книги из ГПНТБ / Проявление горного давления при применении механизированных крепей

Г л а в а IV

ПРОЯВЛЕНИЕ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПЛАСТОВ ПОЛОСАМИ ПО

ПАДЕНИЮ И ВОССТАНИЮ

В последние годы в Карагандинском бассейне начинают широ­ ко применяться технологические схемы выемки пластов полосами по падению с использованием механизированных комплексов, что в значительной степени позволяет повысить эффективность их ра­ боты. Кроме того, в бассейне впервые применена новая технологи­ ческая схема выемки угля полосами по восстанию при испытании комплекса ОКТ-1 конструкции Гипроуглегормаша.

Исследование проявления горного давления в этих условиях сводилось к установлению особенностей взаимодействия механизи­ рованных крепей с боковыми породами в различных горно-геоло­ гических условиях.

§ 1. Проявление горного давления при испытании механизированной крепи М-87Т, комплекса ОКТ-1 на пласте dw

Непосредственная кровля пласта представлена аргиллитами и алевролитами мощностью до 3 м. Выше непосредственной кров­ ли залегает песчаник средней крепости мощностью 8—10 м. В кровле и почве пласта оставлялась пачка угля мощностью 0,3 м.

Технологическая схема применения комплекса предусматрива­ ет выемку угля короткими полосами шириной 20 м с подвиганием очистного забоя по восстанию пласта. Длина полосы составляла 220 м.

Согласно принятой системе разработки полосами по восста­ нию, вентиляционный ходок по мере подвигания очистного забоя погашали, а транспортерный ходок поддерживали. Крепление из погашаемой выработки извлекали и передавали по лаве на вновь

63

оборудуемую выработку. При выемке следующей полосы транс­ портерный ходок использовали как вентиляционную выработку.

Ходок крепили рамной металлической крепью, состоящей из верхняка СП-18 длиной 3 м и четырех стоек М5Б1. Расстояние между рамами принимали кратным ширине захвата комбайна (0,63 м), а между стойками — 0,8 и 1,2 м (рис. 27).

Рамы крепи в ходке устанавливали сразу же за передвигаемы­ ми секциями крепи М-87Т. Кровлю полностью затягивали распи­ лами.

Для создания линии обрушения кровли вдоль транспортерного ходка и предотвращения проникновения в него обрушенных по­ род с завальной стороны устанавливалась двухрядная деревян­ ная органная крепь.

Выемка угля в очистном забое производилась комбайном «Маяк». Комбайн при работающих шнеках вместе с конвейером подавался с помощью гидродомкратов на.забой. После самозаруб­ ки комбайн перемещался по конвейеру, вынимал ленту угля. При обратном ходе комбайном зачищали лаву и вынимали кутки. Сек­ ции крепи передвигали вслед за проходом комбайна с отставанием на одну секцию от его рабочего органа. Непосредственная кровля обрушалась за передвижкой секции.

Уголь по лаве перемещали скребковыми конвейерами КСП-4А с последующей перегрузкой на конвейер КСА-6, установленный в транспортерном ходке, с которого он перегружался на конвей­ ер в просеке и по нему подавался на откаточный штрек.

Нагрузки на стойки механизированной крепи измерялись в трех местах лавы. Первая замерная станция находилась на сопря­

стоек составляла 2—3 мм за цикл. После отхода комплекса от мон­ тажной камеры на расстояние 10 м нагрузки на стойки крепи начали возрастать.

Максимальные нагрузки (86 тс) были зафиксированы на рас­ стоянии 30—35 м от монтажной камеры на секциях, установлен­ ных на сопряжении лавы с вентиляционным ходком. Работа ком­ байна и передвижка секций увеличивали нагрузки на стойки крепи на 10—12 тс.

Нагрузки возрастали в течение всего выемочного цикла вплоть до следующей передвижки секций. Однако наиболее интенсивный рост нагрузок происходил в течение 30—90 мин после распора сек­ ций. При длительных простоях интенсивность роста нагрузок сни­ жалась, однако постепенный их рост продолжался и через 8—10 ч стойки крепи выходили на рабочую характеристику. Срабатывание клапанов вызывало падение нагрузок на 2—3 тс (рис. 28).

Из рисунка видно, что характер изменения нагрузок на стой­ ки секций крепи по длине очистного забоя имеет определенную

64

Рис. 27. Схема отработки и паспорт крепления лавы при применении комплекса ОКТ-І:

закономерность, которая выражается в увеличении нагрузок на стойки крепи в направлении от транспортерного ходка к вентиля­ ционному, где и были зафиксированы максимальные нагрузки. При­ чем нагрузки на передние стойки были несколько больше, чем на

рой полосы угля

При выемке второй полосы угля в средней части лавы и у вен­ тиляционного ходка податливость передних и задних стоек крепи составила соответственно 11 и 7 и 15 и 10 мм.

Опускание кровли при выемке первой полосы по ширине при­ забойного пространства увеличивалось по направлению к выра­

чилось и составило: у забоя на уровне передних и задних стоек соответственно 1,82; 3,43; 6,6 мм (рис. 29,6).

Скорость опускания кровли при выемке второй полосы увели­ чивалась в 4—5 раз (2,4 мм/мин) по сравнению со скоростью

66

опускания кровли при выемке первой полосы (0,5 мм/мин). Увели­ чение скорости опускания кровли во второй полосе вызвано движением зависших пород основной кровли над первой и второй полосами. Скорость опускания кровли на уровне передней стойки всегда больше, чем на уровне второй стойки секции крепи. При выемке первой полосы состояние кровли очистного забоя было хорошим: трещин, заколов, обрезов и вывалов в кровле пласта ие наблюдалось.

кровли при выемке первой и второй полос угля

Стойки крепи работали на величине первоначального распора. Обрушение непосредственной кровли началось при отходе комплекса от монтажной камеры на расстояние 8 м. В дальнейшем кровля обрушалась сразу же вслед за передвижкой секций крепи. Иногда наблюдалось незначительное зависание кровли по всей длине лавы. На сопряжении лавы с транспортерным ходком по­ стоянно наблюдалось зависание кровли на 6—8 м по падению

и 3—4 м по простиранию.

Отжим угля от забоя происходил спустя 1—1,5 ч после выемки ленты угля. При длительных простоях состояние кровли очистного забоя не ухудшалось. Удовлетворительное состояние кровли в очистном забое наблюдалось и при выемке второй полосы до пер­ вичной осадки основной кровли, которая произошла при отходе очистного забоя на 30 м от монтажной камеры. В это время были зафиксированы максимальные нагрузки на стойки секций крепи и особенно на секциях, расположенных на сопряжении лавы с вен­ тиляционным ходком. Максимальная нагрузка составила 86 тс (предохранительный клапан был отрегулирован на высокое сопро­ тивление) .

67

В этот период состояние кровли в очистном забое ухудша­ лось: у вентиляционного ходка в кровле появлялись трещины, которые распространялись до средней части лавы. Остановка очистных работ в забое на 10 дней, вызванная выходом из строя маслостанщш, еще более усугубила положение. Угольная пачка над секциями, находящимися у вентиляционного ходка, была раз­ рушена. В результате образовался вывал высотой 2—2,5 м и дли­ ной 2,5—3,2 м.

Для предотвращения дальнейшего распространения вывала над перекрытиями секций крепи на этом участке были выложены деревянные клети, а выемка угля производилась отбойными молот­ ками с установкой индивидуальной крепи.

При выемке обеих полос имелись случаи наклона секций крепи, особенно тех, которые были установлены у вентиляционного ходка. На этом участке перекрытия крепи не полностью контактировали с кровлей, в ней появлялись трещины и незначительные вывалы.

§ 2. Проявление горного давления при применении механизированной крепи ОМКТ на шахте

им. 50-летия Октябрьской революции на пласте k t0 Феликс

На восточном крыле шахтного поля были подготовлены две полосы размером по падению 580 м, по простиранию 100 м. В од­ ной полосе применялся комплекс ОМКТМ, а в другой — комбайн К-58М с гидравлическими стойками СГС-2А. Общая мощность пласта 4,05 м, вынимаемая 3 м, угол падения пласта 7—8°.

Уголь средней крепости. В непосредственной кровле пласта залегают плотные глинистые сланцы и аргиллиты мощностью 3 м.

Инструментальные исследования проявления горного давления производились до первичной осадки основной кровли во время ее и после. Измерительные секции находились в середине лавы и на расстоянии 10—15 м от конвейерной и вентиляционной сбойки. Замеры показали, что резкий прирост нагрузок происходит в ос­ новном в период выемки угля и передвижки секций крепи. В период, когда в лаве не выполнялись производственные про­ цессы, увеличение нагрузок происходило с меньшей интенсив­ ностью.

Замеры по 46 выемочным циклам показали, что нагрузки на стойки по длине лавы до и после первичной осадки основной кровли изменялись незначительно. Стойки работали на участке упругой податливости, которая была равна 4—12 мм.

В период длительных простоев комплекса (двое суток) прирост нагрузок в первые сутки составил 4—5 тс, а в следующие сутки 0,3—1,3 тс.

68

Состояние кровли до первичной осадки было удовлетворитель­ ным: трещин, заколов и вывалов не наблюдалось. За секциями крепи постоянно зависали породы непосредственной кровли на 0,9—1 м, вследствие чего нагрузки на оградительную часть крепи были незначительными.

Влияние работы комбайна и передвижки секций крепи обычно ощущалось на расстоянии 8—10 м от измерительных секций. Ско­ рость опускания кровли в начальный момент влияния производст­ венных процессов составила 0,15 мм/мин, а в период прохода ком­ байна— 1,5 мм/мин. В остальное время скорость опускания кровли составляла в среднем 0,03 мм/мин.

Несколько иной характер изменения нагрузок на стойки крепи наблюдался при первичной осадке основной кровли, которая про­ изошла при отходе комплекса от монтажной камеры на расстояние 28 м. Скорость нарастания нагрузок на стойки резко увеличилась (5—-6 тс/мин). Предохранительные клапаны срабатывали в этот период группами по 8—10 через каждые 1,5—2 мин. Максималь­ ная податливость стоек в этот период составила 50 мм, а опуска­ ние кровли 62 мм. При этом стойки крепи работали в режиме постоянного сопротивления: Состояние кровли при этом ухудши­ лось. У забоя в кровле пласта появились трещины, по которым происходили вывалы пород непосредственной кровли на высоту 0,6—1,2 м. Однако это не привело к каким-либо осложнениям в работе комплекса. Такая картина наблюдалась только в течение одного выемочного цикла.

На втором выемочном цикле нагрузки на стойки уже состав­ ляли в среднем 65—70 тс при податливости 10—18 мм. При этом происходил сильный отжим угля на глубину 0,4—0,7 м.

Через четыре выемочных цикла влияние первичной осадки полностью прекратилось. Дальнейшая эксплуатация комплекса сопровождалась сильным отжимом угля, в результате которого появлялись значительные обнажения кровли. Расстояние от забоя до козырьков крепи составляло 0,8—1,2 м. Каких-либо значитель­ ных вывалов, трещин, осложняющих работу крепи, не наблюда­ лось. Это объясняется высокой устойчивостью нижних слоев непосредственной кровли.

§3. Проявление горного давления при применении механизированной крепи 01VIKT на пласте йю на шахте им. В. И. Ленина

Выемочный участок располагался на восточном крыле шахт­ ного поля. Общая мощность пласта составляла 2,3—2,7 м, угол падения пласта 9—13°, а в нижней части 17—18°. Пласт был раз­ делен на две пачки слоем аргиллита мощностью 0,14—0,4 м.

Непосредственная кровля пласта мощностью 5—6 м была пред­ ставлена весьма неустойчивыми аргиллитами и не имела прочной контактной связи с песчаниками основной кровли. Основная кров­

69

ля мощностью 10—12 м сложена тонкозернистым трещиноватым песчаником средней крепости. Почва пласта — легко размываемый аргиллит, склонный к пучению.

На участке от его середины в направлении с юга на север прослеживались три дизъюнктивных нарушения с амплитудами 0,15—0,7 м.

Для подготовки выемочного столба были проведены две пары спаренных выработок длиною по падению 500 м, монтажная ка­ мера и сбойки.

Уголь из лавы транспортировался по парному конвейерному просеку через сбойки на конвейерный ходок и по последнему на откаточный штрек. Согласно принятой технологической схеме выемки угля вентиляционный и конвейерный ходки по мере движе­ ния очистных работ погашались.

При отходе комплекса от монтажной камеры на расстояние до 20 м гидравлические стойки крепи работали на первоначальном распоре (40—45 тс). Состояние кровли в призабойном простран­ стве было удовлетворительным, трещин и заколов не наблюдалось. Непосредственная кровля обрушалась сразу же после передвижки секций крепи и полностью заполняла выработанное пространство.

При отходе комплекса от монтажной камеры на 40 м нагрузки на стойки крепи возросли. Установлено, что производственные процессы не оказывали заметного влияния иа характер нагруже­ ния стоек секций крепи. Податливость составляла 2—4 мм. Состояние кровли оставалось удовлетворительным.

При отходе комплекса на 60 м от монтажной камеры нагрузки на стойки крепи резко увеличились, податливость стоек доходила

его прохода, передвижки и распора секций на расстояние до 20 м. Таким образом, в данном случае выполнение производственных процессов оказывало существенное влияние на характер работы крепи.

Увеличение давления на крепь связано с первичной осадкой основной кровли. Низкая интенсивность проявления первичной осадки основной кровли объясняется сравнительно большой мощ­ ностью легкообрушаемых пород непосредственной кровли. Макси­ мальные нагрузки на крепь в этот период достигали 74 тс. В нижних слоях непосредственной кровли в этот период появи­ лись небольшие трещины беспорядочного направления. Однако образования вывалов не было. Отжим угля происходил плито­ образными блоками через 25—35 мин после прохода комбайна.

Влияние первичной осадки кровли ощущалось в виде усиления давления на крепь в течение четырех выемочных циклов, после чего нагрузки на стойки секций уменьшались и составляли в сред­ нем 52—55 тс.

Первичная осадка основной кровли не вызывала особых за­ труднений в поддержании кровли на сопряжениях лавы с венти-

70

ляциокньШ и конвейерным ходками. Выработки сохраняли хоро­ шее состояние и не требовали ремонта во время подхода к ним очистных работ и до момента их погашения.

Во время отработки нижней части выемочного столба (угол падения 17°) было отмечено шесть случаев деформации огражде­ ния секций крепи в средней его части и пять случаев поломок осно­ вания крепи выше опоры стойки. Кроме того, при угле падения пласта более 14° резко уменьшилась (на 25—30%) погрузочная способность комбайна. Поэтому комбайн за время отработки вы­ емочного столба работал по односторонней схеме, так как при дви­ жении комбайна в обратную сторону производилась зач'истка лавы. Участились аварии конвейера комплекса вследствие заштыбовки направляющих забойной ветки конвейера. Эти недостатки отрица­ тельно сказывались на эффективности работы комплекса.

§ 4. Проявление горного давления при применении механизированной крепи ОМКТМ на шахте «Степная»

на пласте d6

Участок был подготовлен тремя выработками, пройденными на всю длину столба (550 м) — две спаренные, третья монтажная камера. Общая мощность пласта в пределах подготовленного столба составляла 3,4—3,92 м, вынимаемая мощность 3 м. Угол падения пласта составлял 8—15°. Непосредственная кровля пласта общей мощностью 4—7 м представлена рыхлым неустойчивым аргиллитом, основная кровля — темно-серым, плотным песчани­ ком, близким к алевролитам мощностью 8—15 м.

Непосредственная кровля пласта по мере подвигания крепи обрушалась после каждого выемочного цикла и полностью запол­ няла выработанное пространство. По этой причине осадка основ­ ной кровли не привела к каким-либо заметным изменениям состоя­ ния кровли в призабойном пространстве. Максимальные нагрузки на секции крепи составили 54 тс, податливость 8 мм. Трещин и заколов в кровле пласта не наблюдалось, что объясняется зна­ чительной мощностью предохранительной пачки угля, оставляемой в кровле пласта.

Проявление опорного давления не сказывалось на состоянии выработок, пройденных впереди очистного забоя.

§ 5. Проявление горного давления при применении механизированной крепи 1МК на шахте им. В. И. Ленина на пласте dg

Испытания комплекса проводились на восточном крыле пласта. Длина столба по падению составляла 250 м, длина лавы 60 м, угол падения пласта 8—10°. Пласт на этом участке имел вы­ держанное строение и разделялся посередине прослойком аргил­ лита мощностью 0,05—0,16 м. Уголь средней крепости с развитой сетью кливажных трещин.

71