Инженерно-геологические явления в горных выработках.

Процессы в подземных горных выработках

Изменение напряженно-деформированного состояния массива пород вокруг горной выработки.

Горное давление – это нагрузка, которая передается горной породой на обделку (крепь) в результате их взаимодействия.

Опорное давление – это повышенное (по сравнению с первоначальным) давление нависающих пород, действующее по опорному контуру обнажения перпендикулярно к пласту, возникающее вследствие перераспределения напряженного состояния пород при проведении выработок.

Изменение состояния горных пород при вскрытии горными выработками начинается с их разуплотнения, которое происходит тем большее, чем выше уровень действующих в массиве напряжений. Образуются трещины разгрузки и далее выветривания.

Пучение - процесс выдавливания породы в горную выработку, обусловленный действием горного давления. Пучение, иначе выдавливание или выпор, характеризуется увеличением объёма горных пород и вызывается их набуханием, выдавливанием из-под целиков и другими причинами. Процесс наблюдается преимущественно в почве горных выработок в глинах, аргиллитах, алевролитах, глинистых и песчано-глинистых сланцах и, редко, в глинистых песчаниках.

Вывал - локальное обрушение небольшого объема горных пород преимущественно из кровли горных выработок, отделяющегося при определенном сочетании в породах поверхностей и зон ослабления, обусловленных слоистостью, сланцеватостью, трещиноватостью, дроблением и пр.

Вывалы образуются как в призабойной части горных выработок по мере продвижения забоя, так и в выработанном пространстве незакрепленных выработок и имеют различную форму и размеры в зависимости, от типа пород слагающих кровлю, от их прочности, трещиноватости и слоистости.

Динамические явления вызываются накопленной потенциальной энергией упругого сжатия пород и ее внезапным высвобождением в форме цепной реакции мгновенного хрупкого разрушения участка массива, находящегося в предельном напряженном состоянии.

Горный удар породы (угля, песчаника, руды и т.д.) – это быстро протекающее хрупкое разрушение угольного целика, краевой части пласта или боковых пород, находящихся в предельно напряженном состоянии, проявляющееся в виде отброса или выдавливания породы в горные выработки и приводящее к повреждению горной крепи, смещению машин, оборудования и нарушению технологического процесса (Инструкция …, 2004). Удар сопровождается резким звуком, образованием большого количества пыли и воздушной волной.

Микроудар – осыпание породы в горные выработки без нарушения технологического процесса, сопровождаемое резким звуком, сотрясением горного массива, образованием пыли, а на газоносных пластах – газовыделением.

Стреляние горных пород – это быстрое откалывание и отскакивание кусков породы от обнаженной поверхности в горных выработках, сопровождающееся звуковым эффектом и возникающее вследствие их хрупкого разрушения при соответствующем напряженном состоянии. Чаще и сильнее всего куски отделяются с боков выработки, реже в почве и ещё реже – в кровле. Отделение происходит параллельно обнаженной поверхности забоя как сразу после проведения выработки, так и спустя несколько недель или даже месяцев.

Толчками принято называть горные удары, проявляющиеся в разрушении горных пород и полезного ископаемого за пределами контуров выработок на некоторой глубине в толще пород, без их выброса в горную выработку. Толчки обнаруживаются по треску, значительному звуку, сотрясению масс пород, появлению пыли, осыпанию обломков пород и полезного ископаемого со стен выработок.

Горно-тектонический удар вызывается воздействием энергии сейсмических волн от толчкообразного деформирования горного массива, в том числе техногенных землетрясений, и проявляется в виде горных ударов на нескольких участках шахтного поля или группы шахт. Горно-тектонический удар сопровождается сильными сотрясениями массива, резким звуком, образованием пыли и воздушными волнами.

Разработка месторождений полезных ископаемых часто сопровождается вскрытием водоносных горизонтов и комплексов, что вызывает изменение направления движения подземных вод в сторону выработанного пространства и формирование новой депрессионной поверхности, и, как следствие, развитие разнообразных фильтрационных явлений и деформаций:

1) суффозия;

2) разжижение песков-плывунов и их перемещение в выработанное пространство;

3) выпор, прорыв подземных вод и плывунов в горные выработки и их затопление.

Все фильтрационные явления связаны с подземными водами и обусловленным ими действием гидростатических, гидродинамических и химических (коррозионных) сил на устойчивость горных пород и, соответственно, на устойчивость горных выработок и безопасность ведения горных работ.

В числе мероприятий, направленных на предотвращение прорывов подземных вод в горные выработки: осушение массивов и соблюдение технологии крепления горных выработок.

При разработке угольных месторождений встречаются случаи выхода водосодержащих песков непосредственно в почву или кровлю угольного пласта.

Их неожиданное вскрытие горными работами приводит к быстрому заполнению выработки плывуном.

Водные прорывы при разрушении глинистых водоупорных слоев, изолирующих водоносные горизонты от горных выработок, связаны с гидростатическим давлением залегающих в почве или кровле подземных выработок подземных вод, которое определяется величиной водяного столба, приложенного к почве или кровле слоя глин.