1.4. Процессы сдвижения горных пород и горного удара

Выемка пластов угля, а также залежей других полезных ископаемых вызывает образование в недрах земли пустот значительных размеров. Породы, залегающие в кровле горных выработок, под действием силы тяжести и горного давления приходят в движение, обусловливая развитие процесса сдвижения всей толщи, включая земную поверхность.

В результате сдвижения и деформации толщи горных пород деформируется и нарушается целостность крепи горных выработок (стволов, квершлагов, околоствольных выработок, штреков), попавших в зону сдвижения. Объекты, расположенные на земной поверхности и также попавшие в зону сдвижения, деформируются, а при неблагоприятных условиях подработки даже разрушаются.

Проявление процесса сдвижения и деформирования горных пород над очистными выработками происходит более интенсивно и особенно в лавах большой длины со значительной мощностью разрабатываемого, пласта при управлении кровлей обрушением.

Различают три стадии развития процесса сдвижения: начальную (обрушение или прогиб непосредственной кровли), промежуточную (прогиб всей вышележащей толщи пород) и конечную (сдвижение наносов и земной поверхности).

Сдвижение толщи горных пород и земной, поверхности, вызванное подземными горными разработками, зависит от многих факторов, основными из них являются: физико-механические свойства горных пород, геологическое строение толщи, гидрогео-логические условия, тектонические нарушения (сбросы, трещины, складчатость), мощность залежи, глубина разработки, система разработки (размеры очистных выработок, полнота выемки, управление кровлей), скорость подвигания очистных работ, нарушенность толщи ранее проведенными горными выработками, мощность наносов, рельеф земной поверхности. Учитывая тесную связь между отдельными факторами в характере влияния на процесс сдвижения, будем рассматривать некоторые из них совместно.

Тектонические нарушения – трещиноватость, плоскости сбросов, представляющие собой поверхности ослабления массива горных пород, могут существенно оказывать влияние на развитие процесса сдвижения и величину углов сдвижения.

Вынимаемая мощность пласта и глубина разработки - являются наиболее важными факторами, влияющими на развитие процесса сдвижения. От мощности пласта зависит интенсивность развития процесса сдвижения, его форма, величина оседания. При прочих равных условиях чем больше мощность пласта, тем больше величина оседаний и деформаций, больше размеры зоны обрушений и нормально секущих трещин.

Система разработки – влияет на процесс сдвижения размерами очистных выработок, величиной оставляемых целиков, способов управления кровлей.

Нарушенность толщи пород – ранее проведенными горными работами, существенно отражается на развитии процесса сдвижения при повторных ее подработках. В этих случаях процесс сдвижения как бы активизируется. Параметры, характеризующие процесс сдвижения, отличаются от параметров при первичной подработке.

Рельеф местности – сказывается на развитии процесса сдвижения земной поверхности, особенно при подработке крутых склонов в холмистых районах. В этих случаях на крутых склонах появляются так называемые заколы, т. е. резко выраженные глубокие трещины. Заколы отделяют нижнюю часть склона от верхней, причем нижняя часть получает значительное смещение.

В процессе создания горной выработки в массиве равновесное состояние пород нарушается. В окружающем выработку массиве появляются неуравновешенные силы, совокупность которых создает напряженное состояние, называемое горным давлением. В массиве пород вокруг горных выработок появляются области с различными значениями напряжений.

Горное давление в массиве пород создает вокруг горной выработки область повышенных напряжений. Размеры этой области зависят от величины горного давления и свойств горных пород. Внутри области повышенных напряжений, ближе к контуру выработки, может образоваться область пониженных напряжений, в пределах которой горные породы существенно теряют устойчивость. На напряженное состояние массива вокруг выработок оказывают влияние также тектонические силы, действующие не в вертикальном направлении.

Горное давление может проявляться в горных выработках в различной форме: опускание кровли и пучение почвы, появление трещин, отслаивание и выпадение отдельных кусков породы, вывалы больших объемов пород. Проявления горного давления могут быть длительными во времени и быстропротекающими, их называют динамическими проявлениями горного давления. К ним относят внезапный выброс угля и газа, горный удар.

Горный удар происходит в результате концентрированного накопления потенциальной энергии упругого сжатия горных пород и характеризуется как мгновенное высвобождение этой энергии. В результате происходит внезапное хрупкое разрушение сильно напряженных угля и боковых пород, сопровождается резким сильным звуком.

Горные удары возникают при определенной глубине разработки (более 200 м). Местами проявления горных ударов могут быть подготовительные и очистные выработки, целики угля. В подготовительных выработках, проводимых по мощным пластам или однородным породам, горные удары возникают в момент взрыва зарядов, расширения и перекрепления выработок, при этом, как правило, разрушение происходит со стороны незакрепленного участка выработки. В очистных выработках горные удары чаще всего возникают во время выемки угля.

По силе проявления горные удары подразделяются на следующие виды: Собственно горный удар - это быстро протекающее разрушение целика или краевой части массива угля (породы), проявляющиеся в виде выброса угля (породы) в подземные выработки с нарушением крепи, смещением машин, механизмов, оборудования. Удар сопровождается резким звуком, сотрясением горного массива и образованием большого количества пыли. Может сопровождаться значительным газовыделением. Микроудар – быстро протекающее незначительное разрушение массива угля (породы), проявляющееся в виде выброса или осыпания угля (породы) в горные выработки без нарушения крепи и без смещения машин и механизмов. Микроудар сопровождается звуком, незначительным сотрясением горного массива и образованием пыли. Толчок – проявляется в разрушении пласта угля (породы) в глубине массива без выброса в горную выработку. Толчок сопровождается звуком, сотрясением массива, появлением пыли.

Стреляние – проявляется в отталкивании от угольного пласта (пород) отдельных кусков и сопровождается резким звуком.

Признаки, предшествующие горному удару:

1. Усиленное давление на крепь;

2. Удары и треск в массиве угля различной силы и частоты;

3. Зажатие бурового инструмента;

4. Шелушение забоя;

5. Стреляние отслоившихся кусочков угля (породы) [1].