книги из ГПНТБ / Гидрофицированная крепь очистных выработок

На возможную область эффективного применения механизиро­ ванных крепей накладывают ограничения также факторы второй группы — горнотехнические. К таким факторам относятся:

рациональная длина очистного забоя и возможность сохранять ее неизменной (или хотя бы мало изменяющейся) на протяжении от­ рабатываемого столба. Длину комплексно-механизированных забоев следует принимать: при механизированных крепях поддержива­ ющего типа — 150—220 м, при крепях оградительно-поддержива- ющего типа — 100—140 м, но не менее 80 мм.

достаточная длина столба, отрабатываемого с одной установки (монтажа) механизированного комплекса; длина выемочного поля, отрабатываемого комплексом должна быть не менее 800 м;

достаточная пропускная способность линий подземного транс­ порта, обслуживающего комплексно-механизированный забой. Про­ пускная способность линий подземного транспорта на участке от забоя до коренного или главного откаточного штрека должна быть не менее минутной производительности забойного конвейера, а при работе комплекса на наклонных и крутых пластах без конвейера — не менее минутной производительности выемочной машины;

от забоя шахтных вод с тем, чтобы обводненность комплексно-меха­ низированного забоя не превышала 15 м3/ч;

рациональная организация труда и производства в комплексно­ механизированном забое. Как правило, должны использоваться комплексные суточные бригады достаточной (но не излишней) чис­ ленности при двух или трех рабочих сменах и одной ремонтно-про­ филактической смене.

Опыт применения механизированных комплексов показал, что на действующих шахтах, спроектированных и построенных в преж­ ние годы, без расчета на применение высокопроизводительных ком­ плексов оборудования с механизированными крепями, не всегда удается реализовать те возможности внедрения меванизированных комплексов, которые имеются, если учитывать только природные условия очистных забоев. В ряде случаев эти возможности ограни­ чиваются сложившейся на шахте (на данном горизонте) планировкой горных работ — короткими выемочными полями, малыми остаточ­ ными запасами угля в пределах шахтного поля, сложными схемами подземного транспорта и недостаточными возможностями подъема. На многих шахтах эффективное применение механизированных ком­ плексов возможно только после проведения реконструкции, которая в условиях недостатка ресурсов и средств не всегда может быть вы­ полнена так быстро, как это хотелось бы.

Однако, какие бы ограничения не накладывались на возможную по природным условиям область применения механизированных ком­

на пластах с углами падения от 18 до 35°—350 забоев, на пластах

По мощности и углу падения пластов область возможного при­

с механизированными крепями на пластах пологого падения (до 18°) мощностью 2,51—3,50 м; сравнительно высокая возможная область применения на пластах пологого падения мощностью более 3,50 м (слоевая выемка) и от 1,81 до 2,50 м. В то же время из 710 забоев Г и II категорий, имевшихся к началу 1970 г. на пластах пологого па­ дения мощностью менее 1,20 м, в 1970 г. лишь в 50 забоях работали комплексы с механизированными крепями. На пластах мощностью менее 0,70 м механизированные комплексы в 1970—1971 гг. в про­ мышленных масштабах еще не применялись.

Таким образом, наибольшие возможности расширения примене­ ния механизированных комплексов имеются на тонких (мощностью до 1,20 м) пластах пологого падения.

Из табл. 24 также видно, что возможные объемы применения ком­ плексов оборудования на пластах с углами падения от 18 до 35° в несколько раз меньше, чем на пологих пластах (350 забоев против 1450 забоев), причем по некоторым группам пластов (мощностью до 0,70 м, 1,81—2,50 и 2,51—3,50 м) они не превышают 20—50 забоев. Создание для этих условий специальных конструкций и освоение их производства малыми сериями, очевидно, не может быть экономи­ чески оправдано, в связи с чем в угольной промышленности СССР

принято в качестве главного направления создание конструкций ме­ ханизированных крепей и других машин, входящих в комплекс оборудования очистного забоя с таким расчетом, чтобы они могли успешно работать как на пластах пологого падения (до 18°), так и (со специальными дополнительными приспособлениями) на пла­ стах с углами падения до 35°. Примером такой конструкции может служить комплекс М-87ДН, который выпускается в двух исполне­ ниях — для работы на пластах мощностью 1,10—1,90 м с углами падения до 18° и для работы на пластах той же мощности, но с углами падения до 35°.

Данные табл. 24 показывают также, что на пластах с углами падения более 35° в 1970 г. комплексы оборудования с механизиро­ ванными крепями, по существу, в промышленных масштабах еще не применялись.

Директивами XXIV съезда КПСС предусмотрено в текущей пя­ тилетке начать серийное производство комплексов с механизирован­ ными крепями для пластов крутого падения. Сравнительно неболь­ шие объемы применения таких комплексов по группам пластов раз­ личной мощности определяют необходимость создания таких конструций, которые могли бы успешно работать на пластах с углами падения от 35 до 90° и любой мощности. Только при этом условии создается возможность организации производства оборудования до­ статочно крупными сериями при сравнительно невысокой его стои­ мости.

Данные табл. 25 показывают, что самый малый охват возможной области применения комплексов оборудования с механизированными крепями имеет место в Донецком бассейне. Это связано в первую очередь с задержкой в создании и серийном производстве таких ком­ плексов для тонких пластов, которые преобладают в Донецком бас­ сейне. Значительная область применения механизированных ком­ плексов еще не использована в Кузнецком бассейне: в Карагандин­ ском и Печорском бассейнах эта область будет в значительной мере исчерпана в текущей пятилетке, а в Подмосковном бассейне, где в 1970 г. 80% добычи из очистных забоев было получено с помощью механизированных комплексов, эта область уже близка к исчер­ панию.

§ 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ С БОКОВЫМИ ПОРОДАМИ

К настоящему времени в Советском Союзе проведены исследова­ ния работы более 40 разных конструкций механизированных крепей примерно в 50 очистных забоях с различными горно-геологическими условиями на пологих пластах тонких и средней мощности, тонких наклонных и крутых пластах.

Анализ результатов исследований показывает, что при работе механизированных крепей имеются общие закономерности взаимо­ действия их с боковыми породами и индивидуальные особенности, связанные со спецификой горно-геологических условий, характери­ зующихся различными мощностью и углами падения пластов, соста­ вом и строением боковых пород и другими факторами.

Как известно, основными показателями количественной оценки состояния боковых пород в лавах является величина и скорость их относительного сближения.

Абсолютные величины опускания кровли на пологих пластах тонких и средней мощности в лавах с механизированными крепями в большинстве случаев на 25—30% меньше, чем в лавах с индиви­ дуальной крепью, и в основном не превышают значений, определяе­ мых зависимостями h = 0,04 mR для условий Донбасса и h = 0,05 mR для условий Кузбасса и им аналогичных (где т — мощность пласта, R — ширина призабойного пространства).

Обрушение боковых пород на крутых пластах не оказывает суще­ ственного влияния на характер работы механизированной крепи в лавах, так как породы, обрушенные в выработанном пространстве верхней части лавы, сползают по падению пласта и плотно подбучивают боковые породы в нижней части лавы до 75% ее общей длины.

Величины сближения боковых пород в лавах с механизированными крепями на крутых пластах примерно в 2—3 раза меньше, чем на пологих. Поэтому рабочее сопротивление механизированных крепей с увеличением углов падения пластов может быть уменьшено.

Меньшая величина опускания кровли при механизированных крепях по сравнению с индивидуальными объясняется наличием у ме­ ханизированных крепей более высокого начального распора и ра­

при механизированных крепях хуже, чем при индивидуальных. Дело в том, что в формировании величин опускания кровли участвуют значительные слои массива пород, а состояние непосредственной кровли характеризуется поведением только ее нижних слоев. Ухуд­ шение состояния непосредственной кровли при механизированных крепях по сравнению с индивидуальными связано с различным ха­ рактером работы крепей и наличием частых передвижек механизи­ рованных крепей, вследствие чего имеет место так называемое «топ­ тание кровли».

Исследованиями установлено изменение характера смещения боковых пород в лавах при механизированной крепи. Как известно, при применении индивидуальной крепи величина опускания кровли за период выемки угля и посадки кровли примерно одинакова и составляет до 40% (при каждом из этих процессов) общей величины опускания кровли, а в ряде случаев при выемке угля даже несколько больше, чем при посадке.

При применении механизированных крепей процесс их передви­ жения оказывает значительно большее влияние на величины опу­

Увеличение степени влияния процесса передвижения механизи­ рованной крепи на величину опускания кровли объясняется тем, что индивидуальная крепь извлекается и переносится только в по­ следних рядах от забоя, а на остальной части ширины призабойного пространства крепь поддерживает кровлю с достаточно высоким ра­ бочим сопротивлением. Секции же механизированной крепи разгру­ жаются на всей ширине призабойного пространства и передвига­ ются к забою, а кровля на участке передвигаемой секции поддержи­ вается только за счет сопротивления соседних секций.

Кроме того, после передвижения передвинутые секции распи­ раются с усилием начального распора, составляющего обычно 0,3—0,5 рабочего сопротивления. Таким образом, фактическое рабочее сопротивление секции крепи после передвижки существенно снижается, что не наблюдается при индивидуальной крепи.

При одинаковых шаге передвижения крепи и ширине захвата, которая обычно равна 0,5; 0,63; 0,8 и 1,0 м, механизированная

Рис. 54. Величины и скорости опускания кровли в лаве на расстоянии 2 м от забоя при передвижении секций крепи М-87 на рас­ стоянии 28—33 м от комбайна:

7, 2 w 3 — величины опускания кровли на расстояниях 47, 52 и 72 м от конвейерного штрека; 1', 2' и 3' — скорости опускания кровли в тех же точках; 4 — движение комбайна; 5 — передвижение крепи

крепь на ширине призабойного пространства 3,5—3,7 м передви­ гается 4—7 раз. Это означает, что крепь столько же раз своим со­ противлением воздействует на кровлю.

При создании крепей с достаточно большим шагом передвижения количество передвижек сокращается, но при этом появляются серьез­ ные трудности при конструировании — труднее решается вопрос защиты призабойного пространства от проникновения обрушенных пород, сложнее средства передвижения крепи. Кроме того, в этом случае крепь работает при большей ширине бесстоечного простран­ ства и соответственно секции крепи имеют более длинные консоли перекрытий, что ухудшает условия поддерживания кровли в лаве.

На шахте «Чертинская-1» при применении крепи М-87 с шагом передвижения 0,63 м неспосредственная кровля разрушалась до такой степени, что возникла необходимость применения затяжек. Одной из причин этого разрушения пород кровли было шестикрат­ ное передвижение крепи на всей ширине призабойного пространства (3,5 м).

Исследования, проведенные в Голландии, показали, что с уве­ личением числа передвижек крепи с 6 до 13, выполненных двумя опорными основаниями в пределах расстояния от забоя 1,2—3,0 м, шаг передвижения уменьшался с 1,2 до 0,55 м, а величина опуска­ ния кровли возрастала с 35—55 до 80—85 мм [38].

На основе исследований, выполненных во Франции, установлена связь шага передвижения механизированной крепи с величиной начального распора. Для обеспечения достаточной сопротивляемости крепи при уменьшении шага передвижения начальный распор дол­ жен увеличиваться. Поэтому при начальном распоре 8—Ю тс на стойку шаг передвижения рекомендуется принимать не менее 0,9 м, а при распоре 15—25 тс — не менее 0,6 м [39].

В работе [40] отмечается, что поскольку на величину опускания кровли влияет относительное положение массива угля и крепи, которая должна по возможности ближе следовать за забоем, шаг передвижения крепи можно увеличивать с большими предосторож­ ностями. Поэтому в работе Р. Льежуа [41] рекомендуется принимать шаг передвижения крепи равным 0,40—0,75 м.

На основе анализа результатов исследований наиболее приемле­ мым следует считать шаг передвижения крепи в пределах 0,6— 0,8 м, однако в связи с тем, что влияние этого параметра на состояние крепи исследовано недостаточно, эти исследования необходимо про­ должать.

Увеличение скорости подвигания очистного забоя от 0,5 до 4 м/сутки приводит лишь к незначительному уменьшению величин опускания кровли в лавах (рис. 55). Исследованиями ДонУГИ на шахте «Краснолиманская» комбината Донецкуголь выявлено, что в лаве с механизированной крепью М-87 при возрастании ско­ рости подвигания забоя до 12 м/сутки (средняя скорость 8 м/сутки) величина опускания кровли уменьшалась всего на 9% [42].

Скорость опускания кровли в лавах возрастает пропорционально' скорости подвигания очистного забоя (рис. 56). Следовательноѵ в настоящее время нет оснований вводить изменения в параметры по сопротивлению и податливости механизированных крепей в связи с увеличением скорости подвигания очистного забоя при работе-

300

£

£

этих крепей. Необходимо отметить, что с увеличением скорости по­ двигания очистного забоя несколько улучшается состояние кровли, а следовательно, и создаются условия для более эффективной работы крепи.

В результате исследований, проведенных на шахтах Англии,, установлено наличие в лавах значительных смещений боковых пород в плоскостях напластования пород и их вредное влияние на работу механизированных крепей вследствие деформаций опорных элементов в местах заделки. При этом отмечаются случаи замены способов управления кровлей полным обрушением закладкой вы­ работанного пространства и механизированных крепей — индиви­ дуальными стойками [43].