книги из ГПНТБ / Проявление горного давления при применении механизированных крепей

Выемка угля комбайном не оказывала существенного влияния на характер работы стоек, а передвижка секций крепи увеличи­ вала нагрузки на стойки на 8—10 тс. Хотя следует отметить, что в отдельных случаях увеличение нагрузок при передвижке секций

Рис. 17. Характер изменения нагрузок на стопки (о) и податливости стоек (б) с различным рабочим сопротивлением:

/ — при проектном: 2 — при ПО тс

Рис. 18. Характер изменения нагрузок иа стойки секции крепи (а) и податливости стоек (б)

крепи было незначительным (2—4 тс). Зона влияния передвиж­ ки секций крепи была небольшой (4—5 м выше или ниже перед­ вигаемой секции).

Нагрузки на стойки секций крепи возрастали в течение 10— 30 мин, а затем стабилизировались и около трех суток почти не

42

изменялись, независимо от длительности выемочного цикла (рис. 19).

Податливость стоек в этот период составила 3—6 мм, т. е. стои­ ки работали в режиме нарастающего сопротивления. Опускание кровли составило 22—28 мм и происходило в основном за счет смятия неровностей кровли и почвы и раздавливания предохра­ нительной пачки угля в кровле пласта.

Рис. 19. Характер изменения нагрузок на стойки крепи в зависимости от выполняе­ мых производственных процессов

Так как стойки крепи работали в режиме нарастающего сопро­ тивления, на пяти секциях в середине лавы было уменьшено сопро-' тивление стоек до 50 тс.

Дальнейшая работа комплекса ОМКТ была неэффективной, так как постоянно сдерживалась прорывами пород в призабойное пространство.

§ 3. Проявление горного давления при применении механизированной крепи ОМКТ на шахте «Долинская» на пласте cle

Комплекс ОМКТ-ІѴ применялся на первом горизонте пласта ■северного крыла шахтного поля, который в пределах выемочного участка имеет сложное петрографическое строение и состоит из шести угольных пачек мощностью от 0,36 до 2,63 м, разделенных тонкими (0,06—0,11 м) прослойками глинистого сланца. Общая мощность пласта 5,43 м.

В непосредственной кровле пласта залегают плотные глинис­ тые сланцы и аргиллиты мощностью 2 м. Основная кровля пред­ ставлена песчаниками средней крепости мощностью 4—6 м, почва

— слабыми аргиллитами мощностью до 1,6 м. Мощность предох­ ранительной пачки угля, оставляемой в кровле, составляла

0,6—0,8 м.

Вынимаемая мощность (верхнего слоя) составляет 2,8 м, угол падения пласта 8—10°, уголь средней крепости, вязкий.

43

Первоначально длина лавы была равна 100 м, а через четыре месяца уменьшилась до 80 м и в течение следующих двух меся­ цев опять увеличилась до ПО м. В связи с этим приходилось де­ монтировать лишние и устанавливать дополнительные секции кре­ пи в процессе работы. Остановка забоя лавы по этим причинам на 2—4 сут. ухудшала состояние кровли, особенно в местах монта­ жа нл’и демонтажа секций. В предохранительной пачке угля появ­ лялись значительные трещины, с развитием которых происходили вывалы пород кровли в призабойное пространство. В дальнейшем после окончания монтажно-демонтажных работ затрачивалось несколько суток для выхода комплекса под ненарушенную кровлю, что естественно сказывалось на эффективности его работы.

Податливость стоек составляла 4—13 мм. В период простоев комплекса в течение 1,5—2 сут (выходные дни) прирост нагрузок на стойки в первые сутки составлял 4—5 тс, в последующие — до 0,7—2,5 тс. Податливость стоек за сутки была 6—8 мм.

Состояние кровли было удовлетворительным. Однако в кров­ ле имелись трещины разных направлений и ширины (0,5—2,5 мм), заколы, образующиеся после прохода комбайна в верхней части лавы, происходили мелкие вывалы пород.

Породы непосредственной кровли обрушались сразу после пе­ редвижки секции и за ограждением крепи создавалась породная подушка.

Работа комбайна и передвижка секций крепи увеличивали на­ грузки на стойки крепи. Интенсивное изменение нагрузок проис­ ходило в течение 10—15 мин после установления первоначальногораспора стоек (20—30 тс).

При длительных остановках комплекса секции крепи наклоня­ лись по падению пласта. Для предотвращения наклона секции крепи распирались деревянными стойками, которые убирались при возобновлении работы в очистном забое.

Наблюдения за комплексом показали, что геологические нару­ шения резко снижают эффективность его работы. Образующиеся вывалы не перекрываются козырьком и увеличивают зазоры между концами козырьков и забоем от 1 до 1,2 м. Состояние кровли зави­ сит от скорости подвигания очистного забоя. При выполнении ком­ плексом 2—3 циклов в сутки в кровле пласта появлялись мелкие вывалы высотою 0,2—0,4 м.'при выполнении 1—2 циклов в сутки высота вывалов достигала 0,9—1,2 м', а при выполнении 5—6 цик­ лов число вывалов резко уменьшалось.

§ 4. Проявление горного давления при применении механизированной крепи ОМКТ на шахте им. В. И. Ленина на пласте d i0

Промышленные испытания крепи ОМКТ проводились на уча­ стке длиной 440 м по простиранию. Длина лавы 132 м.

Непосредственная кровля пласта была представлена иеустойчи-

44

вьши аргиллитами мощностью 0,5—0,8 м, алевролитами трещино­ ватыми мощностью 2,0—2,5 м, основная кровля — слоистым тон­ козернистым песчаником мощностью 8 м.

Пласт сііа имеет выдержанное строение и мощность на всей площади шахтного поля. Сложен в основном четырьмя угольными пачками, разделенными между собой тремя прослойками аргил­ лита мощностью 0j02—0,24 м, два прослойка из которых приуро­ чены к средней части пласта, а один — к нижней. Общая мощность пласта колеблется от 2,45 до 2,65 м. Почва пласта представлена слабыми аргиллитами, склонными к пучению и размоканию.

Наблюдения за работой крепи проводились в течение 20 вые­ мочных циклов.

■После распора секций крепи нагрузки на стойки плавно возра­ стают. Работа комбайна увеличивает нагрузки на стойки крепи на

.5—10 тс. При передвижке секций нагрузки на рядом стоящие сек­ ции увеличиваются в среднем на 10—12 тс и достигают 62—64 тс. Причем влияние передвижки начинало сказываться с расстояния

.5—6 м от места передвижки секций.

Податливость стоек достигала 16 мм и в среднем составляла :8—10 мм.

Было установлено, что нагрузки на стойки крепи в определен­ ных пределах зависят от скорости подвигания очистного забоя. При выемочном цикле 3—5 ч нагрузки на стойки находились в пределах 32 тс, а при выемочном цикле 18 ч — достигли 35— 40 тс. Предварительный распор составлял 22—30 тс.

Кровля в лаве была относительно удовлетворительной, чему способствовали оставляемые предохранительные пачки угля мощ­ ностью в кровле 0,4—0,5 м и в почве 0,2—0,3 м.

§ 5. Проявление горного давления при испытании опытно-промышленного образца механизированной крепи М-101Д на пласте d10

Шахтные испытания опытно-промышленного образца механи­ зированной крепи М-101Д проводились на шахте «Казахстанская» на участке восточной лавы панели № 1. Общая мощность пласта 1,3 м, вынимаемая 1,2 м; угол падения пласта 10—18°; длина лавы 125—140 м; длина выемочного поля 660 м.

Непосредственная кровля пласта представлена трещиноватыми и перемятыми аргиллитами мощностью 1,3—3 м, выше которых расположены крепкие песчаники мощностью 7—10 м, являющиеся основной кровлей. Аргиллиты непосредственной кровли имеют ярко выраженную коржистую структуру, линии кливажа направле­ ны под углом 40—45° к забою.

В почве пласта залегают слабые, неустойчивые, легко размо­ кающие аргиллиты мощностью 0,1—0,3 м, ниже их расположены

.алевролиты средней устойчивости мощностью 2—3 м.

45

Механизированная крепь КМ-101Д (83 секции с шагом установ­ ки 1,35 м) работала совместно с передвижным изгибающимся кон­ вейером СП-63 и комбайном К-101.

Сразу же с первых циклов работы комплекса при выходе его из монтажной камеры из-за разрушенных пород непосредственной кровли над камерой и впереди нее в течение пяти суток не удава­ лось подхватить верхними перекрытиями крепи непосредственную кровлю, которая обрушалась сразу же вслед за проходом комбай­ на. I

В дальнейшем по мере подвигания очистного забоя системати­ чески обрушались нижние слон непосредственной кровли на высо­ ту до 0,2—0,3 м, а в нижней части лавы — до 0,5—0,8 м. Поэтому была принята схема двойной передвижки секций крепи с установ­ кой временной крепи (гидростоек ГС) сразу ‘же после прохода комбайном. Стойки устанавливали под распилы длиною 1,5 м, рас­ полагаемые по падению пласта.

На участке изгиба конвейера секции передвигали на 300— 320 мм. После передвигання конвейера к забою выбивали стойки временной крепи и заканчивали передвижку секций.

Применение такой схемы передвижки позволило в большин­ стве случаев подхватывать кровлю вслед за выемкой угля. Од­ нако при такой схеме передвижки нижние слои кровли разруша­ лись над перекрытиями крепи. Значительная часть породы просы­ палась в зазоры между перекрытиями и заштыбовывала основание секций крепи.

Особенно в плохом состоянии была кровля в нижней части лавы в местах геологических нарушений (перемятых пород в кров­ ле пласта с беспорядочно направленными трещинами и ярко вы­ раженными плоскостями скольжения). Непосредственная кровля на этом участке разрушалась на крупные блоки и всем своим ве­ сом давила на верхние перекрытия. Консольные части перекры­ тий прогибались под тяжестью обрушенных дород кровли. В ос­ новной кровле происходили значительные вывалы. Высота их до­ стигала 4—8 м. Результатом их явились длительные простои комп­ лекса и создание аварийной ситуации в очистном забое. Податли­ вость передних стоек на этом участке достигала 122—193 м, в не­ которых местах секции зажимало. Для передвижки большинства секций приходилось выпускать обрушенную на них породу, выкла­ дывать деревянные костры, что требовало значительных затрат времени и сопровождалось длительными простоями комплекса.

Для предотвращения просыпания породы в призабойное про­ странство по всей длине лавы делали полную затяжку кровли досками, однако исключить просыпание породы не удавалось. В некоторых местах лавы вследствие прорыва породы практически не оставалось прохода для людей.

Ухудшение состояния кровли, высокая трудоемкость передвиж­ ки секций крепи усугублялись еще низкой устойчивостью секций крепи в плоскости пласта. Лишь 10% секций находилось в нор-

46

малы-юм рабочем положении, остальные были наклонены под различными углами как в сторону падения пласта, так и в сторо­ ну забоя. В результате вывалов породы основной кровли над кон­ сольной частью крепи, разрушения непосредственной кровли над перекрытиями, низких нагрузок на стойки крепи секции крепи опрокидывались. Причем секции постепенно наклонялись в тече-

ние всего периода их работы под нагрузкой. При отклонении стоек перекрытие смещалось относительно оси на уровне передних стоек до 300—350 мм.

В связи с неудовлетворительным состоянием кровли для уве­ личения мощности предохранительной пачки угля, оставляемой в кровле пласта, комплекс опустили ниже почвы на 25—30 см. Од­ нако и это не дало положительных результатов.

Проведенными исследованиями было установлено, что стойки крепи работали в основном в режиме нарастающего сопротивле­ ния. Первоначальный распор после передвижки секций составлял 12—13 тс. После установки секций нагрузки возрастали медленно и перед разгрузкой достигали 17—22 тс. При относительно устой­ чивых породах в кровле пласта нагрузки составляли в среднем

47

30 тс, причем на переднюю стойку нагрузка была обычно на 5— 6 тс больше. Податливость была равна 3—10 мм. Следует отме­ тить, что в местах геологических нарушений при длительных про­ стоях комплекса (3—6 сут) стойки крепи в ряде случаев выходили на рабочую характеристику. Переднюю стойку обычно в этих слу­ чаях зажимало. Опускание кровли в период между осадками ос­ новной кровли составляло 110—-122 мм.

Первичная осадка основной кровли произошла при'отходе очи­ стного забоя на 20 м от монтажной камеры. Состояние кровли резко ухудшилось — происходили значительные вывалы, 11 секций крепи в средней части лавы были зажаты.

Опускание кровли по длине лавы составило 135—212 мм. При этом нижние основания секций вдавливались в почву пласта на 60—75 мм, что значительно осложнило дальнейшую передвижку секций крепи. В среднем нагрузки на задние стопки составили 46 тс, а на передние 48—50 тс. Податливость составляла соответ­ ственно 18 и 22—24 мм (рис. 20).

Основной причиной неудовлетворительной работы комплекса (среднемесячная добыча угля за период испытаний составила 1390 т) явилось несоответствие конструкции крепи горно-геологи­ ческим условиям разработки пласта di0. К конструктивным недо­ статкам следует отнести следующие: 1) низкую несущую способ­ ность консольной части верхнего перекрытия, не обеспечивающего эффективное поддержание кровли в бесстоечном призабойном про­

жало сопротивляемость крепи в бесстоечном пространстве; 3) не­ устойчивость секций крепи в плоскости пласта; 4) неудачную кон­ фигурацию нижнего основания крепи, приводящую к его заштыбовке.

§ 6. Анализ результатов исследований

Проведенные на шахтах им. В. И. Ленина и «Долинская» исследования проявления горного давления при испытании меха­ низированных крепей М-87Т, ОМКТ и М-101Д позволяют дать не­ обходимую оценку их работы на пластах с неустойчивой кровлей и весьма слабой, склонной к пучению почвой.

Основной причиной низкой эффективности работы комплексов ОМКТ, ОМКТМ, М-101Д, частого аварийного состояния очистных забоев, деформации элементов крепи являлись постоянные проры­ вы пород кровли в призабойное пространство при переходе крепью геологических нарушений, а также недостаточная мощность или низ­ кая прочность предохранительных пачек угля, оставляемых в кров­ ле пластов. Кроме того, из-за низкой скорости подвигания забоя лавы непосредственная кровля, представленная слабыми глинисты­ ми сланцами, разрушалась впереди очистного забоя и поэтому сек­

48

ции крепи устанавливались после выемки Полосы угля Иод разру­ шенные породы кровли. Вывалы породы в призабойном простран­ стве, высота которых иногда достигала 10 м, нарушали монолит­ ность кровли на значительную высоту. В этих условиях секции крепи обычно зажимало. Работа комплекса усложнялась в связи с необходимостью проведения целого ряда дополнительных меро­ приятий: выкладки деревянных костров, установки стоек под за­ боем, применения буровзрывной выемки угля и т. п.

Как показывает опыт работы комплекса ОМҢТМ на шахте '«Долинская», большое влияние на эффективность перехода крепью геологических нарушений и состояние кровли при этом оказывает скорость подвигания забоя. При скорости подвигания более 3 м/сут состояние кровли резко улучшалось.

Большое значение для эффективной работы комплексов ОМКТМ имеет удовлетворительное состояние сопряжения лавы с другими выработками, особенно при наличии геологических нару­ шений на этих участках.

Опыт применения крепи ОМКТМ (шахта им. В. И. Ленина) и КМ-101Д (шахта «Казахстанская») по пласту d{0 при переходе геологических нарушений позволяет сделать выводы о неприспо­ собленности их для работы в данных условиях. Значительные за-

.зоры между забоем и консольной частью перекрытий являлись причиной постоянного прорыва пород в призабойное пространст­ во. Образовавшиеся вывалы разрушали непосредственную кровлю на значительную высоту, притом уже впереди лавы. Снижение скорости подвигания забоя лавы по этим причинам еще более ухудшало состояние непосредственной кровли.

Эффективность работы комплексов резко падала. Обычно в этих условиях на шахтах при применении крепей ОМКТМ широ­ ко используют анкерную крепь для закрепления забоя лавы и уменьшения зазоров между забоем и козырьками крепи. Приме­ няются также забивные «шилья» для устройства перекрывающего настила между козырьком и забоем, полная деревянная затяжка с установкой деревянных стоек у забоя. Выполнение указанных ме­ роприятий сопряжено со значительными трудозатратами, потерей времени, деформацией крепи. Эффективность комплексов в этих условиях снижается на 60—80%.

Испытание комплекса КМ-87Т на шахте им. В. И. Ленина поз­ волило установить, что несоответствие удельного давления крепи на почву пласта ее несущей способности приводило к вдавлива­ нию секций крепи. В результате этого значительно затруднялась передвижка секций, ухудшалось состояние кровли, секции крепи теряли устойчивость в плоскости пласта, резко снижалась скорость подвигания забоя лавы. Из-за длительных простоев комплекса над верхними перекрытиями секций крепи полностью разрушалась непосредственная ■кровля и породы прорывались в призабойное пространство между забоем и передней частью перекрытий крепи. Применение полной затяжки кровли деревянными распилами, уста-

новка у забоя гидравлических стоек ГС не дали положительных результатов, так как несущая способность почвы резко уменьша­ лась из-за длительных простоев лавы (до 10 сут) и размокания почвы.

Снижение рабочего сопротивления стоек до 45 тс на нескольких секциях крепи в порядке эксперимента хотя и несколько улучши­ ло состояние кровли, однако не предотвратило вдавливания и пе­ рекоса секций в сторону падения пласта.

Одним из основных мероприятий, применяемых при работе кре­ пи под нарушенной кровлей и улучшающих ее состояние, являет­ ся разделение во времени и пространстве выемки угля комбайном и передвижки секций крепи.

1

Г л а в а III

ПРОЯВЛЕНИЕ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ ПРИ

ОТРАБОТКЕ НИЖНИХ СЛОЕВ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ

Решение вопросов комплексной механизации выемки угля при разработке мощных пластов слоевыми системами с применением механизированных крепей является одной из важнейших задач в бассейне. Определенный интерес представляют вопросы примене­ ния механизированных комплексов при выемке нижних слоев мощ­ ных пластов, так как параметры и конструктивные схемы механи­ зированных крепей, серийно выпускаемых в настоящее время, в недостаточной степени учитывают особенности проявления горного давления в этих условиях, в результате эффективность применения комплексов снижается.

В течение 1966—1969 гг. в Карагандинском бассейне проводи­ лись широкие исследования проявления горного давления при внед­ рении механизированных крепей ОМКТМ, М-100, М-87Д, М-81 при двухслоевой системе разработки пластов dg, k\2, k\Qи трехслоевой системе разработки пласта kl2-

§ 1. Проявление горного давления при применении механизированной крепи М-100

при выемке нижнего слоя пласта k\g

Феликс на шахте «Михайловская»

Выемочный участок расположен в центральной части шахтного поля на глубине 279 м. Верхний слой отрабатывался также комп­ лексом КМ-100 с опережением нижнего слоя на 350 м.

Мощность нижнего слоя 1,87 м, вынимаемая 1,45 м. Угол па­ дения пласта 8—12°. Система разработки — длинные столбы по простиранию. Длина лавы 190 м. Длина подготовленного столба 550 м.

Породы непосредственной кровли верхнего слоя пласта пред­ ставлены аргиллитами средней крепости мощностью 2,6 м, породы