книги из ГПНТБ / Воскобоев, Ф. Н. Управление горным давлением при разработке тонких и средней мощности крутых пластов в сложных горногеологических условиях
.pdfния их для передвижки в конструкции крепи необходимо пре дусматривать жесткую базу в плоскости пласта.
4. Наиболее |
предпочтительным из условий устойчивости |
боковых пород |
в рабочем пространстве и силового режима |
работы ограждения является применение узкозахватных вы
емочных органов с шириной захвата от 0,1 до 0,4 |
м - дис |
танционно управляемых комбайнов или стругов. |
|
5. Крепь должна взаимодействовать с боковыми |
порода |
ми с-регулируемым подпором, величина которого |
принима |
ется с учетом конкретных горногеологичесюих условий, но не
ниже 1 т |
на 1 м^ призабойного пространства; |
величина не |
|||||
закрепленного пролета кровли не должна превышать |
0,8 |
м |
|||||
для рекомендуемого диапазона условий применения |
огради |
||||||
тельных |
крепей. |
|
|
|
|
|
|
6. В |
конструкции крепи должны |
быть |
|
|
предусмотрены |
||
средства |
принудительной передвижки - как |
концевые, так |
и |
||||
по длине |
крепи. |
|
|
|
|
|
|
Геомеханические требования использованы технологичес |
|||||||
кими и проектно-конструкторскими |
организациями |
при про |
|||||
ектировании очистных комплексов для разработки |
тонких |
||||||
крутых пластов с закладкой. В качестве |
иллюстрации изло |
||||||
женных требований в работе приводится возможный |
конст |
||||||
руктивный вариант крепи, предложенный |
автором совместно |
||||||
с Р.Э. Юдиным. |
|
|
|
|
|
|
|
Комплекс с оградительной крепью (рис. |
9) |
состоит |
из |
||||
облегченной распорно-оградительной крепи 1, выемочной ма шины у узкозахватного комбайна или динамического струга
2 и подвесного устройства, |
располагающегося на |
вентиля |
||||
ционном штреке. |
|
|
|
|
|
|
Жесткая база крепи состоит из Двух |
частей:коробчатой 3 |
|||||
и фигурной 4, служащей |
одновременно |
направляющей |
/Для |
|||
перемещения выемочного органа. В нижней части |
крепи с |
|||||
интервалом 1,5-2,0 м по ее длине располагаются |
опорные |
|||||
лыжи 5 предназначенные |
для перемещения |
крепи |
по |
почве |
||
и создания необходимых |
размеров рабочего |
пространства.К |
||||
коробчатой части жесткой базы крепятся следующие |
эле |
|||||
менты ограждения: манжеты |
из металлической сетки по кро |
|||||
вле 6 и почве 7, ребра жесткости ограждений 8, |
распорног |
|||||
поддерживающий элемент 9, представляющий собой |
прорези |
|||||
ненный пневмобаллон, и |
пневмобаллонный пульсатор 10 для |
|||||
отталкивания крепи от закладочного массива в начале пере движки; последние питаются сжатым воздухом от шахтной се ти.
60
Крепь в верхней части ( на вентиляционном штреке) име
ет подвесное устройство, перемещающееся |
одновременно с |
|
крепью, в нижней части - опорную |
лыжу, |
перемещающуюся |
по кострам на уровне магазинного |
уступа |
или по целикам |
угля над откаточным штреком. |
|
|
ууу/ уу/уууууу/ууууууууууууууууууууутууууууууууууууууу/ уууууууу/
Рис. 9. Усовершенствованный вариант пере движной облегченной оградительно-поддержи- вагощей крепи для разработки тонких крутых пластов с закладкой
61
В начале выемочного цикла, когда выемочный |
орган на |
|
ходится в нижней части лавы, крепь расперта |
и располага |
|
ется вплотную к забою, упираясь опорными лыжами |
в пласт |
|
угля. Распорно-поддерживающий пневмобаллон |
9, |
который |
может быть выполнен либо в виде сплошного рукава, либо в виде отдельных сообщающихся между собой гофрированных' стоек, в это время находится под давлением обычно приме няемого сжатого воздуха до 4 атм и создает несущую спо собность крепи до 10 т на 1 м , что в достаточной мере пре пятствует расслоению пород кровли практически во всем ди апазоне условий.
После прохода выемочного органа до вентиляционного
штрека (и его |
спуска в |
исходное положение |
в случае |
при |
|||||
менения комбайна нечелнокового типа) |
давление |
в |
распор- |
||||||
но-поддерживающем баллоне снижается |
до 0,5 |
атм |
и |
крепь |
|||||
под действием |
закладки |
и отпора |
пневмобаллона |
вновь |
пе |
||||
ремещается к забою. Одновременно |
с подачей |
|
воздуха |
в |
|||||
пневмобаллон передвижки включается домкрат ( или лебедка) передвижки подвесного устройства и нижней опорной лыжи, которые перемещаются вслед за забоем на величину снятой
полосы угля. Затем цикл повторяется. |
|
|
||||
Механизированные |
комплексы с |
облегченными |
огради- |
|||
тельно-поддерживающими крепями |
и закладкой можно при |
|||||
менить примерно в 70 |
очистных забоях |
на крутых |
пластах |
|||
Украинского |
Донбасса |
( около |
20% |
всех |
забоев). |
Расчеты |
показывают, |
что рациональные |
размеры |
выемочных |
участ |
||
ков для применения механизированных комплексов с распор но-оградительными крепями составляют 300 м при сравнении
с комбайновой выемкой и 200 м при сравнении |
с |
молотко |
|||
вой. |
|
|
|
|
|
По расчетам сеоестоимость добычи угля |
при |
примене |
|||
нии комплексов с распорно-оградительными |
крепями |
и за |
|||
кладкой |
снижается по сравнению с комбайновой |
выемкой на |
|||
1 р. 91 |
к., а по сравнению с молотковой - на |
2 |
р. |
87 |
к. |
62
РАЦИОНАЛЬНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ ЩИТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ КРУТЫХ ПЛАСТОВ ШИРОКИМИ ПОЛОСАМИ
ПО ПАДЕНИЮ
Одним из перспективных направлений |
угледобычи |
на |
|
тонких и средней мощности крутых пластах |
в |
сложных |
ус |
ловиях является механизированная разработка |
широкими по |
||
лосами по падению с применением щитовых агрегатов. Пре
имущества |
этого направления, по сложившемуся |
мнению |
[44,7 , 32] |
, заключаются в следующем: |
|
направление перемещения выемочного агрегата |
и обру |
|
шенных пород на забой совпадает с действием составляющей
силы веса; |
|
породная подушка и перепущенные обрушенные |
породы |
способствуют созданию более благоприятных условий рабо ты крепи и поддержанию боковых пород в рабочем простран стве ;
схема выемки благоприятствует снижению опасности при разработке пластов, опасных по выбросам угля и газа;
схема выемки по своим технологическим особенностям и мобильности пригодна для отработки нарушенных пластов и участков.
В связи с этим работы по совершенствованию техноло гии средств механизации щитовой выемки и управления гор
ным давлением следует считать актуальными. |
В НИМИ |
вы |
|||
полнен комплекс научно-исследовательских работ |
в |
целях |
|||
обоснования перспективных условий |
взаимодействия |
крепей |
|||
щитовых агрегатов с боковыми и обрушенными |
породами |
и |
|||
оптимизации расчетных параметров |
сопротивления |
крепи. |
В |
||
основу методики был принят метод |
натурно-производствен |
||||
ных исследований проявлений горного давления |
в сочетании |
||||
с лабораторными на моделях из эквивалентных |
материалов. |
||||
Шахтными исследованиями было охвачено - большинство |
уча |
||
стков на |
шахтах Донбасса и Кузбасса31' , на |
которых |
про |
водились |
испытания и промышленное освоение |
щитовых |
аг- |
Исследования на шахте "Суртаиха" в Кузбассе проводи лись КузНИУИ под руководством А.К. Коврижина.
63
регатов. Горногеологическая характеристика |
пластов и вы |
емочных участков, на которых проводились |
исследования, |
приведена в табл. 10. Исследования были проведены при раз |
|
личных типах существующих крепей, отличающихся как про |
|
ектными параметрами сопротивления, так и принципиальной схемой взаимодействия с боковыми и обрушенными порода ми, а именно:
крепей, передвигающихся с периодической разгрузкой од новременно по всей длине забоя под силой собственного ве
са крепи и обрушенных пород (типы АЩ и 1А.Щ1 ; |
|
|||
крепей, принудительно передвигаемых |
одновременно |
по |
||
всей длине забоя с остаточным подпором (тип АНЩ) ; |
|
|||
крепей с |
посекционной принудительной передвижкой |
( тип |
||
АДК1. |
|
|
|
|
Краткая |
техническая характеристика |
крепей |
приведена в |
|
таблице 11. В программу исследований |
входили |
измерения |
||
величин и скоростей смещений боковых пород |
в рабочем |
|||
пространстве, сопротивлений гидростоек, давления обрушен ных пород на оградительные элементы, визуальные наблюде ния за поведением боковых пород и характером обрушений в выработанном пространстве.
Как показали результаты исследований (табл. 12), схема передвижки крепи агрегата АЩ (1АЩ) обусловливает высо кую динамичность и неравномерность процесса смещения бо ковых пород, что в ряде горногеологических условий приво дит к пределу устойчивости пород кровли в рабочем прост
ранстве, нарушению ее целостности с вытекающими |
отсюда |
неблагоприятными и даже аварийными ситуациями |
(пласт |
"Подпяток" на шахте № 6 "Булавинка", II класс боковых по |
|
род по классификации ДонУГИ). В тех условиях, |
где при |
данном напряженно-деформированном состоянии, обусловлен ном схемой передвижки крепей типа АЩ (1АЩ), не достига ется предела прочности (или устойчивости) пород кровли, крепи типа АЩ работают удовлетворительно ( например, пласт "Мазурка" на шахте К. Маркса). Однако, учитывая большую распространенность на месторождениях крутого падения ме стных (зачастую непрогнозируемых) геологических наруше ний, следует считать несовершенным принцип взаимодейст вия крепи с боковыми породами, реализованный в агрегатах типа АЩ. Отсутствие средств принудительной передвижки крепи АЩ также является одним из принципиальных недо статков, создающих неуправляемость крепи в процессе пере движки. Последнее отрицательно влияет на состояние боко64
вых пород, когда в результате заклинивания крепи происхо дит ее зависание, и, как следствие, на показатели работы щитового забоя. Опыт и исследования показали, что схема взаимодействия с боковыми породами крепи АЩ не соответ ствует условиям разработки пластов с неустойчивыми кров лями.
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 10 |
|
|
1 |
— |
Характеристика пород |
|
Класс |
Тип |
|
|
Мощ- |
Угол |
|
|
|
боко- |
|
|
ность, |
падения, |
|
|
|
|
|
Шахта, |
непосредст |
основ |
|
вых |
ре |
||
м |
град |
венные кров |
ные |
почвы |
пород |
гата |
|
пласт |
|
|
по |
|
|||
|
|
ли |
кровли |
|
|
||
|
|
|
|
клас- |
|
||
сиф. ДонУГИ
Им. Дзержин |
1.6 |
60° |
|
ского |
(Дон |
|
|
басс) |
, пласт |
|
|
' Толсты й -вос- |
|
||
ток",гор. 611- |
|
|
|
716 м |
|
|
|
М> 6 "БЬулавин- |
1,2 -1,8 |
60 -63° |
|
( Донбасс) |
|
|
|
пласт 'Подпи |
|
|
|
ток", |
запад, |
|
|
гор. 350 м ' |
|
|
|
То |
же |
1 .2-1.8 |
6 0 -63° |
"Суртаиха" <К уз- i ,2- 2,1 |
7 1 -7 7 ° |
||
басе! пласт 1У |
|
||
"Внутренний" |
- |
|
|
гор. +В0 м |
|
|
|
Им. К. Маркса |
1,75-1,95 |
65-68 |
|
(Донбасс) ; |
|
|
|
"Мазурка- |
|
|
|
восток" |
|
|
|
Им. Артема |
0 ,8 -1 ,0 6 |
58 -63 |
|
( Центральный район Дон б а с с а ), "Д е - вятка-Ниж- няя"
Глинистый сла |
- |
Глинистый сла |
ш |
АЩ |
|
нец, |
слоистый |
|
нец, пучащий |
|
|
(2 -8 см) |
|
мощностью |
|
|
|
средней устой |
0,65 м; устой |
|
|
||
чивости общей |
чивый песча |
|
|
||
мощностью 14 м |
нистый сланец |
|
|
||
|
|
|
мощностью |
|
|
|
|
|
2,15 м |
|
|
Глинистый сла |
|
Глинистый сла |
|
АШ |
|
нец, |
плитча |
|
нец неустойчи |
|
|
тый, |
зеркала |
|
вый мощно |
|
|
ми скольжения, |
стью 0,8 м |
|
|
||
неустой чивый |
|
|
|
|
|
мощностью 1,4 м; |
|
|
|
||
песчанистый |
|
|
|
|
|
сланец неустой |
|
|
|
||
чивый мощнос |
|
|
|
||
тью 3,5 -7 м |
|
|
|
|
|
То же |
|
То же |
П |
АДК |
|
Аргиллит тре |
Алевролит Аргиллит |
Ш- |
АЩ |
||
щиноватый, |
устойчи- |
мошн. 1,9 м |
|
|
|
/*ж4 мощно |
вый мою- |
средней у с- |
|
|
|
стью 0,5 м |
ностью Юм, тойчивости |
|
|
||
|
|
5-7 |
|
|
|
Глинистый сла |
Песчаник |
Песчанистый |
|
1 АЩ |
|
нец средней |
разнозер |
сланец, слоис |
|
|
|
устойчивости |
нистый |
тый, склонный |
|
|
|
до устойчиво |
устойчи |
к сползанию |
|
|
|
го мощностью |
вый ок- |
мощностью 0,5; |
|
|
|
4,5 м; выше - |
варцо- |
крепкий песча |
|
|
|
угольный про |
ванный |
ник мощностью |
|
|
|
слоек, |
отде |
мощнос |
12-15,8 м |
|
|
ляющий ос |
тью 11 м |
|
|
|
|
новную кров |
|
|
|
|
|
лю
Глинистый сла нец с углисты ми включения
ми, слоистый, средней крепо сти мощностью
0 ,1 4 -0 ,2 5 |
м; |
прослоек |
угля |
мощностью |
|
0,01 -0,1 |
м, |
глинистый сла нец средней крепости, слоис тый мощностью
0 ,9 -0 ,6 м; песча но-глинистый
сланец, слоистый, трещиноватый, средней крепости мощностью
4 ,8 -5 м
Песчанистый Ш АНЩ сланец мощ
ностью 0,3 м; песчаник ус
тойчивый мощ ностью
7 -8 ,8 м
55
Тип щитового агрега та и место его при
менения
АЩ, шахта им. Карла Маркса
( trt = 1,8 м) , шахта № 6 "Булавинка" (т = 1,8 м)
1 АШ, шахта им. К. Маркса
АДК, шахта № 6 "Булавинка"
АНШ, шахта им. Артема
1 |
1 |
|
S а |
|
|
d о |
|
|
« |
2 |
2 |
з « |
- |
|
« ШФ |
||
f |
F S- |
|
|
О О |
|
5ю |
10 |
|
2 <я К |
||
Обслужи |
пазон р |
ности п |
1,2-2,2
1,2-2,2
1,2-2,2
0,7-1,2
Начальный распор стойки (секции), тс
1-я |
ступень |
|
2-я |
сту |
|
|
|
|
|
пень |
|
j |
фактиче ский |
|
проект |
|
фактиче- |ский |
проектный |
1 1 |
1 |
|||
|
|
|
|
ный |
|
15.7 |
2.5-3.0 |
10.0 |
14.0 |
||
31,4 |
5,0-6,0 |
20,0 |
28.0 |
||
15,7 |
- |
|
10.0 |
8-10 |
|
31,4 |
|
20,0 |
16-20 |
||
|
|
||||
22,1 |
13-27 |
|
14.1 |
- |
|
44,2 |
26-54 |
|
28.2 |
||
|
|
||||
12 |
12 |
|
- |
|
- |
24 |
24 |
|
|
||
|
|
|
|
||
На рис. 10 показан характер поведения пород кровли на пласте "Подпяток" (шахта № 6 "Булавинка") при применении агрегатов типа АШ и типа АДК. Как видно из рис. 10, по?- секционная схема передвижки в подобных условиях обеспе чивает значительно лучшие условия поддержания и сохране ния естественной несущей способности кровли.В этом можно убедиться, если проанализировать характер процесса сме щения боковых пород при работе агрегата АДК по графикам
смещения и сопоставительным данным, |
помещенным |
в |
||
табл. 12. |
|
|
|
|
Процесс смешения при посекционной схеме |
передвижки |
|||
характеризуется значительно большей однородностью, |
мень |
|||
шей зависимостью от влияния производственных |
процессов, |
|||
что благоприятно сказывается на устойчивости |
пород |
непо |
||
средственной кровли в очистном забое. Так,в условиях пла66
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
11 |
||
Удельное сопротив-| Рабочее сопротив |
Удельное |
сопро |
||||||||||
ление секции |
при |
ление стойки |
тс |
тивление секции |
|
|||||||
начальном |
распоре, |
|
секции'' |
! при рабочем |
сопро- |
|||||||
|
т/м2 |
|
|
|
|
|
1тивлении, тс/м^ |
|
||||
1-я сту |
2-я сту |
1-я сту |
2 - я сту |
1-я сту |
2-я сту |
|||||||
пень |
|
пень |
пень |
|
пень |
|
пень |
пень |
|
|||
проект ный |
фактиче ский |
проект ный |
фактиче ский |
проект ный |
фактиче ский |
проект ный |
фактиче ский |
1проект ный |
фактиче ский |
проект ный |
фактиче ский |
|
13,7 |
- |
8,9 |
- |
19,6 |
10 |
12,5 |
18.0 |
17,0 |
12,5- |
11,2 22,5- |
||
|
|
|
|
39,2 |
20 |
25,0 |
36,0 |
|
2,7 |
|
17,5 |
|
13,7 |
- |
8,0 |
- |
19,6 |
- |
12,5 |
7-13 |
17,0 |
- |
10,0 10-17 |
||
|
|
|
|
39,2 |
|
25,0 |
14-26 |
|
|
|
|
|
13,8 |
|
10,2 |
2 й Л |
15- |
15,7 |
- |
15,3 |
5,8- |
11.1 |
- |
||
|
49,0 |
29 |
31,4 |
|
||||||||
|
|
|
11,6 |
|||||||||
9,0 |
9,0 |
- |
- |
16 |
16 |
- |
- |
11,9 |
11,9 |
- |
|
- |
32 |
32 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ста "Подпяток" на шахте |
№ 6 "Булавинка" |
применение |
аг |
|||||||||
регата типа АЩ оказалось невозможным в |
связи |
с |
край |
|||||||||
не неудовлетворительным состоянием, а при применении аг
регата типа АДК на этом же пласте |
представилось |
воз |
|
можным эффективно поддерживать боковые |
породы, |
не до |
|
пуская аварийной обстановки. |
|
|
|
Крепи, передвигаемые с остаточным |
|
подпором |
(типа |
АНШ), обеспечивают безразгрузочное силовое . взаимодейст вие поддерживающих элементов с боковыми породами. Этот
принцип взаимодействия крепи с боковыми |
породами, |
по |
мнению других специалистов, относится также |
к одному |
из |
эффективных в условиях неустойчивых ( ниже средней устой чивости) боковых пород; при его использовании исключают ся условия для интенсивного смещения (расслоения) пород 67
Рис. 10. Характер поведения |
боковых |
пород в очист |
||
ном забое пласта "Подпяток" |
( К£ ) |
на |
шахте |
№ 6 |
"Булавинка" в зависимости от схемы передвижки |
||||
крепи: |
передвижки |
('агрегат |
ти |
|
а - при посекционной схеме |
||||
па АДК) ; б - при одновременной по всей длине забоя при снятом, распоре (типа АЩ)
68
кровли, а следовательно, в меньшей степени нарушается ес
тественная несущая способность кровли. |
При использовании |
||
этого принципа взаимодействия |
предстоит |
обосновать раци |
|
ональную величину остаточного |
подпора для различных |
гор |
|
ногеологических условий, которая должна |
удовлетворять |
од |
|
новременно двум противоречивым требованиям: предупреж дать нежелательные смещения боковых пород и не вызывать
необходимость в назначении больших тяговых |
усилий для |
||
передвижки крепи под |
распором, которые привели бы |
к утя |
|
желению конструкции. |
Следует заметить, что |
в |
способе |
передвижки подпором боковых пород, основанном на преодо
лении сил |
трения скольжения перекрытий по породе, |
имеет |
||
ся существенный недостаток, заключающийся в том, |
что в |
|||
процессе |
передвижки в условиях изменяющейся |
мощности |
||
пласта реактивное сопротивление крепи может |
существенно |
|||
меняться, |
что, в свою очередь, может ' неблагоприятно |
от |
||
разиться |
как на условиях поддержания боковых |
пород, |
так |
|
и на силовом режиме передвижки. В связи с этим, по-види мому, при этом способе взаимодействия с боковыми поро дами следует предусматривать в конструкции автоматизиро
ванную настройку крепи на необходимую |
раздвижность |
и |
величину сопротивления. |
Т а б л и ц а |
12 |
|
Наименование |
Средняя |
ско рость см е- |
щения |
||
производствен- |
АДК |
АЩ |
ных операций |
||
|
мм/ч"1 |
мм/ч |
|
|
|
Выемка |
1,0 |
1,0х) |
Посадка |
6,0 |
24,0 |
Остановка забоя |
0,01-0,04 |
0,05-0,08 |
Отношение
средних C K O D O - стей при АДК
по сравнению с АЩ
1,0
0,25
0,2 -0,5
х"^ Такая величина скорости смещения получена при очень медленном подвигании забоя, в среднем 0,25 м/сутки.
Более перспективным способом реализации передвижки с
остаточным распором является способ, основанный на |
ис |
||
пользовании трения качения при взаимодействии |
перекрытий |
||
крепи с боковыми по’родами, разрабатываемый |
КГМИ |
под |
|
руководством проф. Савенко Ю.Ф. По данным |
исследований |
||
проявлений горного давления применительно |
к |
испытанию |
|
агрегата АНЩ на пласте "Девятка-Нижняя" |
^ |
(шахта |
|
им. Артема комбината Артемуголь) в условиях |
пород кров— |
||