Сборник научных трудов ДонГТУ

Статья

Наименование Шахтные исследования структурно-механических особенностей массива обрушенных пород
Авторы Бабиюк Г. В., д. т. н., проф.
Доценко О. Г., ст. преп.
Раздел Науки о земле
Год 2019 Выпуск 57 Страницы 12 - 18
УДК 621.83
Аннотация Приведены результаты исследований гранулометрического состава несвязных, обрушенных и уплотнённых пород кровли угольного пласта после его отработки лавой. Дана статистическая оценка размеров породных кусков в зависимости от расстояния до почвы отработанного пласта и структуры обрушенных пород.
Реферат Цель — изучить структурные особенности обрушенных и уплотняющихся пород непосредственно в забоях выработок, проводимых в выработанном пространстве.
Методика. Изучение структурно-механических особенностей несвязных пород в выработанном пространстве выполнено путём шахтных исследований в забоях выработок, проводимых по обрушенным и уплотнённым породам. Достаточно полной характеристикой гранулометрического состава пород выработанного пространства является статистическая плотность распределения породных кусков по их размеру. Непосредственное измерение размеров породных кусков неправильной формы представляет собой весьма трудоёмкую операцию, поэтому объектом гранулометрического анализа приняты не сами куски, а их проекции на фотоснимках, выполненные в определённом масштабе с использованием фотограмметрии.
Результаты. По фотографиям проходческих забоев изготовлены эскизы расположения породных кусков в их поперечном сечении и определены структурные параметры обрушенных пород. Построены графики дифференциальных и интегральных функций распределения крупности породных кусков. Вид кумулятивной кривой распределения выпуклый, что говорит о преобладании крупных кусков в обрушенном массиве. Установлено, что для теоретического описания эмпирических данных о гранулометрическом составе свода обрушения подходит log-нормальный закон распределения. В пределах каждого рассматриваемого слоя породы однородны. С удалением от почвы отработанного пласта размеры породных кусков в своде обрушения растут. Тренд изменения математического ожидания размера породного куска от расстояния до почвы отработанного пласта, построенный по всем выборкам, имеет близкий к линейной зависимости вид в этом интервале.
Научная новизна. Уточнено строение свода обрушенных пород. Высота мелкодроблёного слоя близка к мощности вынутого угольного пласта, породные куски в этом слое располагаются хаотично, выделить направление преимущественного распространения контактных трещин нельзя. Эквивалентный диаметр кусков (d) здесь варьирует от 5 до 53 см, а в среднем составляет 25 см, интенсивность трещиноватости 1/d = 4. Над мелкодроблёными породами залегает более мощный крупнодроблёный слой, высоту которого обычно принимают равной (3-6) · m, где m — мощность вынутого угольного пласта. По данным исследований, размер породных кусков здесь изменяется от 10 см до 90 см, а в среднем составляет 42-46 см, интенсивность трещиноватости крупнодроблёных пород равна 2,2. Расположение породных кусков друг относительно друга постепенно приобретает некоторую упорядоченность, плавно переходящую к блочной структуре следующего слоя — зоны связного опускания пород. С учётом линейного тренда изменения диаметра породных кусков по мере удаления от почвы вынутого пласта и заданного коэффициента интенсивности трещиноватости 1/d = 0,2 высота свода обрушения оценивается от 125 до 193 м, что подтверждает исследования других авторов.
Практическая значимость. От достоверности информации о структурных особенностях свода обрушения зависит методология компьютерного моделирования геомеханических процессов и технологические параметры способа повышения устойчивости выработок, проводимых и поддерживаемых в обрушенной породной толще.
Ключевые слова обрушенные породы, выработка, размер куска, эквивалентный диаметр, интенсивность трещиноватости, статистика, плотность распределения, лава, свод обрушения.
Полный текст