книги из ГПНТБ / Глушихин, Ф. П. Трудноуправляемые кровли в очистных забоях

пространства зависит от длины блоков непосредствен­ ной кровли и может быть определено для любого под­ держиваемого блока по формуле

Если зависание отсутствует, то удельная нагрузка от непосредственной кровли на крепь будет постоянной по ширине призабойного пространства

Рис. 43. Характер распределения нагру­ зок по ширине призабойного простран­ ства

Однако при зависании кровли величина Рбу может превышать вес непосредственной кровли не только на границе призабойного пространства с выработанным, но и вблизи забоя.

Расчет крепей по средним нагрузкам не будет в дан­ ном случае соответствовать действительной эпюре на­ грузок. Для облегчения расчетов удельных нагрузок, оказываемых непосредственной кровлей в зависимости от параметров ее разрушения и горнотехнических факто­ ров построена номограмма (рис. 44). Схема расчета по­ казана пунктирной линией.

Из номограммы следует, что максимальные вели­ чины удельных нагрузок в большой степени зависят от горнотехнических факторов — ширины поддерживаемого пространства и числа зависших блоков. Пределы изме-

140

г

нения параметров, входящих в расчетную формулу, при­

ном их изменении это необходимо учесть в форму­ ле (V.42).

Короткоблочное разрушение основной кровли значи­ тельно осложняет поддержание кровли из-за особенно­ стей взаимодействия ее с непосредственной, а послед­ ней — с крепью. При образовании нового блока основ­ ной кровли дополнительная пригрузка от него и лежа­ щих над ним блоков в первый период может переда­ ваться только через передний блок непосредственной кровли. В этом случае на крепь, установленную под пер­ вым блоком, будут воздействовать огромные удельные нагрузки. Удержать кровлю от смещений в этот период практически невозможно, пока не созданы крепи, спо­ собные выдержать подобные нагрузки. Убедительным доказательством действия в этот период больших удель-

141

1

ных нагрузок является частый срез краевой части пла­ ста, когда трещины опережают линию забоя.

Величина удельной нагрузки на крепь в начальный период образования нового блока основной кровли без учета опоры первого блока непосредственной кровли на забой определится из формулы

этот период 150—250 тс/м2.

Пригрузки от основной кровли должны восприни­ маться всей призабойной крепью, хотя при этом будут наблюдаться проседания кровли по линии забоя.

Уменьшению вредного влияния больших удельных нагрузок вблизи забоя способствует то обстоятельство, что при смещении кровли происходит перераспределе­ ние сил в системе блоков. Совместное действие этих факторов (увеличение сопротивления крепи, реакция забоя и перераспределение сил в системе блоков) при­ водит к новому состоянию равновесия. Это подтверж­ дается тем, что при значительных смещениях кровли, даже со срезом кромки пласта, дальнейшая ' выемка угля (снятие реакции забоя) часто не приводит к даль­ нейшему опусканию кровли.

Роль крени в этих условиях сводится не к предот­ вращению образования закола, а к уменьшению смеще­ ния кровли по нему.

Удельные нагрузки на призабойную крепь резко уменьшатся, как только вся крепь начнет воспринимать пригрузку от основной кровли:

142

Глава VI

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КРЕПЕЙ

§ 1. Работа системы крепь — боковые породы

Общеизвестно, что характеристика крепи имеет большое значение для поддержания кровли в безопас­ ном состоянии и уменьшения ее смещения. Наиболее прогрессивными в настоящее время являются крепи по­ стоянного сопротивления. Однако в условиях шахты фак­ тическая характеристика крепи может существенно, при­ чем в худшую сторону, отличаться от проектной или даже от получаемой на испытательном стенде в лабора­ тории.

Причинами этого являются большое влияние запы­ ленного и влажного воздуха на стойки трения, износ рабочих поверхностей стоек, деформации замков и т. д. У гидравлических стоек наблюдаются утечки, засорение клапанов примесями, имеющимися в рабочей жидкости

ит. д. Кроме того, силовая схема взаимодействия крепи

икровли определяется не только характеристикой соб­ ственно стоек, но также и свойствами применяемых на­ кладок и подкладок, а также и самих боковых пород, которые также могут деформироваться под действием нагрузок. Совокупность всех указанных факторов и оп­ ределяет фактическую характеристику системы крепь —

боковые породы.

В качестве наглядного примера по стойкам трения можно привести результаты проведенных нами [53] в большом объеме исследований.

На рис. 45 приведены характеристики стойки М20, полученные в лабораторных условиях 1, в шахте 2), и суммарная характеристика системы крепь — боковые

144

породы 3, полученные в лаве № 108 пласта 4 шахды

«Новая».

Из рисунка видна существенная разница приведен­ ных зависимостей. Этот факт следует иметь в виду при проектировании паспортов крепления. В лаве № 108 применялись металлические верхнякм и затяжка кровли.

ния крепи, меньше использовать при креплении леса и т. д.); во-вторых, при расчетах паспортов крепления, в которых предусматривается применение стоек трения, нельзя принимать проектное сопротивление стоек за расчетное.

Кроме того, большая податливость сопряженных элементов крепи может привести к тому, что в крепях постоянного сопротивления фактическая характеристика системы будет нарастающей. То же явление наблю­ дается и при работе механизированных крепей, хотя они имеют значительно большие удельные поверхности опор.

В период работы механизированных крепей (от их распора до разгрузки) смещения кровли в подавляющем

145

большинстве случаев превышают податливость крепи в несколько раз. В разных горно-геологических условиях

смещение кровли в цикле, мм.

Результаты измерений, проведенных при работе ме­ ханизированных крепей, показывают, что действительная характеристика их значительно отличается от паспорт-

Рнс. 46. Характеристики механизи­ рованной крепи и системы крепь — боковые породы

ной. Степень отличия зависит не только от прочности контактов, но и от соотношения фактического сопро­ тивления крепи и начального распора.

На рис. 46 применительно к работе гидравлических

тивление составляет Ah. Однако по мере роста нагрузки на стойку будут деформироваться: порода, затяжка,

146

штыб и т. д., которые создадут дополнительную подат­ ливость системы Ас. Полная податливость системы определится как сумма

АЯ — Ah -ф Ac.

Данная податливость должна (при тщательных из­ мерениях) быть равна смещению кровли за период ра­ боты стойки. Действительная характеристика системы определится в этом случае линией ОАДЕ, т. е. участок работы системы в режиме нарастающего сопротивления значительно увеличится. Он будет тем больше, чем больше дополнительная податливость системы, т. е. при слабых боковых породах или же при применении дере­ вянных подкладок (верхняков и т. п.) то же сопротив­ ление будет достигнуто при большем смещении кровли.

Если увеличить начальный распор до значения Р'н.р, то соответственно величины Ah, Ас и АН уменьшатся, так как система начнет работать от точки А' до линии A'D'E; величина Ah'c<A hc. Отсюда следует вывод, что при слабых боковых породах для предотвращения лиш­ них смещений распор надо увеличивать.

Приведенные выше соотношения податливости гидро­

стике. Величина этого соотношения зависит от положе­ ния точки Д на линии BE. Чем дальше ома расположена от точки В, тем большие смещения кровли необхо­ димы для выхода крепи на рабочее сопротивление Pv. Представим, что крепь вышла на рабочее сопротивле­ ние, а смещения кровли продолжаются. В этом случае дальнейшая податливость системы будет происходить только за счет податливости самой гидростойки, так как прироста нагрузок не будет.

При работе механизированных крепей особенно важно, чтобы фактическая характеристика системы крепь — боковые породы была возможно ближе к ха­ рактеристике самой крепи. Это необходимо потому, что механизированные крепи находятся в контакте с боковы­ ми породами значительно меньшее время, чем индиви­ дуальные, и не всегда могут успевать набирать доста­ точное сопротивление. В связи с этим в лаве следует

147

тщательно зачищать почву от штыба, обеспечивать на­ дежные опоры для верхняка.

Специальные исследования этого вопроса, проведен­ ные ВНИМИ в шахтных условиях, показали, что даже одна я та же секция в разных циклах может работать с разной характеристикой в зависимости от 'состояния пород под опорами. На рис. 47, а в качестве примера

а

Рис. 47. Влияние условий контактирования на характеристику си­ стемы крепь— боковые породы:

1— хорошие условия; 2— плохие; 3— идеальные

показана работа секции крепи комплекса КМ-87 на пласте XXVII шахты «Березовская». Линией 2 показана фактическая характеристика секции в одном цикле, а линией 1 — в следующем за ним цикле. Линия 3 харак­ теризует условия, когда податливость стойки и смещение кровли равны. При практически одинаковом начальном распоре (26 и 29 тс) смещение кровли до выхода сек­ ций на одинаковое сопротивление составило в первом случае 5 мм, а во втором около 1,5 мм. Причиной этого явилась большая податливость системы в первом цикле. Если сравнить податливость самих гидростоек, то они отличаются незначительно: 1,2 мм в одном цикле и 0,7 мм — в другом. Данное положение характерно не только для одной секции, но и для крепи .в целом. На рис. 47, б показана зависимость податливости гидроетоек крепи комплекса КМ-87 от смещения кровли в лаве

№84 шахты «Чертинская» (пунктирная линия) и в лаве

№12 шахты «Березовская» (сплошная линия). Эти кривые построены по результатам большого объема ис­

148

следований и показывают существенное различие в усло­ виях нагружения крепи и ее характеристике. В первом случае крепь работала под затяжкой из дерева и при слабой почве, во втором — над крепью находился проч­ ный песчаник и почва не допускала вдавливания крепи.

При эксплуатации крепи необходимо возможно боль­ ше уменьшить разность между смещением кровли и по­ датливостью крепи за счет увеличения жесткости кон­ тактов крепи с боковыми породами. Эти исследования показывают, что повышенные смещения кровли в лавах могут быть вызваны не только недостаточным сопротилением крепи или ее неисправностью, но и неудовлетво­ рительной характеристикой системы крепь — боковые породы.

Для уменьшения вредного влияния податливости со­ пряженных с крепью элементов начальный распор стоек крепи должен быть как можно больше. Однако для гидравлических стоек, конструкция которых позволяет обеспечить равенство начального распора и конечного сопротивления, такая мера может оказаться нежела­ тельной по причинам, которые будут рассмотрены ниже.

Другим из возможных путей уменьшения вредного влияния податливости может быть правильный выбор предельных сопротивлений отдельных единиц крепи и ее опорных поверхностей. Уменьшение удельных на­ грузок на крепь существенно влияет на вдавливание ее в боковые породы. Поэтому применение опорных пло­ щадок с большей несущей способностью при индиви­ дуальных крепях в ряде случаев не только желательно, но просто необходимо.

§ 2. Условия работы индивидуальных крепей

Исследования, проведенные на пластах с тяжелыми кровлями, показывают, что индивидуальные крепи рабо­ тают в особых условиях. Действие больших - нагрузок вблизи забоя и резкое их измерение по всей ширине при­ забойного пространства вызывает необходимость при­ менения специальных мер для удержания кровли в при­ забойном пространстве.

Основной особенностью большинства типовых пас­ портов с индивидуальными крепями, разработанных ДонУГИ [55], КНЙУИ [56] и КузНИУИ- [57], является

149