» » Обрушение вмещающих пород

Обрушение вмещающих пород

08.08.2016

При системах с обрушением руды и вмещающих пород последние могут обрушаться и со стороны висячего бока, и сверху, и из лежачего бока при очень крутом падении.
Обрушение пород висячего бока отстает от выемки руды тем больше, чем устойчивее породы и меньше пролет обнажения по простиранию залежи, больше глубина разработки. Способствует отставанию и наличие над блоком обрушенных пород, которые заполняют его в первую очередь. Обычно общее обрушение висячего бока отстает на 1-2 этажа, а в залежах малой длины по простиранию па глубоких горизонтах может вообще не происходить, тогда в выработанное пространство опускаются обрушенные породы из верхних этажей.
Особенности обрушения устойчивой кровли. Управлять обрушением кровли необходимо при отработке верхнего этажа слепых залежей системами с массовым обрушением, а также в случае накопления в массиве выработанных пустот в результате применения камерной системы.
Устойчивая кровля даже после выемки нескольких смежных блоков стоит месяцы и даже годы, потом из нее может внезапно обрушиться большой объем породы, а при ограниченной глубине разработки может мгновенно произойти и полное обрушение всей толщи налегающих пород.
Падающая масса пород, действуя в отработанном блоке, как поршень, сжимает воздух и выталкивает его из выработанного пространства в связанные с ним выработки. Возникают высокие, опасные для людей скорости воздушной струи (более 15 м/с) и резкие перепады давления (более 0,02 МПа), особенно если на пути воздушного потока встречаются перемычки, составы вагонеток и другие преграды; разрушаются крепь выработок и оборудование. Механическое воздействие воздушной волны, возникающей при мгновенном обрушении или выбросе пород на большой площади, называют воздушным ударом.
Помимо воздушного удара возможно разрушение основания блока ударом падающей массы пород. Кроме того, задержка обрушения висячего бока создает опорное давление на соседние блоки (может привести к раздавливанию массива руды и выработок и горным ударам).
Ускорить обрушение кровли можно увеличением площади обрушаемых блоков и отработкой их подряд.
Опасность воздушных ударов и разрушения выработок при внезапных массовых обрушениях кровли исключается при условии, если в блоке постоянно имеется достаточно толстый слой обрушенной горной массы. (Определение необходимой толщины этого слоя дано ниже). Ориентироваться на самообрушение кровли можно лишь при наличии оснований твердо рассчитывать на то, что указанная толщина будет надежно обеспечена на весь период работы за счет своевременного самообрушения пород кровли — мгновенного при обрушении блоков пли достаточно интенсивного во время выпуска руды. В остальных случаях обрушают кровлю принудительно.
Обрушение вмещающих пород

Принудительное обрушение кровли. Выработки, соединенные с блоком выше его основания, могут быть изолированы прочными перемычками от мест ведения горных работ. Ho остаются выпускные выработки в основании блока, через которые при массовом обрушении воздух вытесняется в действующие выработки.
Для гашения воздушной волны создают в блоке над выпускными выработками слой раздробленных пород — тaк называемую породную подушку — путем принудительного обрушения части пород кровли (и иногда временного оставления части отбитой руды). Обрушение пород производят вместе с обрушением рудного блока.
Если применяют этажное принудительное обрушение с компенсационными камерами, то объем камер должен быть рассчитан с учетом разрыхления обрушаемых пород.
Подушка должна иметь достаточное аэродинамическое сопротивление и, следовательно, достаточную толщину, чтобы скорость и перепад давления воздуха в действующих выработках не достигли опасных величин. Такая толщина достаточна и для защиты основания блока от удара массы падающей породы.
Параметры предохранительной породной подушки исследованы кафедрой подземной разработки руд Московского горного института (В.Ф. Абрамовым, А.Н. Меркуловым, В.В. Поповым, В.Ф. Саенко под руководством автора).
Установлено, что минимально необходимую толщину породной подушки hпп приближенно можно считать прямо пропорциональной высоте падения пород на подушку Нпад (рис. XIII.1), т. е.
Обрушение вмещающих пород

где k — коэффициент пропорциональности.
Обрушение вмещающих пород

здесь k1 — коэффициент, учитывающий аэродинамическое сопротивление предохранительной подушки; k2 — то же, обрушающихся пород; k3 — то же, выпускных выработок; kбез — коэффициент резерва, учитывающий неравномерность толщины подушки и кусковатости слагающих ее пород и прочие факторы. k1 зависит от кусковатости пород и формы кусков, более угловатой у пород более крепких.
По эмпирической зависимости
Обрушение вмещающих пород

где dсp — диаметр среднего куска, м (см. формулу VIII.3). Обычно dср равен при скважинной отбойке 0,15-0,25, при минной — 0,3-0,5, k2 зависит главным образом от характера обрушения пород.
При полном обрушении с мгновенным выходом обрушения на поверхность, если при этом расстояние до поверхности не менее приблизительно 200 м или если имеются наносы толщиной не менее 20 м, которые в этом случае обрушаются сплошным слоем, по эмпирической зависимости
Обрушение вмещающих пород

где Hс.п — высота свободного пространства перед обрушением, м (формула справедлива при Нс.п<70 м).
При частичном обрушении пород
Обрушение вмещающих пород

Коэффициент аэродинамического сопротивления выпускных выработок kз зависит как от относительной площади их сечения, так и от скорости воздушного потока, определяемой частичным или полным обрушением.
По эмпирической зависимости
Обрушение вмещающих пород

где S — площадь блока; s — площадь выпускного отверстия; n— число выпускных отверстий; а — коэффициент, учитывающий характер обрушения пород. При частичном обрушении а=1, при полном обрушении — 0,7.
Значения множителя в квадратных скобках при полном обрушении пород и при S/ns равном 10; 20; 30; 40; 50 можно принимать соответственно 1,5; 2,8; 4,0; 6,0; 8,0. kрез можно принимать 1,3 при условии, что толщина подушки и диаметр среднего куска изменяются не более чем на 20 %,
Высота падения пород при заданной высоте блока сама зависит от толщины подушки, поэтому далее будем оперировать высотой блока (см. рис. XIII.1). При образовании подушки принудительным обрушением пород кровли
Обрушение вмещающих пород

где k — из формулы (XIII.2); kр — коэффициент разрыхления породы, слагающей подушку; Нбл — высота блока, т.е. очистного пространства от основания блока до его кровли, м.
При обычном значении kз = 1,35.
Обрушение вмещающих пород

Толщина слоя пород, подлежащего обрушению для образования подушки,
Обрушение вмещающих пород

Для подушки из отбитой руды
Обрушение вмещающих пород

следовательно, толщина рудной подушки
Обрушение вмещающих пород

Если по соседству имеется блок, подлежащий последующему массовому обрушению, то толщина подушки должна быть не меньше высоты этого блока, иначе часть руды будет выброшена на народную подушку и потеряна (рис. XIII.2).
Обрушение вмещающих пород

Обрушают породы скважинами или сосредоточенными зарядами (рис. XIII.3).
Если устойчивые породы в кровле залегают в виде слоя, то взрыванием зарядов его достаточно отрезать от массива по границам посадки. Аналогичная схема посадки возможна при наличии в кровле пологих трещин. При развитой вертикальной трещиноватости возможно обрушение пучком двух-трех вееров горизонтальных и слабонаклонпых скважин или одним минным ярусом.
Если необходимая толщина подушки не превышает 15-20 м, а верхний рудный подэтаж обрушают вертикальными веерами скважин, то для образования подушки пробуривают часть скважин веера в кровлю на соответствующую длину.
Метод обрушения кровли должен выбираться с учетом толщины породной подушки и параметров отбойки, от которых зависит кусковатость обрушенных пород. В общем случае, чем ниже удельные затраты на обрушение пород и чем, следовательно, меньше эти породы будут раздроблены, тем толще нужна подушка и, значит, больший объем пород требуется обрушить.
Обрушение вмещающих пород

Снижение опорного давления. Отставание в обрушении кровли создает опорное давление на соседние блоки. Главная мера против этого — обрушение подработанной кровли за счет увеличения площади обнажения или принудительное.
Полное обрушение пород до земной поверхности практически невозможно осуществить сразу вслед за выемкой при глубинах разработки более 100-200 м. Если же обрушают лишь нижнюю часть налегающей толщи, то высота этой толщи уменьшается незначительно; опорное давление, передаваемое на массив через слон пород, распределяется на увеличенную площадь, что снижает концентрацию напряжений, однако лишь на ограниченное (несколько месяцев) время в связи с реологическими свойствами пород. В этом случае необходима весьма интенсивная выемка.
При больших глубинах давление часто не позволяет применять системы с массовым обрушением, тем более, что оно увеличивает вероятность горных ударов.