книги из ГПНТБ / Давидянц В.Т. Исследования проявлений горного давления в очистных забоях при новых видах крепей

Из восьми обрушений непосредственной кровли шесть про­ исходило через каждые 7,5 м продвижения лавы и два через 12—15,5 м.

Обрушение непосредственной кровли происходило после того, как крепь была передвинута по лаве на расстояние 60—70 м

пространстве и осыпание небольших кусков породы. Обруше­ ние кровли происходило мгновенно, сопровождалось шумом и резким повышением давления воздуха; скорость движения воз­

духа была столь значительной, что выдувала из лавы угольную пыль и даже срывала с голов каски.

Вторичные обрушения кровли происходили также мгновенно

исопровождались значительным повышением давления воздуха

впределах призабойного пространства. Перед обрушением за

40 мин. и после него в течение 20—30 мин. были слышны звуки, напоминающие стрельбу.

Кривые средних нагрузок на секции (см. рис. 46) показы­ вают, что в моменты обрушения, как правило, нагрузки на сек­ ции были минимальными. Максимальные нагрузки наблюда­ лись за 2—3 дня до обрушения кровли.

Для установления влияния выемки пласта на сдвижение зем­ ной поверхности и периода, через который сказывается выемка, были организованы специальные наблюдения на поверхности в районе ведения очистных работ лавы № 19.

Нивелировки на поверхности были произведены четыре раза (17/VII, 30/VII, 14/VIII и 6/X 1954 г.).

В этот период в результате влияния очистных работ, рас­

положенных на глубине 174,2 м, земная поверхность в центре

40дней.

§3. Исследования на шахте № 40/43 «Кураховка»

треста Селидовуголь

На шахте № 40/43 «Кураховка»' исследования проводились с целью выяснения возможности применения крепи МПК (вы­ пуска 1954 г.) в условиях слабых и неустойчивых пород кровли.

Крепь МПК была смонтирована в 6-й северной лаве пла­ ста /д Вышележащего общей мощностью 1,3—1,4 м; рабочая

мощность пласта 1,15—1,20 м, угол падения 5—6°. Пласт

чистый, без прослойков, отнесен к негазовым и не опасным по

пыли.

При разработке пласта верхнюю пачку угля мощностью

0,15—0,20 м оставляли для поддержания весьма слабой непо­

средственной кровли.

Непосредственной кровлей являлся слабый, неустойчивый глинистый сланец мощностью 1,5—2 я, выше залегал глини­

стый сланец средней устойчивости мощностью 7—8 м, который

периодически переходил в 'песчаник, еще выше — известняк мощностью 0,7—1 я, и затем — водоносный песчаник мощностью до 23 я. В почве пласта залегал слабый глинистый сланец

водило к увеличению притока воды в лаве до 200—250 Л13/ч.

Над откаточным штреком оставляли целик трапециевидной формы размерами по простиранию 30—50 я, по падению 15— 25 я. Такая форма целика была принята с целью облегчения спуска воды из лавы. Над целиком выкладывали бутовую по­ лосу шириной 8—10 я, под вентиляционным штреком — буто­ вую полосу шириной 8 я.

До крепи МПК управление кровлей осуществляли способом частичной закладки. Призабойное пространство крепили рамами из трех деревянных стоек, подбиваемых под распил; третью стойку подбивали у забоя, которую выбивали перед проходом комбайна. Расстояние между рамами по падению 0,8 я. Мини­

крепи МПК производили комбайном «Донбасс» с глубиной захвата 1,6 м.

До применения МПК среднемесячное подвигание лавы со­

ставляло 20—30 я. В октябре 1954 г. вследствие прорыва воды лава была завалена, а в марте 1955 г. — заново разрезана, и в апреле в ней начали монтаж крепи МПК- В призабойном про­ странстве. устанавливали секции крепи МПК вплотную одну

к другой. Временная крепь, устанавливавшаяся вслед за ком­ байном, состояла из двух стоек СДТ, подбиваемых под распил длиной 1,6 я (рис. 50).

Минимальная ширина призабойного пространства составляла 2,4 м, максимальная 4 я. Плотность крепи — 2,2 секции на

1 пог. я лавы.

Работы по монтажу секций крепи значительно усложнялись в силу ряда причин: обильного притока воды из кровли; не­ устойчивости кровли и слабой почвы; обрушения (при извлече­ нии призабойной крепи) оставляемой пачки угля в непосред­ ственной кровле; .неустойчивости секций крепи в результате обрушения над ними пород кровли, в особенности со стороны короткой консоли, обращенной в сторону выработанного про-

100

странства, и необходимости выкладки над секциями костров высотой 0,5—1 м.

Обрушение пачки оставляемого угля и непосредственной кровли во время 'Монтажа крепи потребовало установки сек­ ций вплотную к груди забоя. Это, в свою очередь, привело к необходимости удлинения консоли секции на 300 мм, так как при длине верхняка 2000 мм передвижник и комбайн под кон­ солью не размещались; при установке же секций на расстоянии 300 мм от забоя между концами консолей и грудью забоя про­ исходило высыпание оставляемой пачки угля и непосредствен­ ной кровли.

В связи с необходимостью выкладки костров под секциями (рис. 51) для предупреждения обрушения слабой кровли вы­ емка первого цикла и передвижение секций крепи длились на ■протяжении 20 суток.

К моменту окончания выемки первого цикла и передвижения

последних секций нижние секции оказались в нерабочем поло­ жении: 90 секций внедрились в почву на 150—300 мм, 65 сек­

ций потеряли устойчивость в результате вывала породы над короткой консолью и на 53 секциях удлиняющие козырьки

были деформированы.

Во втором цикле передвижение секций еще более услож­ нилось. Секции потеряли устойчивость и настолько внедрялись

впочву, что для прохода передвижника потребовалась подрывка

почвы на 0,3—0,5 л; приток воды в лаве увеличился, что еще больше ухудшило состояние кровли и почвы.

После того как комбайн прошел по лаве 45 м и были пере­ двинуты 53 секции, 6 секций потеряли устойчивость и опроки­

нулись длинной консолью на почву. Для установки этих секций

внормальное положение потребовалось подбить под длинную консоль каждой секции деревянные стойки и выложить над ними деревянные костры высотой до 2,1 л; при этом из-за крепи

было выпущено 35 вагонов породы.

Второй цикл был закончен также примерно через 20 суток. К этому времени большая часть установленных в лаве секций крепи потеряла свою устойчивость. Удлиняющие козырьки были деформированы, и порода между забоем и секциями крепи про­ сыпалась в призабойное пространство. Дальнейшее испытание в этих условиях было нецелесообразным, и крепь демонтиро­ вали.

Испытания крепи МИК на шахте № 40/43 «Кураховка» по­ казали ее непригодность для работы в условиях слабых не­ устойчивых пород кровли и слабой почвы.

§ 4. Исследования на шахте № 2 «Контарная»

треста Шахтерскантрацит

Исследования проявлений горного давления при работе крепи МПК новой модификации на шахте № 2 «Контарная» были про­ ведены в 11-й западной лаве.

101

Рис. 50. Паспорт крепления лавы при работе крепи МПК на

шахте № 40/43 «Кураховка»

Рис. 51. Обрушение кровли над секциями крепи МПК

102

Крепь МПК выпуска 1955 г. имела большую раздвижность, длина верхняка была увеличена и составляла 2300 мм, секция уширена на 300 мм за счет боковой 'направляющей лыжи. В ка­ честве временной крепи применяли стойки типа СДТ, шар­ нирно соединенные с металлическим верхняком.

Лава разрабатывала пласт антрацита /3 Алмазный рабочей мощностью 1,35—1,55 м, угол падения пласта 4—5°. Пласт состоит из двух пачек, разделенных прослойком .породы мощ­ ностью 0,03—0,15 м; прослоек вынимается вместе с пластом.

Уголь верхней пачки мощностью 0,65—0,85 м более крепкий, имеет прочный контакт с непосредственной кровлей. На кон­ такте верхней пачки с непосредственной кровлей имелась при­ суха мощностью 0,10—0,15 м, пропитанная пиритом. Нижняя пачка пласта — средней крепости.

По газообильности шахта отнесена к I категории, имеет место периодическое выделение метана.

Непосредственная кровля представлена двумя пачками пес­

чано-глинистого сланца мощностью 3—6 м; нижняя пачка мощ­ ностью 1—2 м легко обрушается, верхняя — мощностью 2—4 м, более прочная, обрушается значительно позже. Выше залегает

роды непосредственной кровли имеют ясно выраженный кли­ важ, направленный почти перпендикулярно к линии забоя.

Расстояние между кливажными трещинами колеблется от 2,5

до 5 м.

В почве пласта залегает слабый песчанистый сланец мощ­ ностью 0,4—0,6 м, ниже — монолитный крепкий кварцевый пес­ чаник мощностью 10—15 м.

Откаточный штрек проводится узким забоем с подрывкой почвы. С верхней стороны штрек охраняется целиком угля шириной 10—15 м. Над целиком оставался конвейерный просек, отделенный от выработанного пространства однорядной органкой и рядом деревянных костров.

Вентиляционный штрек проводили также с подрывкой почвы, при этом породу от подрывки использовали для выкладки буто­ вой полосы. Под бутовой полосой выкладывали ряд деревянных костров, ниже пробивали однорядную органку. Над вентиляци­ онным штреком оставляли целик шириной 15—20 м.

Длина лавы 94 м. Работы вели на глубине 320 м. Выемку производили комбайном «Донбасс» с глубиной захвата 1,45 м.

Организация работ в лаве была принята по графику один цикл

в сутки, две смены добычные и третья—ремонтно-подготови­ тельная. В ремонтную смену производили все работы по управ­

лению кровлей.

До применения крепи МПК управление кровлей осущест­ вляли полным обрушением на деревянные кусты и костры из

рудничных рельсов.

103

Призабойное пространство крепили вслед за проходом ком­ байна рамами из двух деревянных стоек, устанавливаемых под распил длиной 2,3 м. Расстояние между рамами по падению 1,2—1,5 м. Около стойки, расположенной со стороны вырабо­ танного пространства, сразу после прохода комбайна подбивали

дополнительно четыре-пять стоек, которые образовывали куст

(рис. 52).

Рис. 52. Паспорт крепления лавы до применения крепи МПК на шахте № 2 «Контарная»

Во втором ряду кустов через каждые 3 м по падению вы­

кладывали металлические костры, которые переносили за каж­ дым циклом.

Кровлю обрушали на второй ряд кустов. В этом случае металлические костры являлись дополнительной поддерживаю­ щей крепью, предохранявшей призабойное пространство от возможных обрушений кровли. Минимальная ширина призабой­

ного пространства составляла 3,8 м, максимальная — 5,25 м.

Плотность призабойной крепи при максимальной ширине призабойного пространства составляла 1,9 стойки на 1 м2. Плотность крепи на 1 пог. м режущего ряда — 4 деревянные стойки и 0,33 металлического костра.

Расход леса на 1000 т очистной добычи до применения крепи МПК составил 25,3 л;3 (среднее за 6 месяцев).

104

При переходе на крепь МПК секции крепи в количестве 105 шт. устанавливали с 'боковыми направляющими лыжами.

Призабойное пространство лавы вслед за комбайном на участке изгиба конвейера крепили временной крепью, состоя­ щей из металлической стойки СДТ, шарнирно соединенной с металлическим верхняком. Временную крепь устанавливали через секцию.

Рис. 53. Паспорт крепления лавы при применении крепи МПК на шахте № 2 «Контарная»

Участки лавы в районе приводной головки конвейера (дли­ ной 4 м) и натяжной головки конвейера (длиной 5 м) крепили рамами из металлических стоек СДТ, установленных под рас­ пил (рис. 53).

Плотность крепи МПК— 1,34 секции на 1 пог. м лавы.

При работе с крепью МПК на комбайн был установлен

отрезной бар.

Выемку верхней (крепкой с включениями пирита) пачки антрацита производили при помощи взрывчатых веществ до

выемки комбайном.

Организация работ в лаве при крепи МПК также была по­ строена по графику один цикл в сутки с двумя сменами по

выемке угля; в третью смену производили передвижку остав­ шихся секций крепи в верхней части лавы и приводной головки конвейера.

105

Результаты исследований проявлений горного давления до применения крепи МПК

Для монтажа крепи МПК был проведен разрез, от которого начали работать двумя лавами: в западном направлении лаву крепили крепью МПК, в восточном — обычной крепью.

Изучение проявлений горного давления с обычной крепью

производили в средней части лавы с 25/X по 4/XI 1955 г. при

помощи индикаторных штанг, которые устанавливали в приза­ бойном пространстве на расстоянии 1 м одна от другой. Часто­ та замеров по каждой точке 10—15 мин.; во время прохода

комбайна, переноски костров и выбивки кустов замеры произ­ водили через 1—5 мин. От забоя до линии обрушения устанав­

ливали четыре-пять штанг.

Полученные из измерений средние значения величин и ско­ ростей опускания кровли в пределах призабойного простран­ ства приведены в табл. 47.

Таблица 47

значения у забоя и нарастают по направлению к границе при­ забойного пространства. На линии костров скорость опускания кровли резко увеличивается.

В пределах призабойного пространства максимальные ско­ рости опускания кровли примерно в 2 раза выше средних ско­

ростей.

Максимальная скорость опускания кровли на границе при­ забойного пространства в период посадки почти в 100 раз пре­

106

вышает средние скорости опускания кровли в периоды, когда

влаве производственных процессов не производилось. Влияние процесса посадки на поведение кровли сказывается

на участке 10—15 м ниже и выше наблюдаемого ряда.

Максимальные скорости опускания кровли отмечены в мо­ менты, когда производили переноску костров на расстоянии 3—5 м выше ряда наблюдаемых точек. Процесс посадки оказы­ вает влияние на поведение кровли в течение 1,5—2 час.

Влияние процесса выемки начинает сказываться при подходе комбайна к наблюдаемым точкам на расстояние 15 м. Макси­ мальное влияние выемки наблюдается в тот момент, когда ком­

байн находится в 4 м выше наблюдаемой точки и прекращается

совсем, когда комбайн отходит на расстояние 12 м.

Приведенные в табл. 47 данные показывают также, что по­ ведение кровли в пределах призабойного пространства за пе­

риод влияния выемки имеет иной характер по сравнению с по­ ведением кровли в период посадки. Во время выемки большее

увеличение скоростей опускания кровли наблюдается у забоя. Максимальная скорость опускания кровли у забоя в период выемки в 300 раз больше, чем в период, когда в лаве процес­ сов по выемке и управлению кровлей не производится.

Период пиковых скоростей опускания кровли незначителен и составляет 15—30 мин.; опускания кровли за это время незна­

чительны, и заметных деформаций ее не наблюдается. Абсолют­ ные величины опускания кровли за этот период составляли

2—3 мм.

На рис. 54 приведены результаты измерений опускания кровли при посадке (переноске костров) и проходе комбайна.

Из рисунка видно, что процесс переноски костров начинает

влиять при выбивке их на расстоянии 15 м ниже от наблюдаемой точки. Максимальная скорость опускания наблюдается в мо­ мент выбивки костра, расположенного на расстоянии 5 м выше наблюдаемой точки. Затухание влияния процесса переноски костров происходит на расстоянии 15 м выше наблюдаемой

точки.

Период повышенных скоростей опускания кровли, связанный

с процессом посадки (переноски костров), длится около 2 час.

Результаты исследований проявлений горного давления при применении крепи МПК

Изучение проявлений горного давления в лаве с крепью

МПК производили с 7 октября по 1 декабря 1955 г. За это время было сделано 49 циклов (в октябре 19,3, в ноябре 29,7),

■подвигание лавы составило 71 м.

Измерения опускания кровли производили в пяти рядах (рис. 55). В каждом ряду было заложено по 30 пар точек,

107

замеры вели круглосуточно телескопическими штангами. Ча­ стота замеров была принята 2—4 часа.

Для изучения влияния основных производственных процес­ сов (выемки комбайном, передвижения секций крепи и посадки) на характер опускания кровли в пределах призабойного про­ странства закладывали специальные пары точек, на которых

производили измерения при помощи индикаторных штанг с це­ ной деления 0,01 мм; частота замеров по каждой штанге была принята 10—15 мин., а в отдельные периоды 1—5 мин.

Для измерения нагрузок на секции крепи МПК были исполь­ зованы 15 измерительных оснований крепи МПК и пять съем­ ных измерительных подставок (см. рис. 40).

Для снятия отсчетов по динамометрам применяли электрон­ ные измерительные станции ЭИ-1.

Измерительный комплект состоит из динамометра, генера­ тора переменного напряжения, компенсатора дебаланса (на­ рушения равновесия моста) и нуль-индикатора. Генератор переменного напряжения, компенсатор дебаланса и нуль-инди­ катор конструктивно объединены в один переносный приборэлектронную станцию ЭИ-1.

108