книги из ГПНТБ / Проявление горного давления при применении механизированных крепей

к сосредоточению нагрузок на крепь и деформации перекрытий (при осадке пород основной кровли было продавлено 25 пере­ крытий крепи).

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 5,0 3,5 0,0

Расстоянае от забоя, м

Рис. 6. Характер изменения опускания кровли по ширине призабойного пространства при:

1 — первичной осадке; 2 — вторичной осадке; 3 — между осад­ ками

В период между осадками основной кровли стойки крепи рабо­ тали в режиме нарастающего сопротивления. Средние величины нагрузок на крепь и податливость стоек за этот период приве­ дены в табл. 2

21

Скорость нарастания нагрузок на стойки составляла 0.2—0,5 тс/ч. Общее опускание кровли в средней части лавы рав­ нялось 219 мм. Скорость опускания кровли при выполнении про­ изводственных процессов составляла 0,2—0,3 мм/мин, в осталь­ ное время 0,04—0,07 мм/мин. Кровля была в плохом состоянии: 'происходили вывалы пород в призабойное пространство. Вторич­ ные осадки основной кровли повторялись через каждые 19—25 м. подвигания очистного забоя. При этом состояние кровли и за­ боя ухудшалось. Глубина зоны отжима угля составляла 0,4—0,6 м, отслаивавшиеся блоки угля имели размеры 1,2X 2x0,6 м. Нагруз­ ки на стойки крепи увеличились до 36—38 тс. Опускание кровли составляло 260 мм. При осадках пород основной кровли развора­ чивало крепь и сдвигало стойки; что носило повсеместный харак­ тер. Осадки основной кровли обычно продолжались в течение 2—3- сут. Несмотря на длительность осадок основной кровли, стойки крепи на .рабочую характеристику выходили только во время вы­ полнения производственных процессов. Средняя податливость стоек составляла 39—40 мм.

§ 6. Проявление горного давления при применении механизированной крепи М-87 на шахте

им. 50-летия Октябрьской революции на пласте k ]3 Шестифутовом

вы 280 м; длина выемочного столба 800 м; угол падения пласта 10—12°

Непосредственная кровля пласта представлена, аргиллитами мощностью до 3 м, выше которых залегает песчаник мощностью до 30 м, являющийся основной кровлей. В почве пласта залега­ ют слабые светло-серые аргиллиты и алевролиты, склонные к пу­ чению, мощностью от 3 до 20 м. При выемке пласта в кровле ос­ тавляется предохранительная пачка угля общей мощностью 0,25 м, разделенная двумя прослойками аргиллита.

В связи с тем, что длина лавы была больше, чем длина вводи­ мого в работу комплекса, в нижней ее части (длиной 170 м) смон­ тировали механизированный комплекс КМ-87, а верхнюю часть (длиной 110 м) крепили индивидуальными стойками-. Управление кровлей производили с помощью частичной закладки выработан­ ного пространства.

До внедрения комплекса при работе по пласту k l3 часто наб­ людались весьма интенсивные первичные осадки основной кровли. Поэтому для предупреждения возможной деформации крепи был принят двусторонний порядок отработки лавы, который заклю­ чался в следующем: после монтажа комплекса и подвигания ком­ плекса на 5 м в западном направлении в восточном направлении

22

начали отрабатывать новую лаву узкозахватным комбайном К-52Ш.

Лаву крепили индивидуальными стойками, управление кровлей производили также частичной закладкой выработанного простран­ ства.

После отхода лавы восточного направления на 15 м от механи­ зированного комплекса было произведено принудительное обру-

ОР,т с

30 3 0 150 210 270 330 390 950 510 570 630 090 750 і,» и н

Рис. 7. Характер изменения нагрузок на передние стойки секции крепи (а) и податливости стоек (б)

шение непосредственной кровли на высоту 4 м. Это было сделано для уменьшения осадки основной кровли, которая произошла при отходе лавы от комплекса на расстояние 60 м.

Первичная осадка кровли, произведенная на бутовые полосы, не отразилась на состоянии комплекса. После этого была останов­ лена лава восточного направления' и пущен в эксплуатацию ком­ плекс.

В начальный период работы комплекса стойки крепи работали на величине первоначального распора. Опускание кровли по мере отхода комплекса от монтажной камеры постепенно увеличивалось' и на расстоянии ІО м составило 52 мм, а на расстоянии 25—40 м возросло до 150—162 мм.

Непосредственная кровля за секциями крепи не обрушалась после каждого выемочного цикла, в связи с этим происходили за­ висания участков кровли размером 8—10 м по простиранию пла­ ста на 25—40 м по длине лавы. В местах зависания секции крепи испытывали повышенное давление. Максимальные нагрузки на стойки находились в пределах 40—50 тс, т. е. стойки не выходили на рабочую характеристику. Податливость составляла 8—14 мм.

23

Вторичная осадка основной кровли произошла на расстоянии

ния и выходили на, рабочую характеристику в течение 15—20 мин, скорость нарастания нагрузок составляла 10—12 тс/ч. Общее

ОР,тс

50

90

30

Z0

Ö h,MM

Z

Б

to

1h

JO 90 150 Z10 Z70 JJO 390 950 510 570 630 690 750t,мин

Рис. 8. Характер изменения нагрузок на задние стопки секции крепи (а) и податливости стоек (б)

опускание кровли за этот период составило 234 мм. Деформаций элементов секций крепи не наблюдалось.

Общее опускание кровли в период между осадками основной кровли составило в среднем 160 мм, а среднее опускание кровли за цикл — в пределах 32—40 мм. Скорость опускания кровли при этом в период, когда в лаве не выполнялись производственные про­ цессы, составляла 0,03—0,05 мм/мин. Во время работы комбайна скорость опускания кровли возрастала до 0,2—0,25 мм/мин, а при передвижке секций крепи скорость опускания кровли увеличива­ лась до 0,7—1,25 мм/мин.

Применение двух видов крепи в очистном забое отрицательно влияло на работу комплекса. Время каждого выемочного цикла

в среднем составляло 3—9 ч.

Максимальная нагрузка на секцию крепи в этот период сос­ тавляла ПО тс, т. е. нагрузка на каждую стойку крепи не превы­ шала 55 тс. Податливость находилась в пределах 8—12 мм (рис.7).

24

На основании проведенных исследований получены следующие ■корреляционные зависимости изменения во времени нагрузки и по- ,'датливости:

на передние стойки

Р = _55/J-J500_ (т] = 0 8 4 ) .

h = 1,85 + 0,0088 (р = 0,82);

на задние стойки (рис. 8).

5 4 /+ 600 (т| = 0,8);

/ + 50

h — 0,97 + 0,01025/ (р = 0,77).

Коэффициент надежности корреляционного отношения М>2,6.

§ 7. Проявление горного давления при применении механизированной крепи М-87Д на шахте «Стахановсікая» на пласте feJ3 Шестифутовом

Промышленные испытания комплекса КМ-87Д проводились в 14-г западной лаве.

Общая мощность пласта 2,25 м, вынимаемая 1,9 м; длина лавы 140—220 м; угол падения пласта 8—10°.

Непосредственная кровля пласта представлена аргиллитами мощностью до 2 м с прослойками угля. Основная кровля —■пес­ чаники мощностью 34 м. Почва пласта — светло-серые аргиллиты и алевролиты мощностью до 20 м.

Комплексом КМ-87Д отрабатывался столб длиной до 1200 м. Первоначальная длина лавы была 140 м, по мере отхода комплек­ са от монтажной камеры длина лавы постепенно увеличилась до 220 м. Поле по простиранию и по падению пласта выдержано.

В первый период работы комплекса каких-либо серьезных не­ поладок (кроме прорывов шлангов и выхода из строя нескольких клапанных блоков) не отмечалось. Поэтому комплекс сразу же по выходе из монтажной камеры стал работать с большой нагрузкой на забой (по шесть выемочных циклов в сутки).

Исследовалось влияние скорости подвигания очистного забоя на характер осадок основной кровли.

Период отхода комплекса на 25 м от монтажной камеры харак­ теризовался незначительным горным давлением на крепь.

При первоначальном распоре 10—15 тс стойки крепи через 1,5— 2 ч испытывали нагрузку 40—50 тс. В дальнейшем нагрузки на крепь независимо от длительности выемки цикла не изменялись, т. е. крепь работала в режиме нарастающего сопротивления. Пос­ ле отхода комплекса от.монтажной камеры на 50 м давление на крепь стало увеличиваться. Стойки крепи при этом начали выхо-

25

днть иа рабочую характеристику. Податливость не превышала 3—8 мм за один рабочий цикл.

Состояние кровли в начальный период работы комплекса было хорошим, вывалов не наблюдалось, за исключением местных от­ слоений нижних пачек'непосредственной кровли на глубину 15—20 см. Породы непосредственной кровли обрушались по всей длине лавы после каждого выемочного цикла. Отдельные зависа-

Рнс. 9. Характер изменения нагрузок на передние (а) и задние (б) стойки секции крепи

ния кровли на 1—1,5 м по простиранию и до 3—4 м по длине ливы не сказывались на состоянии кровли.

Анализ шахтных замеров позволил установить корреляционные зависимости нагрузок на передние и задние стойки крепи от вре­ мени их работы (рис. 9).

Зависимости нагрузок от времени выемки цикла выражаются; уравнениями:

на задние стойки

681 + 210 (ті = 0,79).

г+ 60

Впериод выполнения производственных процессов скорость нарастания нагрузок на стойки крепи составляла 15—20 тс/ч, а

26

отдельные стойки выходили на рабочую характеристику. Скорость опускания кровли в этот период составила в среднем 0,25 мм/мин, в остальное время она не превышала 0,01 мм/мин.

Перед осадкой основной кровли (после трех выемочных цик­ лов) начался отжим угля по всей лаве на глубину 0,15—0,2 м.

Первичная осадка основной кровли произошла при отходе ла­ вы от монтажной камеры на 60 м. Ей предшествовало дальнейшее усиление давления на крепь.

Скорость нарастания нагрузок при этом составляла 30—40 тс/ч. Клапаны стоек срабатывали через каждые 15—20 мин. Податли­ вость стоек увеличилась до 10—15 см. Отжим угля увеличился до 0,5 м по всей длине лавы, появились вывалы в кровле. По ли­ нии забоя почти на всю длину лавы образовалась трещина шири­ ной 8—10 см.

После трех выемочных циклов состояние лавы немного улучши-

.лось, уменьшились вывалы. Трещина по линии забоя появлялась после каждого выемочного цикла, но ширина ее уменьшилась до 5 см, отжим угля все еще доходил до 0,2—0,4 м.

Ввиду такого состояния лавы работы по выемке угля произво­ дились в четыре смены. В результате скорость подвигания очистно­ го забоя достигла 2,5 м/сут. На третий день после осадки основ­ ной кровли состояние лавы стало вполне удовлетворительным, зна­ чительных вывалов в кровле уже не было, трещина по линии за­ боя появлялась уже через 2—3 выемочных цикла. Отжим угля уменьшился до 0,1—0,15 м.

Стойки механизированной крепи в период первичнрй осадки основной кровли выходили на рабочую характеристику за 40 мин после передвижки секций, т. е. скорость нарастания нагрузок сос­ тавляла 40—60 тс/ч. При этом нагрузки на передние и задние стой­ ки и скорости их нарастания были одинаковыми. Клапаны стоек крепи в этот период срабатывали через 4—7 мин. Податливость достигала 52 мм при длительности выемочного цикла 6—7 ч.

Общее опускание кровли за время первичной осадки основной кровли по ширине призабойного пространства составило 450 мм, за цикл 50—60 міуі. Скорость опускания кровли во время выпол­ нения производственных процессов составила в среднем 1,5— 2 мм/мин, в остальное время 0,05—0,06 мм/мин.

Таким образом, первичная осадка основной кровли резко отри­ цательно сказалась на работе крепи М-87Д и состоянии кровли, но •благодаря большой скорости подвигания (2,5 м/сут) удалось умень­ шить осадку основной кровли и быстро ликвидировать ее послед­ ствия.

Период работы комплекса между вторичными осадками основ­ ной кровли наиболее длительный, так как вторичные осадки проис­ ходили через 35—40 м и ощущались во время 4—5-го выемочных циклов.

Анализ шахтных замеров позволил установить корреляционую зависимость податливости от времени выемочного цикла (рис. 10):

27

передние стойки

h =1, 3 4-2,9^ (т) = 0,74);

задние стойки

h = —3 + 2,71 ft = 0,79).

Вторичная осадка основной кровли произошла при отходе ком­ плекса на 35 м от места первичной осадки. Воздействие на крепь

Рис. 10. Характер изменения податливости на стоики секции крепи:

а — задние; о — передние

вторичной осадки не было менее интенсивным, чем первичной. Ни одной секции не было зажато, однако более 30 секций было наклонено под углом до 15° по падению и около 20 имели наклон до 10° по восстанию. По всей длине лавы происходил от­ жим угля. Наибольший отжим (0,3—0,4 м) был в средней частилавы, в нижней и верхней частях лавы он был равен 0,15—0,2 м.

В период вторичной осадки основной кровли нагрузки на пе­ редние и задние стойки и их податливость были одинаковы

(рис. 11).

Стойки крепи выходили на рабочую характеристику в основ­ ном в течение 1,5—2 ч, вслед за этим через 10—15 мин срабаты­ вали клапаны. Зависимость нагрузок на секцию крепи от дли­ тельности выемки цикла выражается уравнением

28

Податливость гидравлических стоек в зависимости от длитель­ ности выемочного цикла выражается уравнением

■А = — 0,625 + 3,25/ (11 = 0,78).

Опускание кровли при вторичных осадках было значительна большим, чем между осадками (рис. 12). При выполнении про­ изводственных процессов оно составляло 50—60 мм при скорости опускания 2,2 мм/мин, в остальное время 0,25 мм/мин.

Рис. 11. Характер изменения нагрузок на секции кре­ пи (а) и податливости стоек (б) при вторичных осадках основной кровли

В период между осадками основной кровли были проведены исследования работы крепи при последовательной и шахматной схемах передвижки.

При передвижке секций по последовательной схеме стойки кре­ пи выходили на рабочую характеристику через 4—6 ч, а иногда только в конце цикла, т. е. только после передвижки соседних сек­ ций.

При передвижке секций по шахматной схеме стойки крепи вы­ ходили на рабочую характеристику в течение 1—2 ч после пе­ редвижки. Скорость нарастания нагрузки на стойки при последо­ вательной схеме передвижки составляла 10—15 тс/ч, а при шах­ матной 20—25 тс/ч.

Состояние кровли при работе как с шахматной, так и с после­ довательной схемами передвижки было хорошим. Следует отме­ тить, что при последовательной схеме передвижки отжим угля ■происходил уже через 40—50 мин после передвижки секций, до­ стигая иногда 0,2—0,3 м в глубину и 10—15 м в длину. При шах-

29'

матной схеме передвижки отжим угля начинался не ранее чем че­ рез 2 ч после передвижки секций, причем отжим угля не превы­ шал 0,15 м.

k 7, ki, &1 0 , характеризующихся осадками основной кровли, показы­ вает, что степень воздействия их на работу крепи и состояние кров­ ли в призабойном пространстве определяется в первую очередь строением и мощностью пород основной и непосредственной кров­ ли, вынимаемой мощностью пласта, физико-механическими свойст­ вами пород, угля, сопротивлением крепи и т. д.

Результатом осадок основной кровли в очистных забоях, обо­ рудованных механизированными крепями, является: в одних гор­ но-геологических условиях ухудшение состояния кровли в приза­ бойном пространстве; в других — зажатие выдвижной части секций

.30