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 3 45 / 95 6 7 8 9 > Следующая >>>

лика. Вычислив по формуле ( l l )		значения		сдвигающихся
усилий и сопоставив их	с величиной сил		внутреннего		трения
и сцепления в пласте и	самого	пласта	с	боковыми	порода
ми, полученных при натурных испытаниях				на сдвиг,	можно

произвести проверку прочности целика на сдвиг. При кровлях прочных, способных к зависаниям на больших площадях с последующим бурным обрушением, целесообразно применение

полной закладки	выработанного пространства в			сочетании с
узкими податливыми целиками, ширина которых				определяет
ся по предложенной выше методике.
Анализ технико-экономической эффективности				рассмот
ренных технологических схем и способов			управления горным
давлением при разработке камерами с обратней					выемкой
комплексами типа КМД показывает [42]			, что	даже		при
разделении принятой в Донбассе высоты этажа				на два		под
этажа (условия,	при которых достигнуты		наиболее стабиль
ные результаты	работы дистанционно	управляемого			обору
дования комплекса КМД) достигается		существенный			эконо

мический эффект по сравнению с базовой технологией ( ком байновая лава с индивидуальной крепью: производительность

труда увеличивается в 3,66 раза, себестоимость					угля		по
очистному забою снижается в 4,22 раза,			а	участковая			се
бестоимость снижается в 1,46 раза. Отсутствие					людей в
очистном забое позволяет обеспечить полную безопасность
ведения	работ.
Камерные системы с обратной выемкой с рекомендуемы
ми способами управления горным давлением				следует			при
менять на шахтах или участках выемочных полей					с	интен
сивным	распространением тектонических		нарушений дизъюн
ктивного типа, где применение механизированных крепей ог-
радительно-поддерживающего типа либо			невозможно,				либо
экономически невыгодно. Не рекомендуется				применение			ка
мерных	систем с обратной выемкой без		крепления			на сле
дующих	пластах, склонных к высыпаниям		угля;		одиночных,
I опасных	по внезапным выбросам или незащищенных.
На основании результатов испытания			комплексов			КМД1
и КМД2	в Донбассе и Кузбассе и промышленной проверки не
которых из рассмотренных способов управления горным дав
лением	готовится	к изготовлению и промышленному приме
нению серия таких		комплексов.

Разработка столбами по простиранию

ВНИМИ обоснованы и проверены в производственных ус ловиях способ управления горным давлением и технологиче ская схема, позволяющая в значительной степени избегнуть недостатков, присущих схеме "полосы по восстанию" при ра боте канатными пилами. Сущность предложения заключается в следующем*^ ^рис. 6). Очистной забой ориентируется на клонно в сторону выработанного пространства под углом, равным или близким углу естественного откоса обрушенных Vперепущенных) пород. В качестве выемочного органа ис пользуются канатная пила типа ДГИ—ВНИМИ.

Рис. 6. Технологическая схема и способы управления гор

ным давлением при разработке крутых пластов столбами по простиранию без крепления с применением канатных пил:

а - обрушением пород кровли; б - с временным поддержа нием боковых пород в призабойном пространстве с помощью

закладки или переспускаемых обрушенных пород; в - под держанием кровли в выемочном блоке с помощью

угольных целиков

^ Предложено совместно с И.М. Петуховым.

Обеспечение условий нормального функционирования очи стного забоя при отсутствии крепи гарантируется тем, что при таком расположении очистного забоя обрушение пород кровли будет происходить так, как показано на рис. 6, а; в верхней части этажа обрушение будет распространяться на забой, а в нижней части - с некоторым отставанием от за боя, что обусловливается действием факторов, благоприятст

вующих устойчивости пород кровли на участке,			углубленном
в массив (двустороннее опирание кровли -	на угольный				мас
сив и "подбутовку" из обрушенных пород	и угля		над	отка
точным штреком).
Лабораторные опыты на объемных моделях			из	эквива
лентных материалов, проведенные во ВНИМИ,			подтвердили
правомерность выдвинутых предположений:	при		наступлении
предельного состояния обрушение происходило		либо		в верх
ней половине этажа, либо на всю высоту этажа,			но	контур
обрушения был близок фигуре прямоугольника.		Площадь			же

кровли, близкая по форме треугольнику, углубленная в мас


сив в	нижней половине забоя, находилась постоянно						в	ус
тойчивом состоянии и тем самым				обеспечивались			сохран
ность	рабочего пространства и возможность				выпуска отби
того угля. Если в этих условиях использовать						для	дистан
ционной подрубки		пласта тонкий		режущий орган		с	дистан
ционным управлением типа, например, канатной						пилы ДГИ-
ВНИМИ и переместить его перед наступлением						предела ус
тойчивости пород кровли в нижнюю половину забоя,							обеспе
чив его постоянное прижатие к забою, то можно-							создать
условия, исключающие возможность его защемления							обру
шенными породами. Вероятность зажатия каната						в.	верхней
части	забоя, где	ожидается	распространение		обрушения			по
забой,	ничтожно	мала, так	как незначительное			продвижение

каната после стабилизации последствий обрушения обеспечит его перемещение под угольный массив. Вслед за этим воз можны перемещение режущего органа в часть забоя, взаи модействующую с обрушенными породами, и возобновление работы очистного забоя. При этом, разумеется, не исключе ны потери угля в процессе обрушения пород, однако эти по тери будут значительно меньше тех, которые имеются при камерно-столбовых системах разработки с выемкой полоса ми по восстанию, поскольку уголь и порода в раздробленном состоянии располагаются под разными углами естественного откора.

42 *'

	Описанная технологическая схема успешно			прошла		про
мышленные испытания на шахте		№ 10 им. Артема			комбината
"Ворошиловградуголь". В течение трех месяцев					испытаний
на	выбросоопасном пласте Л j	мощностью	1,4-2,8 м нагруз
ка	на очистной забой увеличилась в 2 раза		-	с 4	до	8 тыс.т

в месяц, производительность труда повысилась почти в 3 ра за - с 69,3 до 200,7 т/месяц, себестоимость угля снизилась

более чем в три раза -		с 4 р. 80 к. до	1 р. 46 к., расход ле
са	сократился в 5 раз	[43] .
‘	Область применения	способа выемки	ограничивается гус

тотрещиноватыми слабыми пластами или склонными к вне запным высыпаниям и горным ударам с боковыми породами средней устойчивости и устойчивыми. Этот способ механи зированной безлюдной выемки является, по существу, един ственно возможным при значительных (более - 25%) коле баниях мощности пласта в пределах этажа. Отработку стол бов следует вести на передний квершлаг с погашением вен тиляционного ( промежуточного) штрека. При разработке столбами по простиранию без применения крепи диагональ ным забоем возможно осуществлять подобно опыту ФРГ [28] управление горным давлением закладкой - регулируемым пе

репуском пород с вышележащего горизонта	либо оставлени
ем промежуточных целиков с интервалами	по	простиранию
менее предельного пролета кровли (столбовые		системы		в
ФРГ). При неустойчивом нависающем угольном		массиве		для
предупреждения произвольных обрушений на больших			площа
дях целесообразно укреплять его искусственными			смола
ми [28].

УПРАВЛЕНИЕ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ ПОЛНОЙ ЗАКЛАДКОЙ

Одним из направлений комплексной механизации работ в очистных выработках крутых пластов при управлении боко выми породами полной закладкой выработанного пространст ва является применение механизированных дистанционно-уп равляемых выемочных комплексов с облегченными пере движными ограждениями, принцип передвижения которых ос нован на использовании сил бокового давдения закладочного материала. Технико-экономические преимущества такой схе мы по сравнению с гидрофицированными крепями поддержи-

вающего типа заключены прежде всего		в	сравнительной
простоте конструкций, небольших металлоемкости				и	весе,
возможности использования природных	сил	(давление заклад
ки) для производства полезных работ	в	очистных		забоях.
Указанные преимущества предопределяют		возможность			раз
работки более надежных конструктивных схем			и	осущест
вления в более простых технических решениях			дистанцион^
ного управления забойными механизмами.
Э'то направление привлекло к себе	внимание отечествен
ных и зарубежных специалистов. Наибольший опыт				по соз
данию и применению комплексов с оградительными				крепями

в сочетании с полной закладкой выработанного пространства

накоплен в ФРГ [28].
В СССР экспериментальные и	научно-исследовательские
работы по совершенствованию комплексов		с оградительными
крепями и закладкой проводились	в начале	60-х годов. В

качестве выемочных органов в этих комплексах применялись главным образом струги и струго-тараны. Оградительные крепи представляли собой, как правило, металлические сетки разнообразных конструкций, снабженные элементами жест кости в поперечном сечении. Последние способствуют со хранению более или менее постоянных размеров призабойно го пространства. В верхней части у вентиляционного (про

межуточного; штрека ограждение снабжено	устройством для
подвешивания в специальных направляющих,	по которым

производится механизированная передвижка ограждения вслед

за подвиганием забоя. Оградительная крепь					выполняет фун
кцию ограждения призабойного			пространства		от		проникнове
ния закладки и обрушенных пород, а также						обеспечивает
направленную доставку оббитого угля.				Если			ограждение
снабдить		устройствами дЛя распора в боковые				породы,		то
оно будет		относиться к крепям	оградительно-поддерживаю-
щего типа, выполняющим функцию активного					поддерживания
кровли.	В	большинстве случаев	применялись		оградительные
крепи	U	-образной формы поперечного сечения,					обращен
ные выпуклостью к забою. Известны и другие						конструктив
ные разновидности крепей.
Наряду с успешными результатами				промышленной				экс
плуатации		дистанционно управляемых комплексов					с огради
тельными		крепями и полной закладкой		выработанного				про
странства		имели место неполадки и аварийные					ситуации.
44

Фактор,i, их вызвавшие, можно сгруппировать в три груп пы: горногеологические, производственно-технические и кон

структивные, касающиеся схемы и			параметров механизиро
ванных	крепей.
С факторами, отнесенными к первой группе, связана воз
можная	область применения испытываемых			конструкций, ко
второй	-	влияние главным образом	ориентировки		очистного
забоя в		пространстве, к третьей -	обоснованность		и соот
ветствие		схемы и параметров ограждения		условиям приме

нения и геомеханическим требованиям, предъявляемым к ог

раждениям.
Анализ отечественного и зарубежного опыта		и	получен
ных результатов исследований дает основание		констатиро
вать недостаточную изученность влияния	факторов		трех пе
речисленных групп, и особенно третьей группы,		что	сдержи
вает совершенствование конструктивных	разработок,			техно
логию выемки и расширение области ее применения.
В свою очередь, как уже подчеркивалось ранее,				основ
ным источником исходных данных для создания		работоспо

собных и эффективных оградительных или оградительно под

держивающих конструкций является знание	закономерностей
взаимодействия крепей с закладкой и боковыми		породами.
Для этого необходимо дальнейшее развитие	исследователь
ских работ.		режим ра
Наименее "изученным является динамический

боты ограждений пространственной формы в поперечном се

чении, поэтому целесообразно	рассмотреть комплекс вопро
сов механики сыпучей среды	применительно	к	этому	ре
шению. В значительном совершенствовании		нуждаются		ме
тоды решения ряда статических задач применительно				к си
ловым условиям взаимодействия ограждения		с	сыпучими
материалами.
Положительный опыт применения механизированных				ком

плексов с оградительными и оградительно-поддерживающими

крепями в сочетании с закладкой позволяет		с	достаточным
основанием признавать перспективность	этого • метода уг
ледобычи в определенных горногеологических условиях.
В результате комплексных исследований54^			взаимодейст-
^И сследования проводились совместно	с	канд. техн, наук
Юдиным Р.Э. В обработке материалов принимали учас
тие кандидаты техн. наук Юдин Р.Э .,			А н д р ю ще н
ко И.Е. и инженер З в е з д к и н В.А.

вия оградительных передвижных конструкций с закладкой и боковыми породами установлены следующие закономерности:

1. Распределение бокового давления закладки по длине ограждения (забоя) реализуется по сложным кривым и ха рактеризуется резко выраженной неравномерностью. Коэф фициент неравномерности, выражаемый отношением макси мального давления к минимальному, находится в среднем в пределах двух для статического состояния и более трех для динамического.

Характерными особенностями закономерностей распреде ления бокового давления материалов на оградительные по верхности механизированных крепей применительно к иссле дованным условиям тонких крутых пластов являются следу ющие (рис. 7):

а) линейный закон распределения бокового давления с примерно постоянным коэффициентом пропорциональности на незначительном, практически постоянном по величине участ

ке в глубину от поверхности засыпки;
б) практическая независимость бокового	давления от
степени дальнейшего углубления, которое	характеризуется

на этом, ' втором от поверхности участке эпюры циклоидаль

ным законом	распределения удельных давлений и				определя
ется степенью неравномерности;
в) убывание интенсивности давления по параболическому
закону, начиная от некоторого, примерно постоянного						рас
стояния от основания засыпки (дна бункера);
г) после	очередного перемещения подпорной стенки (кре
пи) характер	эпюры бокового давления	в	основном не			ме
няется, изменяются лишь ее количественные параметры.
2. Изменение угла падения пласта в пределах					от 90 до
45° вызывает пропорциональное снижение			нагрузок на			эле
менты ограждения у кровли и повышение у почвы.
3. Общая	боковая нагрузка на ограждения			при	переходе
сыпучего материала из состояния покоя			в	движение		не
сколько снижается (на 15-20%), однако		по длине			огражде

ния появляются области с повышенными "пиковыми" нагруз ками, величина которых в отдельных случаях в 1,5-2 раза превышает давление сыпучего материала в состоянии отно*- сительного покоя.

4. Гранулометрический состав сыпучего материала опре деляет характер и величину бокового давления по длине ог-

раждения, а именно чем мельче материал, тем равномернее распределение нагрузок на крепи, и наоборот.

	Рис. 7. Эпюры распределения удельного
		бокового давления	сыпучего материала
	1	по глубине засыпки:
	1	- среднестатическая экспериментальная
	( объемная модель) ;		2 —	расчетная	по
		Пурону; 3 - расчетная		по автору
5.	С	введением в конструкцию		ограждения	манжет ( от

воротов по почве и кровле) меняются силовые условия вза имодействия фронтальной поверхности ограждения с заклад

кой при неизменном характере распределения			нагрузок		на
нее: их величины снижаются в общем случае			на	5-12%	по
сравнению с плоской формой ограждения.
6.	Динамические условия взаимодействия ограждения				с
закладкой (процесс движения) характеризуются				изменением
нагрузок на манжеты ограждения следующим образом:
а)	на манжеты по почве при углах падения			60-90°	на
грузки увеличиваются на 20-80%, при угле		45°	-	на 5-30%;
б)	, на манжеты по кровле нагрузки	увеличиваются до 75%

только при углах падения от 75 до 90°.
7. Установлена прямо пропорциональная связь между ве
личиной удельного давления закладки на	манжету и ее дли
ной при изменении длины манжеты от 0	до величины, рав
ной мощности пласта (0,6 -0,7 м ).
8. Сжатие закладки сближающимися	боковыми породами

увеличивает давление закладки на фронтальную поверхность

ограждения в среднем			на 15%,		на	манжету по кровле - на
51%,	а на манжету	по	почве	-	на	12%.
9.	Установлено	влияние		ориентировки			ограждения	в про
странстве и сближающихся боковых пород							на размеры вовле
каемых. в движение		объемов закладки и характер						физико

механических процессов, происходящих в движущемся мате риале. Результаты исследований полезны при анализе усло вий взаимодействия ограждений с закладкой и боковыми по


родами и могут быть использованы для				обоснования и				раз
вития теоретических методов расчета нагрузок						на	огради
тельные	крепи. Так, при отклонении крепи от линии падения
в сторону выработанного пространства на 15°						боковые		на
грузки снижаются в среднем на 20-30%, а					продольные			на
грузки на подвеску крепи			на 20-25%. При отклонении в					сто
рону забоя		на 15° боковые нагрузки повышаются на 40-70%,
нагрузки	в	подвеске - на 60-66%. Влияние			сближающихся
боковых	пород выражается		в увеличении	боковых			нагрузок
на 5-15% и		в уменьшении	продольных нагрузок			в	подвеске
в среднем		на 20%. Наиболее благоприятный			режим		работы
ограждения		во взаимодействии с закладкой			обеспечивается

при расположении очистного забоя примерно	по 'падению пла
ста или с некоторым наклоном в сторону	выработанного,

пространства под углом не более 15°. Допустимый угол		на
клона проверяется из условия самопередвигаемости	крепи
по расчетной методике, приведенной ниже. Ориентировка		за -
48

боя может быть использована как средство регулирования величины движущегося боковогодавления при изменении, на


пример, такого природного фактора, как		мощность пласта.
В результате анализа теоретических работ			в	области
расчета давления сыпучих тел на стационарные			и	периоди
чески	передвигающиеся оградительные	поверхности		емкос
тей в	условиях неограниченного (плоская задача)		и	ограни

ченного (объемная задача) пространства ( Кулон, Янсен, Мах-

н,о	Е .Я .,	Гаврашенко Е.А ., Федянин А.С., Колоколов		О .В.,
Богомолов В.Ф., Канканян БЛЪ, Бурцев А.И.,			Резничен
ко	В .Я .,	Данилов А.А., Швецов Г.И. и др.),	сделаны	следу

ющие выводы. В рассмотренных расчетных зависимостях не учитывается ряд факторов31^, например, непостоянство физи ко-механических характеристик сыпучих материалов в про странстве и времени в результате перемещения крепи, сжа тие сыпучего материала сближающимися боковыми породами, динамический режим взаимодействия ограждения с заклад кой и боковыми породами и некоторые другие. Отсюда не высокая эффективность использования теоретических реше ний для обоснования рациональных конструкций крепей и рас чета их параметров. Наиболее приемлемыми для ориентиро

вочного определения суммарного давления сыпучих			тел	на
элементы сооружений являются расчетные	методы,		базиру
ющиеся на теории предельного равновесия. При		этом		для
расчета давления на стационарные оградительные		элементы
ограниченных'емкостей ( в том числе очистных		выработок
на крутых пластах), у которых имеются	днища,		наиболее

приемлемыми являются расчетный метод Янсена-Махно [44] ,


для	траншей с	клиновидным поперечным			сечением			-	метод
Гаврашенко Е.А.			[45] . Для определения		статического				боко
вого давления		на оградительные стационарные					и	перемеща
ющиеся крепи		( подпорные стенки в условиях				ограниченного
пространства)		-	результаты экспериментальных						работ
Г.П. Канканяна		[4б] и расчетный метод			Швецова				Г.И.ХХ'
[47]. Дальнейшее совершенствование				расчетных			методов оп-
х)	В расчетах	К о л о к о л о в а О.В.		учитывается				непостоян
	ство объемного веса сыпучего материала					по глубине за
хх)	сыпки.		Г.И. расхождение	с	экспериментальными
	По Ш в е ц о в у
	данными возрастает по мере увеличения					высоты засыпки.

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 95 6 7 8 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ