Влияние высоты расположения обводненного пласта на устойчивость горной выработки

Abstract

Район Западного Донбасса относится к одним из самых сложных по горно-геологическим условиям. В результате обводненности вмещающих пород происходит их размокание, потеря устойчивости контура выработки, обрушение приконтурных пород. Для исследования процесса изменения полей напряжений и проницаемости вокруг выработки с рамной и анкерной крепью в условиях расположения в кровле обводненного угольного пропластка использовался метод математического моделирования. Проведена серия вычислительных экспериментов для различных значений расстояния между кровлей выработки и обводненным угольным пропластком. Приведены распределения расчетных значений геомеханических параметров и зон неупругих деформаций вокруг горной выработки в рассматриваемых случаях. Выполнено сравнение значений фильтрационной проницаемости пород кровли выработки, закрепленной рамной и анкерной крепью. Показано, что применение анкерной крепи на 25-30 % снижает разнокомпонентность поля напряжений и на 25-35 % – значение проницаемости в кровле горной выработки. Анкерная крепь сдерживает развитие трещиноватости вокруг выработки, сохраняет вмещающие породы в природном, монолитном состоянии, повышает устойчивость горной выработки, даже если в ее кровле расположен обводненный угольный пропласток.

Район Західного Донбасу відноситься до одних з найскладніших за гірничо-геологічними умовами. В результаті обводнення порід, що вміщують виробку, відбувається їх розмокання, втрата стійкості контуру виробки, обвалення приконтурних порід. Для дослідження процесу зміни полів напружень і проникності навколо виробки з рамним і анкерним кріпленням в умовах розташування в покрівлі обводненого вугільного пропластку використовувався метод математичного моделювання. Проведено серію обчислювальних експериментів для різних значень відстані між покрівлею виробки і обводненим вугільним пропластком. Наведено розподіли розрахункових значень геомеханічних параметрів і зон непружних деформацій навколо гірничої виробки в розглянутих випадках. Виконано порівняння значень фільтраційної проникності порід покрівлі виробки, закріпленої рамним і анкерним кріпленням. Показано, що застосування анкерного кріплення на 25-30% знижує різнокомпонентність поля напружень і на 25-35% – значення проникності в покрівлі гірничої виробки. Анкерне кріплення стримує розвиток тріщинуватості навколо виробки, зберігає гірські породи в природному, монолітному стані, підвищує стійкість гірничої виробки, навіть якщо в її покрівлі розташований обводнений вугільний пропласток.

The Western Donbass area refers to one of the most complicated geological conditions. Due to the watering, the enclosing rocks are got soaked, mine tunnel contour losses its stability, and marginal rocks fall. A computer simulation was used for studying changes in the stress field and permeability around the mine tunnels with the frame supports and roof bolting when a flooded coal brat was located in the roof. A series of numerical experiments were carried out with different distances between the mine roof and watered coal brat. Distributions of the estimated values of geomechanical parameters and zones with inelastic deformations around the mine tunnel are shown for the cases under the consideration. The values of the rocks filtration permeability in the mine roofs are compared for the cases with frame supports and roof bolting. It is shown that when the roof bolting is used, difference between the maximum and minimum stress field components decreases by 25-30% and permeability in the mine roof decreases by 25-35%. The roof bolting prevents fractures around the mine tunnel from further development, retains enclosing rocks in their natural, solid state, and increases the tunnel stability even when a watered coal brat is located in its roof.