Аналіз стійкості маркшейдерських опорних мереж на шахтах Донбасу

Грищенков А.Н., Грищенкова М.В., ДонНТУ

Введення

Планування ведення гірничих робіт та відпрацювання корисної копалини неможливе без побудови в підземних гірничих виробках єдиної мережі опорних пунктів, просторові координати яких повинні бути визначені з необхідною точністю в єдиній загальнодержавній системі координат.

У статті "Відпрацювання вугільних пластів в умовах впливу зон підвищеного гірничого тиску "[1] наводиться, що на шахтах об'єднання Шахтарськвугілля щорічно до 70% підготовчих і до 30% очисних забоїв експлуатується в умовах підвищених навантажень від зон ПГД, наслідком чого є велика протяжність виробок, що знаходяться в незадовільному стані. При цьому в деформівних виробках піддається деформації пункти підземної маркшейдерської опорної мережі, що іменується далі ПМОС.

В даний час актуальним питанням є оцінка надійності ПМОС, створюваної в деформівних гірських виробках.

До цих пір не розроблені методичні рекомендації з обліку порушень пунктів ПМОС для забезпечення необхідної точності створення підземного планового обгрунтування.

У роботах [3,4,5] пропонується для прогнозування зміщення маркшейдерських пунктів використовувати методи математичного моделювання. Методи математичного моделювання дають можливість прогнозувати зміщення маркшейдерських пунктів при різному взаємному положенні підготовчої (капітальної) і очисний виробок. Ці методи доцільно застосовувати для прогнозу якісної та кількісної картин деформацій підземних маркшейдерських мереж в масштабах виробничого об'єднання або цілого геологопромишленного району з типовими гірничо-геологічними умовами.

Проведеними дослідженнями [3,4,5] встановлено, що деформації підземних маркшейдерських мереж залежать від ряду гірничогеологічних і гірничотехнічних факторів, які можна розділити на 2-е групи. Перша група - Фактори, вплив яких практично неможливо зменшити або виключити. До них відносяться глибина розробки, що розробляється потужність пласта, розміри і вид кріплення виробки, оригінал напружений стан масиву гірських порід. Друга група включає в себе ряд факторів, вплив яких може бути значно зменшено застосуванням раціональної технології закріплення маркшейдерських пунктів (кут падіння порід, їх міцність і тріщинуватість, положення щодо вироблення очисних порід).

Раціональна технологія закріплення маркшейдерських пунктів передбачає науково обгрунтований вибір виробок і місця закріплення пунктів у виробленні, конструкцію маркшейдерського центру. В умовах глибоких горизонтів шахт Донбасу раціональною конструкцією маркшейдерського центру слід вважати центр анкерного типу, довжина та спосіб якого залежать від стійкості вміщуючих порід.

Питання надійності ПМОС піднімаються також Левченко І.А і фабричні М.М. і в статті "Оцінка надійності опорної маркшейдерської мережі "[6].

М.М. Фабричний в своєї кандидатської дисертації виробляв натурні дослідження на шахтах виробничих об'єднань Дзержинськвугілля, Донецьквугілля і Лисичанськвугілля і вони показали, що найбільшим зсувом пожвержени пункти, закріплені у контурній зоні шириною до 0.6 м. Збільшення глибини закріплення до 1-1.5 м істотно підвищує істотно підвищує стійкість пунктів. У умовах розробки крутопадаючих пластів стабілізація зміщень пунктів у надрабативаемих штреках настає при видаленні забою надрабативающей лави на 1.3-1.4 величини междупластья. В умовах пологого залягання вплив надработкі починає проявлятися за 100-200 м до підходу надрабативающей лави і закінчується при видаленні лави на 40-80 м. У капітальних гірських виробках вплив забою самих виробок на стійкість маркшейдерських пунктів стає несуттєвим при видаленні вибою на 30-60 м міцних і 70-120 м слабких або разнопрочних породах.

М.М. Фабричний на основі аналізу 127 повторних полігонометричних ходів показав, що вектори зсуву маркшейдерських пунктів спрямовані уздовж осі виробки (хрестом простягання порід) у бік падіння слабопрочних порід. Відхилення від осі вироблення не перевищує 3-8 °. У штреках (пластових та польових) вектори зсуву спрямовані перпендикулярно осі вироблення і найчастіше в бік незайманого масиву гірських порід. Абсолютні значення векторів зсуву пунктів в залежності від умов становлять 20-1000 мм. Вплив помилок вимірів на точність визначення положення пунктів було оцінено за допомогою довірчих еліпсів похибок (довірча ймовірність p0 = 0.95). Порівняння величин векторів зміщень і розмірів піввісь довірчих еліпсів свідчать про домінуюче вплив геомеханічних процесів на точність визначення положення пунктів маркшейдерських мереж.

Н. Н. Фабричний і Н. А. Кравченко [7] на підставі аналізу стану підземних маркшейдерських опорних мереж і результатів шахтних вимірювань визначили, що термін служби постійних маркшейдерських пунктів не перевищує 2-3 року та їх стійке положення в просторі залежить від стійкості гірничих виробок, в яких вони закріплені.

Інженер E.Д. Жариков відзначав, що в гірських виробках з піддатливою кріпленням, на глибоких горизонтах зміщення порід контуру склали більше 300-400 мм (у деяких випадках досягли 1000-1200 мм), а ширина зони непружних деформацій - 8-10 м. Як правило, на контурі утворюється зона зруйнованих порід шириною до 2-2,5 м. У подібних випадках і центр маркшейдерського пункту закріплюють у зруйнованих породах контура, він зміщується спільно з ними на значну величину, що і визначає його нестійкий положення в просторі.

Це призводить до того, що маркшейдера доводиться виконувати великий обсяг робіт з прокладання полігонометричних ходів для оновлення опорних мереж, а в деяких випадках і до повторного орієнтування підземних зйомок.

Зі збільшенням глибини гірничих робіт, що вміщують породи навколо вироблення значною області переходять в граничний стан, тобто формується зона непружних деформацій. Розміри цієї зони залежать в першу чергу від глибини розташування, міцності вміщуючих порід і типу кріплення. При переході в граничний стан породи цієї зони, деформуючись і розширюючись в обсязі, видавлюються у вироблення і обумовлюють зміщення порід на контурі перетину і навантаження на кріплення. Цей процес триває протягом усього терміну служби вироблення з поступовим загасанням швидкостей зміщень.

При веденні гірничих робіт на великих глибинах суттєво ускладнюється підтримання виробок. Це призводить до різкого збільшення трудовитрат на відновлення первісного перетину за рахунок подривкі грунту або перекрепленія. У результаті прояви геомеханічних процесів в гірських виробках порушуються або навіть знищуються пункти маркшейдерських опорних мереж.

Вчені й інженери: Є.Д. Жаріков, І.А. Левченко, Н.С. Котиків, М.М. Фабричний систематизували дані про стан опорних мереж на підставі інформації з семи виробничим об'єднанням (по 40 шахтам). Тільки на чотирьох шахтах опорні мережі закладені в грунті виробок.

Аналіз їх фактичного стану показав наступні. Більшість досліджуваних опорних мереж закладені на глибинах 700-1000 м (55%), 12% - на глибинах більше 1000 м.

Переважна вплив на стійкість маркшейдерських мереж роблять два фактори: глибина розташування вироблення та наявність очисних робіт на суміжних пластах. Найменше стійкі опорні мережі на шахтах Центрального району. У цьому районі навіть на порівняно малих глибинах (300-400 м) через вплив над-і підробки пункти опорних мереж служать не більше двох років. Щодо стійкі пункти лише в головних і проміжних квершлагами у зв'язку з відсутністю впливу на штреки очисних робіт вище-і нижчих шарів.

Як відзначають вищезгадані дослідники «фактичні зміщення маркшейдерських пунктів на зазначених шахтах становлять від 10-50 мм поза зони впливу очисних робіт, до 200-1000 мм - при дії останніх. Отримання інформації про усунення пунктів в складних умовах утруднене із-за частого перекрепленія гірських виробок і знищення маркшейдерських пунктів ».

Проблемами охорони капітальних виробок від впливу очисних робіт і зрушення у виробках в результаті гірського тиску займалися і внесли великий внесок в науку багато її діячі, такі як Г.Г. Литвинський, М.П. Зборщик, В.І. Черняєв, Ю.М. Басінскій, В.Ф. Водяне, В.М. Кулешов та багато інших. Цими проблемами займався Слухаючи, а в даний час УкрНДМІ.

В «Інструкції ...» [2] говориться, що зрушені пункти опорної мережі дозволяється використовувати для поповнення мережі, якщо дирекційний кут початковій боку прокладається ходу визначають гіроскопічним способом, а відстань між останніми збереглися пунктами змінилося не більш ніж на 15 см. Даний пункт «Інструкції ...» не враховує того обставини, що група пунктів опорної мережі, що знаходяться в близьких умовах, може бути піддана паралельному зрушення щодо їх початкового положення та маркшейдер може не виявити такий зсув, який може бути досить значним. Найбільша вірогідність такого зміщення пунктів в зоні впливу очисних робіт буде при зсуві пунктів паралельно щодо осі підготовчої виробки, так як зсовування в напрямку перпендикулярно осі підготовчої виробки на порядок, а то й на два більше змішань уздовж її напрямки. Величина такого зсуву за даними спостережень М.М. Фабричного на шахтах Донбасу становить від 20 до 1000 мм.

Висновок

Відзначимо, що прогнозуючи зміщення контурів виробок ми тим самим прогнозуємо змішання пунктів знаходяться в цих виробках.

Використовуючи можливості сучасних ЕОМ можна застосувати аналітичні методи для прогнозу зміщення маркшейдерських пунктів.

Слід зазначити, що для ЕОМ можна розробити методи розрахунку ступеня порушення пунктів. Між двома уцілілими пунктами опорної мережі, відстань між якими значно (наприклад, 300 м), можна прокласти полігонометричних хід і результати порівняти з тими даними (з попереднім полігонометричних ходом), які були закладені в ЕОМ раніше. Це дозволить оцінити можливість їх подальшого використання для прив'язки нових ділянок мережі.

Список літератури

1. Щомісячний науково-технічний, виробничий і економічний журнал "Вугілля України", No 4 '97.

2. Маркшейдерськi роботи на вугiльніх шахтах та розрiзи: Iнструкцiя, Донецьк: ТОВ «АЛАН», 2001.-264 с.

3. Збірник Слухаючи. 28 червня - 2 липня 1988 р., II.

4. Збірник Слухаючи. 28 червня - 2 липня 1988 р., XIII.

5. Збірник Слухаючи. 28 червня - 2 липня 1988 р., V.

6. Левченко І.А., Фабричний М.М. Оцінка надійності маркшейдерської опорної мережі, "Вугілля України" - 1993 .- N4.-С.48-49 .- Укр.

7. Фабричний М.М., Кравченко Н.А. Досвід побудови підземних маркшейдерських опорних мереж з урахуванням впливу геомеханічних процесів. - М.: ЦНІЕІ вугілля, 1986, - 26 с. (Видобуток і переробка вугілля: Експрес-інформація).

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://masters.donntu.edu.ua/