Общие понятия о взаимодействии крепи с боковыми породами в лаве

УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ В ЛАВЕ ПРИ ВЫЕМКЕ ТОНКИХ

ПРОЦЕССЫ НЕМЕХАНИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Лекция 10

Выемка угольного пласта по мере подвигания линии очистного забоя, сопровождающаяся обнажением кровли и почвы (боковых пород), приводит к зональным изменениям напряженно-деформируемого состояния массива вокруг очистной выработки, которые при совокупном влиянии целого ряда горно-геологических и горнотехнических факторов определяют интенсив­ность проявлений горного давления. Основным параметром, характеризующим интенсивность проявлений горного давления, является сближение во времени кровли и почвы по ширине поддерживаемого призабойного пространства лавы, зависящее от: устойчивости вмещающих угольный пласт пород и обрушаемости массива кровли, глубины разработки, угла падения и мощности пласта, шага его выемки и скорости подвигания очистного забоя, длины лавы и ширины ее призабойного пространства, силовых характеристик крепи и особенностей ее взаимодействия с боковыми породами, наличия оставляемых в выработанном пространстве опорных сооружений и их компрессионных свойств*.

После выемки угольного пласта в призабойном пространстве происходит смещение пород непосредственной кровли, которая обрушается в выработанном пространстве за специальной обрезной крепью, после чего происходит периодическое обрушение пород основной кровли (с шагом обычно 20-30 м), с разломами или сползаниями почвы, боковыми отклонениями стоек от первоначального нормального к напластованию их положения, вы­давливанием или высыпанием угля из забоя, внезапными выбросами угля и газа метана, а также горными ударами. Вышеуказанные проявления горного давления создают дополнительные сложности при ведении очистных работ и обеспечении их безопасности.

Сближения кровли и почвы в определенных условиях могут сопрово­ждаться вывалообразованиями пород при периодических осадках массива

Управление горным давлением в лаве это процесс, направленный на обеспечение содержания рабочего пространства в безопасном состоянии пу­тем крепления и управления кровлей. Крепление - рабочий процесс, направ­ленный на поддержание нижних слоев кровли (верхних - почвы при выемке крутых пластов) в пределах длины и ширины призабойного пространства лавы, а также его ограждение от попадания обрушенных в выработанном пространстве пород. Управление кровлей - рабочий процесс, направленный на локализацию влияния осадок вышележащих слоев кровли (ее массива) на интенсивность сближения обнажаемых вмещающих пласт пород.

* Проявления горного давления в очистных выработках и их параметрические характеристики детально рассматриваются в учебной дисциплине "Управление состоянием массива горных пород"

В качестве средств, обеспечивающих выполнение процессов крепле­нии используются призабойная крепь, управление кровлей - посадочная крепь или опорные сооружения, оставляемые в выработанном пространстве лавы. Разновидности применяемых призабойных крепей, схемы их размеще­ния в лаве и силовые характеристики зависят прежде всего от категории ус­тойчивости боковых пород, а способы управления кровли - от категории об­рушаемости массива кровли. Обосновано выбранные для конкретных усло­вий параметры управления горным давлением согласно ПБ находят отраже­ние в "Паспорте выемки угля, креплении и управлении кровлей в лаве" (далее "Паспорт...").

Крепи для очистных выработок в зависимости от уровня механизации их возведения подразделяются на индивидуальные (немеханизированные или полумеханизированные) и механизированные.

По характеру взаимодействия крепи с боковыми породами в лаве можно выделить следующие их режимы:

- независимый, когда работающая независимо крепь выдерживает на­грузку только отделившейся от массива, еще сохраняющейся несу­щую способность, части слоев кровли;

- совместный, когда крепь работает совместно против общей нагрузки;

- комбинированный, когда крепь частично выдерживает нагрузку от­делившихся от массива нижних слоев кровли и совместно работает с последним;

- переменный, когда вышеуказанные режимы работы крепи изменяет­ся во времени.

Необходимо отметить во всех этих режимах неразрывность связи в любой момент времени формируемой нарастающей нагрузки на крепь и ее просадки.

Отношение приращений просадки стоек Δр_с и их реакции R_c (сопро­тивления) характеризуется податливостью крепи, равной по величине сtgβ_c⁼ Δр_с/R_c (рис. 10.1). Податливость стоек крепи отражает их жесткость, величину которой можно характеризовать показателем λ_с = ctgβ_c. По вели­чине этого показателя крепи можно разделить условно на три типа:

I - нарастающего сопротивления (0 < А_с < ∞);

II - постоянного сопротивления (λ_c≈0);

III - жесткие (λ_с --> ∞).

Для всех трех типов крепи R_c = f(λ_c).

Необходимо различать идеальные, расчетные (заводские) и реальные характеристики стоек крепи. Идеальные - отражают лишь принципиальную суть, расчетные - условия работы крепи на испытательных стендах, реальные - режимы работы крепи в очистной выработке (см. рис. 10.1).

Рисунок 10.1 - Силовые характеристики стоек крепи: аи б- соответственно нарастающего и постоянного сопротивлений: 1 - идеальная; 2 - расчетная; 3 -реальная

Стойки индивидуальной крепи устанавливаются под начальным рас­пором P_R0. При их просадке (податливости) на максимально допустимую величину Ар_сп, с увеличением Ар_с и R_c стойки переходят в запредельное состояние и при достижении реакции R_CH, разрушаясь приходят в негод­ность. Для стоек податливых металлических среднее рабочее (реальное) со­противление R_cp достигается при нарастании их просадки, равным Ар_ср. От

режима взаимодействия крепи с боковыми породами во многом зависит ус­тойчивость очистной выработки.