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

И наоборот, если на графике нельзя выделить аварий­ ного режима, значит крепь удовлетворяет условиям работы по несущей способности, т. е. сопротивление настройки достаточно.

Следует еще раз подчеркнуть, что приведенная мето­ дика оценки несущей способности механизированной крепи о учетом всех влияющих факторов применима только для указанной цели, а не для общей оценки комплекса. Крепь может удовлетворять условиям по несущей способности, но не обеспечивать необходимой устойчивости кровли и т. д.

Для определения необходимого сопротивления наст­ ройки следует на графике выделить характерные точки Дкр и Ктш- Затем определить среднюю фактическую нагрузку на крепь R',\, в этой точке R'ф = PvlКш\п и умно­ жить на величину /Скр:

Из равенства видно, что соотношение коэффициентов сопротивления крепи, соответствующих характерным точкам, определяет, насколько необходимо увеличить сопротивление крепи при наличии аварийного режима. Следует сказать, что большая величина К может ука­ зывать и на неисправность гидростоек. Поэтому, прежде чем повышать сопротивление настройки крепи или за­ менять ее на другую, необходимо установить исправ­ ность гидростоек и проверить работу клапанов.

Величины коэффициентов /Скр и Kmin в каждом кон­ кретном случае могут быть разные (табл. 7).

Однако, несмотря на разные типы комплексов и гор­ но-геологические условия их применения, величины ко­ эффициентов изменяются в довольно узких пределах. В среднем фактическое сопротивление крепи на границе аварийного режима на 45% меньше сопротивления на­ стройки (номинального). В первых четырех случаях (см. табл. 7) крепи комплексов выходили на аварийный режим работы и их демонтировали. В последних двух случаях аварийных режимов не было. Крепи работали нормально.

По описанной методике были обработаны результаты измерений в 934 циклах, проведенных при использовании

170

комплекса ОМКТ на шахтах Болгарии. Результаты об­ работки полностью подтвердили установленную законо­ мерность.

Приведенная методика позволяет определить работо­ способность механизированной крепи в конкретных условиях с учетом совокупного действия всех основных влияющих факторов, необходимость и величину измене­ ния сопротивления гидростоек.

§ 5. Основные направления совершенствования механизированных крепей

Результаты шахтных, лабораторных и теоретических исследований показали, что разрушение и перемещение сравнительно прочных и монолитных пород под воздей-. ствием очистных работ имеет особый характер, который недостаточно учитывается при проектировании и экс­ плуатации механизированных крепей.

Попытка внедрения на пласты с трудноуправляе­ мыми кровлями' современных механизированных крепей показала, что они во многих случаях не могут обеспе­ чить надежное поддержание кровли и эффективную работу очистного забоя. Необходимо для этих условий создать новые модели механизированных крепей, в ко­ торых были бы учтены те основные особенности в прояёлении горного давления, которые сейчас уже можно считать установленными.

Направления совершенствования механизированных крепей применительно к изучаемым условиям удобнее

171

изложить в виде дополнительных требований. Общие требования известны и мы на них не останавливаемся.

Для пластов с трудноуправляемыми кровлями наи­ более рациональными следует считать механизирован­ ные крепи поддерживающего и поддерживающе-огра- дительного типа. Крепи оградительно-поддерживаюгцего типа современной конструкции в этих условиях практи­ чески неработоспособны из-за склонности опрокиды­ ваться на забой при нагружении только поддерживаю­ щей части.

На основании проведенных исследований можно ре­ комендовать следующие расчетные величины средних удельных нагрузок на крепь в зависимости от мощности пласта:

нагрузку 35 тс/м2, приложенную по нормали к ограж­ дению. В связи с тем что распределение нагрузок на крепь по ширине призабойного пространства неравно­ мерно, представляется целесообразным расчет конструк­ ции крепи производить так, чтобы она удовлетворяла двум видам эпюр распределения нагрузок: трапеции (см. рис. 53, б); двух прямоугольников (ом. рис. 53, в); эпюра нагрузок на оградительную часть крепи показана на рис. 53, б, где qcv — средняя удельная нагрузка, т/м2.

Начальный распор, как было показано ранее, имеет большое значение для надежного поддержания кровли. Его рационально принимать в пределах 60—70% от номинального расчетного сопротивления гидростоек.

Весьма важным свойством крепи на пластах с труд­ ноуправляемыми кровлями должна . быть способность ее «уходить» от резких перемещений кровли. Современ­ ные механизированные крепи не обладают таким свой­ ством, что, по мнению Л. А. Зиглина, приводит к раз­ дутию цилиндров гидростоек. Резкие перемещения кров­ ли на таких пластах следует считать неизбежными. Поэтому при расчете гидросистемы крепи необходимо

172

Особенностью тяжелых кровель являются значитель­ ные смещения контура кровли в плоскости^ пласта в сторону забоя. Для механизированных крепей с шагом передвижки 0,5 м эти смещения за цикл при мощности пласта до 1, 2 и 3 м ориентировочно составляют соот­ ветственно 25, 50 и 75 мм. Этот факт следует учитывать как при расчете опорных стаканов гидростоек, так и при конструировании и расчете оградительных частей крепи. Величина продольного усилия в перекрытии, на­ правленного в сторону забоя, F c = Ppf2 -

Результаты измерений и наблюдений, проведенных при работе механизированных крепей, показывают, что во многих случаях гидростойки по разным причинам не только не повышают сопротивление во время работы, но даже сбрасывают полностью или частично начальный распор. Однако установить это путем внешнего осмотра не всегда возможно. В результате крепь может стоять без нагрузки, а обслуживающий персонал этого не за­ метит. Необходимо каждую гидростойку, имеющую свой предохранительный клапан, оснастить приборами кон­ троля за давлением рабочей жидкости в стойке.

При расчете конструкции крепей следует учитывать возможность внецентреннего приложения нагрузки, так как неоднократно было показано, что внецентренность нагружения имеет место практически всегда, даже при исследованиях работы крепей на горизонтальных мо­ делях. Величину смещения точки приложения нагрузки от продольной оси секции крепи в первом приближении можно принять равной 1/3 ширины перекрытия. То же явление нужно учитывать и при расчете оградительных частей крепи и их узлов.

При крупноблочном разрушении кровли блоки в вы­ работанном пространстве смещаются по траектории, наклоненной в сторону крепи. Конструкция крепей дол­ жна обеспечивать предохранение корпусов задних стоек от динамических нагрузок при обрушении кровли в выработанном пространстве. В качестве мер предохра­ нения можно удлинить задние консоли кровли, исполь­

траектории смещения блоков со стороны выработанно­ го пространства к плоскости основания крепи в расче­ тах можно принимать равным 65°.

173

Поскольку на пластах с тяжелыми кровлями воз­ можны повышенные смещения кровли, желательно, что­ бы вся раздвижка крепи происходила с помощью гид­ равлики. Применение жестких вставок, винтов и т. д.„ особенно на пластах мощностью до 1,8 м, может при­ вести к тому, что крепь будет зажата.

Схема передвижки секций должна обеспечивать быстрое и надежное закрепление вновь обнажаемой кровли. В конструкции крепи должна быть предусмот­ рена возможность применения нескольких разных схем передвижки для различных горно-геологических условий залегания отрабатываемого пласта. Не исключено и применение секций крепи с разновеликими верхняками, позволяющими лучше поддерживать кровлю вблизи за ­ боя, что весьма важно на таких пластах.

В качестве одного из направлений совершенствова­ ния механизированных крепей можно использовать рекомендации С. Т. Кузнецова [28] по выбору сопро­ тивления и расстановки стоек в механизированных кре­ пях.

Необходимым условием надежного поддержания кровли в забое является также правильный выбор верх­ него строения крепей (перекрытий). Для тяжелых кро­ вель наиболее рациональными являются жесткие пере­ крытия с управляемой консолыо, гидропатрон которой должен иметь свой предохранительный клапан и управ-, ление. Это позволит оперативно поддерживать кровлю у забоя при ее проседании по линии закола. Применение рессорных и иных податливых консолей нежелательно, так как они не приспособлены для работы при ступен­ чатом опускании кровли.

Возможность приложения к крепи внецентренных точечных нагрузок способствует отклонению секции от нормали к пласту, особенно на пластах с углом падения больше 12°. Для успешной работы на пластах с трудно­ управляемыми кровлями вновь создаваемые крепи должны обладать повышенной устойчивостью или иметь специальные устройства для выправки секций.

Из-за повышенных, против обычных условий, удель­ ных нагрузок,:в конструкциях крепей следует предусмат­

174

Глава VII

УПРАВЛЕНИЕ КРОВЛЕЙ ПРИ ПЕРВЫХ ОСАДКАХ

§ 1. Механизм проявления первых осадок

Трудноуправляемые кровли, представленные прочны­ ми породами, обычно склонны к зависаниям на боль­ ших площадях. При достижении предельного пролета обрушение их сопровождается повышенными нагруз­ ками на крепь и большими перемещениями контура кровли в призабойном пространстве. Часто эти обруше­ ния сопровождаются динамическими явлениями типа удара. Вредные последствия этих явлений общеизве­ стны.

В большинстве работ [25, 43, 61, 6£, 63, 64], посвя­ щенных изучению первых осадок кровли в очистном забое, приведены данные по определению предельного пролета, предельной площади зависания кровли и раз­ работки мер по уменьшению вредного влияния первых осадок прочных кровель. Все эти факторы весьма важ­ ны для предотвращения завала лав при отходах от раз­ резных печей. Однако непосредственных измерений на­ грузок, перемещений и их скоростей в периоды первых осадок проведено пока мало, что объясняется извест­ ной трудностью проведения измерений в этот период. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть основные схемы разрушения прочных слоев кровли при отходах лав и их взаимодействия с крепью очистного забоя, которые существенно отличаются от схем раз­ рушения при обычной работе очистного забоя.

На рис. 55 представлены четыре таких схемы. Схема 1 характерна тем, что слой прочных пород расположен на значительном удалении от пласта. Между ним и пла­ стом залегают легкообрушающиеся породы, не склонные к зависанию. При достижении предельного пролета

177

прочный слой разламывается и смещается. Пригрузка от него на крепь очистного забоя передается через не­ посредственную кровлю. В зависимости от соотношения мощности непосредственной кровли h и ширины под--

Соотношение мощности непосредственной кровли и пласта, при котором влияние первых осадок основной кровли будет отсутствовать, определится из неравенства

Из выражения (VII.2) видно, что возможность влия­ ния первых осадок основной кровли на призабойное пространство зависит не только от величины /См, но и от ширины поддерживаемого пространства, мощности пласта и угла наклона трещин.

178

цифрами (в метрах). Из рисунка следует, что величина Кы изменяется в широких преде­

ства 2,5—4 м [1]. На пластах большей мощности вели­ чина Ям существенно уменьшается. Отсюда следует вывод, что наиболее важными факторами, влияющими на возможность проявления вторичных осадок, яв­ ляются мощность легкообрушающихся пород и ширина призабойного пространства. Коэффициент разрыхления непосредственной кровли оказывает существенное влия­

кровли влияние осадок основной кровли будет увеличи­ ваться. В этом случае необходимо, наоборот, увеличи­ вать ширину призабойного пространства и сопротивле­ ние крепи с тем, чтобы уменьшить удельные нагрузки. Такому положению соответствует схема 2 (см. рис. 55).

Трудность поддержания кровли в призабойном прост-

179