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

В отдельных случаях возможны и бывают случаи отклоне­

опускания кровли составили 23,8% ‘мощности пласта. Но в дан­

ном случае вследствие периодических заколов отсутствовала связь между блоками пород кровли (рис. 93), поэтому задний блок удерживался только на стойках крепи. На шахте «Дель­

та-11» при породах III класса опускание кровли по той же при­ чине составило 23,5%. Кроме того, в рассматриваемом случае

Рис. 93. Характер опускания блоков кровли на

на шахте № 9—9-бис

почва была весьма слабой и стойки внедрялись в нее. Нагруз­ ки на стойки в среднем не выходили за пределы 3,5 т. Харак­ теристика крепи, как показывает анализ работы различных

крепей, оказывает некоторое влияние на величину и скорость опускания непосредственной кровли. Жесткая крепь МПК, например, уменьшает величины опускания кровли. По шахте

№13 Аютинского шахтоуправления величины опускания кров­ ли с применением крепи МПК уменьшились на 20%, по шахте

№2 «Контарная» — на 22%; по шахте «Коммунист-Новая»

опускания кровли уменьшились только на 8%, что объясняется

также уменьшением скорости подвигания в лаве с МПК в 3,8 раза.

Применение гидравлических крепей ГК, М77, ГС показало, что их рабочая характеристика оказывает влияние на характер опускания кровли. Так, стойки ГС, позволяющие создавать значительный предварительный распор, оказывают максималь­ ное сопротивление кровле почти сразу после их установки.

Опускания кровли в лаве, закрепленной стойками ГС, умень­ шились в среднем на 20—25% главным образом за счет умень­ шения влияния основных производственных процессов (выемки и особенно посадки).

Удельная сопротивляемость крепи из стоек ГС повысилась.

190

Нагрузки на посадочные стойки ОКУ в моменты посадки были

сравнительно небольшими и несколько меньшими, чем в лаве,

закрепленной стойками СДТ.

Механизированные крепи не внесли заметного изменения в характер проявлений горного давления.

Воздействие крепей на непосредственную кровлю было раз­

личным в зависимости от ее строения. Однако резко выражен­ ного влияния характеристики крепей на величину опускания и общее состояние пород кровли не установлено. Таким обра­

зом, можно сделать вывод, что характеристика крепи заметного

влияния на изменение условий поддержания кровли .в очист­ ных забоях не оказывает.

Было также установлено, что шаг обрушения непосредствен­ ной и в особенности основной кровли зависит в основном от площади обнажения и в меньшей степени зависит от скорости подвигания очистного забоя.

§ 2. Нагрузка на крепь

Средние - и максимальные значения нагрузок на крепь (стойку, органную стенку, костер, куст, секцию крепи), на­

грузки на 1 м2 -площади максимального призабойного -про­ странства и 1 м режущей линии крепи при управлении кровлей

полным обрушением приведены в табл. 88.

Величины нагрузок даны для крепей, расположенных в сред­ ней части лавы; в тех случаях, когда измерения производились в нескольких рядах по простиранию, величины нагрузок даны по ряду с наибольшими их значениями.

Нагрузки в основном определялись характеристиками крепи. Средняя -нагрузка на один металлический костер составляла 78 т, максимальная 162 т. Процесс посадки давал прирост на­

«Коммунист-Новая» составляла 162 т, а по шахте № 3-бис 194 т; максимальная нагрузка достигала 231 т.

Процесс посадки давал прирост нагрузки в среднем 20% от значений максимальной нагрузки, в отдельных случаях при­ рост доходил до 50%.' Средние нагрузки на посадочные стойки ОК-150 и ОКУ составляли до 60 т, максимальные 132 т.

По отдельным шахтам -процесс посадки в среднем давал прирост нагрузки -от 30 до 60% максимальной нагрузки, в не­ которых случаях прирост доходил до 80—400%.

Нагрузка на деревянные стойки, расположенные в посадоч­

ном ряду, во время посадки лавы -была в среднем в 5—6 раз ниже, чем нагрузка на посадочные стойки. Это показывает, что при посадке основную нагрузку воспринимали посадочные стойки, а не призабойная, значительно раньше установленная

крепь.

191

* Органные стенки применялись с деревянными подкладками.

Нагружение посадочных стоек начиналось на расстоянии

2—3 м выше места переноски последней стойки. Наибольшая

интенсивность нагружения на стенки наблюдалась в 8—20 м

192

по (восстанию от участка обрушения кровли, а далее рост на­ грузки приостанавливался. Уровень нагрузки, установившейся после окончания посадки до момента прохода комбайна или

врубовой машины, повышался незначительно. При приближении

выемочных механизмов к наблюдаемой посадочной стойке на­ грузка снова возрастала. Наибольшая интенсивность при этом наблюдалась на участке общей длиной до 20 м. Затем интен­ сивность нагружения снижалась, но величина нагрузки про­

должала расти.

Измерения показали также, что опускание кровли в режу­

расположенных вблизи точки (выше и ниже) измерения опус­ кания кровли, всегда была меньше.

Разница величин опускания кровли и податливости проис­ ходила вследствие отсутствия полного контакта опорной плиты с кровлей, а также в результате смятия неровностей кровли и почвы и вдавливания опорных поверхностей посадочной стойки в боковые породы.

Податливость посадочных стоек часто имела скачкообраз­

ный характер, особенно в период интенсивного опускания

кровли.

Фактическая рабочая характеристика посадочных стоек имела отклонения от проектной, что было следствием снижения

коэффициента трения, отклонения от проектных значений диа­ метров винтов по тормозному и опорному виткам, низкой на­ чальной несущей способности стоек.

Снижение коэффициента трения объясняется главным об­ разом влиянием влаги и угольной пыли. При машинной выемке и ручной навалке угля на конвейер, в особенности при взрыв­ ной отбойке, влияние угольной пыли значительно больше.

Особый интерес представляют нагрузки на секции МПК,

поддерживающий элемент которой одновременно выполняет роль призабойной и режущей крепи.

В табл. 89 приведено распределение нагрузок по 1475 сек­ циям крепи МПК (в том числе по 11'1 гидравлическим секциям). Из данных этой таблицы видно, что свыше 90% секций вос­ принимали нагрузки до 100 т; на отдельные секции нагрузки достигали значительно больших значений, что приводило к их деформации. Чаще всего деформировались винты и гайки, реже — консоли перекрытия и ребра жесткости

В табл. 90 приведены данные о деформировании секций по

шахтам.

На шахте «Коммунист-Новая» все жесткие секции были де­

формированы и установленные под отдельными секциями дина­

мометры вышли из строя вследствие перегруза.

На шахте № 3-бис все секции были деформированы во время первого обрушения кровли при отходе забоя лавы от разрез-

Та б лиц a.89

*Гидравлические секции МПК.

**Нагрузки свыше 300 т.

ной печи на 45 м. Площадь обрушившейся кровли составила

около 7000 м2.

Основной причиной деформации секций была жесткость крепи, при которой в результате различного контакта с кровлей

секции нагружались крайне неравномерно.

При слабой почве секции крепи начинали внедряться в нее

при удельных давлениях 70—100 кг/см2, чем предотвращалась ■их деформация (шахта № 2 «Контарная», где при работе с этой крепью в двух лазах на протяжении 2 лет обрушения основной кровли сопровождались внедрением секций в почву до 350 мм).

Для предотвращения деформаций секций крепи на их пере­

крытиях начали укладывать обрезки деревянных стоек или куски породы. Примером такой работы может служить шахта № 13 Аютинского шахтоуправления, на которой крепь МПК

успешно применяется с 1954 г. в пяти-семи лавах.

194

Опыт работы жестких крепей МПК показывает, что даже такие мощные крепи не могут предотвратить или хотя бы в зна­ чительной степени затормозить движение пород кровли. На­

блюдениями установлено, что повышенные нагрузки крепь М'ПК.

воспринимала непродолжительное время, не более 2—3 час. с момента прохода комбайна до передвижения секций, причем основной прирост нагрузки происходил сразу после прохода комбайна.

Процесс посадки (передвижения секций) также сопровож­ дался большим приростом нагрузки. Так, по шахте № 13 Аютинекого шахтоуправления прирост нагрузки за время посадки составлял в среднем 16%, а иногда и 37% общей нагрузки, по шахте № 2 «Контарная» в среднем 19,3%, а в ряде слу­ чаев 53%.

На шахте № 1-бис им. 1 Мая, где были установлены гид­

няются тем, что слабые породы кровли легко обрушались сразу вслед за подвиганием секций.

Прирост нагрузки во время посадки на органную крепь из

металлических стоек не выравнивал нагрузок на них. Ранее установленные стойки (с характеристикой нарастающего сопро­

тивления) воспринимали, как правило, большую нагрузку, чем вновь установленные.

Прирост нагрузки за время иосадки на костры, кусты, стойки ОКУ был выше нагрузок на металлические стойки при­ забойной крепи, находящиеся в режущем ряду. Это показы­ вает, что режущие крепи, как правило, воспринимают на себя основную нагрузку при обрушении кровли; максимальную на­ грузку при этом они воспринимают перед переноской на новую дорогу.

Средние нагрузки на 1 пог. м режущего ряда из подат­ ливых крепей (ОКУ, металлические костры с деревянными под­ кладками, кусты) не превышали 100 т, т. е. были в пределах тех же нагрузок, которые были установлены для органки из

МПК) эта нагрузка определялась установленной величиной на­

чала податливости. В жестких крепях (МОС, МПК) нагрузки значительно превышали 100 т, но на отдельных шахтах при МПК они не выходили за указанный предел.

Следует отметить, что по ряду -шахт максимальные нагрузки

на стойки призабойной крепи (с характеристикой нарастающего сопротивления) были получены не в последнем, а в предпослед­ нем ряду от забоя. Такой характер нагружения стоек отмечается и в ряде зарубежных наблюдений. Это явление можно объяснить влиянием больших сбросов нагрузки в результате податливости стоек при интенсивном опускании кровли.

В главе I были описаны случаи, когда несколько посадоч­ ных стоек, расположенных выше участка посадки, в результате

большого прироста нагрузок начинали подаваться одновременно большими скачками, теряя контакт с кровлей.

При управлении кровлей частичной закладкой максималь­ ные нагрузки всегда приходились на последний ряд стоек.

Допустимые удельные давления на боковые породы зависят от их физико-механических свойств. Для большинства шахтопластов Донбасса с глинистыми сланцами в боковых породах крепь не внедряется в почву при нагрузках до 100 кг!см?. При наличии в почве глинистых сланцев кучерявой структуры внед­ рение крепи происходит при нагрузках свыше 30—50 кг/см2.

Установлено, что при крепях со значительными опорными пло­ щадями (МОС) внедрение в боковые породы происходит при ■больших удельных давлениях.

§ 3. Выбор характеристики крепей

Создание и внедрение полноценных переносных и механи­ зированных крепей является одним из ближайших мероприя­ тий угольной промышленности. Поэтому установление опти­ мальных характеристик крепей, обеспечивающих их эффектив­ ную работу в различных горногеологических условиях, является первоочередной и совершенно неотложной задачей при изучении проявлений горного давления.

196

Вновь создаваемые крепи должны быть предусмотрены для основного в условиях Донецкого бассейна способа управления кровлей — полным обрушением. Создание новых видов перенос­ ных ,и механизированных крепей приведет к значительному расширению области применения этого наименее трудоемкого

и наиоолее эффективного способа в условиях всех классов

пород.

Необходимость создания податливых конструкций крепей

как призабойных, так и специальных обоснована и опублико­ вана в ряде работ ДонУГИ.

В настоящее время совершенно очевидно, что крепи должны проектироваться податливыми. Следует отметить, что в зару­

бежной практике за последние годы наблюдается широкий пе­

реход на податливые стойки с уменьшенной несущей способ­ ностью.

Многочисленные измерения, проведенные в шахтных усло­ виях, показали, что процесс посадки дает усиление опускания кровли (см. табл. 86) и прирост нагрузки на крепь в режущем ряду. Этот давно установленный горной практикой факт при­ вел к применению режущей крепи, основное назначение кото­ рой, как известно, — перенести разрыв кровли на линию обру­ шения, создать точки опоры кровле на линии обрушения и оказать сопротивление образованию трещин у забоя (или впе­ реди забоя в целике). Таким образом, наличие режущей крепи с необходимей характеристикой обеспечивает разрыв кровли

на линии обрушения и предотвращает ее обрушение в приза­ бойном пространстве.

При нарастающей характеристике высокое начальное со­

противление, в особенности для крепей, выполняющих функции режущих, должно быть обязательным, так как эти крепи сразу же после установки вступают в работу.

При органной и призабойной крепи, состоящей из металли­ ческих стоек нарастающего сопротивления, создается неравно­ мерное нагружение стоек и различная их работа. Вновь уста­ новленная органная крепь воспринимает незначительные на­ грузки по сравнению со стойками призабойной крепи. Таким образом, вновь установленные стойки не способствуют вырав­ ниванию нагрузок и, следовательно, не создают условий для совместной их работы в органке.

Для более эффективной работы органной крепи необходимо, чтобы стойки органного ряда обладали возможно высоким начальным сопротивлением и устанавливались с возможно большим распором. Этим требованиям наиболее удовлетворяют стойки постоянного сопротивления, в особенности гидравли­ ческие.

При сочетании металлических стоек нарастающего сопротив­ ления с посадочными стойками ОКУ получается другая кар­

тина. Согласно технической характеристике, податливость стоек

197

ОКУ должна проявляться при нагрузке 35—40 т, т. е. тогда,

когда 'исчерпана несущая способность металлических стоек. Таким образом, посадочная стойка ОКУ могла бы сразу всту­ пить в работу после установки, так как начало ее податливости совпадает с моментом исчерпания несущей способности метал­

лических стоек как постоянного, так и нарастающего сопротив­ ления. Но практически начальное сопротивление посадочных стоек ОКУ не достигает проектных значений. Наблюдениями на шахте № 3-бис треста Чистяковантрацит установлено, что начальное сопротивление этих стоек составляет только 10—15 т и только в отдельных случаях достигает 25 т. Поэтому при доводке конструкции необходимо прежде всего обеспечить ве­ личину начального сопротивления не менее 35—40 т и так, чтобы эта величина предопределялась конструкцией замка, а не субъективными факторами (заклинка стойки, число и сила

ударов и др.).

Опыт Донбасса показал, что применение посадочных стоек ОКУ, являющихся более эффективным видом режущей крепи по сравнению с существующими металлическими стойками на­ растающего сопротивления, обеспечило значительное расшире­ ние области применения полного обрушения.

Но, как было сказано выше, несущая способность режущей

крепи должна быть различной в зависимости от свойств пород. Поэтому не исключена возможность применения при легко-

обрушающихся кровлях облегченных конструкций режущей крепи (например, путем незначительного увеличения количе­ ства стоек в последнем ряду призабойной крепи).

Установленная неравномерность опускания кровли и, сле­ довательно, нагружения на крепи, а также периодическое рез­ кое повышение нагрузки также подтверждают необходимость иметь в целях безопасности специальные конструкции режущих крепей.

Имеющая место в заграничной практике тенденция отказа от специальных конструкций режущих крепей и переход на большую плотность призабойной крепи не могут быть приняты для наших условий без должного технического обоснования и

экономического расчета. При этом следует отметить, что несу­ щая способность зарубежных металлических стоек трения

в большинстве случаев выше наших стоек, но, как показывает практика, для наших условий в этом нет надобности, хотя путем повышения общей плотности призабойной крепи можно в какой-то степени добиться некоторого повышения несущей

способности крепи на линии обрушения.

Основными исходными факторами при выборе характери­ стики крепей должны быть приняты прочностные свойства кровли, ее несущая способность, обрушаемость и высота об­ рушения, от которых зависит величина опускания кровли и

нагрузка на линии обрушения.

198