Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

19.10.2023

Размер:

3.63 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 94 5 6 7 8 9 > Следующая >>>

Величина О. найденная по формуле (6), проверяется по условию

	а	£	min		(7.)
	а	£			(7.)
где	- предельная прочность материала				крепи при сжа
	тии (кг/см^),	получаемая		при	испытании на
	стенде;

В- ширина крепи, которая по конструктивным пара

метрам		устройства		для	механизированной					до
ставки		и установки		принимается			равной		около
300 мм.
Если найденная по формуле (6)					величина		а	не удовлет
воряет условию	(7),		то ее можно		увеличить		в	указанных
выше пределах.	При невозможности					изменения			длины
комплекса нужно увеличить ширину крепи В							в	указанных
пределах или заменить материал крепи более							прочным. За
висимость для определения начального распора Р									по из
вестным величинам усилия расклинивания крепи								и углов
скоса клиньев аС		и трения по скошенным поверхностям								,
а также между, верхним клином				и	кровлей ^		имеет		вид
			Q
	ре - -		'Р							( 8)
			t3 CdL + % ) + t g f z

Необходимое усилие			для извлечения			крепи Q.Uj	при известном
в данный момент сопротивлении Рд						клиновой крепи			опре
деляется по формуле
						’				(9)
Сущность разработанного ВНИМИ						способа		управления
горным давлением*'			при применении			клиновых		крепей		за
ключается в том,		что изменением			размеров		площади		взаи

модействия двух клиновых элементов крепи достигается из менение параметров ее механической характеристики. Опыты

проводились при взаимодействии верхнего	клина с		нижним
по всей площади (100%) и с частью ее (75 и 50%).				При
уменьшении площади взаимодействия в 2 раза		несущая		спо
собность крепи снижается с 22 до 12 т, т.е.		почти	в	2 ра-
х) ф.Н. В о с к о б о е в , П.А. В е л и к а н о в ,	Я.М. Г е л ь м а н .
"Способ управления горным давлением	в	очистных		вы
работках". Авторское свидетельство	на.	изобретение
№ 300622.

за, а показатель жесткости - в среднем в 3 раза. Для обес печения стабильной характеристики клиновой крепи на плас тах с переменной мощностью по заданным длине клинового элемента и мощности пласта, выбранному углу скоса клинь ев в диапазоне углов самоторможения рассчитывают по при

веденной выше методике площадь	взаимодействия	клиньев,
обеспечивающую требуемое рабочее сопротивление		при дан
ных конструктивных параметрах.	Для применения	клиновой
крепи данной конструкции с изменением мощности		пласта


верхний клин занимает различные положения					относительно
нижнего, однако площадь взаимодействия,				а	следовательно
и величина: рабочего сопротивления		остаются			неизменными.
В случае необходимости изменения величины					рабочего			со
противления в меньшую или большую сторону					соответствен
но уменьшают или увеличивают длину верхнего						клина.		Для
получения крепи со стабильной механической					характеристи
кой длину верхнего клина определяют по формуле (6).								Воз
можность	обеспечения стабильной работы крепи путем регу
лирования	ее механической характеристики			позволяет				осу
ществлять переход от одного способа			управления				горным
давлением к другому, наиболее целесообразному						в	данных
условиях. Так, например, чтобы обеспечить					условия			для
плавного сближения боковых пород в выработанном							прост
ранстве, вместо обрушения необходимо			применять				клиновые
крепи с менее жесткой характеристикой,				что		практически
достигается уменьшением площади		взаимодействия					нижней

части крепи за счет уменьшения размеров последней. Испы тания клиновых крепей на шахтах Донбасса, а также иссле


дования их механических характеристик и условий								взаимо
действия с боковыми			породами [38,		39]	показывают			пер
спективность		их применения при разработке					маломощных
(менее 0,6 м)		пластов	без присутствия людей				в забое. Тех
нико-экономические расчеты свидетельствуют							об	экономи
ческой	эффективности замены			деревянных		костров		клиновы
ми деревянными крепями.
Преимуществом клиновых				крепей	является		большая		( по
сравнению с костровой) площадь взаимодействия								с боковы
ми породами, что обеспечивает большую						устойчивость			опо
ры, более эффективное управление* горным давлением									в ус
ловиях смещения боковых пород в плоскости							напластова
ние	меньшие удельные давления.				Последнее		достоинство

определяет перспективность применения этих крепей на пластах со слабыми боковыми породами, в том числе в ме


стах перехода геологических нарушений,		часто		встречаю
щихся на месторождениях крутого падения.			Производство
очистных работ в забоях с	дистанционно управляемыми				ма-
u инами и механизмами без	присутствия	людей		открывает
возможность пересмотра существующих		требований к пара
метрам средств и способов крепления		(.удельное		сопротив
ление, плотность, коэффициент перекрытия обнажений) .					Так,
на пластах мощностью 0,5 -0,6 м при боковых			породах		Щ,
1У и У1 классов (по классификации ДонУГИ)			при установке
клиновых крепей с расчетом, что на 4-5 м^			приходится		од
на опора, обеспечивается удовлетворительное			поведение		бо

ковых пород. В случае появления местных нарушений боко

вых пород	плотность крепи должна быть	увеличена при			не
обходимости до одной опоры на 1 м^.
В центральном районе Донбасса имеется около			60 забоев
на пластах	рабочей мощности (.равных или менее		0,6	м,	что
составляет	около 20% всего количества	действующих		забо

ев) , где можно применить клиновые крепи. По данным Дон


УГИ и ВНИМИ, количество шахтопластов		мощностью от 0,3
до 0,5	м .составляет около 300. Из этого		количества		58
(35%)	являются защитными по отношению	к пластам рабочей
мощности, опасным по внезапным выбросам			угля.	При раз
работке этих пластов будет дополнительно			осуществлена
защита 32 шахтопластов рабочей мощности			и защитной		вы
емкой	будет обеспечено около 82% всего	числа		разрабаты

ваемых опасных пластов.

Оценка технико-экономической эффективности разработки защитных пластов произведена по следующей методике: рас

сматривалась в виде	базового варианта разработка опасно
го по выбросам одиночного пласта со средней		мощностью
0,8 м -с выполнением	мероприятий, определяемых	правилами

безопасности (бурение дегазационных и разгрузочных сква жин и т .п .). В сопоставленной новой технологии производи лась разработка без проведения этих мероприятий, а учиты вались затраты на разработку маломощного (0,35 м) за щитного пласта ( по которому пройден групповой штрек) с применением дистанционно управляемого механизированного комплекса. Расчеты показали [39] , что, несмотря на уве личение капитальных затрат при совместной отработке опас32

ного и защитного пластов,	годовая экономия на один забой
составляет 161-240 тыс.р.	Участковая	себестоимость	нд	1 т
угля при этом снижается с	7 р. 7 к. до 5 р. 50 к.;		про
изводительность рабочего по участку повышается с 2,96				до
3,8 т в смену.
Оценка применения клиновых крепей		в качестве	специ

альной крепи совместно с призабойной стоечной крепью вза

мен непереносных деревянных костров показывает,	что и	в
этом случае имеется ощутимый экономический	эффект
(табл. 5).
Т а б л и ц а		5

Вид	2
крепле-	со
ния	ь
ния	о
	со
	с
	А
	ь
	о
	о
	X
	в
	о
	2

Виды затрат (на 10 ед. крепления

матери-

	ал
2	со .
2	коп
	руб.-

изготовление

чел» час

руб.-коп.

возведение

	X	.
	X	коп-
	О
	СО
	X	.
	X	руб
	X	руб
	Ф

£-		Н	I «
со		Н	I «
fht		о	о 5
со		8	н»
2	е	з !	я
2	о		ф га
' 2	«		5 ^ г
>»		«О-
О VD		«О-
О VD		2
«	Q*	о а.
со		я
ш		о
ю		и
О		т

Деревян
ные ко	0,45	0,80	18-		10,3	12-	40-	-
стры	0,45	0,80	18-		10,3	12-	40-	-
Клиновая			90			90	80
Клиновая
деревян
ная	0,45	0,45	10-	5,1	2-90 5,8	7-90	28-	4839
крепь	0,45	0,45	10-	5,1	2-90 5,8	7-90	28-	4839
			60				96	50
Результаты		исследований			в области управления боковыми
породами	в очистных выработках маломощных							пластов с

применением клиновых крепей реализованы в технико-эконо


мических требованиях на проектирование дистанционно				уп
равляемых механизированных комплексов		для	разработки
маломощных пластов с клиновыми крепями,		внедряются при
промышленном испытании этих комплексов		на пластах		Дон
басса, а также использованы в ГДР	для разработки		маломощ
ных (0 ,2 -0 ,4 м) пластов медистых	сланцев ( г. Мансфельд).

СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ КРЕПИ

Разработка камерными системами с обратной выемкой

Известно несколько схем выемки при камерных и камер но-столбовых системах разработки. Одной из них, получив шей наибольшее распространение, предусматривается прямой

порядок выемки - полосами (столбами по восстанию).		При.
безлюдном варианте эта схема, как было показано		выше,
имеет крупные недостатки. По другой, принципиально		отли
чающейся схеме выемка производится в обратном	порядке
после предварительного проведения узкой передовой печи.
Камерная система разработки с обратной выемкой		явля

ется перспективной, так как обеспечивает возможность соз дания благоприятных условий для реализации эффективных и экономичных (с точки зрения потерь в целиках) способов управления горным давлением, а также возможность приме

нения дистанционно управляемых выемочных	машин	(напри
мер, комплексы КМД конструкции Донгипроуглемаша).
Комплекс КМД (рис. 5) состоит1из трех	основных уз
лов: платформы-, перемещающейся по штреку	на	колесном
ходу, на который смонтированы приводы вращения		штанг и

подачи режущего органа; двух составных штанг и режущего


органа. Вначале			при переднем ходе проводится узкая					нарез
ная выработка		-	печь	прямоугольного	сечения	(1,2	м х0,6м )
на всю высоту		этажа.		На вентиляционном штреке			на режу
щий орган надеваются				секционные шнековые		расширители,
позволяющие при обратном ходе проводить камеру							шириной
до 5 м. Передний ход				осуществляется с помощью периодиче
ского наращивания штанг, обратный, при котором							произво
дится	очистная	выемка, сопровождается снятием штанг.							За
тем машина перемещается по штреку к месту						проведения
новой	камеры,	и	цикл	повторяется. При переднем			ходе,		как
видно	из рис.	5, штанги и режущий орган находятся в узкой
выработке (печи), которая охраняется широким						целиком			со
стороны выработанного пространства.					При обратном			ходе
(см . рис. 5) режущий				орган машины находится		под прикры
тием	щитового	ограждения со стороны			обрушенных			пород

или закладки. Подробно устройство, принцип действия и ре зультаты промышленных испытаний комплексов типа КМД описаны в работе

А-А

В-В

Рис. 5. Схема к расчету размеров меж-

дукамерных целиков при разработад ка мерами с обратной выемкой без крепле ния с применением комплексов типа

КМД

При рассмотренной схеме выемки имеется возможность оперативно вслед за продвижением вниз' режущего органа осуществлять либо полное обрушение в камере, либо полную закладку и тем самым создавать условия для применения узких податливых угольных целиков.

Анализ способов управления горным давлением без при менения крепи при камерных и камерно-столбовых системах

разработки, опыт применения комплексов КМД	на пластах
Центрального района Донбасса и результаты	исследований
ВНИМИ [7] позволили установить особенности	управления

горным давлением на больших глубинах и обосновать мето дику выбора рациональных технологических схем и способов управления горным давлением. Способ управления горным давлением путем удержания кровли на опорных целиках,рас считываемых на нагрузку от всего веса пород над вырабо танным пространством до поверхности, является неприемле мым, так как на достигнутых глубинах разработки в Дон бассе (более 500 м) он влечет за собой недопустимо высо кие потери угля. Способ управления горным давлением плав ным сближением боковых пород на разрушаемые горным дав лением целики угля, расцениваемый на пологом падении как один из экономичных, ’в условиях крутого падения при рабо

те полосами по восстанию оказывается	неэффективным			по
следующим причинам. В указанных условиях		целики нахо
дятся в более сложном напряженном состоянии			и потеря	их
несущей способности, сопровождающаяся	полным разруше
нием и высыпанием целиков, наступает	при		значительно
меньших величинах сближения боковых пород		и	деформаций

целика, чем это имеет место на пологом падении.-В резуль тате образуются периодически возрастающие пролеты и раз виваются массовые обрушения кровли, создающие опасность в зоне рабочего пространства очистного забоя и подготови тельных выработок. В принципе плавное сближение боковых

пород при камерно-столбовой системе разработки	возможно
и на крутом падении, но для этого требуется	оставление
более широких целиков, обусловливающих значительно боль
шие потери угля, чем на пологом падении.
При разработке камерами с обратной выемкой	открыва

ется возможность управления горным давлением узкими по датливыми целиками, так как при обрушении кровли в ка мере или подаче закладки во время обратного хода режу

щего органа создается боковой распор на оставляемый це лик и угольный массив, и в результате повышается работо способность податливого целика и увеличивается срок его службы. Поэтому при применении комплексов КМД на плас тах с неустойчивыми легкообрушающимися кровлями пер спективным является способ управления горным давлением полным обрушением кровли, осуществляемым в рабочей ка мере вслед за выемкой с оставлением узких, предельно де формирующихся междукамерных целиков ( см. рис. 5 ). Послед

ние должны выполнять функции кратковременного	( в	течение
суток) поддержания непосредственной кровли	в	рабочем

пространстве камеры с ограждением от прорыва обрушенных пород из отработанной камеры в рабочее пространство.

Положительной особенностью управления горным давле нием с помощью узких предельно напряженных целиков яв


ляется наличие у них большой податливости,		что	позволяет
избегать взаимодействия целика с большими массами				пород
("заданные деформации"), а поддерживать		лишь	нижнюю
пачку сравнительно легко отслаивающихся	и	обрушающихся
пород непосредственно кровли ("заданные	нагрузки")			[24].
Вышележащие слои пород при этом находятся		во	временно

устойчивом состоянии за счет собственной естественной не сущей способности ( кровля опирается на угольный массив и обрушенную породу - см. рис.4) .Предполагается, что в ус ловиях, где осадки основной кровли оказывают вредное вли яние на состояние кровли в рабочем пространстве, в допол нение к узким целикам необходимо назначать более широ кие промежуточные целики, расстояние между которыми оп

ределяется предельным		пролетом	основной кровли.				Послед
ние частично (до 60-70%) будут			погашаться комплексом по
сле отработки блока и осадки на его					площади		основной
кровли.
Перспективным для		больших глубин			разработки		является
применение самотечной		закладки, подаваемой в камеру на
щитовое	ограждение в	процессе ее		расширения.		Применение
закладки	целесообразно применять			также в сочетании с по
датливыми предельно напряженными целиками,						выполняющи
ми роль ограждения рабочей камеры от выработанной.
В НИМИ предложены		расчетная,		схема	и методика расчета

узких междукамерных целиков для разработки крутых уголь ных пластов комплексами КМД (см . рис. 5), размещаемыми

под щитовым ограждением, с полным	обрушением пород
кровли в рабочей камере (или полной	закладкой	выработан
ного пространства). Пролет камеры выбирается		предельным
или близким к пределу устойчивости.	Обрушение пород кров

ли систематически происходит вслед за движением щитового ограждения и закладочной "подушки" с отставанием от него


на 5-10 м. По данным шахтных и лабораторных							наблюдений,
обрушение	пород кровли		в камере происходит			под		углом	к
вертикали около 15-20°.			Мощность	обрушающейся пачки сло
ев кровли в камере ограничивается					длительно		устойчивым
пролетом	CL*	(см..рис.	5), который по данным исследований
для подавляющего большинства условий Донбасса								может
быть принят с		запасом	1 м. Приняв для подсчета					исходных
нагрузок зону обрушения кровли в				камере, ограниченную					по
высоте пролетом в 1 м,			считаем, что		примерно			такая	же
или несколько		большая	( в пределах	максимальной				высоты
свода) толща		пород непосредственной			кровли	будет нагру

жать узкий целик. Последнее предположение обосновывается следующими соображениями. В условиях крутого падения имеются благоприятные условия для плотной подбутовки об рушенными породами вышележащей толщи пород кровли. С течением времени, когда создаются условия для опускания

вышележащей	толщи, подбутовка	воспринимает вес	опуска
ющихся пород	и служит опорой,	препятствующей	передаче

дополнительных пригрузок на целик.

С учетом изменения несущей способности угольного мас сива во времени в натурных условиях, работающего за пре

делами упругости	[40], выражения	для определения		нагру
зок, действующих по нормали к напластованию Рп			-,	сдвига
ющихся усилий Рс	, действующих	по плоскостям	напласто
вания, запишутся следующим образом:
РП— у [(б + f)/f + h I» f ] (C0S *d+m sen 2C<) ;				(10)

Pc - j f [ ( 6 + f ) h + ^ - ^ - ]({- m )U n Z c L ,

( П )

где	о
	У - объемный вес пород, т/м°;

к- мощность пород непосредственной кровли, ока

S		зывающей давлениена целик,	м;
S	-	ширина целика, м;
Л.	-	ширина камеры, м;
оС	-	угол падения пласта, град;
Л7	-	боковой распор;
Y	-	угол обрушения породу	= 15-f20°.

Выражения (10),		( l l ) записаны в общем виде			с учетом
влияния бокового распора, так как в рассматриваемом						слу
чае боковой	распор	действует в направлении		вкрест		про
стирания.
Исходная нагрузка на целик принимается при максималь
ной величине	площади A BflF		(см . рис. 5), так	как	в момент
образования	целика	кровля в	рабочем пространстве		сохра

няет устойчивость до тех пор, пока не разовьется достаточ ное обнажение пород кровли.

После обрушения кровли в камере			целик	нагружен			не
сколько меньшим объемом породы,			определяемым				площа
дью АБС£г .
Условия		сохранения прочности целиков в		заданный про
межуток	времени запишется уравнением
		2
y[(S+ § Д		* t^LL-XCOS^* т и /еС У 6* * * * * »				■,	( 1 2 )
где <о	-	кубиковая прочность угля,	полученная			в	натур
кф		ных условиях по методике	ВНИМИ		[4l] ;
	-	коэффициент формы (для целиков с			соотношением
		высоты к ширине 0 ,5 £ -£ -<	2 );
b	-	коэффициент, учитывающий уменьшение несущей
		способности целика во времени		[40]		;

к- коэффициент, учитывающий неравномерный харак тер нагружения, неоднородность материала и др.

Срок службы целика		определяется временем,	необходи
мым	для расширения камеры, с учетом технологического за
паса	1,5-2 суток. Силы	бокового распора от	обрушенного
(закладочного) массива		принимаются в запас прочности це-
			39

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 94 5 6 7 8 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ