Файл: Скуба, В. Н. Исследование устойчивости горных выработок в условиях многолетней мерзлоты.pdf

Предлагаемый метод расчета параметров штанговой крепи для подготовительных выработок основывается на результатах наблюдений за устойчивостью закрепленных деревом и штан­ гами выработок угольных шахт в области многолетней мерз­ лоты, на изучении структуры и физико-механических свойств пород кровли, особенно нижней пачки, работающей на растя­ жение в заштангованной кровле, характера деформации и отслое­ ний (коржения) кровли в условиях незакрепленной выработки, а также на учете характеристики, назначения и срока службы выработки.

В тех случаях, когда штанговая крепь соединяет (связывает) слои кроили, В. Н. Семевский предлагает рассматривать заштангованную кровлю как плиту, жестко защемленную у бортов выработки (Семевский, 1956; Семевский и др., 1965). Тогда необходимая мощность заштангованных пород, исходя из мак­ симально растягивающих напряжений от изгиба нижнего слоя кровли и принимая во внимание коэффициент запаса, вводи­ мый на основе длительных натурных исследований и учитываю­ щий оттаивание пород, определяем по формуле

(VII.1)

Допускамое расстояние между штангами зависит от мощно­ сти заштангованной кровли, ибо каждая штанга воспринимает растягивающую нагрузку от веса поддерживаемой ею породы, при этом чем больше мощность схваченных штанговой крепью пород кровли, тем больше их вес и, следовательно, тем мень­ ше допустимое расстояние между соседними штангами.

Отслоение нижнего слоя кровли, обрушающегося в первую очередь (в условиях незакрепленной кровли), должно быть предотвращено установкой штанговой крепя. Чем тоньше пер­ воначально обрушающийся слой и больше расстояние между штангами, тем легче отслаивается и обрушается этот нижний слой кровли, следовательно, для предотвращения его отслое­ ния, прогиба и обрушения надо уменьшить расстояние между штангами.

При слоистой кровле расстояние между штангами следует определять исходя из допустимой растягивающей штангу на­ грузки (под действием веса поддерживаемых штангой пород кровли) и несущей способности нижнего слоя кровли, отслаи­ вающегося в условиях незаштангованной кровли в первую очередь. В этом случае нижний слой представляет собой равно­ мерно нагруженную пластинку с точечными опорами в виде штанг (Махно, 1959).

Расстояние между штангами может быть определено по формуле

не только в результате веса самого этого слоя, но и под дейст­ вием вышележащего слоя, который несколько прогибается и давит на нижпии слой, хотя сам не обрушается даже после обрушения нижнего слоя, рассчитаем допустимое расстояние

При креплении подготовительных выработок из чисто кон­ структивных соображений расстояние между штангами в ряду и рядами штанговой крепи приходится принимать различным.

т. е. по осп выработки, необходимо придерживаться расчетного расстояния, а расстояние между штангами можно изменить, но так, чтобы не превышать его расчетного значения. Рас­ стояние от крайних штанг до бортов выработки не следует принимать более 0,3—0,35 м.

По формулам (VII.1) и (VII.2) разработана номограмма для определения ориентировочных параметров штанговой крепи (рис. 44). Глубина штангования определяется исходя из ши­ рины выработки. Расстояние между штангами находится в за­ висимости от глубины штангования и мощности первоначально отслаивающегося слоя. При мощности первоначально обру-

100

шающейся пачки hL<^15 см рас­

штанговой крепи, что позволило рекомендовать применение формул (VII.1) п (VII.2) и разработанной номограммы для практического использования.

§ 4. Рациональная область и экономическая эффективность применения штанговой крепи

Наличие слоистой малоустойчивой непосредственной кров­ ли мощностью 2,5—4,5 м и относительно прочной и устойчивой мерзлой основной кровли делает малоэффективным примене­ ние поддерживающей стоечной крепи, которая препятствует плавному опусканию пород непосредственной кровли и приво­ дит их к разлому и обрушению, в то время как скрепление слоев штангами резко увеличивает устойчивость кровли за счет создания монолитной плиты, обладающей значительной несущей способностью. В различных температурных зонах, там, где выработки, закрепленные деревом, длительное время не деформируются, применение штанговой крепи тем более эффек­ тивно. Там, где деревянная крепь не создает необходимых условий для сохранения выработок, штанговая крепь улучшает состояние выработок и увеличивает срок их службы в 2 —3 раза.

В процессе исследований установлена возможность эффек­ тивного применения штанговой крепи в следующих случаях: в выработках, проходимых по нижней пачке пластов с закреп­

101

лением замков штанг в верхней угольной пачке; при проведе­ нии выработок по верхней пачке мощных пластов с установкой штанг в породах кровли; при проведении выработок на всн> мощность пласта (2,5—3 м) и установке штанг в породах кровли; при укреплении боков выработок от осыпания во время эксплу­ атации выработок.

Промышленное применение штанговой крепи в подготови­ тельных выработках девяти шахтопластов показало, что при правильной и своевременной установке ее улучшаются условия поддержания подготовительных выработок на всех пластах даже при величине междупластья 2 м. Установлено, что в определенных условиях распорно-безрезьбовые штанги имеют значительные преимущества перед клинощелевыми. В породах

почтение необходимо отдавать замкам распорного типа, кон­ тактирующим по всей окружности шпура, и, как правило,, имеющим усилие закрепления в этих породах не ниже 5 —8 т. Замки клинощелевого типа в породах указанной крепости имеют значительно меньшие закрепления (3—4 т)—в первом случае вследствие мягкости пород, отсюда легкого разрушения их усами штангп при осевой нагрузке; во втором случае вслед­ ствие малого внедрения усов в стенки шпура из-за большой твердости пород, отсюда проскальзывание замка. Замки клино­ щелевого типа хорошо себя зарекомендовали в породах средней крепости (песчанистые аргиллиты, песчаники cfi = 5 —8). Ве­ личина закрепления клинощелевых замков в этих породах со­ ставляет 5 —8 т. Таким образом, при расположении замков штанг в породах с fi = 2 —14 целесообразно применять штанги

штанги. При проведении выработок сроком службы 1,5—2 года по почве пластов мощностью 4 —6 м необходимо крепление распорно-безрезьбовыми штангами с дополнительным крепле­ нием боков выработок деревянными штангами. При проведе­ нии разрезных печей по почве пласта с последующим опусканием потолочины надежную устойчивость угольной пачки на 10 — 20 суток обеспечивает деревянная штанговая крепь. Железо­ бетонные штанги обусловливают эффективность поддержания пород кровли в подготовительных выработках любого срока службы и назначения. Наиболее целесообразно применять их в выработках длительного срока службы.

При креплении горных выработок штанговой крепью с использованием деревянных подхватов размеры шайб должны быть подобраны с учетом изложенного в $ 2, и если выработка

102

с полосами увеличивает срок службы выработок в 2 —2,5 раза, обеспечивает более равномерные прогибы и минимум расслое­ ния заштангованной кровли. При креплении кровли без под­