Файл: Глушихин, Ф. П. Трудноуправляемые кровли в очистных забоях.pdf

границе непосредственной кровли, где эпюра напряже­ ний будет несколько иной, но весьма близкой к эпюре напряжений, возникающих над пластом. Это допуще­ ние позволяет вектор суммарной силы напряжений, воз­ никающих над пластом, перенести на верхнюю площад­ ку непосредственной кровли. Погрешность в вычисле­ ниях не превысит погрешность, с которой определяются механические свойства пород и пласта.

Поэтому схему нагружения непосредственной кровли можно представить в виде короткой консоли, нагру­ женной силой, направленной под углом а к горизонту. Отклонение силы от вертикали вызывается изменением направления действия главных напряжений вблизи выработки,

В первый момент образования консоли непосредст­ венной кровли сила, соответствующая эпюре напряже­ ний 00\d,\C или 00[d B , будет приложена к самой кон­ соли. Поэтому мы рассматриваем состояние консоли длиной Ь, нагруженной в первый момент силой Q=

где b — глубина захвата выемочной машины, м. Результаты расчетов и наблюдений показывают, что

в подавляющем большинстве случаев ширина захвата современной выемочной машины не превышает величи­ ны зоны спада напряжений. Поэтому определение вели­ чины срезывающей силы производим из выражения (IV.3). Средние величины напряжений

103

кровли при этом могут не наступить. Поэтому нужно определить величину шага выемки, при которой обра-

-зуется блок длиной /. В выражение (IV.5) вместо глу­ бины захвата b введем длину блока I и определим ее величину

ния трещин с увеличением мощности слоя имеет место только при мощности до 2,5 м, после чего рост резко замедляется.

Точками на рис. 33 показаны результаты фактиче­ ских замеров, проведенных в разное время ВНИМИ. В литературе имеется большое количество данных о размерах образующихся блоков, но, к сожалению, они, как правило, не полны, особенно в части прочности по­ род, их мощности и прочностной характеристики угля. Поэтому иа графике приведены только точки, построен­ ные на основании полных данных.

Результаты натурных наблюдений (табл. 4) показы­ вают, что шаг обрушения слоев непосредственной кров­

104

105

лей основной кровли нагрузка на непосредственную может оказаться настолько высокой, что разрушение ее может происходить над краевой частью пласта, т. е. впе­ реди линии забоя лавы, особенно на пластах, представ­ ленных углями низкой прочности. При прочих углях разрушение непосредственной кровли происходит обычно вдоль линии забоя или близко к ней.

Расчеты показывают, что при изменении параметров эпюры нагружения краевой части пласта могут изме­ няться и параметры разрушения непосредственной кровли. Данное положение подтверждается практикой: после осадок основной кровли шаг разрушения непо­ средственной кровли увеличивается.

§ 3. Разрушение основной кровли

На параметры разрушения основной кровли оказы­ вают влияние многие факторы. К важнейшим из них относятся: величина пригрузки на консоль кровли со стороны вышележащих пород; прочность пород слоя и его строение; глубина работ; вид разрушения; положе­ ние слоя основной кровли относительно пласта и др. Результаты исследований в шахтных условиях, приве­ денные выше, указывают на то, что на практике шаги разрушения основной кровли зачастую оказываются го­ раздо меньше, чем определенные по существующим методам.

Пригрузка оказывает решающее влияние на величи­ ну шага осадки основной кровли. Однако обоснованных рекомендаций по определению ее величины в техниче­ ской литературе весьма мало. Очевидно, что устано­ вить ее величину в натурных условиях практически не­ возможно.

С. Т. Кузнецов [28], анализируя вопрос о внешней пригрузке слоев кровли, показал, что на внешнюю при­ грузку можно принимать часть эпюры напряжений па данный слой, оставшихся после первичных расслоении массива пород в результате проведения выработки. Однако теоретических решений по определению вида этой эпюры пока нет. Исследования на моделях из эквивалентных материалов позволили в первом прибли­ жении определить основные параметры такой эпюры [49]. На рис. 34 показано положение линий, соеднняю-

106

щих характерные точки кривой опорного давления на разном удалении от пласта [49]. Линия ОА указывает на смещение точки кривой, в которой величина опорно­ го давления равна весу пород oi=yH . Линия ОБ близ­ ка к следу плоскости обрушения пород при наимень­ шем ее наклоне. Одновременно она соответствует ли­ нии, соединяющей забой лавы с началом зоны полной

личин пригрузки на консоли кровли зависят от строе­ ния пород и их прочностных свойств, нарушенное™ месторождения и других факторов.

Части слоев, расположенные между линиями ОА и ОБ, нагружены силами, величина которых меньше веса вышележащих пород.

Наблюдения в шахте показывают, что угол наклона трещин в кровле колеблется от 50 до 80°, что под­ тверждается данными исследований на моделях [47].

Углы наклона трещин примерно равны углам на­ клона линий ОА и ОБ, т. е. соответственно фз и фз (см.

рис. 34). Принимая угол ф3 за средний минимальный угол наклона трещин, а угол фз за средний максималь­

ный, можно определить пригрузки на слой на границах

107

обрушающихся блоков, которые соответственно будут равны kiyHi и уНи где /г* — коэффициент,‘учитывающий

Р и с . 35. Р а с ч е т н а я с х е м а н а г р у ж е н и я к о н с о л и о с ­ н о в н о й к р о в л и

Рассмотрим условия нагружения консоли слоя мощ­ ностью h\ и длиной L\, заключенной между линиями ОА и ОВ на расстоянии от пласта 5.

Пригрузка со стороны вышележащих пород будет распределяться вдоль консоли по неизвестной нам кри­ вой со следующими крайними значениями:

при Li = L\, ql = kiyHi\ при L{= 0 qi=yH i, где Ц — абс­ цисса рассматриваемой точки. В общем случае кривая изменения величины пригрузки на консоль может быть выражена параболой п-й степени, однако анализ графиков изменения опорного давления показывает,’ что с достаточной для практики точностью закон изменения qI над подработанной консолью можно принять ли­ нейным.

На рис. 35 приведена расчетная схема нагружения консоли основной кровли. При этом принимается усло­

108

вие, что предыдущий блок после облома не передает пригрузки на вновь образующийся.

Момент сил, действующий относительно точки А и вызывающий разрушение слоя основной кровли с уче­ том собственного веса, составит

от сил сопротивления разрушению, сил трения и сил сцепления по контакту. Тогда

слоя [28]. Иначе говоря, tgp = f , где f — коэффициент трения по контакту. Это принципиальное положение прзволяет значительно упростить решение задачи и объ­

109