5 Процессы управления кровлей

5.1 Общие сведения о способах управления кровлей в очистных забоях

При очистных работах нарушается равновесие пород, они деформи­руются, растрескиваются и могут обрушиться в выработку.

Для предотвращения значительных деформаций и обрушений пород в рабочем пространстве применяют различные мероприятия по регулированию проявлений горного давления. Эти мероприятия составляют один из важнейших производственных процессов очист­ной выемки и носят название управления горным дав­лением. В длинных очистных забоях пологих и наклонных пла­стов управление горным давлением в основном сводится к управле­нию давлением пород кровли пласта, или к управлению кровлей.

Способы управления кровлей разделяют на три группы:

естественное поддержание очистного пространства;

обрушение пород кровли в выработанное пространство;

искусственное поддержание кровли в выработанном пространстве.

Естественное поддержание очистного пространства осуще­ствляется за счет естественной устойчивости окружающих пород и еще не выработанных целиков угля. Деформации кровли при этом регу­лируются формой и размером очистного пространства, размерами и расположением целиков.

Обрушение кровли может производиться либо по всей площади выработанного пространства, либо частично, в заранее запланирован­ных местах. В первом случае управление кровлей называют пол­ным обрушением, а во втором — частичным обру­шением. При полном обрушении породы кровли могут опускаться на почву либо беспорядочно, либо на большой площади без больших разрывов и трещин. В последнем случае опускание кровли называют плавным опусканием.

Полное обрушение заключается в периодическом но мере подвигания очистного забоя обрушении пород кровли за пределами призабойного пространства с целью уменьшения давления на крепь. Производится оно путем удаления призабойной и специальной крепи в той части призабойного пространства, которое нет необходимости поддерживать для обеспечения нормальной работы людей и меха­низмов. Расстояние, через которое производится искусственное об­рушение, называется шагом посадки. При установке инди­видуальной крепи в очистном забое шаг посадки определяется опытным путем и принимается кратным полезной глубине вруба. При передвижной механизированной крепи шаг посадки зависит от ее конструкции и свойств массива пород кровли. В свою очередь, тип крепи и ее параметры выбирают в зависимости от свойств пород кровли в мощности пласта. Процесс крепления очистного забоя и управления кровлей полным обрушением является единым. По­роды кровли вслед за подвиганием механизированной крепи обрушаются стихийно.

При обрушении пород непосредственной кровли их объем увели­чивается, и они могут полностью подрубить породы основной кровли. Отношение объема обрушенной породы к объему ее в массиве

k_р = V₁/ V₂ > 1 называется коэффициентом разрыхления. Для различ­ных пород он имеет разные значения (табл. 5.1).

В связи с уплотнением обрушенных пород под действием веса вышележащих пород k_р уменьшается во времени. Максимальному уплотнению соответствует минимальный коэффициент разрыхления. Он обычно превышает единицу и называется остаточным коэффициен­том разрыхления.

Обрушенная порода будет подбучивать основную кровлю при условии

откуда

где h_Н.к — мощность непосредственной кровли;

т — мощность пласта.

При расчетах обычно используют остаточный коэффициент раз­рыхления, равный для глинистых и песчанистых сланцев 1,10—1,15. При k_р = 1,15 h_Н.к /т = 6,5 и обрушенные породы подбучивают основную кровлю.

Чем меньше отношение h_Н.к /т , тем больше интенсивность вторич­ных осадок кровли и тем более прочными должны быть призабойная и специальная крепи.

Искусственное поддержание кровли в выработанном простран­стве заключается в уменьшении давления горных пород на призабойную крепь путем создания искусственной опоры под нависающими консолями пород кровли. Для этого выработанное пространство может заполняться различными закладочными матери­алами, которые, заполнив выработанное пространство, образуют закладочный массив. Комплекс работ по возведению закладочного массива называется закладкой.

Таблица 5.1

Порода	Коэффициент разрыхле­ния обрушенной породы	Остаточный коэффициент разрыхления
Песок Мягкий уголь Глинистый сланец Песчаный сланец Песчаник крепкий	1,05—1,15 До 1,20 1,40 1,60—1,80 1,50—1,80	1,01-1,03 1,05 1,10 1,10—1,15 -

Различают самотечный, пневматический, механический, гидра­влический и комбинированный способы закладки. Под самотеч­ной закладкой понимается такой способ, при котором закла­дочный материал поступает в выработанное пространство под дей­ствием собственного веса. При механической закладке применяются специальные механизмы для доставки, прессования и трамбовки закладочного материала. При пневматической закладке материал транспортируется по трубопроводам и укла­дывается в выработанное пространство с помощью энергии сжатого воздуха. Под гидравлической закладкои понимается комплекс работ по доставке закладочного материала и его укладке в выработанное пространство с помощью гидравлической энергии. Сущность комбинированных способов заключается в сочетании основных механизированных способов закладки.

Закладка выработанного пространства способствует уменьше­нию смещений кровли в призабойном пространстве, устранению утечек воздуха через выработанное пространство, повышению устой­чивости горных выработок и предотвращению подработки зданий и сооружений на поверхности.

Закладка может быть полной и частичной. Последняя заклю­чается в заполнении части выработанного пространства породой, получаемой из специальных бутовых штреков. В связи с большой трудоемкостью работ применение частичной закладки сокращается. Полную закладку целесообразно применять в следующих усло­виях: при слоевой разработке мощных пластов, когда работа с при­менением других способов управления кровлей невозможна; при разработке тонких крутых пластов с неустойчивой или труднообрушаемой кровлей и склонной к сползанию почвой; при разработке крутых пластов мощностью свыше 1,3—1,5м; при разработке пла­стов с самовозгорающимися углями; при необходимости предохра­нить здания и сооружения на поверхности от подработки.

Каждый из способов управления кровлей имеет свои достоинства и недостатки и может применяться в определенных горно-геологи­ческих условиях. Одним из критериев для выбора способа управле­ния кровлей является управляемость кровли. Кроме того, при этом учитываются такие факторы, как мощность пласта, его строение, скорость подвигания очистного забоя, склонность пласта к самовозгоранию, застроенность поверхности и др

.