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

10.Возможность снижения сопротивления крепи изза невидимых утечек рабочей жидкости может привести

кзажатию секций.

11.Местное выпадение пород кровли в механизиро­

ванной крепи может вызывать более продолжительные простои забоя, чем при индивидуальной.

Рассмотрим некоторые из них более подробно. Ис­ следования смещений кровли впереди забоев в лавах Кузбасса показали, что эти смещения могут достигать 30 мм. В призабойном бесстоечном пространстве они резко возрастают до 60 и иногда 70 мм, вследствие чего практически не компенсируются податливостью гидро­ стоек. Вместе с тем, как показали исследования, на пластах с тяжелыми кровлями, в период влияния осадок основной кровли происходят большие смещения по ли­ нии закола у забоя и рост дополнительных смещений кровли в период передвижки крепи. Последние также не компенсируются или почти не компенсируются по­ датливостью крепи. Все это приводит к тому, что, не­ смотря на низкую податливость гидростоек, общие сме­ щения кровли за цикл на границе призабойного прост­ ранства с выработанным при механизированных крепях могут быть значительно больше, чем при индивидуаль­ ных. Большие смещения кровли в сочетании с много­ кратными передвижками крепи способствуют разруше­ нию нижних слоев кровли и выпадению их в призабой­ ное пространство.

Разгрузка и передвижка секций крепи происходит, как правило, в зоне действия выемки угля, т. е. в зоне повышенных скоростей смещения кровли. Скачкообраз­ ные смещения кровли, вызванные выемкой полоски угля, сопровождаются значительными динамическими нагруз­ ками, воспринимаемыми крепью. Это отрицательно ска­ зывается на состоянии кровли, особенно в случаях, когда между пластом и прочными породами залегают слои слабых пород. Многократное повторение указанных процессов на одних и тех же участках кровли приводят к ее разрушению, чему способствует также и то, что у большинства современных крепей начальный распор не превышает 40—50% номинального сопротивления. В результате в зоне передвинутых секций общее сопро­ тивление крепи-значительно уменьшается. На это обра­ щал внимание В. Н. Хорин [59].

157

Наблюдениями установлено, что при разгрузке сек­ ции крепи происходит дополнительное (от 20 до 40 мм) смещение кровли в зоне передвижки. При распоре сек­ ций восстановить первоначальную высоту призабойного пространства, естественно, не удается главным обра­ зом из-за того, что снятие сопротивления крепи при разгрузке секции происходит по всей ширине призабой­ ного пространства одновременно.

Все рассмотренные факторы способствуют тому, что при податливости механизированной крепи 10— 15 мм или при суммарной ее величине 60—80 мм по ширине призабойного пространства смещения кровли в течение цикла достигают 300—400 мм, а иногда и больше.

Рабочее сопротивление механизированных гидравли­ ческих крепей определяется сопротивлением, при кото­ ром срабатывают предохранительные клапаны. Клапа­ ны, как правило, настраиваются на заводе-изготовителе на номинальное сопротивление, которое в процессе экс­ плуатации может быть изменено (уменьшено, увеличе­ но) перестройкой клапанов. Однако из-за различных при­ чин (засорения рабочей жидкости, износа рабочих поверхностей клапанов и др.) фактическое сопротивле­ ние, при котором срабатывают клапаны, может значи­ тельно отличаться как от номинального, так и от рабо­ чего. Приведем в качестве примера результаты измере­ ний нагрузок на крепь и сопротивлений срабатывания клапанов гидростоек комплекса МК на пласте 5 шахты «Чертинская» (рис. 51). На графиках сплошной линией показана плотность распределения фактического сопро­ тивления крепи при рабочем сопротивлении гидростоек 80, 50 и 40 тс, а пунктирной — плотность распределения срабатывания клапанов гидростоек соответственно в тот же период наблюдений. При этом стойки, которые в конце цикла имели сопротивление менее 5 тс, не учи­ тывались, так как они были явно неисправны. Таких стоек при настройке на 80 тс оказалось около 15%, при настройке на 50 тс — около 10%, а при настройке на 40 тс таких случаев не наблюдалось совсем.

Из графиков видно, что сопротивление срабатывания клапанов гидростоек было как ниже, так и выше со­ противления настройки, причем частота срабатывания в обоих случаях была примерно одинаковой. При на­ стройке клапанов на сопротивление 80 тс на стойку их

158

срабатывание наблюдалось при минимальном сопротив­ лении 16 тс и при максимальном 92 тс.

Большой разброс сопротивлений срабатывания кла­ панов приводит к большому разбросу фактического со­ противления крепи. Состояние кровли при настройке клапанов на сопротивление 80 тс было хорошим, сред-

ияя податливость гидростоек за цикл составила 5 мм, максимальная — 20 мм. Из рис. 51 видно, что при на­ стройке клапанов на сопротивление 50 тс общий ха­ рактер кривых остался таким же, что и при 80 тс, изменились лишь пределы срабатывания клапанов (ми­ нимальный 32 и максимальный 64 тс); податливость

56 тс, 66,2 и 249,5 мм. Кривые плотности распределения как фактического сопротивления стоек, так и сопротив­ ления срабатывания клапанов близки к нормальному закону распределения.

Ниже приведены величины средней и максимальной податливости стоек в зависимости от разницы между сопротивлением срабатывания клапанов и фактическим при максимальной плотности их распределения.

159

параметров точек АР, характеризующих сопротивления срабатывания клапанов и фактические сопротивления

многочисленным измерениям не превышает 70—80% от номинального, а иногда уменьшается до 30%. В этих условиях смятие контактов и общее смещение кровли увеличиваются за счет меньшей жесткости системы. Тре­ бования к состоянию контактных поверхностей системы крепь—боковые породы должны быть повышены.

160

При узкоблочном разрушении непосредственной кровли передача нагрузок в начальный период облома основной кровли происходит через ближайший к забою блок, который может сохранять частичную опору на забой. При выходе его в призабойное пространство основная часть нагрузки будет восприниматься кон­ солью перекрытия. Поскольку удельные нагрузки на крепь в этот момент велики, происходит опускание кон­ соли до тех пор, пока они не уменьшатся за счет того, что пригрузка на крепь от основной кровли начнет пе­ редаваться через несколько блоков. Очевидно, что удер­ жать консолью крепи блок основной кровли практически невозможно. В связи с этим проседания кровли по тре­ щинам вблизи забоя при осадке основной кровли при современных конструкциях механизированных крепей следует считать неизбежными. Однако величина просе­ дания может быть существенно уменьшена за счет при­ менения крепей с высоким начальным распором и высо­ кой несущей способностью. С этой точки зрения на пла­ стах с тяжелыми кровлями нецелесообразно применять крепи с наклоном верхнего перекрытия в сторону выра­ ботанного пространства, так как это способствует уве­ личению проседания кровли у забоя.

Нагрузки на часть крепи могут увеличиться также, если они от основной кровли передаются на крепь через один последний поддерживаемый блок. Опасным для крепи является также случай, когда опорный блок пе­ редает нагрузку только на оградительную часть крепи в виде сосредоточенных сил. Поскольку эти нагрузки значительны, ограждения могут быть деформированы, что имело место при использовании крепи М-81 и комплекса ПМК. Эти данные еще раз подтверждают, что расчетные нагрузки на оградительную часть меха­ низированных крепей для пластов с тяжелыми кровлями должны приниматься гораздо большими, чем принима­ лись до сих пор.

С точки зрения облегчения условий работы огради­ тельной части крепи поддерживающе-оградительного типа должны иметь возможно больший угол наклона и не выступать значительно за пределы заднего конца под­ держивающей части.

Действием периодически повторяющихся повышен­ ных нагрузок на консольную часть перекрытий вблизи

забоя н объясняются периодические потери высоты подкрепного пространства, наблюдаемые при эксплуатации крепей. Применение секций крепи с подрессоренными консолями на таких пластах нежелательно, консоли должны быть активными. Крепи поддерживающе-огра- дительного типа применять можно, однако существую­ щие конструкции их должны быть усовершенствованы.

Схема взаимодействия крепей поддерживающего ти­ па с тяжелыми кровлями в основном та же, что и кре­ пей поддерживающе-оградительного типа. Отличием является необходимость предусматривать специальные меры для предотвращения ударов пород кровли по не­ защищенным деталям крепи, в частности стойкам.

Исходя из условий работы механизированных крепей, схемы их нагружения можно представить в следующем виде.

Пригрузка от основной кровли в начальный период ее влияния передается только через первый от забоя блок (рис. 53, а). Максимальная удельная нагрузка сосредоточивается на передней части перекрытия. Вре­ мя ее действия определяется временем смещения основ­ ной кровли до тех пор, пока нагрузка не распределится на все поддерживаемые блоки. Поскольку современные механизированные крепи не способны выдерживать большие удельные нагрузки на переднем конце пере­ крытия, необходимо определить параметры смещения слоя основной кровли.

Из общей схемы взаимодействия непосредственной и основной кровель выведена формула для определения смещения верхней кромки непосредственной кровли

ДЯИ= 2h ctg a sin Да + — (1 — cos Да) -f

".

n j sin Да 4- У ДА„. (VI. 1) I

Все обозначения приведены-ранее.

Из формулы (IV. 1) следует, что смещение верхних кромок блоков непосредственной кровли зависит от мощности слоя, угла поворота блоков, их длины, взаим­ ного проседания по трещинам и ширины поддерживае­ мого пространства (числа поддерживаемых блоков). Для того чтобы пригрузка от основной кровли равно­

162

мерно распределилась по ширине поддерживаемого пространства, основная кровля должна опуститься на

величину АН».

После выравнивания пригрузок от основной кровли по всей длине крепи схема' нагружения крепи приобре-

а

б

Рис. 53. Схемы нагружения механизирован­ ных крепей с тяжелыми кровлями

тает вид, показанный на рнс. 53, б. Распределение на­ грузки на оградительную часть показано для неблаго­ приятного случая.

В период конечного влияния осадки основной кровли удельные нагрузки сосредоточиваются на границе при­

6* 163

забойного пространства с выработанным, вследствие чего возникает схема нагружения, представленная на рис. 53, в.

В зависимости от длины секций крепи 1К и шага ее передвижки число циклов, в течение которых крепь будет испытывать повышенные нагрузки от основной кровли, определится по формуле

Число циклов, в течение которых крепь будет рабо­ тать под влиянием нагрузки только от непосредственной кровли, определится по формуле

ЛГ2 = *1 - (« - *■ > . (VI.3)

Формулы (VI.2) и (VI.3) справедливы для случая, когда не происходит зависания блоков основной кровли. Они показывают, что частота появления повышенных нагрузок на механизированную крепь зависит от длины крепи и длины блока основной кровли. Продолжитель­

движки. Очевидно, что при такой схеме нагружения крепи и довольно высоких частоте (до 50% от общего числа циклов) и продолжительности приложения повы­ шенных нагрузок (четыре—шесть циклов) определение несущей способности крепи необходимо проводить имен­ но для этих периодов.

Здесь были рассмотрены основные факторы, обуслов­ ливающие работу механизированной крепи. Не всегда их воздействие может быть оценено количественно, осо­ бенно применительно к конкретному забою. Поэтому возникает необходимость совокупной их оценки для практического определения условий работы механизи­ рованных крепей.

§ 4. Режим работы механизированных крепей

Ранее было показано, что на пластах с тяжелыми кровлями нагрузки на крепь могут колебаться в широ­ ких пределах. При проведении шахтных исследований

164