Условия отработки пластов весьма разнообразны. Какой из фак- торов главный, основной, что учитывать? Надо знать степень влияния, изучить механизм процессов в массиве. Горно-геологические факторы
условия залегания пластов:
m, a, H, свойства пород, угля и др., а гор-
нотехнические связаны с деятельности человека.
Последовательно рассмотрим все факторы, их влияние на про- явления горного давления. Общепризнанным критерием проявления горного давления в очистных забоях является величина смещения кровли. Это устойчивый показатель проявления горного давления и используется при установлении рационального ряда типоразмеров крепи в лаве, в расчетах крепей, при установлении области их приме- нения, для приближенного суждения о состоянии кровли, выявления влияния различных горно-геологических и горнотехнических факто- ров.
Знание влияния факторов позволит правильно учесть их при разработке теории и использовать в практической работе. Влияние факторов изучено либо в шахтных, лабораторных условиях или анали- тически.
|
|
Мощность пласта. В 47 лавах Донбасса с различной мощно- стью измерены смещения кровли на расстоянии 4м от забоя, исследо-
вана зависимость
D h = f (m). Для всей совокупности зависимость не
обнаружили, т.е. имелись сильно влияющие другие факторы. Тогда разделили данные на 3 класса по обрушаемости. Была установлена зависимость
D h = a m R,
(6.1)
где m – мощность пласта, м;
α – коэффициент, зависящий от обрушаемости;
R – ширина призабойного пространства.
Это среднее значение. Отклонения могут достигать 20 – 30%. Установленная зависимость показывает, что в условиях одних и тех же боковых пород с увеличением мощности пласта становится более ин- тенсивным расслоение и сдвижение отдельных слоев непосредствен- ной кровли. Это связанно, во-первых, с тем, что с увеличением мощ- ности пласта происходит большее раздавливание и больший отжим угля, что приводит к меньшему сопротивлению угольного забоя дви- жению кровли. А, во-вторых, задняя опора, состоящая из закладочного массива или обрушенной породы с увеличением m, становится более податливой и меньше сдерживает сдвижение вышерасположенных слоев кровли. На практике с повышением m увеличивается диаметр деревянных стоек и несущая способность металлических стоек. Плот- ность крепи (т.е. к-во стоек на 1м2кровли) не увеличивается.
Угол падения пласта (α). С увеличением α уменьшается смеще- ние кровли перпендикулярно слоям, что связано с разложением силы веса пород на составляющие вдоль слоя.
Сила Р создает растягивающие усилия, Q – сжимающие. Поро- да лучше работает на сжатие; Δh по нормали больше.
|
|
Для крутых пластов
D h = 0,02 mR. (6.2)
В уступном забое интенсивнее опускается кровля у наружных углов уступа. Тогда увеличение длины уступа и уменьшение их рас- тяжки содействует лучшему состоянию кровли.
В некоторых аналитических решениях учитывается угол паде- ния пласта.
Глубина разработки (Н) учитывается во многих теоретических работах. Установлено, что с увеличением Н возрастает опорное давле- ние на целик. Это может привести к расширению зоны отжима. Под- тверждением служит эмпирическая зависимость Δh0 на линии забоя от Н в диапазоне (100 – 900м), полученная в ДГМИ
D h 0= 0,01¸ 0,000027 Н, м. (6.3)
С увеличением Н ухудшаются условия поддержания выработок, пучение, раздавливание целиков. Иначе в очистных забоях. В Донбас- се на глубине до 1000 м особых затруднений в управлении кровлей не встречается. На всех глубинах применяются одни и те же способы управления кровлей. На пологих пластах единственный способ – пол- ное обрушение при Н>750 м.
Увеличение Н не сказалось на паспортах крепления, ни на плот- ности призабойной и специальной крепи. Смещение кровли на рас- стояниях 4 м от забоя (или на другом, но не на кромке) не зависит от глубины.
ДонУГИ установлен факт увеличения прочности пород непо- средственной кровли на 20% с глубины 1000 м. С другой стороны, от- мечается увеличение количества участков с ложной кровлей.
Физический смысл того, что с увеличением Н в очистном забое в основном проявление горного давления не изменяется – взаимодей- ствие крепи с небольшой массой отслоившихся горных пород, их рас- слоение.
Свойства горных пород. Проявление горного давления в лавах зависит от вмещающих пласт боковых пород, свойства которых раз- личны. При проектировании способов управления кровлей применя- ются классификации горных пород. Суждения о типе кровли основаны на оценке проявлений горного давления, т.е. возможном её состоянии и величине ее смещения; разнообразие классификаций определено различным учетом факторов, влияющих на проявление горного давле- ния. Основными из факторов являются – крепость слоев и их чередо- вание, мощность слоев по отношению к мощности пласта. Итак, с уве- личением крепости пород смещение уменьшается. Горные породы пронизаны микро и макро трещинами. При ведении горных работ ре- комендуется учитывать размеры, густоту и элементы залегания тре- щин.
Сопротивление крепи. Определение оптимального значения со- противления крепи очень важно: во-первых, с точки зрения безопасно- сти; во-вторых – экономики. При уменьшении сопротивления крепи менее 0,2 – 0,3 МН/м2до 0,1 – 0,15 МН/м2и ниже происходит резкое увеличение смещения кровли, а при увеличении с 0,3 до 0,6 МН/м2в 2,4 раза увеличивается масса крепи, в 4 и более раз ее стоимость. Для большинства условий реакция механизированной крепи 0,3 – 0,4 МПа;
для тяжелых условий созданы специальные крепи, у которых в 2 – 3
раза больше сопротивление.
Начальный распор. Желательно создание начального распора равного максимальному сопротивлению крепи; крепь необходимо пе- редвигать с подпором 0,02 – 0,05 мН.
Влияние производственных процессов. Смещение кровли в лаве можно представить как сумму слагаемых величин
D h = D hв + D hn + D hon, (6.4)
где Δ hв – смещение кровли под влиянием выемки угля;
Δ hn – смещение кровли под влиянием процесса посадки
кровли;
Δ hon – смещение кровли при отсутствии процессов в лаве.
На рисунке 6.1 показаны размеры зон влияния процессов. Такое деление смещения кровли в лаве полезно при анализе влияния горно- технических факторов: скорости подвигания лавы, ширины захвата комбайна и др.
10-30 5-10 10-15 3-5
Рисунок 6.1 – Влияние выемки угля и посадки кровли
Длина лавы. При длине лавы более 40 – 50 м не сказывается за- щемление пород кровли на контуре массива и поведение кровли в средней части лавы не зависит от её длины. Большая длина лавы со- действует более равномерному сдвижению и полному обрушению пород кровли, т.е. благоприятна с точки зрения управления кровлей. Наибольшее смещение кровли приурочено к средней части лавы.
|
|
Скорость подвигания лавы. Практика, исследования горного давления в шахтных и лабораторных условиях позволили установить положительное влияние увеличения скорости подвигания лавы на смещение кровли и её состояние в призабойном пространстве. На ри- сунке 6.2 показано влияние скорости подвигания лавы на смещение кровли в лаве по данным моделирования на моделях из эквивалентных материалов. Наиболее сильное влияние при скорости до 4 м в сутки; дальнейшее увеличение скорости подвигания лавы не приводит к су- щественному уменьшению смещения. Это объясняется тем, что в фор- муле (6.4) Δhв,Δhпне зависят от скорости подвигания, а составляющая Δhonпри скорости подвигания лавы 4 м в сутки уменьшается значи- тельно, так как уменьшается время между процессами.
Δ h
4 V,м/сут
Рисунок 6.2 – Влияние скорости подвигания лавы на смещение кровли
Ширина призабойного пространства. Она зависит от габаритов оборудования требований правил безопасности, проветривания и со- ставляет 3 – 5 м.С увеличением ширины призабойного пространства смещение кровли на границе призабойного пространства увеличивается. Ширина захвата комбайна. С уменьшением ширины захвата смещение кровли в лаве не изменяется, а становится более равномер- ным. Скорость смещения кровли меньше при меньшей ширине захва- та, но таких возмущений больше, и площади, определяемые кривыми на рисунке 6.3 для различных значений ширины захвата будут одина-
ковыми, т.е. и одинаковые величины смещения кровли.
V, мм с -60
- выемка угля
- посадка кровли
t,
Рисунок 6.3 – Влияние выемки угля и посадки кровли в лаве кровли
Тип кровли. Механизированные крепи передвигают с разгрузкой секций. Возникают повышенные скорости опускания при каждой раз- грузке и передвижений секций и так 5 – 6 раз для точки кровли в при- забойном пространстве. Индивидуальная крепь после установки раз-
|
|
гружают и снимают один раз на границе призабойного пространства. В этом случае нет увеличения скорости опускания кровли как в лавах с механизированной крепью, нет "топтания" кровли. В связи с изложен- ным выше, установлено, что при слабых и средней крепости кровлях смещение кровли в лавах, оборудованных механизированными крепя- ми, меньше, чем в лавах с индивидуальной крепью. Современные ме- ханизированные крепи передвигают с подпором. Задача – какой дол- жен быть подпор?
Способ управления кровлей. Наблюдениями на шахтах не уста- новлено закономерного и четкого различия в величинах смещений кровли при различных способах управление кровлей.
Лекция 7