума опорного давления на краевую зону массива (кривая 2). Напряжения, развивающиеся в подработанной толще пород, вызывают провал поверхности, в результате которого образующиеся консольные зависания являются причиной опережающего деформирования краевой части массива. Эта стадия развития опорного давления хорошо иллюстрируется кривой 3. Сглаживается максимум опорного давления, уменьшается ширина зоны опорного давления. Опорное давление снижается до значения γНпосле полного обрушения консолей (стадии В, Д, см. рис. 8.3).

Исследования показывают, что максимум опорного давления зависит от шага обрушения консольных зависаний l₀ и глубины работ H (рис. 8.11). Замечается снижение темпа роста коэффициента опорного давления с глубиной работ.

Рис. 8.11.Зависимость коэффициента опорного давления К_оот шага обрушения консоли l_о при различной глубине разработки:

1 - 125 м; 2 - 250 м; 3 - 375 м; 4- 450 м

Таким образом, между обрушением налегающих пород, величиной и распределением опорного давления существует тесная взаимосвязь. Для сохранения устойчивости рудного массива и обеспечения безопасных условий труда необходимо, чтобы интенсивность очистной выемки соответствовала скорости формирования зоны деформаций на фронте очистной выемки. Для этого требуется выбрать такие параметры отрабатываемых блоков руды, чтобы обрушение зависающих пород наступало прежде, чем появляются опасные деформации в рудном массиве.