6.1.9. Классификация пород кровли

Рассмотрим некоторые характеристики пород кровли, оказывающие влияние на эффективность работ выемочных машин.

Породы кровли могут быть классифицированы по различным признакам: об- рушаемости, устойчивости и т. д.

Кровля пласта состоит из отдельных слоев пород и пачек, разделенных пло­скостями напластования. В зависимости от склонности слоев пород к обрушению различают ложную, непосредственную и основную кровли.

Под ложной кровлей понимают легкообрушающиеся слои небольшой мощно­сти (до 0,3 — 0,5 м), залегающие непосредственно над пластом угля. Эти слои обру- шаются или одновременно с выемкой угля, или через небольшой промежуток вре­мени после обнажения кровли.

Наличие ложной кровли осложняет технологиче-ский процесс выемки угля.

Ш

Иногда с целью предотвращения обрушения ложной кровли в верхней части пла­ста оставляют пачку угля.

Непосредственная кровля — толща пород, залегающая непосредственно над пластом угля, давление которой в пределах призабойного пространства в основ­ном воспринимается крепью и целиком угля. Она не может держаться в пределах призабойного пространства в течение более или менее продолжительного време­ни без крепи. После удаления последней она обрушается.

Основная кровля — залегающие над непосредственной кровлей слои пород до­статочной мощности, не обрушающиеся одновременно с обрушением непосред­ственной кровли, давление которой воспринимается целиком угля и обрушенной породой или закладкой. Основная кровля может быть обнажена на большой пло­щади. Она приходит в движение спустя некоторое время после обрушения или оседания непосредственной кровли.

В связи с давлением кровли на непосредственную и основную различают пер­вичное и вторичное горное давление. Первичное давление связано с оседанием непосредственной кровли, вторичное — с обрушением основной.

Различают также непосредственную и основную почву пласта. Породы, зале­гающие непосредственно под угольным пластом, называют непосредственной по­чвой. От ее свойств зависят явление пучения, вдавливание в нее крепи, а на кру­том падении — сползание и обрушение. Породы, залегающие ниже непосредст­венной почвы, называют основной почвой.

Существует классификация пород кровли по устойчивости, под которой пони­мают свойство горных пород образовывать устойчивые обнажения без крепи при ведении горных работ. По устойчивости породы кровли делят на пять классов:

весьма неустойчивая — без крепи не дает устойчивых обнажений, обрушает­ся вслед за подвиганием забоя;

неустойчивая — устойчивость сохраняется в течение 2 — 3 часов в призабой- ной полосе шириной 1м;

средней устойчивости — в призабойной полосе шириной до 2 м устойчивость сохраняется до 1 суток;

устойчивая — устойчивость в призабойной полосе шириной до 2,9 м сохраня­ется до 2 суток;

весьма устойчивая — обладает длительной устойчивостью в призабойной по­лосе шириной 5 — 6 м.

6.1.10. Горное давление

Горные породы в нетронутом массиве находятся в состоянии напряженного равновесия. Угольный пласт на глубине Н испытывает напряжение а = уН, где у — средняя плотность горных парод, кг/м3; Н— глубина залегания пласта, м. В про­цессе выемки угля впереди забоя происходит перераспределение напряжений |рис. 6.24, см. вкл.).

В угольном пласте сохраняются напряжения, характерные для нетронутого массива. Уголь находится в состоянии трехосного сжатия. Зона опорного давле­ния характеризуется повышенным напряжением о = куН, где к — коэффициент концентрации напряжений (k > 1). В этой зоне уголь находится в состоянии двух­осного сжатия. Опорное давление имеет место по всему периметру выработанно­го пространства (впереди и позади лавы, в верхней и нижней ее частях). Оно ока­зывает влияние на состояние крепи подготовительных выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ, может вызвать внезапное разрушение целиков угля.

Опорное давление является следствием пригрузки от нависающей консоли непосредственной и основной кровли, воспринимаемой краевой частью угольно­го массива.

Зона отжима непосредственно примыкает к забою. В ней уголь обычно раз­давлен и напряженное состояние им утрачено. Это обстоятельство способствует облегчению отделения угля от массива соответствующими исполнительными ор­ганами выемочных машин.

По мере подвигания очистного забоя волна опорного давления постоянно пе­ремещается, создавая повышенные и пониженные по сравнению со статическими напряжения в угольном пласте и прилегающих к нему породах.

Для создания безопасных условий в призабойном пространстве устанавливают крепь и осуществ-ляют комплекс мероприятий по управлению горным давлением.

Крепь может удерживать кровлю от обрушений только в непосредственной близости от забоя. Здесь кровля пласта и вышележащие породы удерживаются также силами сцепления. На некотором расстоянии от забоя влияние этой связи настолько ослабевает, что обычное крепление оказывается уже недостаточным.

Давление пород со стороны выработанного пространства может восприни­маться закладочным массивом или специальной крепью. Крепи различной кон­струкции и закладка защищают призабойное пространство от обрушений. В насто­ящее время для защиты призабойного пространства на пологих и наклонных пла­стах широко применяют механизированные крепи.

Согласно гипотезе шарнирных блоков (рис. 6.25) нагрузка на крепь создает­ся весом пород непосредст-венной кровли блока ABCD, который отламывается от массива по плоскости CD под углом ср к вертикали.