книги из ГПНТБ / Глушихин, Ф. П. Трудноуправляемые кровли в очистных забоях

Ф. П. ГЛУШИХИН

ТРУДНОУПРАВЛЯЕМЫЕ

КРОВЛИ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДР А»

М О С К В А 1 9 7 4

{жтг," ^ 0, публичная

я»уиив *технике'кая

бИЙЯИОГЭНЯ

УДК 622.831.245-112.2 ^ Э Е М П Л Я Р

| Ц#>&ДЬНОГО ЭЛЛА

Глушнхин Ф. П . Трудноуправляемые кровли в очистных забоях. М., «Недра», 1974. 192 с.

В книге рассмотрены вопросы управления гор­ ным давлением и крепления очистных забоев поло­ гих пластов с трудноуправляемыми кровлями. Опи­ саны способы н средства поддержания трудноуправ­ ляемых кровель. Приведены результаты исследова­ нии механизма перемещения блоков разрушенной кровли и взаимодействия их с лрепыо. Даны мето­ дика расчета паспортов крепления для пластов с трудноуправляемыми кровлями и способы опреде­ ления нагрузок на крепь очистного забоя.

Книга предназначена для широкого круга инже­

043(01)—74

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время очистные механизированные комплексы с гидрофицированными крепями широко при­ меняются во всех угольных бассейнах страны. Растет производительность труда горняков, неуклонно снижает­ ся травматизм. Этому способствует труд ученых, произ­ водственников, конструкторов, направленный на более глубокое изучение геомеханических процессов, возникаю­ щих в массиве горных пород при выемке полезного иско­ паемого, и создание современных машин и оборудо­ вания.

Однако большое разнообразие горно-геологических условий и сложность процесса взаимодействия крепи и кровли не позволяют пока одинаково успешно отрабаты­ вать все пласты даже с использованием современной техники. Поэтому возникает необходимость более глубо­ кого изучения проявлений горного давления и установ­ ления основных закономерностей взаимодействия крепи

икровли.

Воснову настоящей работы положены результаты многолетних натурных и лабораторных исследований ав­

тора на пластах с трудноуправляемыми кровлями В книге приведены основные закономерности разруше­ ния и перемещения трудноуправляемых кровель, даны рекомендации по их поддержанию и сформулированы требования, предъявляемые к механизированным кре­ пям, применяемым в этих условиях. Основное внимание в работе уделяется описанию результатов шахтных ис­ следований.

Работы проводились под руководством и при непо­ средственном участии автора применительно к условиям разработки пологих пластов тонких и средней мощности. Полученные результаты могут быть использованы при отработке верхних слоев мощных пластов.

3

удаления очистного забоя на значительное расстояние и. следовательно, после обнажения значительной площади кровли». На основании этого автор рекомендует приме­ нять на пластах с кровлями третьего класса способы управления с полным удержанием пород от' обрушения.

Породы, склонные к большим зависаниям в вырабо­ танном пространстве, Д. С. Ростовцев относит к труднообрушающимся. Впоследствии б. ВУГИ данная клас­ сификация была дополнена четвертым классом, к кото­ рому отнесены кровли, способные плавно опускаться на почву в выработанном пространстве.

Совершенствование средств крепления и большой объем исследований, проведенных па пологих пластах Донбасса б. ВУГИ, ДоиУГИ, ВНИМИ и другими орга­ низациями, позволили внести существенные коррективы в рекомендации проф. Д. С. Ростовцева.

Г. Н. Кузнецов [2], анализируя факторы, оказываю­ щие влияние на поведение пород кровли в призабойном пространстве лав, предложил также классификацию, в основу которой примял склонность пород к обрушению. В третий (из четырех) класс труднообрушающихся по­ род им включены породы, которые обрушаются при дли­ не свободной консоли более 4 м. Эта классификация имеет много общего с классификацией б. ВУГИ, по по­ строена уже на количественных данных о шаге обру­ шения.

В связи с созданием металлических и гидравлических стоек, а также мощных посадочных крепей (МОК, МОС-50у, ОК, ОКУ и других) многие пласты, ранее от­ рабатывавшиеся с частичной закладкой, стали отраба­ тываться с полным обрушением. В. Т. Давидяиц [3] уста­ новил основные факторы, от которых зависит склонность пород к обрушению. Наибольшее значение имеют петро­ графический состав, строение кровли и механические свойства пород. В предложенной им классификации выделено три группы кровель пластов. В основу их раз­ деления на группы положен предел прочности пород на сжатие. К группе III — труднообрушающихся— отнесе­ ны породы с пределом прочности на сжатие от 800 до 1000 кгс/см2 слоистой текстуры и породы массивной тек­ стуры с прочностью более 1000 кгс/см2.

Впоследствии В. Т. Давидяиц разработал классифи­ кацию, согласно которой породы кровли разделяются на

6

пять классов. Отличительными признаками классов яв­ ляются величины опускания кровли в призабойном про­ странстве, что имеет большое значение для конструиро­ вания крепей. В классификации указывается, что кров­ ли III класса — труднообрушающиеся — состоят из слоев пород большой мощности и высокой прочности. Обрушаются они большими глыбами при обнажении значи­ тельных площадей. Может иметь место вторичная осадка.

Управление кровлей полным обрушением затрудни­ тельно только при весьма труднообрушаемых породах (IV класса) и в основном на пластах наклонного паде­ ния. Применительно к каждому классу рекомендуются типы посадочных крепей [3].

Известна также классификация кровель пологих пла­ стов Кузбасса, составленная С. Т. Кузнецовым [4]. В ней кровли разделены на два класса, отличающиеся по обрушаемости непосредственной кровли. Ко второму клас­ су отнесены две группы кровель (ПС и ПД), представ­ ленные «более или менее толстыми слоями сравнительно прочных пород, разрушающихся на крупные куски — блоки». Различие между группами заключается в том, что в группе ПС блоки выпадают на почву без измене­ ния пространственной ориентировки, а в группе ПД они упорядоченно («плавно») опускаются на почву на неко­ тором расстоянии от крепи.

Классификация составлена применительно к способу управления кровлей полным обрушением и не рассмат­ ривает других способов, так как к началу 60-х годов подавляющее большинство пологих пластов Кузбасса отрабатывалось с полным обрушением. В этих двух классификациях уделено внимание характеру обрушен­ ных пород (глыбы, блоки) и их взаимодействию между собой.

Типизация П. В. Васильева и других [5], составленная иа основе исследований ИГД им. Скочинского в Донец­ ком бассейне, охватывает практически все виды и осо­ бенности поведения пород кровли, учитывает их строе­ ние, минералогический состав, трещиноватость, проч­ ность и т. д. В этой -классификации также выделены труднообрушающиеся и весьма труднообрушающиеся кровли (V и VI типы) и даны рекомендации по выбору типов и параметров крепей. Удельное сопротивление при­

7

забойной крепи для большинства условий отработки пла­ стов без учета применения посадочной крепи рекомен­ довано в пределах 10—20 тс/м2, а для случаев с резким влиянием осадок основной кровли (типы VIII—IX )— в пределах 20—30 тс/м2, независимо от мощности отраба­ тываемого пласта.

Вклассификации К. И. Иванова [6] также выделены непосредственные кровли III класса — труднообрушающиеся. Классификация предполагает наличие труднообрушающихся кровель с влиянием осадок основной кров­ ли и без них.

Воснову классификации непосредственных кровель А. А. Борисова [7] положено направление трещин относи­ тельно линии забоя. Отмечается, что при наличии тре­ щин в непосредственной кровле, проходящих вдоль ли­ нии забоя, могут возникать большие нагрузки па крепь

ипроисходить частичные завалы лав.

К- Павловичем [8] разработан приближенный метод количественной оценки устойчивости кровли. Критерием служит величина

где К — средняя прочность пород; 5 — средняя мощность слоев непосредственной

кровли; а — число слоев непосредственной кровли;

Ъ— суммарная мощность непосредственной кров­ ли;

с — число замеров прочности на сжатие; d — суммарная прочность на сжатие.

На основании такого подхода выделено пять типов кровель, в том числе и весьма устойчивых при значе­ ниях <7>130. При кровлях этого типа отработка пласта с обрушением вызывает трудности. Следует сказать, что под устойчивостью в работе [8] следует понимать обрушаемость, так как при определении численного крите­ рия используются данные о прочности и мощность всей толщи непосредственной кровли, а не только нижних ее слоев. j

А. К- Коврижин [9] разработал классификацию кро­ вель пологих пластов Кузбасса по управляемости, под которой понимается склонность кровель к проявлению

8

вторичных осадок. Классификация основана на том, что вторичные осадки кровли значительно усложняют усло­ вия поддержания призабойного пространства и вынуж­ дают применять специальные меры.

В зарубежной технической литературе последних лет более или менее четких классификаций пород кровель не приводится. Однако большинство ведущих специалистов в области горного давления и крепления обращают осо­ бое внимание на кровли, сложенные монолитными и прочными породами.

A. Лабасс [10] указывает, что управлять жесткой кровлей труднее, чем плохой (имеется в виду слабая, легкообрушающаяся кровля), и рекомендует применять закладку. При очень жестких кровлях и быстром подвигании забоя он рекомендует переходить на обрушение, которое требует применения жесткой крепи.

К таким же выводам приходит и А. Уинстенли [11], рекомендуя либо усиливать крепь при работе с обруше­ нием, либо переходить на закладку.

B. Бартель и Г. Эверлинг [12] уделяют большое вни­ мание влиянию периодических давлений, приводящих к большим опусканиям кровли в призабойном пространст­ ве и завалам лав, причем последний указывает на воз­ можность периодических осадок только непосредствен­ ной кровли.

Краткий обзор существующих классификаций кро­ вель пологих угольных пластов показывает, что все ав­ торы выделяют классы или типы труднообрушающихся или жестких кровель. Большое внимание уделяется осад­ кам основной кровли или вторичным осадкам, также усложняющим условия поддержания кровли в очистном забое. Из анализа указанных работ вытекает, что основ­ ными признаками труднообрушающихся кровель явля­ ются: наличие мощных слоев монолитных или массивных пород; сравнительно большая прочность пород; склон­ ность пород к зависанию (т. е. способность удерживаться некоторое время от обрушения в выработанном прост­ ранстве без крепи) с последующим обрушением в виде крупных глыб или блоков.

Основным признаком кровель, склонных к вторичным осадкам, является наличие в основной кровле пласта на расстоянии кратном четырем-пяти его мощностям мощ­ ного слоя прочных пород.

9