2.4.Особенности разработки пластов, склонных к горным ударам

В угольных шахтах имеют место явления в известной степени сходные с внезапными выбросами угля и газа. Они получили название горные удары.

Горный удар — это быстро протекающее разрушение угольного (породного) массива, прилегающего к горной выработке, возникающее вследствие мгновенного превращения накопленной в нем потенциальной энергии упругого сжатия в кинетическую энергию, сопровождающееся выбросом угля (пород) в горную выработку, ее разрушением, сильным звуковым эффектом и возникновением мощной воздушной волны. Иногда горные удары сопровождаются сотрясением массива, ощущаемым на земной поверхности в радиусе до 10 км.

Горные удары имеют место во многих горнодобывающих районах мира. В Украине они наблюдаются в Донецком бассейне, начиная с 1973 года. За период с 1973 г. по 1997 г. зарегистрировано 35 горных ударов, причем все они (кроме одного) произошли на шахтах Центрального района Донбасса с крутым залеганием пластов. При этом 66% горных ударов произошли при выемке угля отбойными молотками, 33% — при механизированной выемке и 1 горный удар — при бурении разгрузочных скважин.

В формировании и проявлении ударов участвуют два фактора: повышенное горное давление и склонность угля к хрупкому разрушению. Повышенное горное давление обусловливается большой глубиной разработки, а также наличием зон повышенного горного давления от целиков угля и краевых частей соседних пластов.

Прочность угля пластов, склонных к горным ударам, на одноосное сжатие _сж составляет 6–10 МПа. При небольшой мощности пластов (тонкие и весьма тонкие) краевые части их деформируются в условиях, приближающихся к объемному сжатию, вследствие чего возрастает устойчивость к горному давлению, в них могут накапливаться большие запасы потенциальной энергии, и в момент нарушения равновесия сил горного давления и бокового отпора проявляются горные удары.

Четко выраженных предупредительных признаков, предшествующих горному удару, не наблюдается. Иногда ударам предшествуют увеличение горного давления, шум в массиве, пучение почвы и др.

Существующая классификация подразделяет горные удары на стреляния, толчки, микроудары и горные удары большой интенсивности.

Стреляние проявляется в виде отскакивания от стенки массива (целика) отдельных кусков угля или породы.

Толчки проявляются в виде разрушения пласта в массиве и сопровождаются сотрясением горного массива (без выброса угля). При толчках возможно осыпание угля со стенок выработки, образование пыли и воздушной волны.

При микроударах происходят разрушение и незначительный выброс угля в горные выработки без нарушения крепи, сопровождающиеся резким звуком, образованием пыли и сотрясением массива горных пород.

Горные удары большой интенсивности сопровождаются резким звуком, сотрясением, образованием пыли и разрушением крепи.

По месту проявления различают горные удары в целиках, в краевой части угольного массива и в горных выработках, проводимых по пласту угля или в боковых породах.

Каждая из отмеченных форм проявления горных ударов отличается условием образования зон опорного давления, что определяет характер и интенсивность проявления горного удара.

Согласно "Инструкции по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, опасные по горным ударам", полное разрушение целика в результате горного удара может произойти при его ширине

lц = (0,1–0,4) lоп, м,

(13.0)

где l_оп – ширина зоны опорного давления, м.

Целики шириной менее 0,1l_оп не опасны по горным ударам. При ширине более 0,4l_оп они разрушаются, как правило, в сторону очистного забоя или в сторону охраняемой целиками выработки.

Поскольку проявление горных ударов возможно лишь при повышенном горном давлении и способности угля (породы) накапливать и внезапно высвобождать упругую энергию, то меры борьбы с горными ударами должны предусматривать возможность устранения одного или обоих из этих условий.

Для предотвращения горных ударов применяются те же мероприятия, что и при борьбе с внезапными выбросами угля и газа.

К основным мероприятиям относятся:

• опережающая разработка защитных пластов;

• ведение горных работ без оставления целиков угля на всех сближенных пластах;

• нагнетание воды в пласт;

• камуфлетное взрывание.

В качестве защитных мер применяют специальный режим ведения буровзрывных работ, дистанционное управление выемочными и проходческими машинами, выемку опасных пластов без присутствия людей в очистном забое, проведение выработок широким ходом.

Наиболее эффективным защитным мероприятием является опережающая разработка защитных пластов. Правила безопасности требуют первоочередной отработки без оставления целиков защитных пластов, залегающих на расстоянии не более 0,5h от опасного пласта при подработке или не более 0,3h при надработке (h – наклонная высота этажа в защищаемом пласте).

При разработке сближенных пластов необходимо применять групповую подготовку с проведением выработок по породе или по неопасным пластам. Подготовку сближенных пластов осуществляют полевыми штреками, пройденными по прочным породам лежачего бока, и промежуточными квершлагами. Для пологих и наклонных пластов вместо квершлагов можно применять гезенки. Выработки по удароопасному пласту рекомендуется проводить без оставления целиков с возведением бутовых полос, то есть проводить их широким забоем. Для отработки тонких и средней мощности удароопасных пластов следует применять сплошную систему разработки лава-этаж без оставления охранных целиков около выработок. Применение столбовой системы при отработке удароопасных пластов допускается в порядке исключения с обязательным проведением защитных мероприятий.

При ведении очистных работ на удароопасных пластах не рекомендуется допускать встречное движение очистных забоев, а также опережение нижних подэтажей верхними, так как в этих случаях создаются условия для повышенных концентраций напряжений и проявления горных ударов. Очистные забои на удароопасных пластах должны быть прямолинейными. Допуск людей в забой разрешается через 25–30 мин после проведения взрывных работ.

Поддержание выработок на границе с выработанным пространством рекомендуется проводить с помощью бутовых полос и податливой крепи. При поддержании целиками их размеры должны быть достаточно большими, что нецелесообразно при глубине разработки от 400 м.

Разработку мощных пластов, опасных по горным ударам, ведут наклонными слоями в нисходящем порядке. При этом, чем опаснее пласт, тем меньше должна быть мощность первого слоя, отрабатываемого с применением защитных мероприятий. Остальные слои могут иметь большую мощность и отрабатываться как неопасные.

При разработке тонких и средней мощности пластов желательно применять полную или плотную частичную закладку. При управлении кровлей полным обрушением шаг обрушения должен быть минимальным (через каждый цикл). В случае зависания кровли следует применять ее искусственное обрушение.

Ведение очистных работ в местах тектонических нарушений, а также при подходе к ним на расстояние не более 10 м должно сопровождаться применением специальных защитных мероприятий.

Вопросы для самоконтроля

1. По каким направлениям ведется борьба с выбросами угля и газа? Поясните, какие конкретно цели преследует каждое из этих направлений.

2. Какие пласты и почему называются защитными? Может ли в качестве защитного пласта приниматься выбросоопасный?

3. Как влияет ширина выработанного пространства на эффективность защитного действия пласта? Дайте пояснения.

4. Какая разница между эффективной и критической мощностью защитного пласта? Дайте их определение.

5. Укажите величину минимально допустимого опережения защитного пласта по отношению к забоям на выбросоопасном при надработке и подработке, если расстояние между пластами составляет 30, 17 и 52 м.

6. В каких случаях и почему ограничивается величина допустимого опережения в разработке защитного пласта по отношению к опасному?

7. Как следует вести разработку защитного пласта по отношению к опасному, если a  L₁+L₂ и если а < L₁+L₂?

8. Какие системы разработки рекомендуется применять на незащищенных выбросоопасных пластах и почему?

9. Почему на выбросоопасных пластах необходимо применять узкозахватную или струговую выемку в очистном забое?

10. В чем заключается идея ограничения скорости подачи комбайна, как способа предупреждения возникновения выбросов в очистном забое?

11. Какова природа горных ударов?

12. Как классифицируются горные удары?

13. Назовите основные мероприятия по предупреждению горных ударов при подземной добыче угля.