Основные характеристики и определения

Исторический опыт подземной добычи угля показывает, что достаточно полноепредставление об условиях горных работ дают геологические и горнотехнические характеристики угольного пласта:

– мощностьпласта;

– угол падения пласта;

– сопротивляемость массива угля резанию;

– крепость, устойчивость и обрушаемость боковых породпласта;

– склонность угля пласта к самовозгоранию;

– газоносность пласта и его боковых пород;

– водоносность пласта и его боковых пород;

– температура пласта и боковых пород.

Для описания мощности пласта используют понятия общей, полезной и вынимаемой мощности(рис.....). Общаямощность - это суммарная толщина пластаот почвы до кровли, включающая угольные и породные пачки. Полезная мощность - это суммарная толщина только угольных пачек пласта. Вынимаемаямощность - это извлекаемая часть общей мощности пласта. От мощности пласта зависит технологияего извлечения, видприменяемого при этом оборудования, интенсивность и концентрация горных работ. Мощность пластов изменяется в широком диапазоне (от долей метра до десятков метров) и это обуславливает необходимость классификации пластов по мощности, которая предусматривает следующие группы:

– весьма тонкие пласты (общая мощность ≤ 0,7м);

– тонкие пласты (общая мощность 0,71м £ m £ 1,2м);

– пласты средней мощности (общая мощность 1,21–3,5 м);

– мощные пласты (общая мощность свыше 3,5 м).

Практика показала, что наиболее комфортные условия горных работ и наиболее полное решение проблемы горного производства достигаются при разработке пластовсредней мощности.

Для обеспечения максимального приспособления горных работ к условиям подземной добычи угольные пласты по углу падения делят на следующие группы;

– пологие(угол падения до 18°);

– наклонные (19-35°);

– круто наклонные (36-55°);

– крутые(56-90°);

Пологиепласты с углом падения до 2-3º условно считают горизонтальными. Среди пологих пластов также выделяют подгруппу с углом падения до 10º. При прочих равных условиях разработка пластов этих подгрупп сопровождается минимальными затруднениями.

Почти всю подземную добычу угля в мире получают, отделяя куски угля от массива пласта. Поэтому изучают сопротивляемость массива угля резанию, среднее значение которой определяют динамометрическим сверлом СДМ в реальных условиях горных работ. Выделяюттри группы пластов по сопротивляемости резанию:

I группа представлена слабыми, хрупкими углями пластов;

II группа включает пласты с углями средней крепости, вязкими, но хрупкими;

III группа - пласты с крепкими и вязкими углями.

Если пласт имеет сложное строение (включает прослойки), то также учитывают сопротивляемость резанию породных прослойков.

Объем, технология и техника горных работ находятся в самой тесной связи с крепостью, устойчивостью и обрушаемостью боковых породугольных пластов, поскольку после извлечения пласта эти породы теряют опору и под действием силы тяжести приходят в движение, угрожая заваламирабочего пространства.

Крепость породы - характеристика, отображающая сопротивляемостьпороды ее разрушению. М.М. Протодьяконовым предложена шкала коэффициентов (f) крепостигорной породы (таблица 2.3), характеризующая их сравнительную крепость (от 0,3 до 20 условных единиц). Например, для кварцитов и базальтов f = 20, для обыкновенного песчаника f = 6, для угля f =1,0 – 1,5, для плывучих, сыпучих и землистых пород f = 0,3-0,6.

Устойчивость пород кровли пласта - это способность граничащих с угольным пластом пород находиться некоторое время после их обнажения в первозданном (ненарушенном - равновесном) состоянии. ДонУГИ предложил разделить породы кровли пласта на пять категорий устойчивости:

– весьма неустойчивые, Б1 (углисто-глинистый сланец с плоскостями ослабления, f ≤ 2);

– неустойчивые, Б2 (глинистый, песчано-глинистый сланец, непрочный песчанистый сланец, f = 2÷3);

– малоустойчивые, Б3 (сланцы с f = 3-5);

– средней устойчивости, Б4 (прочные сланцы, песчаники и т.п., f = 5÷7);

– устойчивые, Б5 (монолитные слои пород с f > 7).

Обрушаемость пород кровли пласта - способность обнаженных пород самообрушаться при отсутствии одной из опор. ДонУГИ выделяет пять категорий обрушаемостипород кровли пласта:

– легкообрушаемые, А1 (чередующиеся слои сланцев, песчаников и др., f ≤ 4);

– средней обрушаемости, А2 (чередующиеся слои сланцев, песчаников и др., f = 4÷6);

– труднообрушаемые, А3 (однородные мощные массивы сланцев, песчаников, известняков, f = 6÷10);

– весьма труднообрушаемые, А4 (массивы монолитных песчаников, известняков, f > 10);

– склонные к плавному прогибу, А5 (прогибающиеся известняки, реже песчаники при мощности пласта <1 м, f = 6÷12).

Устойчивость и обрушаемостьпород в значительной мере зависит от ихприродной трещиноватости. Трещины, появившиеся в пласте при его образовании в результате усадки исходного вещества обычно образуют две взаимно перпендикулярные системы – кливаж.Эти трещины эндогенного происхождения. Есть также трещины в угольном пласте и слоях пород экзогенного (тектонического) происхождения.

Одну из наибольших опасностей представляют подземные пожары. Это определяет необходимость изучения склонностиугля пласта к самовозгоранию. В Донбассе такой склонностью характеризуется около 15% пластов. Склонностьугля пласта к самовозгоранию определяется скоростью реакций его окисления в массивеи критической температурой появления открытого огня.

Угольные пласты содержат много газов, среди которых наибольшую долю составляют вредныедля людей и технологии метан (СН₄) и углекислый газ (СО₂). Количество газов (м³), содержащихся в массовой единице угольного пласта (в тонне) в виде свободных и сорбированных газов, называют газоносностью. Природная газоносность (до 25 – 30 м³ /т) – количество газа в массовой единице угольного пласта, находящегося в нетронутом массиве. Остаточная газоносность (от 1,7 до 5,3 м³/т) – количество газа в массовой единице добытого угля.

Горные породы содержат воду, которая находится в парообразном, жидком или прочно связанном состоянии. Прочно связанная вода (γ ≈1,5т/м³), очень вязкая, упругая, не проводит электроток, замерзает при t = –78ºС, не растворяет соли, не выделяется из породы. Жидкая вода (нормальные свойства)подразделяется на капиллярную и гравитационную. При ведении горных работ в выработке свободно вытекает гравитационная вода.

Показателем обводненности шахты служит отношение количества воды (м³), откачиваемой из шахтного поля за год, к количеству добытого за тот же период угля (т) – [м³/т].

Коэффициент водообильности в Донбассе составляет в среднем 2,8 м³/т, изменяясь от 0,8 до 12,3 м³/т. Наибольший приток воды наблюдается на глубине до 300 – 400м, заметно уменьшаясь на глубинах >500м.

Температурабоковых пород угольного пласта зависит от глубины ведения горных работ. В Донбассе температура пород, начиная с глубины 8 м (где она равна 0°), возрастает на 1°С на каждые 30-35 м увеличения глубины.