книги из ГПНТБ / Воскобоев, Ф. Н. Управление горным давлением при разработке тонких и средней мощности крутых пластов в сложных горногеологических условиях

ричных

осадок

основной

кровли; геологические нарушения с

интенсивностью до 5-10

шт/км^,

газообильность выемочно-

го участка

менее 10 мО /т; мощность пласта и углы падения

выдержаны

-

колебания

мощности

и угла

падения в лаве

не

более ±

10%;

боковые породы предварительно

осушены.

Т а б л и ц а

3

Колеба­

Распределение

выемочных

участков, %

ния угла

угол падения

пласта, град

все-

падения,

- град

30-40 41-50

51-60 61-70 71-80

81-90

го

До 2

20

50,6

53,2

48,8

50

28,6

47,7

3-4

46,6

32

34,4

33,7

25

57,1

33,9

5-6

26,7

10,7

-

12,8

12,5

—

10,9

7-8

6,7

2,7

3,1

1,2

8,7

14,3

3,3

Более 8

-

4

9,3

3,5

4,2

-

4,2

Т а б л иц а 4

Распределение

выемочных участков, % по радиусу

кривизны, м

до

200

Г 201-300 Г

301-400 ] 401-500

! 501-700 I более

_ _

_

_ j _ _ _

___________j

Ij___________ |

700

13,3

13,3

20

6,7

11,7

35

Особо

благоприятные условия

- негазовые пласты

с ус­

рушений менее 5 шт/км2, мощность и углы падения

весьма

выдержаны -

колебания мощности и углов падения

не более

± 5%.

В работах

[3l] , [зЗ ] предложены основы классификаци­

онных признаков.

Ряд классификационных признаков, предла­

гаемых в этих

работах, а

также

в работе

[30] ,

нуждаются

в дополнительном

научном

обосновании.

Основное

требова­

ние, которое следует предъявить

к классификационным при­

знакам, - это

их

представительность

и

универсальность.

Как видно из вышеизложенного,

горногеологические

ус­

ловия месторождений крутого и крутонаклонного ^более

37°)

падения характеризуются большей

сложностью по сравнению

с пологими по целому ряду определяющих факторов. В

свя­

дения, когда его величина превышает 35°, является

факто­

ром, осложняющим решение вопросов

комплексной

механи­

зации очистных

работ.

Основываясь

на материалах [30,

31, 32, Зз] ,

относя­

щихся к характеристике сложности

горногеологических ус­

ловий залегания при разработке угольных пластов

подзем­

ным способом,

можно характеризовать

сложные

условия

ности, связанные с созданием и размещением

гидрофициро-

ванных механизированных

крепей, усложняются условия эк­

сплуатации оборудования

и условия

работы

обслуживающего

персонала.

-

2.

Колебания

мощности пластов

- более

15%.

3.

Колебания

углов падения пласта - более - 5°, а ради­

усы кривизны линии простирания -

менее 300

м.

Каждый из перечисленных факторов

ограничивает опре­

деленную область сложных условий и не

исключает отнесе­

сной механизации в сложных горногеологических

условиях

предъявляются следующие общие требования:

максимальная безопасность работ, необходимая

технико­

экономическая эффективность;

простота, надежность в работе, облегченность,

меньшая

(по сравнению с гидрофицированными агрегатами,

предназ­

начальная стоимость и возможность дистанционного

управ­

ления забойными механизмами.

Ориентировочные подсчеты показывают, что сложные ус­

ловия залегания имеют около 70% тонких и средней

мощно­

сти крутых угольных пластов.

Учитывая многообразие горногеологических

условий за­

легания пластов крутого падения, целесообразно

сначала

разработать ряд способов управления горным

давлением

для всего диапазона сложных горногеологических

условий,

собов разработки весьма тонких

крутых пластов (0 ,3 -0 ,6 м ),

выполняются В НИМИ совместно

с Донгипроуглемашем и

ного расширения области использования защитной

выемки -

единственного радикального средства борьбы

с

динамичес­

кими проявлениями горного давления (горные

удары,

вы­

бросы угля и породы).

По техническим условиям, разработанным

ВНИМЙ

и

ДонУГИ, Донгипроуглемашем выполнены проекты

двух

тех­

нологических схем, предусматривающих разработку

весьма

тонких пластов длинными очистными забоями

-

лавами

по

давлением. В одной из схем (для пластов

с

кровлями,

склонными к плавному опусканию) в

качестве средств

уп­

равления горным давлением

предполагается

применение об­

легченных механизированных

ограждений

(рис.

2),

во

вто­

рой - ( при беспорядочном характере

обрушения)

применение

стационарных дистанционно-устанавливаемых

клиновых

кре­

пей (рис. 3).

Основными положениями технических

условий

являются

следующие.

1. Выемка угля по всей площади должна

производиться

без оставления каких-либо целиков в

выработанном

прост­

ранстве и вблизи подготовительных выработок.

2. Для управления горным давлением на пластах

с

ус­

тойчивыми боковыми породами, способными

к плавному сбли­

Рис. 3. Общий вид механизированного

в

дистанционно управляемого

комплекса

том состоянии так, чтобы габаритный размер

по высоте

был менее минимальной мощности пласта на

определенную

ного веса

или с помощью

хвостового каната

опускается

на

лебедке в

заданное место

забоя и устанавливает

клиновую

крепь следующим образом.

Платформа крепеукладчика -

без

дна, имеет

гидравлические

захваты, которые

удерживают от

сползания

нижний клин. Верхний клин с помощью

пневмо-

вается с определенным усилием распора

между

боковыми

породами (2 -3 т ), после чего захваты,

удерживающие ниж­

ний клин, автоматически раскрываются,

давая

возможность

Первое предложение о применении дистанционно

устанав­

ливаемых клиновых крепей для крепления очистных

вырабо­

ток при безлюдной разработке маломощных

(менее

1

м)

угольных пластов в СССР приведено в работе [35]

.

В

ра­

боте

[Зб] освещаются вопросы по созданию

оборудования

для

дистанционного возведения клиновой крепи в

очистных

забоях крутого и крутонаклонного падения

(более 35°)

при

Конечной целью

этих

исследований

является

отработка

тех­

нологии выемки

таких

пластов без

присутствия

в

очи­

стном забое. Оборудование было испытано

сначала

на

мо­

дели в виде макета в уменьшенном размере, а затем

в про­

изводственных условиях. Были получены результаты,

под­

тверждающие правильность принципиальных решений,

реали­

ют, что данное оборудование может работать

на пластах

с

углом падения

15° и выше и

мощностью свыше

0,3 м.Вер­

хняя граница применения по мощности не

определена.

В

настоящее время

конструкция

находится в стадии

доработки.

В ДонУГИ £37J с 1966 г.

ведутся работы

по

созданию

так называемых

опускных клиновых крепей для

применения

равления

боковыми породами ( стоечная

деревянная

крепь в

сочетании

с деревянными кострами) на пластах мощностью

менее 0,6

м при расстоянии между рядами крепи

по

про­

стиранию

около 1;5 м. При возможности

увеличения

рассто­

яния между рядами бетонной крепи до 2,0-2,5 м область

эф­

фективного применения распространяется

на пласты мощно­

устойчивости.

ВНИМИ и Донгипроуглемашем изучаются работа

клино­

вых крепей, проявления горного давления при

их примене­

нии, ведутся работы по конструированию

дистанционно

уп­

равляемого оборудования для очистных забоев

тонких

( ме­

нее 0,6 м) крутых пластов [38, 39] (см .

рис.

3). В настоя­

щее время завершен этап шахтных испытаний

эксперимен­

тального оборудования и исследований механической

харак­

начаты

промышленные

испытания

комплексов

на шахтах

Центрального района Донбасса.

В ГДР разработано

оборудование

для поддержания

непо­

средственной кровли в

очистных

выработках при разработке

весьма

тонких пластов.

Установка в

настоящее

время

экс­

Выполненной анализ позволяет

считать

перспективным

применение клиновых дистанционно

устанавливаемых крепей

для управления горным давлением

при безлюдных

способах

разработки маломощных пластов во всем диапазоне

углов

падения благодаря их простоте, надежности

и экономичнос­

менением крепей для весьма тонких (0,25 -0,6 м)

крутых

защитных пластов.

В результате комплексных исследований ВНИМИ

разра­

ботана

методика

расчета основных

геометрических

и

си­

ловых

параметров

клиновых крепей

и предложен способ

уп­

ходными данными

для расчета геометрических параметров

клиновых крепей

принимаются:

средняя мощность

пласта

тСр

, мм;

максимальная величина колебаний средней мощностиАт,%;

минимально допустимое предельное сопротивление PmLn,тс.

Исследованиями установлено,

что Pmin

должно

прини­

маться равным не менее 8-12 т.

При заданной длине „if

кли­

нового элемента около 700 мм, которая определяется

пара­

метрами средств дистанционной

установки

при

разработке

механизированными комплексами, а при ручной

установке -

технологическими факторами,

расчет сводится к определению,

угла

скоса клиньев Ы. ,

обеспечивающего

необходимый

ди­

апазон

раздвижки крепи

d,

и минимально

допустимое

ра­

бочее

сопротивление

Ртсп

Последнее определяется при прочих равных условиях про­

екцией

площади взаимодействия

клиньев

на горизонтальную

поверхность, а при решении плоской задачи

- проекцией

ли­

нии взаимодействия

а.

(рис.

4 ).

Вначале определяется

высота

клинового

комплекта

в

транспортном положении

Л. = (1 - Ат) тср - С,

( 2 )

где

С

- величина

зазора между

кровлей

и

комплексом

клиновой

крепи в

транспортном

положении

при

минимальной

мощности пласта.

Величину С рекомендуется

принимать

равной

не

менее

40 мм. Тогда диапазон раздвижки определится зависимостью

d = 2 A m m c p + C ;

( 3)

угол скоса клиньев будет равен

об - azctp , у- „

(4)

Найденный угол

скоса

проверяется по условию

c l ±

Г

,

,

(5)

где

-

угол

трения между клиновыми элементами крепи;

fz

’ -

угол

трения между клином и почвой

( кровлей).

По опытным

данным рекомендуется принимать

величину

угла скоса

в пределах

15-30°,

при которых обеспечивается

самоторможение клиновых элементов в опоре

в

процессе

работы

крепи.

Далее определяется минимальная ( соответствующая мак­

симальной

мощности пласта)

величина ц (см :

рис. 4):

а = Х - £ .

( 6)

ки;

II и П',в -

крепи с

постоянными па­

раметрами

механической

характеристики;

а -

крепь

из

клиновых

полукомплектов;

б -

из трапециевидных

полукомплектов;

в -

комбинированная