Мероприятия по управлению массивом

Поведение боковых пород наиболее благоприятно при скорости продвижения забоя лавы более 40 м в месяц. Если скорость продвижения менее 40 м, то за счет действия фактора времени в кровле развивается множество трещин горного давления и происходит вывал пород.

Сначала образуется ложная кровля, затем начинается вывал пород непосредственной кровли и, в конце концов, может произойти завал лавы. Существует верхняя критическая скорость продвижения лавы – около 120 м в месяц. Если скорость превышает эту величину, то зона разгрузки отстает от забоя, т.е. основная кровля не деформируется и не обрушается. Однако в моменты кратковременных остановок забоя зона разгрузки догоняет забой, что может привести к катастрофической посадке и завалу лавы.

Управляемым считается тот породный массив, который не создает вредные воздействия при ведении очистных работ на механизмы и на людей, то есть не происходят вывалы пород кровли, не вспучивается почва и не обрушается самопроизвольно уголь от забоя лавы. Однако в реальных условиях все эти явления могут происходить, снижая нагрузку на очистной забой и изнашивая оборудование: комбайн, крепь, конвейера и т.д.

Для предотвращения вредного воздействия массива необходимо:

1.Выявить основой фактор, который включает весь механизм вредного воздействия массива. Это может быть не только природный, но и человеческий фактор, так были случаи, когда преднамеренное оставление незакрепленного забоя лавы может привести к развитию завала лавы.

2. Разработать мероприятия по снижению вредного воздействия данного пускового фактора.

Пример – боковые породы угольного пласта имеют следующие параметры:

почва – неустойчивая,

непосредственная кровля – среднеустойчивая,

основная кровля – среднеобрушаемая.

Здесь пусковым механизмом является неустойчивая почва. При выходе гидростоек в рабочий режим они внедряются в почву и не могут нести нагрузку, указанную в техпаспорте стоек, поэтому непосредственная кровля отслаивается, микротрещины горного давления соединяются в крупные сквозные трещины. По этим трещинам, которые параллельны груди забоя и располагаются через 60 см (ширина снятой комбайном угольной полосы) происходит самообрушение пород непосредственной кровли. Над крепью под вывалом выкладываются деревянные клети, которые очень податливые. Поэтому кровля продолжает опускаться. Среднеобрушаемая основная кровля теряет контакт с крепью и поэтому обламывается вдоль линии забоя. Блок основной кровли опускается по этой трещине, придавливая непосредственную кровлю и крепь. Стойки крепи опрокидываются в сторону груди забоя. В результате высота рабочего пространства уменьшается вдвое и комбайн не может пройти под крышей и козырьком крепи.

Данный пример показывает, как пусковой фактор (неустойчивая непосредственная почва) превращает устойчивую непосредственную кровлю в неустойчивую, и среднеобрушаемую основную кровлю - в труднообрушаемую. Для предотвращения реализации данного механизма завала необходимо не допустить внедрения стоек крепи в почву. Это выполняется несколькими способами:

1. Если слой неустойчивой почвы маломощный, то его можно снимать шнеком комбайна вместе с углем. Это увеличивает зольность добываемых углей.

2. Подбирается крепь с широким основанием для уменьшения удельной нагрузки на почву. Под индивидуальные гидростойки можно класть подкладки из стальных пластин.

3. Над слабой почвой оставляется слой более прочного угля, мощностью до 10-20 см. Это повышает эксплуатационные потери угля.

Управляемость массива зависит от состояния боковых пород и комплекса (рисунок 20). Происходит взаимодействие вынимаемого угольного пласта, крепи в забое лавы, пород кровли и почвы пласта. Стрелка на рисунке показывает влияние одного фактора на другой (например, ложной кровли на непосредственную кровлю). Знак плюс у стрелки показывает, что ухудшение одного фактора ухудшает состояние другого фактора. Например, увеличение мощности ложной кровли приводит к росту вывалов непосредственной кровли. Прервать такую цепь событий можно путем применения специальных мер работы в сложных условиях.

Ниже рассматриваются влияние каждого из указанных факторов на добычу угля.

Ложная кровля. Ложная кровля обрушается одновременно с выемкой угля и засоряет добытой уголь породой. При этом вынимаемая мощность превышает высоту стоек крепи, над секциями образуется пустота. Для создания контакта секций с непосредственной кровлей над крепью выкладываются деревянные клети. Это приводит к росту затрат труда, материалов и времени, к снижению нагрузки на лаву. Обрушение ложной кровли носит вероятностный характер. Причинами роста объема ложной кровли на каждую снятую стружку угля являются:

1) увеличение горного давления перед посадками основной кровли (рисунок 21, 22);

2) недостаточная несущая способность крепи вследствие ее внедрения в слабую почву, или из-за неисправности гидросистемы

крепи;

3) увеличение времени обнажения кровли в призабойном пространстве;

4) поступление воды из кровли, что снижает прочность пород ложной кровли;

5) уменьшение прочности угля, что приводит к отжиму угля и к сползанию блоков угля с груди забоя на конвейер. Тем самым увеличивается ширина призабойного пространства в лаве и площадь обнажения кровли;

6) остановка лавы на ремонт механизмов или по другим причинам.

Непосредственная почва. Отрицательное воздействие слабой непосредственной почвы на добычу выражается в следующем:

1) крепь не может нести рабочую нагрузку, указанную в техпас-

Рисунок 20 – Взаимодействие вынимаемого угольного пласта, крепи в забое лавы, пород кровли и почвы пласта. Стрелка показывает влияние одного фактора на другой. Знак плюс у стрелки показывает, что ухудшение одного фактора ухудшает состояние другого фактора.

Расстояние от монтажной печи до забоя лавы, м

Рисунок 21 – Выявление шага посадки основной кровли по периодическому изменению объема вывалов ложной кровли (л.к.) в забое лавы. A - первое давление непосредственной кровли; В - шаг первичной посадки основной кровли; С - шаг вторичных осадков основной кровли. Вывалы ложной кровли ухудшают состояние неустойчивой и весьма неустойчивой непосредственной кровли.

Непосредственная почва. Отрицательное воздействие слабой непосредственной почвы на добычу выражается в следующем:

порте, так как она внедряется в почву либо при выходе в рабочий режим, либо под весом блоков опускающейся непосредственной кровли (рисунок 23). В последнем случае блоки пород непосредственной кровли отслаиваются и самообрушаются. Для предотвращения указанных явлений надо:

- либо снимать слабую почву шнеком комбайна одновременно с выемкой угля.

- либо применять секции крепи с широким основанием для того, чтобы они создавали меньшую удельную нагрузку на почву.

Для ликвидации последствий вредного воздействия почвы необходимо:

- подрывать почву и вытаскивать крепь,

Рисунок 22 – Вывалы ложной кровли по трещинам горного давления сколового типа. Над ложной кровлей расположен песчаник основной кровли. Непосредственная кровля отсутствует. Под кровлю подведены шилья (проколоты).

- разбивать обрушившиеся куски породы кувалдой и скачивать конвейером,

- выкладывать деревянные клети над секциями.

- сшивать отслаивающиеся блоки пород кровли анкерами;

- подводить под кровлю шилья (проколоты) – т.е. вставлять стальные стержни в шпуры.

2) почва поднимается в забое лавы на 5-25 см и конвейер оказывается выше нижнего контакта угольного пласта (рисунок 24). Величина поднятия почвы возрастает с увеличением давления основной кровли. В результате поднимается комбайн и его шнек, который не может снять низ угольного пласта. Для ликвидации последствий необходимо подрывать почву вручную и опускать конвейер вниз.

Непосредственная кровля. Отрицательное воздействие непосредственной кровли выражается в ее самообрушении или в ступенчатом опускании – деформации. В результате самообрушения возникает пустота над крепью, которую надо заполнять выкладыванием деревянных клетей. Ступенчатое опускание приводит к уменьшению величины раздвижки стоек крепи, шнек комбайна опускается и не может строгать верхнюю часть угольного пласта. Растут потери угля в недрах. Интенсивность указанных явлений растет:

- из-за роста давления основной кровли,

- из-за уменьшения прочности непосредственной почвы,

- вследствие малой несущей способности крепи при авариях маслостанции или изношенности крепи, или, если крепь после ремонта.

Для предотвращения этих явлений, в зависимости от причин, необходимо:

1) Либо снижать давление основной кровли путем принудительной посадки.

2) Либо увеличивать несущую способность почвы путем снятия слабой почвы шнеком комбайна или увеличением площади основания крепи.

Рисунок 23 – Внедрение крепи в слабую почву приводит к деформации (опусканию) блоков кровли и к вывалам пород кровли

3) Либо не допускать поломок маслостанции в период роста давления основной кровли.

4) Применять стойки с проверенной несущей способностью, соответствующей техпаспорту крепи.

5) Сшивать блоки (куски пород) непосредственной кровли над

грудью забоя лавы анкерами.

Рисунок 24 − Поднятие пород почвы после снятия стружки из-за высокого горного давления

Основная кровля. Воздействие основной кровли выражается в увеличении горного давления на крепь, на породы непосредственной кровли и почвы, на угольный пласт. В результате либо крепь опускается и раздавливается, если непосредственно в почве и кровли угольного пласта залегают прочные песчаники. Либо возникает множество трещин горного давления в породах непосредственной кровли, по которым она самообрушается. Либо раздавливается угольный пласт и развивается цепь следующих событий: появляются в нем трещины горного давления, раскрываются трещины кливажа, уголь сползает на конвейер, увеличивается ширина призабойного пространства в 2 раза, непосредственная кровля обрушается. Все это может завершиться завалом лавы. Либо начинается ступенчатый подъем почвы пласта (см. п. «Непосредственная почва»). Интенсивность вредного воздействия основной кровли возрастает по следующим причинам:

Рисунок 25 – Самообрушение устойчивой непосредственной кровли, которая стала неустойчивой из-за наличия труднообрушаемой основной кровли. Вывалы происходят по трещинам горного давления отрывного типа. Выложены деревянные клети (костры). Блок кровли «пришит» к массиву анкерами.

- из-за увеличения прочности пород основной кровли и уменьшения их природной трещиноватости,

- из-за уменьшения несущей способности крепи,

- из-за малой скорости движения забоя лавы, и это приводит к тому, что давление активной толщи догоняет забой.

Для предотвращения отрицательного воздействия прежде всего необходимо уменьшить величину зависания блока основной кровли путем ее принудительной посадки. Для этого можно применять торпедирование или гидроразрыв пород основной кровли.

Вентилиционный штрек

Конвейерный штрек

Вентиляционный штрек

Вентиляционный штрек

Рисунок 26 – Принудительная посадка основной кровли способом торпедирования. Скважины пробурены с конв. штрека под углом 10 градусов к линии забоя лавы (в плане) и под наклоном около 30-40 градусов.