Управление состоянием массива

 

управление состоянием массива

 

 

 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ГОРНОМ ДАВЛЕНИИ

 

Горное давление - силы, возникающие в массиве горных пород в результате действия гравитации и тектонических напряжений, существующих в земной коре из-за современных тектонических процессов.

 

Проявления горного давления - механические процессы (смещения, деформации, разрушения массива, нагрузки на крепь, давление на целики), происходящие в массиве горных пород, как реакция массива на нарушение исходного (природного, существовавшего до начала горных работ) напряженного состояния при ведении горных работ.

 

Смещения массива горных пород происходят вокруг любых выработок (и подготовительных, и очистных). Ту часть массива горных пород, в которой происходят смещения и изменяется напряженное состояние, называют областью влияния выработки.

 

Подготовительные выработки имеют небольшое сечение. Причем, как правило, высота и ширина выработки примерно одинаковы. Поэтому и область их влияния на состояние массива тоже небольшая (примерно ее радиус можно оценить как 2-3 габарита выработки во всех направлениях: вверх, вниз и в обе стороны от выработки). Смещения массива можно заметить по изменению контуров горных выработок: кровля, прогибаясь, опускается, почва поднимается, стенки сближаются из-за их смещений к центру выработки. В итоге сечение выработки уменьшается. По мере удаления от контура выработки смещения массива постепенно уменьшаются и на границе области влияния выработки затухают.

 

Размеры очистных выработок существенно больше, чем подготовительных. Обычно пролет выработанного пространства превышает выемочную мощность залежи во много раз. За габарит очистной выработки принимают пролет выработанного пространства. Поэтому и области влияния очистных выработок значительно больше. Смещения массива распространяются на большие расстояния от очистной выработки и, как правило, достигают земной поверхности. На земной поверхности образуется мульда сдвижения, в пределах которой происходят оседания и горизонтальные смещения земной поверхности.

 

Из-за неравномерности смещений массив горных пород деформируется: сжимается, растягивается, изгибается, сдвигается. При деформировании массива изменяется его напряженное состояние. Вокруг выработок возникают зоны разгрузки и концентрации напряжений. В зонах разгрузки действующие напряжения по сравнению с природными снижаются; в зонах концентрации - увеличиваются. Если выработки закреплены, то несущие элементы крепи (анкеры, стойки металлической рамной крепи), деформируясь совместно с массивом, напрягаются и начинают нести нагрузку, препятствуя дальнейшим смещениям массива.

 

Если действующие в массиве напряжения достигают прочности пород, массив разрушается. Кровля выработок обрушается. Бока выработок раздавливаются. Раздавленные участки массива отслаиваются, сползают, обрушаются в выработку. Междукамерные целики, если нагрузка на них превышает их несущую способность, разрушаются. После разрушения группы целиков начинается обрушение налегающей толщи пород. В определенных условиях обрушение может достичь земной поверхности. В этом случае на ней образуется провал.

 

Разрушение массива происходит путем образования в нем трещин различных размеров, по которым монолитный ранее массив расчленяется на более мелкие блоки. Образование трещин сопровождается треском. Треск вызван упругими колебаниями массива, возникающими при образовании трещины. Упругие колебания (волны) при этом распространяются в массиве во все стороны.

 

Образование мелких трещин инициирует слабые трески высокой частоты, которые можно зарегистрировать только специальными приборами, если приклеить чувствительный датчик к контуру выработки в непосредственной близости от места образования трещины. Через несколько метров от места образования трещины высокочастотные волны затухают.

 

Сильный треск, который может услышать человек, свидетельствует об образовании крупных трещин протяженностью в несколько метров. Трески, слышимые человеком, распространяются в массиве на десятки и первые сотни метров.

 

Упругие колебания, которые возникают при образовании трещин протяженностью в десятки метров и воспринимаются человеком как звук выстрела, распространяются в массиве на километры. Их можно зарегистрировать сейсмической системой контроля, даже если датчики расположены на земной поверхности.

 

Крупные обрушения налегающей толщи с образованием трещин протяженностью в сотни метров вызывают такие же сильные колебания массива, как при землетрясениях. Мощные упругие волны низкой частоты от крупных обрушений распространяются в земной коре на тысячи километров и регистрируются сейсмостанциями во всем мире как техногенные (т.е. вызванные деятельностью человека) землетрясения. В истории разработки Жезказганского месторождения такими были обрушения в поле шх. 57бис в1991 г., в поле шх. 42-47 в1996 г. и в поле шх. 57 в2002 г. Упругие волны от данных обрушений были зарегистрированы сейсмостанциями даже в США.