РАЗДЕЛ 2
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СДВИЖЕНИЕМ ПОРОД
ПРИ ВЫЕМКЕ КРУТЫХ ПЛАСТОВ
2.1. Особенности применяемых технологических схем разработки
и способов управления кровлей при выемке крутых пластов
Добыча угля из крутых угольных пластов в Центральном Донбассе необходима из-за высокой его металлургической ценности - производства кокса. Однако выемка его затруднена не только из-за сложных горно-геологических условий: крутого залегания угольных пластов, большой нарушенности месторождений, высокой газообильности, разработки на больших глубинах, но и из-за отсутствия совершенной технологии и техники угледобычи.
В прошедшие десятилетия в угольной промышленности, благодаря применению механизированных комплексов, произошли позитивные изменения, которые привели к существенному повышению нагрузок на очистные забои, улучшению экономических показателей, повышению безопасности работ. Однако, на шахтах, где выемка угля производится при разработке крутых пластов, показатели не улучшились. Здесь основной объём угля поступает из потолкоуступных забоев, где его добывают исключительно без применения механизмов. Разнообразие горно-геологических условий вызывает необходимость применения различных систем разработки, технологических схем ведения очистных работ и способов управления кровлей. при сплошной или столбовой системах разработки выемку угля производят по двум технологическим схемам - лавами с перемещением по простиранию и полосами с перемещением по падению.
Технологические схемы выемки угля лавами по простиранию применяют при использовании отбойных молотков, комбайнов и механизированных или индивидуальных крепей, а полосами по падению - щитовых агрегатов.
При разработке крутых пластов основными способами управления кровлей являются полное обрушение, удержание кровли на кострах, закладка выработанного пространства или комбинация этих способов.
До 70-х годов прошлого века, вне зависимости от горно-геологических условий залегания крутых угольных пластов, 98,6 % угля добывалось с применением управления кровлей полным обрушением, остальная часть забоев - закладкой выработанного пространства [9]. Затем был осуществлён переход на управление кровлей полным её обрушением; частично плавным опусканием, удержанием на кострах и закладкой выработанного пространства [10]. Управление кровлей полным её обрушением стало доминирующим [3-5]. Отмечают, что управление кровлей полным её обрушением при разработке крутых пластов не позволяет внедрить комплексную механизацию работ в очистных забоях, обеспечить устойчивость выработок, повысить экономическую эффективность и безопасность выемки угля [14]. Поэтому считают, что это направление является не перспективным. Развитие уровня механизации работ по пневматической закладке выработанного пространства свидетельствует о возможности её применения как основного направления по управлению кровлей при разработке крутых пластов [15].
Применяемые технологические схемы выемки угля из крутых пластов, а также способы управления кровлей, оказывают различное влияние на сдвижение массива горных пород и земной поверхности. Однако, в условиях разработки крутых пластов эти процессы исследованы недостаточно.
2.2. Инструментальные наблюдения за сдвижением при выемке
крутых пластов
Шахты Центрального района Донбасса отрабатывают свиты угольных пластов. В этих условиях процесс сдвижения горного массива имеет ряд особенностей.
Взаимное влияние двух и более лав выражается в проявлении активизации сдвижения горного массива и земной поверхности.
Многократная подработка угленосной толщи в течение десятков лет привела к тому, что весь массив является средой, деформированной во всех направлениях. Любой объем породы угленосной толщи в свое время являлся кровлей пласта, испытавшей деформации растяжения-сжатия, в горном массиве происходили расслоения пластов, образование полостей кратковременного и длительного существования. Трещины в горном массиве являются существующими продолжительное время проводниками флюидов, способствующих еще большей реструктуризации пород за счет физико-химического воздействия на берега трещин.
Для оценки параметров сдвижения пород в условиях выемки угля шахтами ЦРД, были выполнены инструментальные наблюдения на реперных наблюдательных станциях, заложенных на земной поверхности на полях шахт им. Карла Маркса, "Красный Профинтерн", "Енакиевская" и "Углегорская" ПО "Орджоникидзеуголь".
Шахта им. Карла Маркса.
Шахтой отрабатываются угольные пласты свит С25 Каменская, С26 Алмазная и С27 Горловская. В зону влияния горных работ шахты попадает поселок им. Карла Маркса. По состоянию на 01.01.2001 г. шахтой подработаны 1653 здания и сооружения, в том числе 1585 жилых домов.
В 1998-2000 гг. шахта отрабатывала 14 угольных пластов суммарной вынимаемой мощностью 14,6 м. Угол падения пластов 58-66?, род выемки - отбойными молотками и щитовыми агрегатами. Способ управления кровлей - полное обрушение и удержание на кострах.
Для наблюдения за процессом сдвижения, на территории поселка в 1987 г. была заложена наблюдательная реперная станция, состоящая из 133 грунтовых реперов, объединенных в две профильные линии: I линия - реперы 3-76, II линия - реперы 77-133.
Инструментальные наблюдения на станции выполнялись точным нивелиром Ni-020A с компенсатором, интервалы между реперами измеряли стальной компарированной 30-метровой рулеткой с применением жестких отвесов ВНИМИ типа ОЖ-3. Периодичность наблюдений - 1 раз в полгода.
Инструментальные наблюдения на станции и их камеральная обработка выполнялись в соответствии с Инструкцией [96]. Невязка нивелирования составляла около 2 мм (допустимая - 12 мм).
По результатам нивелирования реперов станции построен график суммарных оседаний (рис.2.1). За весь период наблюдений максимальное оседание составило 253 мм (Rp 119). Максимальная скорость оседаний составила в 2000 году 19 мм/год.