Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ исследований проявлений горного давления в подготовительных выработках 8
1.1. Закономерности проявлений горного давления в подготовительных выработках 8
1.2. Способы крепления и поддержания подготовительных выработок при их повторном использовании 15
1.3. Анализ современного состояния проведения и поддержания подготовительных выработок на шахтах Подмосковного бассейна 24
1.4. Постановка задачи и методы исследования 31
2. Анализ технологических схем обработки выемочных столбов 34
2.1. Краткая горно-геологическая характеристика угольных месторождений Подмосковного бассейна , 34
2.2. Анализ технологических схем обработки выемоч ных столбов 38
2.3. Анализ стоимости поддержания подготовительных выработок 42
3. Исследование проявлений горного давления при пер вичном использовании выработок 56
3.1. Методика шахтных инструментальных наблюдений и экспериментальных работ 56
3.2. Общая характеристика смещений пород вокруг выработок 63
3.3. Проявление горного давления со стороны пород кровли при первичном использовании выработок 67
3.4. Проявление горного давления со стороны бортов выработки при первичном ее использовании 85
3.5. Характеристика смещений пород почвы 92
3.6. Основные направления управления массивами окружающих пород при повторном использовании подготовительных выработок в условиях Подмосковного бассейна 96
4. Исследование проявлений горного давления и анализ экспериментальных работ в повторно использу емых выработках 102
4.1. Закономерности смещений пород при повторном использовании выработок 102
4.2. Экспериментальные работы по выбору типов крепей выработок для повторного использования 122
4.3. Экспериментальные работы по повышению устойчивости подготовительных выработок 133
4.4. Рекомендации по креплению и поддержанию подготовительных выработок, предназначенных для повторного использования 139
4.5. Расчет экономического эффекта внедрения результатов исследований 147
Выводы 149
Заключение 150
Список литературы 152
- Анализ современного состояния проведения и поддержания подготовительных выработок на шахтах Подмосковного бассейна
- Анализ стоимости поддержания подготовительных выработок
- Проявление горного давления со стороны пород кровли при первичном использовании выработок
- Экспериментальные работы по выбору типов крепей выработок для повторного использования
Введение к работе
Интенсификация развития угольной промышленности страны на данном этапе осуществляется главным образом за счет повышения производительности труда без увеличения численности рабочих в отрасли. При этом рост эффективности производства сопровождается улучшением условий труда шахтеров и повышением техники безопасности их работы. Однако, результативность применения средств комплексной механизации очистных работ в Подмосковном бассейне за послед -ние годы несколько снизилась.
Так, в 1980 году среднесуточная нагрузка на очистной забой в 1,27 раза была выше, чем в 1984 году. Одна из основных причин такого положения дел является несвоевременная подготовка очистного фронта, обусловлевнная ухудшением горно-геологических условий, несоответствием темпов ведения очистных и подготовительных работ.
На шахтах Подмосковного бассейна большой объем проведения подготовительных выработок на 1000т. добычи угля, который состав -ляет 10,7 м , а также дополнительные сложности приводят к значи -тельным материальным и трудовым затратам, которые в конечном итоге влияют на технико-экономические показатели работы шахт. Одним из важнейших путей дальнейшего повышения всех показателей работы угольных шахт является совершенствование технологических схем разработки угля при научном обосновании выбора мест рационального расположения горных выработок и оптимальных способов крепления и их охраны.
Внедрение прогрессивных бесцеликовых технологических схем с повторным использованием подготовительных выработок позволит в определенной мере своевременно обеспечить фронт очистных работ и тем самым улучпить технико-экономические показатели работы угольных шахт. Однако, тлеющийся опыт работы показывает, что существую-
щие рекомендации не обеспечивают надежной эксплуатации подготовительных выработок повторно.
Таким образом, задача разработки параметров крепи и технологии, обеспечиващей устойчивость подготовительных выработок при их повторном использовании, является актуальной.
Цель работы.
Установление закономерностей проявлений горного давления в подготовительных выработках в различные периоды их функциониро -вания для обоснования параметров крепей, обеспечивающих повтор -ное использование выработок и снижение затрат на их поддержание.
Идея работы.
Управление деформированием и устойчивостью пород кровли и боков выработки, изменением сопротивления крепи и упрочнением пород.
Научные положения, разработанные лично соискателем и новизна :
смещения песчано-глинистых пород кровли за весь срок су -ществования выработки с момента ее проведения до погашения происходят по определенным закономерностям, отличающимся тем, что смещения пород вне зоны влияния очистных работ превышают смеще -ния в зоне влияния очистных работ на сопряжении с очистным забоем;
формирование зон неупругих деформаций и изменение коэффи -циентов расширения происходит в течение всего срока службы выработки с момента ее проведения до погашения;
устойчивость подготовительных выработок, используемых по -вторно, обеспечивается путем предотвращения разрушения и расширения пород кровли с помощью отпора крепи и упрочнения боковых пород физико-химическими методами.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, обоснована :
представительностью объектов экспериментальных исследо -ваний в типовых горно-геологических условиях и достаточным объе- -мом измерений;
результатами практического использования предложенных рекомендаций по повышению устойчивости повторно используемых под -готовительных выработок.
Значение работы .
Научное значение работы заключается в том, что установленные закономерности проявлений горного давления в подготовительных выработках, пройденных в неустойчивых породах в различные перио -ды их функционирования, могут быть использованы для обоснования параметров крепей и технологии упрочнения массива пород.
Практическое значение работы заключается в разработке ре -комендаций по креплению и поддержанию подготовительных выработок, предназначенных для повторного использования, реализация которых позволяет повысить устойчивость выработки.
Реализация результатов работы.
Рекомендации по повышению устойчивости повторно исполь -зуемых выработок внедрены на шахте "Комсомольская " и " Подлее -ная " ПО "Тулауголь ". Экономический эффект от внедрения разра -ботанных рекомендаций составил 46 тыс.руб. в год.
Анализ современного состояния проведения и поддержания подготовительных выработок на шахтах Подмосковного бассейна
В последние годы объем подготовительных выработок на шахтах Минуглепрома СССР стабилизировался на уровне 4,0 - 4,2 тыс. км в год, что составляет 65 % от всех проводимых выработок 10 . Новые технические и технологические решения для обеспечения нор -мального функционирования подготовительной выработки требуют увеличения площади сечения, применения податливых крепей с повышен -ным запасом податливости. Подмосковный угольный бассейн отличает -ся специфичесішми условиями. При ведении горных работ встречаются геологические нарушения угольного пласта различного рода и происхождения, неустойчивые породы непосредственной и основной кровель.
Необходимо добавить, что сам угольный пласт обладает низкой не - . сущей способностью. Способы и средства крепления подготовитель -ных выработок в значительной степени определяют эффективность ведения горных работ[2, 7, 14, 18, 26, 35, 60].
Ежегодный объем проведения подготовительных выработок в Подмосковном бассейне составляет около 250 км. Затраты на проведение и поддержание подготовительных выработок составляют 10-15 % от всей себестоимости. Технико-экономические показатели работы ПО "Тулауголь" представлены на рис. 1.2 и 1.3.
Комбайновый способ проходки является основным на шахтах объединения "Тулауголь" , он составляет 79,8 % от общей протяженности подготовительных выработок. Необходимо отметить, что из-за ряда причин средняя скорость проведения подготовительных выработок за последние годы несколько снизилась ( 1973 г.- 83 м/мес ) , 1983 г.- 74 м/мес). В процессе подготовительных работ доля руч -ного труда остается высокой ( 80 - 85 % ) .За период с 1975 года по 1983 год производительность труда снизилась на 20,8 %, а тру -доемкость проведения I м3 выработки возросла. Усложнение условий производства и увеличение затрат труда на выполнение вспомогательных и других работ привело к росту трудоемкости на подготовительных работах на 35,4 % . Трудоемкость подготовительных работ на 1000 т добычи возросла от 41,07 ( 1975 г.) до 55,6 чел/см (1983г.) вследствие снижения производительности труда. Производительность труда рабочего подготовительного забоя снизилась от 0,28 (1975г.) до 0,205 м/чел.см.(1983 г.). Аналогичное уменьшение показателей наблюдается и при ведении очистных работ.дохранительного целика 4-6 м плотность крепи на І м составляет 1,25 - 2,5 рамы, при ширине 8-Ю м и 12-14 м плотность достигает соответственно 1,3 - 2,7 и 2,5 - 3 рамы на І м. В большинстве случаев при ведении очистных работ состояние штреков удовлетворительное и ремонтные работы по перекреплению не производятся,
В легких горно-геологических условиях около 50 % состав -ляют выемочные столбы2гкоторых один штрек пройден вприсечку к выработанному пространству. В качестве крепления используются деревянные стойки и верхняки незамкнутого профиля с плотностью 2,5 рамы на I м. Через 4-5 мес. после проведения выработок на отдель -ных ее участках из-за деформации стоек производят перекрепление , что составляет около 12 % от всей протяженности, а также подрывку глин в почве, где они залегают.
В результате проведенного анализа состояния подготовительных выработок, проводимых в легких горно-геологических условиях через предохранительные целики или вприсечку к выработанному пространству, можно сделать вывод, что временное опорное давление от действующего очистного забоя не оказывает существенного влияния на поддержание выработки за весь срок ее функционирования.
Проведение и поддержание подготовительных выработок в средних горно-геологических условиях влияют на проявление горного давления за весь период фукнционирования. В период проведения выработок с оставлением предохранительного целика шириной 8-Ю м существенных деформаций крепи не наблюдается.
В период ведения очистных работ в выработках при ширине предохранительных целиков 8-Ю м производится усиление крепи путем установки двух-трех рам через раму. Необходимо отметить, что в этом случае имеет место 60 % деформации элементов крепи, что приводит к перекреплению выработки. 12, 344 т.чел.см(1983 г.), а трудоемкость этих работ увеличи -лась на 16,6 % от 76,34 (1975 г.) до 84, 015 чел.см/ЮОО (1983г.).
В результате исследований , при анализе причин снижения скорости проведения выработок и производительности труда проход -чиков, установлено, что наибольшие трудоемкость и материальные затраты по видам приходятся на крепление . Материальные затраты при проведении І м выработки на обеспечение устойчивости состав -ляют 45, 19 руб/м (60,94 руб/м - стоимость проведения по процес -сам I м выработки).
Повышение устойчивости составляет 74, 15 % от распределения материальных затрат на проведение І м выработки по процессам.
Анализ состояния очистных и подготовительных работ по -зволяет заключить:-I. Имеет место диспропорция между темпами ведения очистных и подготовительных работ.2. Трудоемкость очистных и подготовительных работ увеличивается .3. Одним из способов повышения технико-экономических показателей работы ПО "Тулауголь" является повторное использование подготовительных выработок.
Проведение подготовительных выработок в легких горно -геологических условиях возможно после отработки первого смежного выемочного столба. Так, разрыв во времени между окончанием очистных работ в выемочном столбе и началом проведения подготовительной выработки через целик ,может изменяться от нескольких месяцев до нескольких лет.В качестве крепления используются деревянные рамы, плот -ность которых находится в определенной зависимости от ширины пре
Анализ стоимости поддержания подготовительных выработок
Повышение технико-экономических показаталей работы шахт возможно за счет увеличения нагрузки на очистной забой и осуществление концентрации горных работ на базе комплексной ме ханизации и автоматизации производственных процессов.
Наибольший эффект в этом направлении может быть достигнут в том случае, если обеспечить устойчивость подготовительных вы -работок и в определенных условиях их повторно использовать. Не -удовлетворительное состояние горных выработок приводит к значи -тельным прямым затратам на поддержание и косвенным - за счет нарушения ритмичности работы очистных забоев.
Проблема повышения устойчивости приобретает важное значение с ухудшением горно-геологических условий, что приводит к ведению горных работ без оставления межлавных целиков, которое обуславливает значительные деформации горных выработок.В последнее время в связи с расширением области применения металлической крепи объем работ по ремонту выработок хотя и уменьшился, однако еще остается довольно большим.
При определении размеров этажных блоков Лагерь А.И. в работе 50 приходит к выводу, что на подготовку шахтных полей значительное влияние оказывает способ охраны выработок от влияния очистных работ.
Анализ разнообразия, горно-технических условий, применяв -мых технологических схем проведения подготовительных выработок и отработки выемочных столбов обуславливает различие в затратах на проведение и поддержание подготовительных выработок. Значение этих факторов особенно возрастает по мере развития объемов производства , применения прогрессивных технологических схем, развития комплексной механизации и т.д.
В условиях интенсификации процессов проведения подготовительных выработок и их поддержания в разные периоды их]ункциониро вания, многие факторы становятся важнейшим условием улучшения технико-экономических показателей работы горного предприятия [5, 21, 62, 65, 83] .
Б Подмосковном бассейне подготовительные выработки прово -дятся в основном с использованием проходческих комбайнов типа Ж-3.Для крепления подготовительных выработок применяются деревянные и металлические крепи. Существенным преимуществом металлической крепи JIO .сравнению с деревянной является возможность извле- . чения этих крепей при погашении и в дальнейшен-повторное использование элементов крепи. В настоящее время накоплен значительный опыт по повторному использованию подготовительных выработок , закрепленных металлической крепью.
С целью обеспечения сохранности горных выработок,помимо возведения металлической крепи ,предусматривается охрана путем оставления целика, расположения выраббток в зонах,разгруженных от горного давления, а также проведение выработок в массиве.
Существующие варианты схем подготовки и отработки выемоч -ных полей в различных горно-геологических условиях можно условно разделить на четыре группы .Первая группа объединяет схемы ( рис.2.2.) , при которых одна или две оконтуриваїшще лавы подготовительные выработки проводятся в массиве угля.Эти схемы имеют место при отработке единичных лав из-за ограниченных запасов на данном участке или первой лавы в соответствующей панели. Крепление подготовительных выработок , как прави -ло , производится деревянными рамами с шагом установки 0,5-0,7 на I метр.
Вторая группа объединяет схемы, при которых одна или две оконтуривавдие лавыу подготовительные выработки проводятся через предохранительный целик (рис.2.3.).
Опыт проведения выработок , охраняемых предохранительными целиками угля, показывает, что затраты на их поддержание при проведении ниже по сравнению с поддержанием подготовительных вы -работок в период их проведения, отнесенных к первой группе. Необходимо отметить, что имеют место и значительные потери, приходя -щиеся на оставляемый в целиках подготовленный к выемке уголь . На шахтах Подмосковного бассейна наибольшее распространение имеют предохранительные целики шириной 8-Ю м .
Кроме того, опыт ведения подготовительных работ на шахтах Подмосковного бассейна свидетельствует о том, что затраты на поддержание выработок при монтаже лавы и ее отработке данной группы выше, чем затраты на поддержание выработок в этот же период пер -вой группы.
Так, например, затраты на поддержание подготовительных выработок до ввода лавы в эксплуатацию у первой группы в 1,3 раза выше, чем у второй группы. Однако, поддержание выработок второй группы в период отработки лавы в 2,58 раза выше,чем в такой же период у выработок, объединенных в первой группе. Общие затраты на проведение и поддержание подготовительных выработок первой и второй групп составляют соответственно 73,73 и 73,43 руб/м .
К третьей группе относятся схемы, при которых лодготови -тельные выработки одна или, в редком случае, две проводятся впри-сечку к выработанному пространству (рис. 2.4.). Крепление штре -ков, пройденных на контакте с выработанным пространством, производится, как правило, металлическими рамами повышенной несущей способностью с установкой через 0,5 - 0,75 м.
Затраты на проведение подготовительных выработок превыша -ют в 1,2 - 2,3 раза затраты на проведение выработки второй и первой групп. В свою очередь это может быть объяснено использованием металлического крепления. Однако, внедрение схем подготовки и отработки с проведением подготовительных выработок на контакте с выработанным пространством позволяет снизить потери подготовленного к выемке угля [б, 25J .
В настоящее время данная схема отработки получает все большее распространение.Варианты с поддержанием подготовительных выработок с целью их повторного ипользования объединяются четвертой схемой подго -товки и отработки выемочных полей.
Данная схема с поддержанием подготовительной выработки с целью повторного использования применяется из-за ряда сложностей пока ограниченно и, как правило, в экспериментальном порядке .
Экономическое сравнение различных схем подготовки и от -работки выемочных столбов с учетом затрат на проведение и поддержание подготовительных выработок произведено на шахтах ПО "Тула -уголь""Комсомольская," " Васильевская"," Подлесная" ," Западная", "Смирновская"," Мостовская"," Покровская" я " Сеченская".
На этих шахтах применялись первые три из перечисленных выше схем подготовки и отработки выемочных столбов.Формирование затрат на проведение подготовительных выра -боток и поддержание их в различные периоды функционирования представляет собой сложный многофакторный процесс [37 J .Данные затраты на проведение и поддержание в различные периоды функционирования подготовительных выработок представлены в таблице 2.2.
Проявление горного давления со стороны пород кровли при первичном использовании выработок
При первичном использовании выработок последние испы -тывают влияние опорного давления в различных зонах [89, 90J . В условиях Подмосковного бассейна традиционно подготовительные выработки погашаются позади сопряжения с первой лавой, т.е. ис -пытывают влияние двух зон опорного давления : вне зоны влияния очистных работ и в зоне влияния очистного забоя.
Рассмотрим проявление горного давления при первичном использовании выработок на основании наблюдений, проведенных на шахтах "Щекинская" и " Лесная".
Исследования деформаций массива пород вокруг выработок проводились с помощью глубинных реперных станций, которые уста навливались при проведении выработок и погашались на сопряжении с очистным забоем.
На шахте " Лесная" ПО "Тулаугодь" наблюдения с помощью глубинных реперных станций проводились в 16-м и 4-м сборных штреках.
Б 16-м сборном штреке глубинная реперная станция была установлена в забое выработки и состояла из четырех скважин глубиной в кровле 12,5 м, в боках - 6 м и в почве - 2,6 м.
Угольный пласт мощностью 2,9 м имел в кровле следующие породы г глину - 1,4 м, песчаную глину - 2,5 м , уголь- 0,3 м ,гли-ну - 2,8 м и песок - 3,6 м. Почва пласта представлена глиной мощностью 2,6 м, которая подстилается песком.
Измерения смещений проводились до погашения выработки (вне зоны влияния очистных работ и в зоне их влияния графики которых показаны на рис. 3.2, 3.3. Измерения показали, что полное затухание смещений кровли наступило через 115 суток. Величина смещений кровли при этом достигла 130 мм. Максимальная скорость сме -щений наблюдалась в ЗІ м от забоя штрека. При этом величина смещений составила 106 мм или 52 % всех смещений. Влияние забоя проявлялось втечение первых двух суток. Смещения почвы вне зоны влияния очистных работ составили 130 мм , причем 23 % приходи -лось на зону влияния забоя. Бока выработки сместились на 56 мм и через 29 суток после проведения выработки смещения прекратились. 53 % всех смещений приходится на зону влияния забоя штрека.
В зоне влияния очистных работ смещения пород начались в 40 м впереди забоя ( см.рис.3.3.) . Как видно из графиков ,в 4,5м от контура кровли смещения начинаются в 20 м от лавы, в 7,6 м от контура кровли - в 17 м и в 12,5 м - от контура кровли - в 9 м от лавы. Если на контуре кровли смещения пород вне зоны влияния очистных работ относились к смещениям в зоне опорного давления как 3.:1, то в 2 м от контура - как 2,8 : I , в 7,6 м - как 1,6 : I, в 11,2 м - как I : I и в 12,5 м от контура - как I :0,2.
Таким образом, в зоне влияния очистных работ смещения по -род кровли являются следствием повышенных деформаций пород,уда -ленных от контура. На рис. 3.4. показаны графики изменения смещений пород с удалением их в глубь массива,Шк встдго из графиков, максимальное расслоение пород тлело место вне зоны влияния очистных работ. Следовательно, 65 % смещений на контуре произошло в результате расширения пятиметровой толщи, где коэффициент расширения пород составил 1,026. Благодаря расширению всей толщи мощностью 12,5 м произошло 98 % всех смещений ( Кр = 1,015 ) . Так как пятиметровая толща включает в себя в основном глину, то можно считать, что она деформируется практически без разрушения. Невелики деформации и песка, залегающего в удалении от контура на 7,6 - 11,2 м (Кр = 1,006).
В зоне влияния очистных работ пятиметровый слой пород имел коэффициент расширения 1,035 , а двухметровый слой - 1,069. При величине предельной деформации 3 »10 Л глинистые породы начинают подтвергаться трещинообразованию, в связи с чем можно считать , что двухметровая толща пород разрушается. В этой зоне реализуется около 40 % всех смещений. В породах, удаленных от контура на . 2,0 - 4,9 м , коэффициент расширения пород составил 1,022. По -этому можно считать, что глины этого слоя деформировались без разрушения. Вся толща мощностью 12,5 м имеет коэффициент расширения 1,02 , причем слой, удаленный от контура на 4,9 - 12,5 м -1.01. Приращение коэффициента расширения пород в зоне влияния очистного забоя составило 1,003, пятиметрового слоя - 1,008, а двухметрового слоя - 1,012.
Таким образом, при залегании в кровле глинистых основная доля смещений пород кровли является следствием деформаций упругости и ползучести и лишь только в приконтурной зоне можно считать, что деформации" глин приводят к их разрушению.В 4-м сборном штреке той же шахты глубинные репера были установлены на глубину 12,0 м в кровлю и 4,5 м в бока выработки. В геологическом строенийіровли 16-го штрека имелось различие которое заключалось в залегании непосредственно над углем (слоя песка мощностью 0,9 м. Кроме того, песок мощностью 2,6 м залегает в удалении от контура на 3,3 - 4,9 м. Вне зоны влияния очистных работ смещения кровли составили 181, почвы - 116 и боков 29 мм . Максимальная скорость смещений кровли наблюдалась в І м от забоя выработки, причем на десятиметровом участке от забоя проявилось 49 % всех смещений кровли вне зоны влияния очистных работ .
Смещения реперов на контуре и на расстояниях от него 0,7; 1,6; 3,3; 4,9; 7 7 ; 10,3 и 12 м вне зоны влияния очистных ра -бот составили соответственно 181; 150; 131; 106; 72; 51; 37 и 12 мм , а на сопряжении с лавой - 338; 273; 242; 189; 120; 88; 60 и 22 мм. Графики смещений кровли в зоне влияния очистных ра -бот показаны на рис. 3.5 . Приращения смещений реперов в зоне влияния очистных работ составили 157; 123; 103; 89; 48; 37; 23 и 10 мм. Смещения пород вне зоны влияния очистных работ относились к смещениям в зоне влияния очистного забоя для реперов в удалении от контура на 0; 0,7; 1,6; 3,3; 4,9; 7,7; 10,3 и 12,0 м. как 1,15 : I? 1,22 : I; 1,27 : I; 1,27 : I; 1,5 - 1,0; 1,38 :1; 1,6 : I и 2,2 : 1,0. Это свидетельствует о том, что вне зоны влияния очистных работ смещения на любом удалении от контура превышали смещения в зоне влияния очистных работ. Графики изме нения смещений вглубь массива: доказаны на рис.3.6. В зоне влияния очистных работ смещения контура начались в 45 м от лавы, а реперов - в удалении от контура на 0,7; 1,6; 3,3; 4,9; 7,7; 10,3 и 12 м соответственно в 40; 38; 35; 33; 33 и 17 м от нее. Размер зоны непругих деформаций превысил 12 м. Доля смещений контура за счет расширения пород этой мощности составила 93 % как вне зоны влияния очистных работ, так и за весь срок службы выработки. Коэффициент расширения пород для слоев 0-0,7; 0,10 - 1,6; 0- 3,3 ; О - 4,9; 0 - 7,7; 0 - 10,3 и 0 - 12,0 м соответственно составили вне зоны влияния очистных работ 1,044; 1,031; 1,022; 1,017; 1,014 и 1,014 . Если судить по предельным деформациям, то только слой контура был подвержен разрушению. Остальные породы деформировались в пределах деформаций ползучести и упругости. Сумшрные деформации слоев на сопряжении с очистным забоем характеризовались следующими коэффициентами расширения : 0 - 0,7 м - 1,092; 0,7 -1,6 - 1,014; 1,6 - 3,3 м - 1,028; 3,3 - 4,9 м - 1,043; 4-9 - 7,7м - 1,010 ; 7,7 - 10,3 м - 1,01 и 10,3 - 12,0 м - 1,022.
Следует отметить большой коэффициент расширения слоя песка на глубину 3,3 - 4,8 м . Глинистая порода в слое 0,7 - 1,6 м имела коэффициент расширения, превышающий деформации предельных значений. Приращение коэффициента расширения пород отдельных слоев в зоне опорного давления составляло 0,048; 0,022; 0,011; 0,012; 0,007 и 0,008.В 18-м штреке шахты № 21 репера были установлены в кровле на глубине 0; 1,5; 2,5; 3,5; 5,2; 5,7 и 10,4 м. Кровля выработки состояла из слоя пласта угля мощностью 1,5 м, глины (1,0 м ), песка (0,9 м), глины (1,8 м) , сланца (0,5 м) и глинистого песка (4,6 м).
Экспериментальные работы по выбору типов крепей выработок для повторного использования
Для обоснования рациональных параметров средств крепления выработок, предназначенных для повторного использования, на шахте "Подлесная" ПО "Тулауголь" 2-й конвейерный штрек был закреплен металлическими рамами и специальными крепями, имеющими различные силовые и кинематические параметры.
Как показали наблюдения, проводимые на всех участках 2-го конвейерного штрека, закрепленн ых крепями, кинематические и си -ловые параметры в значительной степени определяют состояние под -готовительной выработки.
На участке штрека, закрепленного крепями СПК повышенной несущей способности ( 4-Ш кНАг), состояние выработки определялось просадкой в податливых элементах - сегментных ограждениях и основных гидростоиках перед очистным забоем и за ним. Начало опускания гидроопор было зафиксировано перед лавой на расстоянии 5-4 м и составило 20 - 30 мел ( рис.4,8.),
В зоне сопряжения лавы со штреком для данного перегружате -ля производили демонтаж основной гидростойки и сегментных ограж -дений. После передвижки конвейера давы восстанавливали ограждаю -щие элементы ( сегментные ограждения) и возводили органный ряд из деревянных стоек. По мере отхода очистного забоя горное давление влияло на состояние выработки. Интенсивное смещение отмечалось на расстоянии 7 м за очистным забоем, скорость опускания на этом расстоянии составляла 15- 20 мм/сут. Скорость смещения выработки по высоте на уровне 14 мм/сут наблюдалась на участке 12-18 м за очистным забоем. При дальнейшем удалении очистного забоя происходило снижение скорости смещения до 5 - 7 мм/сут. С такой скоро -стью опускание отмечалось до того времени, когда очистной забой удалялся на 28 м. Это расстояние предопредидило все основные де -формационные процессы, происходящие в породах кровли, так как последующий отход характеризовался скоростью смещения I- 0,5 мм/сут. Величина опускания на расстоянии 5, 10 , 20, 30 м соответственно составила 48, 105, 241 и 312 мм.
Таким образом, замкнутая металлическая крепь СПК повышенной несущей способности за весь период функционирования снизила свою первоначальную раздвижность в среднем на 326 мм.
На"протяжении всего конвейерного штрека перед очистным забоем на расстоянии до 12 м возводились два вандрута со стороны лавы из гидравлических, стоек ЕЖ под деревянные лежни. По мере движения очистного забоя гидравлические стойки снимались и заменялись де -ревянными, а со стороны угольного борта дополнительно возводился еще деревянный вандрут. Металлической кольцевой крепью типа КПК -ІШ-І4 с пологим лежнем был закреплен участок 2-го конвейерного штрека сразу при его проведении. Наблюдения за проявлениями горного давления заключались в измерении величины сближения кровли и почвы между элементами крепи в средней ее части (рис.4,9) . За период с момента установки крепи до начала влияния очистного за -боя величина сближения кровли и почвы составила 95 мм. Влияние очистного забоя начало сказываться перед лавой на расстоянии 18 м. В зоне сопряжения производили разборку бокового элемента для пе -редвижения лавного перегружателя, что в свою очередь приводило к принудительной деформации пород кровли и снижению высоты выработки. При восстановлении этого бокового элемента для снижения опускания крепи использовался ручной домкрат РД-2 с усилием предварительного распора 50 кН, отход очистного забоя сопровождался деформацией пород кровли, которая влияла на в еличины нагружения крепи . На расстоянии 5- 10 м за очистным забоем скорости сближения кровли и почвы достигали 25-30 мм/сут. Несколько ниже ( до 15 мм/сут) наблюдалась скорость на участке 12- 20 м. На этом удалении величина сближения в зоне влияния очистного забоя составила 369 мм. В пооледущем скорость сближения снизилась до 5 - 8 шл/сут и на 30 м она стабилизировалась на I - 1,5 мм/сут.
В целом за период наблюдения участок выработки, закрепленный замкнутой крепью КПК ПД 14, снизил свою первоначальную высоту в среднем на 480 мм, из них около 60 % приходится на смещение за очистным забоем. За счет повышенного пучения почвы имело место 15 % деформации пологого лежня, что в дальнейшем приводило к ре -монту крепи при восстановлении штрека.
Замкнутая крепь из элементов УВЭ со специальными клиновыми замками обеспечила минимальное смещение в узлах податливости (410 мм со стороны выработанного пространства и 280 мм со стороны угольного борта ) (рис.4.10). Пучение почвы незначительно и про -являлось в виде выдавливания через межрамные зазоры.
Из-за конструктивных особенностей неполного дверного оклада на участке 2-го конвейерного штрека, закрепленного крепями ТИК и КАТ, состояние штрека было другое. С момента установки крепи до начала влияния очистного забоя опускание в замковых соеди -нениях составило 40 - 100 мм. Влияние очистного забоя начало проявляться на расстоянии 17- 15 м. Наблюдение за опусканием осуществлялось на замковом соединении как со стороны угольного борта ,так и со стороны выработанного пространства. Передвижка лавного конвейера перегружателя выполняется при снятии стойки и последующей ее установке. Во всех случаях это приводило к искусственному расслоению, а затем опусканию пород кровли и крепи на 40-100 мм. Интен -сивное смещение в замковом соединении крепи со стороны выработан -ного пространства происходило на расстоянии 4- 6 м за очистным забоем, причем скорость достигала 15 - 18 мм/сут (рис.4.II) . Интенсивное смещение со стороны угольного борта отмечено на расстоянии 9 м за очистным забоем, причем скорость опускания составила 8-Юмм/с