Классификация вмещающих пород на угольной шахте

При подземной добыче полезного ископаемого в толще горных пород образуются пустоты — выработанное пространство.

Выработки, из которых производится выемка полезного ископаемого, называются очистными. Для обеспечения устойчивости очистных выработок, а в отдельных случаях и для защиты земной поверхности от образования провалов и трещин, в выработанном пространстве иногда оставляют участки полезного ископаемого — опорные целики — или же ведут очистные работы с закладкой или обрушением вмещающих пород. Опорные целики предназначены для удержания вышерасположенных пород от обрушений, а земной поверхности от опускания.

При разработке месторождения с закладкой выработанное пространство заполняют пустыми породами (закладочным материалом); если разработка ведется с обрушением, то породы кровли над выработанным пространством не удерживают ни целиками, ни закладочным массивом, и они обрушаются, заполняя выработанное пространство и воспринимая на себя давление вышележащих пород. Указанные мероприятия направлены на защиту горных выработок от воздействия на них так называемого горного давления.

Горное давление — это силы, возникающие в массиве горных пород, окружающем горную выработку. Проявляется оно в деформациях и разрушении крепи, опускании и обрушении пород, окружающих горную выработку, пучении почвы, раздавливании целиков, уплотнении закладочного массива и т. д. Основные причины, вызывающие горное давление — собственный вес пород, тектонические силы и температурные градиенты.
В комплексе вопросов, с которыми встречаются горная наука и практика, горное давление занимает одно из важнейших мест, так как эффективность и безопасность ведения горных работ в значительной степени зависят от характера его проявления и ОТ; умения управлять им.

Факторы, влияющие на характер проявления горного давления, весьма разнообразны и могут быть разделены на две группы:

• геологические;
• горнотехнические.

К геологическим факторам относят физико-механические свойства горных пород и пласта, его угол падения и мощность, глубину залегания, обводненность вмещающих пород, строение кровли, почвы и мощности слагающих их слоев и др.

К горнотехническим факторам — размеры выработки, срок ее поддержания, скорость подвигания забоя лавы, способ выемки полезного ископаемого, тип и характеристика применяемой крепи, способ управления горным давлением.

Физико-механические свойства горных пород являются главным фактором, определяющим характер проявления горного давления, их устойчивость и склонность к самообрушению. В зависимости от способности отдельных слоев породы кровли и почвы к самообрушению, а также от расположения их по отношению к угольному пласту различают ложную, непосредственную и основную кровлю, а также непосредственную и основную почву.

Ложной кровлей называют залегающий непосредственно над разрабатываемым пластом слой породы незначительной мощности (до 0,5—0,6 м), который легко обрушается одновременно с выемкой угля или с некоторым отставанием от нее. Следует отметить, что многие пласты не имеют ложной кровли.

Непосредственной кровлей называют залегающую над пластом или ложной кровлей толщу пород, которая легко обрушается, причем на небольших площадях после удаления индивидуальной или передвижения механизированной крепи очистной выработки.

Основной кровлей называют толщу крепких, устойчивых пород, залегающих над непосредственной кровлей и обрушивающихся при значительной площади обнажения. Основная кровля может залегать и непосредственно над пластом угля.

Ложная кровля обычно состоит из углистых и слабых аргиллитов; непосредственная кровля чаще всего представлена алевролитами или аргиллитами, а основная — известняками и песчаниками, реже крепкими аргиллитами.

Толщу пород, залегающую непосредственно под угольным пластом, называют непосредственной почвой. Со свойствами непосредственной почвы связаны явления пучения пород, вдавливания в нее крепи, а на крутом падении — сползание и обрушение.

Толщу пород, залегающую ниже пород непосредственной почвы, называют основной почвой.

Породы кровли разделяют на четыре класса (по классификации бывшего ВУГИ) по их обрушаемости; в основу классификации положены характер обрушаемости и высота их обрушения.

Класс I — в непосредственной кровле залегает толща легко-обрушающихся пород. Мощность этой толщи, состоящей из нескольких слоев, более 6—8-кратной мощности разрабатываемого пласта.

Класс II — в непосредственной кровле залегает толща легко обрушающихся пород мощностью менее 6 — 8 кратной мощности разрабатываемого пласта. В основной кровле залегают трудно-обрушающиеся породы, которые обрушаются лишь спустя некоторое время после выемки угля и обнажения кровли на значительной площади.

Класс III — в непосредственной кровле залегает относительно мощный пласт труднообрушающихся пород. В отдельных случаях непосредственная кровля отсутствует и над пластом залегает основная кровля, допускающая обнажения на значительной площади.

Класс IV — в непосредственной кровле залегают породы, способные плавно прогибаться без значительных разрывов и трещин (при мощности пласта до 0,8—1,0 м).

Породы кровли имеют различную устойчивость. Устойчивостью называют свойства пород удерживаться от сдвижения, деформации или обрушения при обнажении их по мере выемки угля. В зависимости от площади и времени сохранения устойчивости без применения крепи различают кровли совершенно неустойчивую, неустойчивую, средней устойчивости, устойчивую и весьма устойчивую.

Приведенные выше классификации пород кровли пообрушаемости и устойчивости используют при применении индивидуальной призабойной и специальной крепи. В настоящее время, когда широко применяются механизированные крепи, введено понятие «управляемость кровли».
Управляемость кровли характеризует ее свойства подвергаться воздействию комплекса мероприятий по управлению горным давлением и креплению призабойного пространства.

Это свойство зависит от влияния ряда факторов, главными из которых являются обращаемость и устойчивость пород кровли, а также характер разрушения и перемещения их над призабойным и выработанным пространством. Наличие неустойчивых пород непосредственной кровли определенной мощности и прочных устойчивых пород основной кровли значительной мощности предопределяет трудности управления горным давлением.

По степени управляемости кровли делятся на три класса:

• легкоуправляемые;
• средней трудности управления;
• трудноуправляемые.

В основу критериев, определяющих класс кровли, положены качественные и количественные показатели взаимодействия основной кровли, непосредственной кровли и механизированной крепи с характеристикой их параметров. Класс кровли определяет тип механизированной крепи, рекомендуемой для применения в данных условиях.