книги из ГПНТБ / Проявление горного давления при применении механизированных крепей

сопровождаемое значительными вывалами кровли пластов; в тре­ тьих— завалы очистных забоев.

В связи с расширением области применения механизирован­ ных комплексов для повышения эффективности их работы, пра­ вильности выбора выемочных участков и типа крепи, предохране­ ния ее от деформации необходима приближенная оценка шахтопластов по интенсивности осадок основной кровли. Основные положе­

■А. А. Борисовым, позволяют разработать метод приближенной оценки первичных и вторичных осадок основной кровли [3,7,10 11, 12]. На основании результатов шахтных исследований, опыта управ­ ления кровлей на пластах с труднообрушаемыми породами все пла­ сты по интенсивности проявления осадок основной кровли можноразделить на две группы: к I относятся пласты с резкими осадками основной кровли и значительной площадью зависания пород; ко II относятся пласты, на которых осадки кровли происходят отно­ сительно спокойно и сопровождаются постепенным увеличением скорости и величины опускания кровли и в редких случаях завала­ ми лав.

Для возможности отнесения пластов к одной из групп необхо­ димо ввести понятие коэффициента интенсивности осадок основ­ ной кровли:

где Н — мощность основной кровли, м; т — коэффициент самопод-

Данная формула справедлива при Ь>1. При h<l£„-s-oo, что ха­

пласт k \ 2 Верхняя Марианна шахты «Волынская», где проявлениепервичной осадки сопровождалось сильным динамическим уда­ ром и завалом лавы (£п=396).

Результаты исследований показали, что осадки основной кров­ ли оказывают неодинаковое воздействие на мехаиизированныекрепи и состояние кровли в призабойном пространстве. Так, на­ пример, первичная осадка на шахте «Западная» (kn— 10) при при­ менении механизированной крепи М-97 не вызвала значительногоосложнения в работе очистного забоя. Однако в результате осад-

31

скашія кровли. Все стойки за 30—40 мин выходят на рабочие ха­ рактеристики. Осадки основной кровли происходят в два этапа. Первый этап длится обычно 3—5 мин и соответствует началу об­ лома основной кровли. В это время крепь испытывает сильное дав­ ление, скорость опускания кровли составляет 10—60 мм/мин. Сле­ дующий этап характеризуется мгновенным динамическим ударом со стороны кровли, в результате которого происходит завал лавы и полностью разрушается плита основной кровли. Максимальная скорость опускания кровли достигает при этом 120—150 мм/мин, податливость гидравлических стоек 250—350 мм.

Аналогичный характер первичной осадки основной кровли наб­ людается при выемке пласта k H Саранского участка при примене­ нии индивидуального крепления. На пласте а7 первый этап прояв­ ления первичной осадки отсутствует, а происходит обычно динами­ ческий удар, сопровождаемый разрушением слабой угольной пач­ ки, обыгрыванием крепи и завалами очистного забоя.

Решение вопросов комплексной механизации выемки угля на пластах с труднообрушаемыми породами кровли при существую­ щих типах механизированных крепей должно в настоящее время пойти по пути разработки специальных мероприятий, обеспечиваю­ щих снижение интенсивности проявления осадок основной кровли. Дляэтого необходимо несколько изменить механизм взаимодей­ ствия боковых пород с крепями. На шахтах «Михайловская» и «Се­ верная» была применена принудительная посадка непосредствен­ ной кровли и разрушение нижних слоев основной кровли при вы­ ходе комплекса из монтажной камеры. Создание «подушки» из об­ рушенных пород непосредственной кровли в какой-то степени уменьшило интенсивность первичной осадки основной кровли.

С этой же целью на пластах II группы применили двусторон­ ний порядок отработки лавы, что позволило полностью исклю-

34

чить влияние первичной осадки на механизированную крепь ком­ плекса, смонтированного в монтажной камере.

К недостаткам указанных мероприятий следует отнести невоз­ можность их применения на некоторых шахтопластах II группы.

Несколько сложнее решаются вопросы с применением меха­ низированных крепей на пластах I группы. Существующие сило­ вые параметры крепей, применяемых при отработке пластов этой

Рис. 13. Схема .расположения скважин при применении метода передового торпедирования кровли

группы не удовлетворяют условиям проявления горного давления и не могут обеспечить эффективное применение крепей. Динамиче­ ские удары в период первичной осадки основной кровли деформи­ руют поршневые полости гидравлических стоек и приводят к за­ валам лав [1].

Принудительная посадка нижних слоев основной кровли взры­ ванием длинных шпуров в этих условиях эффекта не дает, а при­ менение двустороннего порядка отработки лавы с выкладкой буто­ вых полос в немеханизированной лаве невозможно из-за отсут­ ствия породы для их выкладки. Таким образом, применение ме­ ханизированных крепей существующих типов на пластах этой группы без решения вопросов снижения 'интенсивности проявле­ ния осадок основной кровли нецелесообразно.

Для их решения в КНИУИ разработан метод передового тор­ педирования кровли, заключающийся в том, что основная кровля забоя в массиве или до начала очистных работ оконтуривается взрыванием длинных скважин на блоки, размер которых по про­ стиранию меньше естественного шага обрушения кровли (рис. 13). При этом обрушение кровли по контуру, образованному сква­ жинами при ведении очистных работ, происходит в выработан­ ном пространстве. Осадки основной кровли в данном случае ощу­ щаются незначительно, а динамические удары со стороны кров­ ли отсутствуют.

35

Г л а в а II

ПРОЯВЛЕНИЕ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ НА ПЛАСТАХ С НЕУСТОЙЧИВЫМИ БОКОВЫМИ ПОРОДАМИ

Пласты Новых районов (Долинский и Чурубай-Нуринский уча­ стки) Карагандинского бассейна, за исключением отдельных вые­ мочных участков, имеют неустойчивые породы кровли, слабые, склонные к пучению почвы с низкой несущей способностью (5— 15 кгс/см2). Другой особенностью залегания пластов является зна­ чительная геологическая нарушенность, серьезно осложняющая их разработку.

В связи с тем что в перспективном плане развития бассейна удельный вес добычи угля в этих районах будет неуклонно увели­ чиваться и достигнет в 1975 г. 18,3 млн. т, приобретает особое зна­ чение решение вопросов комплексной механизации выемки угля. В настоящее время на этих пластах механизированные комплексы типа ОМКТМ, ОКП применяются по пласту d6 при выемке его в один или в два слоя и на некоторых участках пласта гію при мощ­ ности 2,7—3,5 м (шахта им. В. И. Ленина).

Параметры существующих механизированных крепей не всегда соответствуют горно-геологическим условиям, в которых они при­ меняются, в результате чего в кровле и почве пласта приходится оставлять предохранительные пачки угля.

Методикой выполнения исследований предусматривалось изу­ чить характер работы механизированных крепей различных типов и их взаимодействие с боковыми породами, а также особенности разрушения пород непосредственной кровли.

В данной главе приводятся результаты исследования проявле­ ния горного давления при применении механизированных крепей М-87Т, М-101Д, ОМКТ и ОМКТМ.

§ 1. Проявление горного давления при применении механизированной крепи М-87Т на шахте им. В. И. Ленина на пласте rf10

Комплексом КМ-87Т была оборудована 1-в восточная лава вер­ хнего подэтажа. Общая мощность пласта составляла 2,05—2,1 м, вынимаемая 1,9 м; угол падения 8—9°. Породы непосредственной

37

кровли представлены слабыми алевролитами с прослойками ар­ гиллита общей мощностью 3 м, основная кровля — плотным тем­ но-серым песчаником мощностью 8—10 м, почва пласта— прослоем слабого аргиллита и алевролита мощностью до 4,5 м, склонного к пучению. В кровле пласта оставлялась пачка угля мощностью 15—20 см. Длина лавы составляла 120 м, длина выемочного столба 350 м.

Рис. 14. Характер образования вывалов

При выходе комплекса из монтажной камеры долгое время не удавалось подхватить пачку угля верхними перекрытиями крепи, так как породы непосредственной кровли уже впереди монтажной камеры в массиве были частично разрушены. Между забоем и кон­ сольной частью перекрытия происходили вывалы на глубину '1— 2,5 м. В этих местах приходилось постоянно выкладывать над верх­ ними перекрытиями крепи деревянные костры и устанавливать у забоя деревянные и гидравлические стойки (рис. 14).

В результате низкой скорости подвигания лавы (8 м за 25сут.) непосредственная кровля над верхними перекрытиями крепи была полностью разрушена. Особенно плохое состояние кровли наблю­ далось в верхней части лавы на протяжении 30—40 м от вентиля­ ционного штрека. На этом участке лавы из-за поступления в нее воды и уменьшения по этой причине несущей способности почвы нижние основания секций крепи вдавились в почву на глубину 25—30 см. По всей верхней части лавы вдоль линии забоя образо­ вались вывалы. Кровлю пришлось полностью затягивать деревян­ ными затяжками. Кроме того, разгрузка секций крепи и их перед­ вижка сопровождалась постоянными прорывами пород кровли в призабойное пространство. Передвижка вдавленных секций крепи приводила к «вспахиванию» почвы основаниями крепи и дальней­

38

шим вдавливаниям их в почву. Разрушение почвы пласта привело к ее вспучиванию, в результате чего основания крепи заходили под направляющие балки, и секции наклонялись вниз по падению пласта под углом 25—30° по отношению к своему первоначальному положению. Работа комплекса в таких условиях практически стала невозможной. Лава была укорочена на 40 м и пройдена новая мон­ тажная камера.

а Р,тс

Рис. 15. Характер изменения нагрузок на стоики секции

'крепи при рабочем сопротивлении стоек:

а— 45 тс; 6 — 65 тс; / — передняя стойка; 2 — задняя

Сразу же после выхода комплекса из монтажной камеры вновь основания крепи вдавило в почву. Состояние кровли было неудов­ летворительным. Передвижка секций крепи следом за комбайном приводила к обрушению нижних слоев непосредственной кровли на высоту 0,6—0,8 м. Причем высота вывалов в течение 15—20 мни распространялась до 1,5 м и более. Поэтому в дальнейшем за ра­ бочим органом комбайна под деревянный распил устанавливались гидравлические стойки и только на расстоянии 10—12 м от ком­ байна производилась передвижка крепи. Разделение во времени и пространстве работы комбайна и передвижки крепи несколько сок­ ратило число вывалов и улучшило состояние кровли.

Однако вдавливание секций крепи в почву по мере передвижки их вновь ухудшало состояние кровли и привело к ее полному раз­ рушению над верхними перекрытиями крепи. Для предотвращения вдавливания секций крепи в почву пласта у пяти крайних секций

одинаковым и составляло 218 мм. Однако вдавливание секций кре­ пи на участке с пониженным рабочим сопротивлением стоек было меньше (8—10 см) по сравнению с остальной частью лавы (16—19 см). Из-за низкой скорости подвигания лавы, продолжаю­

39

щегося вдавливания секций крепи в почву пласта состояние кров­ ли продолжало ухудшаться. Секции крепи на этом участке накло­ нились вниз по падению пласта под углом 34—38° к своему перво­ начальному положению.

Состояние непосредственной кровли от конвейерного штрека до середины лавы было относительно удовлетворительным, хотя между забоем и консольной частью верхнего перекрытия проис­ ходили вывалы иа высоту 0,2—0,4 м.

^ Ь,мм

Для уменьшения нагрузки на секции крепи в лаве на этом уча­ стке устанавливались гидравлические стойки типа ГС под де­ ревянный распил. Вдавливание секций крепи уменьшилось до 6—8 см (рис 16). Податливость при этом составила 6—8 мм. Од­ нако в некоторых случаях сопротивление крепи падало после соз­ дания первоначального распора (6—22 тс).

Состояние кровли в верхней части лавы продолжало ухудшать­ ся. Вдавливание секций в почву пласта достигало 30 см. Все сек­ ции иа участке лавы длиною 20 м опрокинулись по паде­ нию пласта, лава пришла в аварийное состояние, и комплекс де­ монтировали.

40

§ 2. Проявление горного давления при применении механизированной крепи ОМКТ на шахте им. В. И. Ленина на пласте d e

Механизированная крепь ОМКТ применялась на нулевом го­ ризонте пласта. Общая мощность его составляла 4,5 м; вынимае­ мая мощность 3 м; длина лавы 60 м; длина столба 600 м; угол па­ дения 8°..

Породы непосредственной кровли были представлены слабыми аргиллитами с прослойками пород общей мощностью 9—10 м. Почва пласта была представлена слабыми углистыми аргиллита­ ми, склонными к пучению.

После четырех выемочных циклов в верхней части лавы на сопряжении с вентиляционным просеком встретился пережим пла­ ста, уменьшающий его мощность до 2 м.

Отсутствие прочной защитной угольной пачки в кровле пласта в этом месте и наличие перемятых глинистых пород в непосредст­ венной кровле явилось причиной их прорыва в призабойное про­ странство. В дальнейшем в этих местах кровля затягивалась дере­ вянными распилами и у забоя устанавливались деревянные стой­ ки.

Выемка угля на этом участке производилась при помощи буро­ взрывных работ. Для оставления в кровле предохранительной пач­ ки угля комплекс был опущен на почву пласта. Однако из-за сла­ бой почвы основания секций крепи вдавливались в нее на 150— 200 мм, секции зажимало, произошел вывал пород на высоту 8— 10 м. Для ликвидации создавшегося аварийного состояния на рас­ стоянии 10 м от вентиляционного штрека прошли новый просек, а секции крепи на этом участке домонтировали. Однако из-за низ­ кой скорости подвигания забоя лавы после ее укорачивания меж­ ду забоем и козырьками крепи постоянно прорывались породы кровли. Эти участки также приходилось затягивать распилами.

Особенно в плохом состоянии была кровля на сопряжении лавы с новым вентиляционным просеком. Податливость стоек в этом месте составляла 200—300 мм, некоторые секции были зажаты. Предохранительные клапаны стоек крепи на этом участке были от­ регулированы на ПО тс. Это значительно улучшило состояние кров­ ли н предохранило сопряжение от деформации. Увеличение сопро­ тивления стоек крепи резко уменьшило податливость стоек (рис. 17). Вдавливания оснований секций крепи в почву не проис­ ходило, так как в почве пласта оставлялась защитная пачка мощ­ ностью 0,4—0,6 м.

Характер изменения нагрузок и податливости на стойки крепи приведен на рис. 18.

Секции крепи на нарушенных участках передвигали после про­ ходѣ комбайна на 10—15 м, так как при разгрузке стоек сразу за проходом комбайна необходимо было предварительно вдоль забоя устанавливать деревянные стойки под распил.

41