Закономерности геомеханических процессов при бесцеликовых технологических схемах

московский 

ГОСУдАРСГВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

,.....-
ИЗдА ТЕЛЪСТВО 

РЕДАКЦИОННЫЙ 
московского 

с о в Е т 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 

ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

.."",. 
.."",. 

Председатель 

Л.А.ПУЧКОВ 
президент МГГУ. 

чл.-корр. PAIT 

За.ч. npeдceдame.:VI 

Jl.X ГИТИС 
директор 

Издательства МГГУ 

Ч.:zены редсовета 

И.В. ДЕМЕНТЬЕВ 
академик РАЕН 

А.П. ДМИТРИЕВ 
академик РАЬЯ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 
академик РАЕН 

Jf.B. КУРЛЕНЯ 
академик РАН 

в.и.осипов 
академик РАН 

э.м. соколов 
акаде.uик МАН BLU 

К.Н. ТРУБЕЛКОЙ 
академик РАН 

В.В.ХРОНИН 
профессор 

В.А. ЧАНТУРИВ 
академик РАН 

Е.И. ШЕМЯКИН 
академик РАН 

~ 

АИ. Жаров 

~ 
~ 
ЗАКОНОМЕРНОСГИ 
< 
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ 

ПРОЦЕССОВ 
~ 
ПРИ БЕСЦFЛИКОВЫХ 
w 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 

СХЕМАХ 
~ 
~ 
~ 

Издание 2-е, cml!peomunнoe 

~ 
о 

~ 

МОСКВА 
~ 

ИЗДАТЕJIЬСГВО 
МОСКОВСКОГО ГОСУдАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 
2007 

УДК 622.261 

ББК 33.1 

Ж34 

Кяuга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям кни:жны>о~ для взрослых. СанПиН 1.2.1253-03», утвержденны.м Главны.м государственны.м санитарныw врачо.w 

России 30 марта 2003 г. 

ЖаровА.И. 

Ж 34 
Закономерности геомеханических. процессов при бесцели
ковьiХ rехнологических. схемах.- 2-с изд., стер.- М.: Изда­

тельство Московского государственного горного универсиrета, 

2007.-44с. 
ISBN 5-7418-0124-2 

Рассмотрены закономерности rеомеханнческих процессов при бесuеликовых схемах отрабоТЮ! пологих IL1астов Ленинского и Бе.,-уовского горнопроМЪIШЛеЮIЫХ регионов Кузбасса. Предпожена cxe!'ola нагрузки на крепь co
xpalllleмoй выработки на контш..~е с обрушенными породами, разработана мо.J.ель напряженно-деформированного состояния массива в окрестости повторно используемой выработю1. Приведены результаты экспериментального определения смещений пород и их скоростей на разных этапах сушествования 

сохра~~~~емой выработки. Впервые в Кузбассе установ..1ена возможность применения rармоЮJЧескоrо анапиза lL1Я описания проuесса деформации пород в 

подготовительных выработках. Даны результаты изучения режима работы 

механизированной крепи в очистных выработках при бесцеликоных схемах. 

Дпя спеuиа.;шстов угольной 01pacJПI. 

ISBN 5-7418-0124-2 

УДК 622.261 

ББК 33.1 

© 
А.И. Жаров, 1995, 2007 

© 
Издате.лъство МГГУ, 1995,2007 

© Дизайн книги. Издательство 

МГГУ, 1995, 2007 

Содержание 

ГЛАВА 1. Закономерности геомеханических процессов при взаимодействии системы <<сохраняемая 

выработка массив обрушенные пороДЪI~ 
6 

ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования геомеханических nроцессов в окрестности повторно 

исnользуемых выемоЧНЬiх штреков на шахтах Куз
басса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
16 

Г ЛАВА 3. Исследование nроявлений горного давления в очистных забоях при бесцеликоных схемах 

отработки пологих nластов Кузбасса 
23 

ПРИЛОЖЕНИВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
28 

Глава 1. 
Закономерности 

геомеханических 
процессов 

при взаимодействии системы 

«сохраняемая выработка 
массив обрушенные породы» 

Ленинский и Беловекий районы Кузбасса являются 

наиболее освоеННЬIМИ в бассейне. В них добывается свыше 
60 % от общей добычи по всем шахтам Кузбасса. 

В пределах этих районов выделяют 9 крупных месторождений, из которых разрабатываются только 3 Ленинское и частично Егозово-Красноярское и Чертинское. 

Залегание пластов nологое (10-18°), лишь на 

крыльях брахисинклинальных складок до 40-45°. 

Мощность пластов от 0,4 до 4,1 м, глубина разработки 

от 50 до 400 м. 

В Ленинском районе сосредоточено 57 рабочих nластов (разрабатываются 23), в Беловеком- 14 (разрабатываются 4). В пластах с углами падения до 18° сосредоточено 92 % всех проМЫIIIЛенных запасов (в пластах тонких и средней мощности 88 %, в пластах средней 

мощности 71 %). На 88 %nластов колебания мощности 

не nревышают 15%. Пласты сравнительноненарушенные 
( 1 нарушение на 900 м по nростиранию, с амплитудой 

более 1 м одно на 1430 м). 

На максимальных глубинах разработки газовыделение превышает 15 м
3 /т. Угольные пласты- несамовозгорающиеся, оnасны по взрыву пыли. Марка углей Г и Ж. 

6 

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ 
ВЗАИМОДЕЙСГВИИ 

Литологический состав отложений представлен чередованием слоев песчаника, алевролита и аргиллита с преобладанием песчаников. 70 % угольных пластов имеют 

сложное строение. 

Породы непосредственной кровли и почвы отличаются значительным разнообразием свойств: крепость по 

Протодьяконову- от 1 до 5, допускаемая площадь обнажения в зоне выемки от 2 до 15 м
2
, мощность непосредственной кровли- от 0,5 до 8 м, большинство пластов 

имеют ложную кровлю мощностью от О, 1 до 1,5 м. 

Шахтные поля в регионе имеют преимущественно 

близкую к прямоугольной форму с размерами от 3,5 до 8 

км по простиранию и от 2 до 5 км по падению. 

ВыемоЧНЪiе поля отрабатываются преимущественно 

ДЛИННЬIМИ столбами по простиранию, значительно реже 
ДЛИННЪIМИ столбами по падению восстанию. ДлиНЬI 

столбов резко возросли при переходе на комплексно механизированную выемку, что потребовало увеличения 

темпов подготовки выемочНЬiх столбов за счет увеличения технического ресурса механизированных комилексов. 

Рост удельных объемов проходки при отсутствии увеличения темпов проведения выработок и увеличении интенсивности очистных работ приводит к дефициту в оспроизводства очистного фронта. 

На шахтах региона широко используются отчествеиные и зарубежные комплексы поддерживающего, оградительно-поддерживающего и поддерживающе-оrрадительного типа. 

Внедрение механизированных комплексов заставило 

перейти от традиционной схемы с охраной выемочных 

7 

ГЛАВА 1 

выработок целиками угля и возвратноточной схемой проветривания к бесцеликоным схемам подготовки с прямотоЧНЬIМ проветриванием. Последние в настоящее время 

являются основными для всех шахт района. Известно, что 

при бесцеликоных схемах подготовки имеются три основНЪIХ варианта: с проведением выработок вприсечку, с повторным использованием выработок, с погашением общим забоем околоштрековых целиков. Наиболее прогрессивно повторное использование выработок, однако, и 

до сих пор на ирактике доля повторного использования 

выработок невелика по сравнению с другими вариантами. 

Главной причиной этого является отсутствие эффективНЪIХ способов охраны повторно используемых выработок, 

особенно в случае трудноуправляемых кровель. 

Одним из главНЪIХ верешеиных вопросов является 

установление закономерностей динамики геомеханики 

массива в окрестности сохраняемой выработки при ведении очистных работ при раЭЛИЧНЪIХ горно-геологических 

и горнотехнических факторах. 

Известно, что в очистных выработках можно выделить три основных типа предельных состояний непосредственной кровли: 
1. Непосредственная кровля полностью или частично 

разрушается на высоту не менее (5-6) m впереди забоя 

лавы и хорошо обрушается за посадочным рядом стоек, 

подбучивая основную кровлю и верхние слои непосредственной кровли (рис. 1). 
2. Непосредственная кровля достаточно прочна, чтобы не разрушаться в зоне опорного давления, и достаточно монолитна, в связи с чем она разрушается путем изгиба 

и скола над поддерживаемой выработкой или узкими бло
8 

\Q 

---тti ,, 
/1 
1 

") 

------------г-· 

1 
--·--·' -.:: 
-··1 --
-..._, 
1 
--~_jJ i 
1 
t 
1 
1 
: 

а 
о 8 
г. 
d 
е 
ж 
J 

Рис. 1. 
Схема деформаций пород кровли: 
1 и 2 непосредственная кровля; Э -основная кровля; а-и- границы различных 

нагрузок на nочву отрабатываемого пласта 

~ 

:с 
о 

з:: 
to:l 
." 

:с 

~ 

~ 
~ 

~ 
:s: 

1Я 
n 

f!~ 

i~ 
~§ 
to:l() 
:on 
Qi 
=~ 
~:s: 

ГЛАВА 1 

кими блоками в зоне отжима угольного пласта, при этом 

основная кровля подбучивается недостаточно и имеет 

возможность опускаться (рис. 2). 

Рис. 2. 

10 

а> 

р 
/ 

6) 

-----,-·--
~ : /Г-, ----~-~ ,т--~- -
! -~/т 
.. , 1 . 
/ , 
1.; / 1 
.· . 1 
-. _j_J_ __ , --·-'---т-"---.---
Схема разрушения кровли очистной выработки путем изгиба и скола (б) и эпюры внешних нагрузок на консоль (а) 

ЗАКОНОМЕРНОСТИГЕОМЕХАНИЧЕСКИХПРОЦЕССОВПРИ 
ВЗАИМОДЕЙСfВИИ 

3. По мере подвигании очистного забоя консоли весьма проЧНЬIХ и моноЛИТНЬIХ слоев непосредственной кровли обрушаются крупными блоками. 

Интенсивность и величина смещений пород кровли 

зависят от мощности вЬIНимаемого пласта. Максимальная 

мощность обрушаеМЬIХ слоев непосредственной кровли 

определяется из выражения 
m-&n 

h = Кр - 1 ' 
( 1.1) 

где&п конвергенция почвы: и кровли на участке обрушения, м; 

Кр коэффициентразр:ы:хления(Кр = 1,25-1,30). 

При мощности непосредственной кровли h' > h верхние слои непосредственной кровли не обрушаются (см. 

рис. 1), при h' < h происходят осадки основной кровли, 

проявляющиеся в виде повъпnенн:ы:х нагрузок на крепь. 

В результате изгиба консолъно зависающих слоев 

кровли над пластической зоной пласта У• происходит их 

расслоение и в последующем разрушение. Схема расчета нагрузки на крепь сохраняемой выработки на контакте с обрушением пород в очистном забое показама на 

рис. 3. 

Потенциальная энергия упругой деформации изгибающихся слоев рассеивается в виде работы разрушения в 

контуре OBCD. Вес разрушенных пород в контуре ОВА 

удерживается реакцией угольного массива. Приэма АВСD 

формирует вертикальную нагрузку на крепь выработки 

Ql· Боковая нагрузка Q2 зависит от пластического выдавливания краевой части пласта и давления разрушенных 

пород. 

11