РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ТОЛЩИ ПОД
ОКОНТУРИВАЕМЫМ ЦЕЛИКОМ
2.1. Описание эксперимента и процедуры обработки экспериментальных данных
При разработке свиты пластов часто возникает ситуация, когда лавы, работающие на смежных пластах, формируют взаимодействующие краевые части пластов, которые в плоскости напластования пород можно рассматривать как целик. От механизма формирования такого целика зависит устойчивость вмещающих пород в очистных забоях. Кроме того, подобные целиковые структуры используют для защиты региональных зон разгрузки [131], предотвращения прорывов воды из вышележащих горных работ и т.д.
Шахтные инструментальные наблюдения за сдвижением толщи в процессе формирования целика очистными работами на смежных пластах представляют собой уникальный эксперимент. Ранее был выполнен такой эксперимент на шахте им. Поченкова ГХК "Макеевуголь" [111, 130]. К сожалению из-за того, что опорный репер, относительно которого производились все измерения надрабатывался и был подвижным, было потеряно около 80% наиболее важной информации. В настоящем разделе будет осуществлена попытка восстановления этой информации.
Ценность данного эксперимента заключается в том, что он проводился на большой глубине (915 м) в типичных горно-геологических условиях Донбасса на пласте m3, который является наиболее продуктивным пластом этого района. Измерялась деформация толщи, которая надрабатывалась лавой длиной 220 м. Одновременно навстречу двигалась третья западная лава. Эта лава работала в лежачем крыле Григорьевского надвига (рис. 2.1) в 40 м от висячего крыла, которое отрабатывала надрабатывающая лава.
Между двумя лавами, движущимися навстречу друг другу формировался межлавный целик. Деформацию этого целика по нормали измеряли с помощью глубинных реперов, устанавливаемых в скважинах диаметром 107 мм и пробуренных со сбойки до почвы пласта в висячем крыле (сечение А-А рис. 2.1). Мощность пласта составляла 1,45 м, управление кровлей осуществлялось путем ее полного обрушения. Скорость подвигания лавы 25-40 м в месяц. Вмещающая толща пород представлена аргиллитом с прочностью на сжатие 25-35 МПа, алевролитом (32-55 МПа) и песчаником (70 МПа). Геологический разрез представлен на сечении А-А рис. 2.1. При проведении эксперимента измерялись сдвижения толщи по нормали с помощью нивелировки концевых частей тяг от глубинных реперов, установленных в скважинах. Всего было пробурено 7 скважин в кровле от сбойки и одна скважина в почве. Это позволило охватить замерами толщу на глубину 80 м от почвы пласта. Нивелировка производилась относительно опорного репера, установленного в боковой стенке восточного откаточного квершлага на сопряжении со сбойкой (рис. 2.2). Как видно из выкопировки горных работ, вторая восточная лава надрабатывала не только замерные скважины, но и сам опорный репер. Это исказило результаты измерений и чрезвычайно усложнило восстановление подлинных смещений, поскольку количество неизвестных превышало количество замеров. Одновременно с нивелировкой глубинных реперов производились измерения вертикальной и горизонтальной конвергенции на контуре сбойки по секциям 1-4 (см. рис. 2, [111]).
Непосредственное местоположение скважин и позиция глубинных реперов в скважинах, а также положение контурных секций приведены в приложении А на рис. 1-7. Как видно из рисунков, в скважинах было установлено от двух до восьми глубинных реперов. При этом, измерениями был охвачен весь диапазон наблюдаемой толщи в почве пласта.
Следует отметить, что влиянием Григорьевского надвига на экспериментальные данные можно пренебречь, так как он находился на достаточном удалении от наблюдательных станций (150-300 м). Тем не менее, основные экспериментальные выводы в работе будут проверены на компьютерных и физических моделях.
2.2. Анализ измеренных сдвижений толщи при формировании целика
На рис. 2.3-2.10 приведены графики измеренных смещений глубинных реперов в скважинах. Цифры на кривых в легенде графиков указывают расстояние расположения глубинных реперов относительно устья скважины в качестве которого принимался кондуктор (обсадная труба, выступающая из скважина на величину 200-400 мм). Наглядное расположение глубинных реперов в скважине в масштабе приведено в приложении А. Самые дальние относительно устья скважины реперы были расположены ближе всего к почве
пласта. Часть глубинных реперов, расположенных на расстоянии не далее 8 м от устья скважин испытывали влияние локальных сдвижений вокруг экспериментальной сбойки. Как следует из графиков, движение опорного репера внесло существенное искажение в перемещения глубинных реперов. Так, весьма сомнителен факт опускания толщи впереди очистного забоя в районе скважины 1(в) (рис. 2.3). Такие опускания толщи маловероятны, поскольку вторая восточная лава только отходила от разрезной печи и не могла развить значительное опорное давление. После прохода лавы над замерной станцией реперы поднимаются на 80-100 мм, что согласуется с представлениями и механизме поднятия толщи в зоне разгрузки, хотя стабилизация поднятия происходит слишком быстро.
Смещение глубинных реперов в скважине 1(н) искажены еще больше, и не поддаются никакому логическому объяснению (рис. 2.4). Трудно объяснить также опускание толщи на 50-180 мм впереди надрабатывающей лавы в окрестности скважин 4, 5, 6, 7 (рис. 2.7-2.10). Продавливание толщи на такую величину просто невозможно даже в зоне опорного давления. Очевидно, что все эти искажения внесены движением опорного репера. Поэтому главной задачей является восстановления подлинных сдвижений толщи за счет учета перемещения опорного глубинного репера, относительно которого производилась нивелировка тяг от всех остальных реперов. Ниже приводятся результаты этой работы.
При восстановлении подлинных движений глубинных реперов использованы современные вычислительные средства и методы статистики. В частности, большое количество работы выполнено лично автором с помощью электронной таблицы SIGMA-PLOT в Универ