книги из ГПНТБ / Гидрофицированная крепь очистных выработок

В условиях шахт Советского Союза таких вредных явлений не отмечено, хотя смещения пород в плоскостях напластования имеются, причем, как показали наблюдения, скорость этих смещений возра­ стает в направлении от забоя к выработанному пространству.

Рио. 57. Рабочие характеристики гидростоек крепи «Силен» фирмы Галлик:

а— передняя стойка; б — средняя пара стоек; в — задняя пара стоек

Всвязи с тем, что опоры механизированных крепей располага­ ются ближе к выработанному пространству, т. е. в зоне наибольших скоростей относительного смещения боковых пород в плоскостях

Несмотря на наличие у механизированных крепей по проекту постоянной рабочей характеристики, эти крепи, как правило, ра­ ботают в режиме нарастающего сопротивления [44], так как их фак­ тическое сопротивление составляет 45—80% проектного.

На шахте № 1 «Центральная» комбината Донецкуголь по данным замеров гидростойки английской крепи «Симен» фирмы «Галлик» работали только в режиме нарастающего сопротивления и никогда не набирали их проектного рабочего сопротивления (передней стойки

С. В. Косиора в Донбассе при работе крепи «Донбасс», показали, что увеличение сопротивления призабойных стоек существенно повлияло на уменьшение податливости всех трех рядов стоек, расположенных по ширине призабойного пространства. При увеличении сопротивле­ ния призабойного ряда стоек в 1,55 раза по сравнению с проект­ ным податливость всех трех рядов стоек, расположенных по ширине призабойного пространства, уменьшилась с 31,5 до 18,3 мм, в ре­ зультате чего улучшилось состояние кровли в лаве (рис. 58). По­ этому для уменьшения величин податливости стоек, опускания кровли и улучшения ее состояния следует считать целесообразным увеличение сопротивления призабойной части механизированной крепи.

По данным исследований, проведенных в Англии, опускание кровли в лавах уменьшается при увеличении сопротивления крепи до 8—11 тс/м2. Дальнейшее увеличение сопротивления крепи не уменьшает величин опускания кровли. При сопротивлении более

S тс/м2 опускание кровли постоянно и составляет примерно 34,5 мм на 1 м подвигания очистного забоя [43].

Анализ работы механизированных крепей показывает, что при­ нятое понятие удельного рабочего сопротивления, определяемого по проектным значениям этого сопротивления, не соответствует фактическому рабочему сопротивлению, так как не учитывает кон­ структивных и эксплуатационных особенностей крепи. Фактическое рабочее сопротивление крепи зависит от ее начального распора, рабочего сопротивления гидростоек, упругой податливости, вели­ чины смятия пород на контактах опорных поверхностей крепи, схемы передвижения секций, величины и скорости опускания кровли, скорости подвигания очистного забоя [45].

Работа механизированных крепей в режиме нарастающего со­ противления объясняется наличием малого начального распора, а в ряде случаев завышенными величинами рабочего сопротивления и значительной начальной податливостью, состоящей из упругой

датливости существующих механизированных крепей соизмеримы с величинами опускания кровли в лавах, особенно на тонких по­ логих пластах.

Поскольку крепи с характеристикой нарастающего сопротивле­ ния ухудшают состояние кровли, так как при этой характеристике возрастает величина опускания кровли в среднем на 20—25%, не­ обходимо сохранение постоянной рабочей характеристики механи­ зированных крепей. Это может быть достигнуто за счет уменьшения упругой податливости и сокращения разницы между начальным распором и рабочим сопротивлением.

Исследования на моделях из эквивалентных материалов, пока­ зали, что начальный распор оказывает существенное влияние на величину опускания кровли в лавах. При наличии в крепи поддер­ живающего типа начального распора, равного рабочему сопротивле­ нию, величины опускания кровли с изменением сопротивления от 10 до 20 тс/м2 уменьшаются примерно до 6—30% по сравнению с крепью, у которой начальный распор составляет только 50% ра­ бочего сопротивления. При моделировании крепи ОМКТ с началь­ ным распором, равным рабочему сопротивлению (80 тс), в условиях крепких пород Кузбасса величины опускания кровли значительно уменьшились по сравнению с крепью, имеющей начальный распор, равный 50% рабочего сопротивления. В условиях трещиноватых кровель средней прочности и прочных снижение рабочего сопро­ тивления стоек крепи ОМКТ до 50 тс при сохранении начального распора в 40 тс не ухудшает состояния кровли и не вызывает ослож­ нений при управлении ею.

В шахтных условиях исследования по изучению влияния началь­ ного распора на состояние кровли проведены недостаточно. Однако некоторые материалы по этому вопросу имеются.

По данным ДонУГИ [37], с увеличением начального распора ме­ ханизированных крепей уменьшается величина опускания кровли, необходимая для набора ими рабочего сопротивления; уменьшаются также величина упругой податливости стоек и время работы крепи в процессе набора нагрузок. Соответственно увеличивается время работы крепи в режиме постоянного сопротивления.

Исследования ПНИУИ [46] показали, что при увеличении началь­ ного распора крепи МК до 20 тс на стойку возрастало ее рабочее сопротивление и уменьшались просадки стоек, а дальнейшее уве­ личение распора не приводило к существенным изменениям этих величин.

На основе исследований, выполненных в научно-исследователь­ ском главном институте ГИГ в ПНР [471, установлена необходимость создания механизированных крепей с начальным распором, равным рабочему сопротивлению. В этом случае удается уменьшить опуска­

мость быстрого достижения рабочего сопротивления крепи, для чего начальный распор должен быть близким к рабочему сопротивлению.

В большинстве существующих механизированных крепей вели­ чина начального распора составляет не менее 40—50 % рабочего сопротивления. Увеличение начального распора до рабочего со­ противления весьма желательно для уменьшения величины опуска­ ния кровли, но создание его в таких пределах за счет общей гидро­ системы в настоящее время представляет значительные трудности вследствие недостаточной прочности гибких рукавов высокого да­ вления.

Следует отметить, что в ряде горно-геологических условий со слабыми боковыми породами высокий начальный распор может при­ вести к разрушению нижних слоев непосредственной кровли, а сле­ довательно, к ухудшению ее состояния в лаве.

На основе вышеизложенного можно сказать, что величина на­ чального распора механизированных крепей должна быть не менее 50% их рабочего сопротивления и по возможности ближе к послед­ нему, которое должно быть оптимальным для данных условий.

Для установления оптимальных величин начального распора при слабых кровлях необходимо проведение дальнейших исследо­ ваний в различных горно-геологических условиях при разных типах крепей.

Элементами механизированных крепей, непосредственно взаимо­ действующими с боковыми породами, являются перекрытия и осно­ вания, поэтому возникает особая необходимость изучения характера работы этих элементов и выбора их рациональных параметров.

Исследования, проведенные на шахте «Чертинская-1» комбината Кузбассуголь с помощью автоматического измерителя давления (АИД) конструкции КузНИУИ и метода фотоупругих покрытий [49] нагрузки

по длине жестко-гибкого перекрытия двухстоечной секции крепи М-87, распределялись крайне неравномерно (рис. 59). Наибольшие нагрузки имели место над задней опорой и наименьшие — над перед­ ней консолью; промежуточное положение занимали нагрузки над передней опорой.

Аналогичный характер распределения контактных давлений по длине жесткого перекрытия двухстоечных секций крепи М-100 полу­ чен аналитическим методом (рис. 60). Из рисунка видно, что кон­ тактные давления возрастают в направлении от передней части пере­ крытия к призавальной его части [50].

Более равномерно воспринимают нагрузки перекрытия жестко­ шарнирной конструкции. Исследования, проведенные на шахте

«Пролетарская-Глубокая» с помощью вышеупомянутого метода фотоупругих покрытий, показали, что максимальные контактные давле­ ния на перекрытие крепи «Донбасс» (19—20 кгс/см2) наблюдались над его призабойной частью в зоне гидростоек (рис. 61). Над ко­ стровой частью перекрытия максимальные контактные давления составляли 17 кгс/см2, причем наблюдается тенденция к увеличению давления над задней консолью костровой части перекрытия. Над передним концом призабойной консоли контактные давления со­ ставляли около 2 кгс/см2. В целом по длине всего перекрытия кон­ тактные давления также имели тенденцию увеличения в направлении от передней консоли к задней. По ширине перекрытия давления рас­ пределялись недостаточно равномерно: наибольшие (около 10— 15 кгс/см2) были по краям и наименьшие (5—7 кгс/см2) — в сред­ ней его части.

В работе [51] докт. техн. наук Г. И. Ягодкин показал, что при наличии крепких пород кровли и жесткого перекрытия над опо­ рами значительно увеличивается концентрация нагрузок в системе верхняк — кровля, а при более упругих кровлях и перекрытиях интенсивность нагрузок увеличивается в направлении от переднего

конца консоли к задней опоре по треугольной эпюре. Следовательно, характер распределения нагрузок на перекрытие зависит от отно­ шения жесткости перекрытия к модулю деформации кровли. Путем рациональных конструктивных решений может быть достигнуто наиболее благоприятное распределение концентрации контактных давлений на верхнее перекрытие.

На основе проведенных исследований и опыта эксплуатации можно сделать вывод о целесообразности применения в механизированной крепи жестко-шарнирного или жесткого перекрытия с рациональным конструктивным исполнением отдельных его элементов.

Для улучшения состояния кровли в лавах при применении меха­ низированных крепей важное значение имеют схемы их передвиже­ ния.

<5;кге/м2

Рис. 61. Распределение контактных давлений о по длине и ширине жестко-шарнирного пере­ крытия секции крепи «Донбасс»

Из всех схем передвижения существующих механизированных крепей наиболее распространенными являются последовательные, при которых секции передвигаются поочередно каждая или через одну, две и т. д., причем одновременно разгружается от давления и передвигается только одна секция в лаве. Противоположной этой схеме является групповая шахматная схема передвижения, при ко­ торой по всей длине лавы одновременно разгружается и передви­ гается половина секций. Все остальные схемы передвижения кре­ пей, при которых в лаве одновременно разгружается и передвига­ ется меньше половины секций (т. е. часть их), являются промежуточ­ ными между последовательной и групповой шахматной схемами передвижения.

Исследования ИГД им. А. А. Скочинского на моделях из экви­ валентных материалов показали, что при одинаковом сопротивле­ нии крепи последовательная схема передвижения обеспечивает уменьшение величины опускания кровли в зависимости от расстояния

было заложено в крепи М-100, в которой непосредственно за ком­ байном передвигаются только двухстоечные секции, а трехстоечные — за участком изгиба конвейера с отставанием от последнего на 12—15м.

Как показали исследования ДонУГИ [37], при передвижении секций крепи М-87 по схеме, аналогичной схеме передвижения крепи М-100, по сравнению с передвижением каждой секции непосред­ ственно за комбайном величина опускания кровли за период влия­

и 14% ; опускание кровли было более равномерным. Из общей величины опускания кровли за период влияния процесса передвижения крепи на резкий прирост опускания кровли во время разгрузки секций

Выполненный анализ работы механизированных крепей показал, что на участке передвижения крепи за комбайном, т. е. в зоне наи­ более интенсивного опускания кровли, уменьшение фактически раз­ виваемого сопротивления по сравнению с проектным в крепи М-100 значительно меньше, чем в крепи М-87. Это объясняется тем, что в крепи М-100 при разгрузке и передвижении двухстоечных секций трехстоечные продолжают нести максимальные нагрузки, в крепи же М-87 разгружаются все секции последовательно и после передви­ жения нагрузки на них уменьшаются и становятся равными началь­ ному распору или превышают его незначительно.

Результаты этого анализа были подтверждены шахтными иссле­ дованиями крепей М-87 и М-100. На шахте «Чертинская-1» сопро­ тивление крепи М-87 на участке лавы между комбайном и передви­ гаемой секцией на расстоянии 20 м от него было примерно в 2 раза больше по сравнению с сопротивлением на таком же участке лавы при передвижении секций крепи непосредственно за комбайном.

Уменьшение сопротивления крепи М-100 (шахта № 23 комбината Карагандауголь) на участке ее передвижения составляло от 28 до 45%, в то время как для двухстоечных или трехстоечных секций в отдельности оно достигало от 58 до 78% [53].

В работе [54] отмечается, что при последовательном передвижении всех секций непосредственно за выемочной машиной несущая спо­ собность крепи уменьшается в 1,5—2,0 раза, что приводит к наруше­ нию кровли в лаве.

Следует отметить, что при последовательной схеме передвиже­ ния каждой секции крепи непосредственно за комбайном необхо­ димо поддерживать увеличенную ширину призабойного простран­ ства на величину шага передвижения крепи по всей длине лавы, что с точки зрения поддержания кровли является вредным. В этом случае увеличивается ширина бесстоечного призабойного простран­ ства, что также ухудшает условия поддержания кровли в лаве.

При изгибающемся конвейере и передвижении крепи с отста­ ванием от комбайна максимальная ширина призабойного пространства

поддерживается только на небольшой части лавы, равной участку изгиба конвейера, что улучшает условия поддержания кровли в це­ лом по лаве.

При передвижении секции крепи непосредственно за комбайном необходимо иметь значительную длину консоли верхняка, перед­ ний конец которой не может активно поддерживать кровлю.

Рис. 62. Податливость гидростоек крепи «Донбасс» при прямом ходе комбайна:

I, II и Ш -я пары стоек обозначены в направлении от забоя к выработанному про­ странству

Вышеизложенное дает основание сделать вывод о том, что для обеспечения наилучших условий поддержания кровли схему пере­ движения крепи поддерживающего типа необходимо увязывать со схемой работы комбайна таким образом, чтобы совместное влия­ ние процессов выемки угля и передвижения крепи на величину

искорость опускания кровли было наименьшим.

Взаключение следует сказать о влиянии Челноковой схемы ра­

боты комбайна на характер нагружения механизированной крепи в лаве. По данным измерений на шахте «Чертинская-1» при Челно­ ковой схеме работы комбайна нагрузки на крепь М-87 в концах лавы (на расстояниях 25—30 м от штрека), когда разворачивался комбайн, были примерно на 25% меньше, чем в средней ее части,