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

1

где Ti, T2 — соответственно сила трепня по задней и передней граням; P*+i — пригрузка от блоков вышеле­ жащего слоя. Величина Г] определится как произведе­ ние 'Соответственных составляющих веса блока и при­ грузки на коэффициент трения:

Силу трения T2 определим из условия, что контакти­ рование блока по передней грани наступит только пос­ ле возникновения сил трения по задней грани.

Тогда

Из формулы следует, что сопротивление, необходи­ мое для удержания блока от смещения, зависит от его геометрических размеров, угла наклона граней, ко­ эффициента трения и ве­ личины пригрузки от бло­ ков вышележащего слоя.

Рассмотрим теперь случай, когда подрабо­ танный массив пород раз­ рушен на многоярусную систему блоков, а силы распора в нем форми­ руются по-прежнему только за счет собствен­ ного веса блоков и спол­ зания по наклонной плос­ кости. Очевидно, в этом

случае сопротивление, необходимое для удержания такой системы возрастает. При этом сначала рассмотрим только влияние на величину данного сопротивления пер­

132

Пригрузка от вышележащего блока Pi+i может быть также определена как сумма составляющих веса бло­ ка Qi+i и пригрузки со стороны вышележащего блока

№

P i + 1 = Q f+ 1 (1 — А ’+ О + P i -(-2 (1 — A -1+2) . . .

Тогда пригрузка на слой непосредственной кровли со стороны блоков основной может быть найдена из вы­ ражений:

от блока уменьшается с удалением его от пласта не­ линейно и зависит от параметров разрушения каждого слоя основной кровли.

Если допустить, что размеры блоков, углы наклона и коэффициенты трения во всех слоях одинаковы, то по­ лучим достаточно простое выражение

где т — порядковый номер яруса блоков.

133

Анализ относительных пригрузок, подсчитанных для

разных значений коэффициента трения и угла наклона

Р

трещин 75° показал, что величина — может коле­

баться в значительных пределах в зависимости от соче­ тания влияющих факторов, по практически прекращает

Рис. 41. Влияние числа ярусов блоков

смотря на весьма неблагоприятные принятые условия, пригрузка со стороны многоярусной системы без сцеп­ ления невелика.

В реальных условиях взаимодействия блоков и мно­ гоярусной системы пригрузки зависят от числа ярусов также незначительно, что подтверждается результатами исследований на моделях и в шахте.

Исследования на моделях показали, что арка может возникать (при определенных условиях) как в самом нижнем слое многоярусной системы, так и в вышеле­ жащих. С точки зрения работы крепи наиболее вредное воздействие может оказать зависание блоков в нижнем слое.

Силы распора в этом случае будут определятьсяне только собственным весом блоков, но и углом их по­ ворота:

на передней грани

134

на задней грани

Из условия равновесия сил распора на задней грани определим число зависших блоков Nо при условии удер­ жания от смещения .переднего блока

Воздействие этой пригрузки весьма кратковременно, однако она часто вызывает выход крепи из строя вслед­ ствие резкого увеличения общих нагрузок и смещения кровли. Особенно вредно это воздействие на индивиду­ альную крепь, поскольку перед резким увеличением на­ грузок наблюдается зависание кровли, сопровождаю­ щееся пониженными смещениями кровли и, как следстствие, снижением фактической реакции крепи, особенно крепи нарастающего сопротивления.

Исследования на модели показали, что средняя про­ должительность воздействия пригрузки со стороны за­ висших блоков составляет 0,02 с, а скорость и величина смещения кровли — соответственно до 250 мм/с и 20 мм. Если крепь в этот момент не потеряет несущую способ­ ность, то при дальнейшем смещении кровли нагрузка на крепь уменьшится. В период резкого воздействия ос­ новной кровли на крепь последняя должна иметь до­ статочную податливость, чтобы воспринять повышенные нагрузки и сохранить необходимую несущую способ­ ность.

135

При смещении кровли в системе блоков наступает новое состояние равновесия. В этих условиях жесткая крепь неизбежно должна воспринимать нагрузки, зна­ чительно превышающие расчетные, так как влияние на крепь будут оказывать несколько слоев зависающих блоков.

Для этого момента величина необходимой реакции со стороны непосредственной кровли, определится из выражения

Ро — Ро.п + Рз

или

(V.38)

Первый член уравнения учитывает пригрузку от за­ висающих блоков первого слоя в плоскости пласта, вто­ рой — от налегающих сверху блоков вышележащих слоев.

Данные для определения величины Р 0 могут быть получены либо непосредственно по результатам наблю­ дений и замеров, либо расчетным путем.

Высота блока h\ определяется мощностью монолит­ ного слоя с учетом плоскостей ослабления по напласто­ ванию.

Длина блока L, определяется по номограмме (см. рис. 36). Коэффициент трения породы о породу можно принимать равным 0,7—0,8. Угол наклона трещин на практике колеблется от 55 до 80°, для определения ве­ личины Р0 его можно принимать равным 65—70°.

Расчеты показывают, что при короткоблочном разру­ шении основной кровли пригрузка от нее на непосредст­ венную кровлю может превышать вес одного блока в 1,5— 2 раза.

Если непосредственная кровля разрушается на уз­ кие блоки, в их системе возникают дополнительные силы распора, которые снижают пригрузку от основной кров­ ли. Общая нагрузка на крепь призабойного простран­

136

§ 4. Распределение нагрузок на крепь по ширине призабойного пространства

В большинстве теоретических работ за величину на­ грузки на крепь в очистном забое принималась средняя нагрузка, приходящаяся на 1 м2 поддерживаемой пло­ щади (тс/м2). В некоторых из них приводились также ожидаемые нагрузки по линии обрушения (тс/м). Ре­ зультаты же шахтных измерений показывают, что в боль­ шинстве случаев при блочном разрушении кровли на­ блюдается неравномерное распределение удельных на­ грузок в призабойном пространстве.

Для определения закономерностей распределения нагрузок необходим анализ условий взаимодействия ос­ новной и непосредственной кровли с крепью очистного забоя. В предыдущем параграфе приведены формулы для определения общей нагрузки на крепь, установленную на 1 м вдоль линии забоя лавы.

Анализ этих формул позволит установить характер распределения нагрузок на крепь по ширине призабой­ ного пространства.

При короткоблочном разрушении непосредственной кровли сразу после возникновения нового блока нагруз­ ка на крепь увеличится. Распределение нагрузки по ширине призабойного пространства будет в этот период

где В — ширина поддерживаемого пространства.

По мере подвигания забоя площадь, на которую опи­ рается такой блок, будет уменьшаться. Вследствие этого будут увеличиваться удельные нагрузки на крепь. Поэтому при короткоблочном разрушении непосредствен­ ной кровли наибольшие удельные нагрузки будут иметь место на границе призабойного пространства с вырабо­ танным, когда очередной блок будет опираться на крепь только передней своей частью. Если принять ширину опоры 1 м, то удельная нагрузка

137

При короткоблочном разрушении непосредственной кровли, когда длина блока превышает ширину поддер­

нице призабойного пространства с выработанным. Иначе говоря, посадочная крепь должна обладать высокой не­ сущей способностью.

При разрушении непосредственной кровли на узкие блоки, длина которых в направлении подвивания забоя меньше ширины призабойного пространства схема пере­ дачи нагрузок на крепь будет другой.

Формула (V.20) для определения нагрузок на крепь, оказываемых непосредственной кровлей достаточно полно учитывает основные закономерности разрушения и взаимодействия тяжелых кровель с крепью. Произ­ ведем ее анализ. По мере увеличения зависания кровли в выработанном пространстве нагрузка на крепь будет увеличиваться (растет значение п2). При посадке кровли происходит перераспределение сил, которое учитывается формулой (в момент посадки величина п2 возрастает, а ti\ уменьшается). Возникает импульс при­ грузки. Однако вследствие образования арочной систе­ мы эти импульсы вызывают резкую пригрузку на крепь только при нарушении ими равновесия системы. Наибо­ лее опасным является случай, когда нагрузка на крепь близка к ее несущей способности в данный момент (при зависаниях кровли). Дополнительный импульс приводит либо к деформации крепи, либо к значительному просе­ данию за счет ее податливости, что вызывает смещение арочной системы. Величина этого смещения опреде­ ляется механизмом взаимодействия блоков и характе­ ристиками крепи. Новое состояние равновесия насту­ пает вследствие роста сопротивления крепи и умень­ шения нагрузки за счет обрушения части блоков на почву. Процесс перераспределения сил в системе про­ исходит динамично, что дополнительно усложняет ра­ боту крепи.

На рис. 42 в качестве примера приведен график из­ менения нагрузок на крепь, установленную под блока­

138