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

Глава VII

УПРАВЛЕНИЕ КРОВЛЕЙ ПРИ ПЕРВЫХ ОСАДКАХ

§ 1. Механизм проявления первых осадок

Трудноуправляемые кровли, представленные прочны­ ми породами, обычно склонны к зависаниям на боль­ ших площадях. При достижении предельного пролета обрушение их сопровождается повышенными нагруз­ ками на крепь и большими перемещениями контура кровли в призабойном пространстве. Часто эти обруше­ ния сопровождаются динамическими явлениями типа удара. Вредные последствия этих явлений общеизве­ стны.

В большинстве работ [25, 43, 61, 6£, 63, 64], посвя­ щенных изучению первых осадок кровли в очистном забое, приведены данные по определению предельного пролета, предельной площади зависания кровли и раз­ работки мер по уменьшению вредного влияния первых осадок прочных кровель. Все эти факторы весьма важ­ ны для предотвращения завала лав при отходах от раз­ резных печей. Однако непосредственных измерений на­ грузок, перемещений и их скоростей в периоды первых осадок проведено пока мало, что объясняется извест­ ной трудностью проведения измерений в этот период. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть основные схемы разрушения прочных слоев кровли при отходах лав и их взаимодействия с крепью очистного забоя, которые существенно отличаются от схем раз­ рушения при обычной работе очистного забоя.

На рис. 55 представлены четыре таких схемы. Схема 1 характерна тем, что слой прочных пород расположен на значительном удалении от пласта. Между ним и пла­ стом залегают легкообрушающиеся породы, не склонные к зависанию. При достижении предельного пролета

177

прочный слой разламывается и смещается. Пригрузка от него на крепь очистного забоя передается через не­ посредственную кровлю. В зависимости от соотношения мощности непосредственной кровли h и ширины под--

Соотношение мощности непосредственной кровли и пласта, при котором влияние первых осадок основной кровли будет отсутствовать, определится из неравенства

Из выражения (VII.2) видно, что возможность влия­ ния первых осадок основной кровли на призабойное пространство зависит не только от величины /См, но и от ширины поддерживаемого пространства, мощности пласта и угла наклона трещин.

178

цифрами (в метрах). Из рисунка следует, что величина Кы изменяется в широких преде­

ства 2,5—4 м [1]. На пластах большей мощности вели­ чина Ям существенно уменьшается. Отсюда следует вывод, что наиболее важными факторами, влияющими на возможность проявления вторичных осадок, яв­ ляются мощность легкообрушающихся пород и ширина призабойного пространства. Коэффициент разрыхления непосредственной кровли оказывает существенное влия­

кровли влияние осадок основной кровли будет увеличи­ ваться. В этом случае необходимо, наоборот, увеличи­ вать ширину призабойного пространства и сопротивле­ ние крепи с тем, чтобы уменьшить удельные нагрузки. Такому положению соответствует схема 2 (см. рис. 55).

Трудность поддержания кровли в призабойном прост-

179

ранстве увеличивается с уменьшением мощности непосредственой кровли. Особая сложность возникает при отсутствии легкообрушающихся пород, когда слои прочных пород залегают непосредственно над пластом или очень близко от него (см. рис. 55, схема 3). Быст­ рое смещение кровли в таких случаях приводит к воз­ душным ударам большой силы. Это одно из наиболее опасных последствий первых осадок прочных кровель. Для предотвращения этого явления на практике исполь­ зуют различные приемы, сводящиеся либо к уменьше­ нию пролета первой осадки, либо к исключению дина­ мики процесса обрушения. Уменьшение удельных на­ грузок здесь также может быть достигнуто увеличением ширины поддерживаемого пространства. Большой прак­ тический опыт, обобщенный в работе В. И. Кравченко [25], показывает, что относительное число завалов лав при первых осадках кровли еще велико. Однако в этой же работе приводятся неоднократные случаи, ког­ да правильно разработанные меры по креплению при­ забойного и выработанного пространства обеспечивали нормальную работу очистного забоя. Нагрузки при пер­ вых осадках кровли могут быть оценены по приведен­ ным схемам весьма приблизительно, так как детали механизма разрушения изучены еще недостаточно пол­ но. При разрушении слоя прочной .кровли от изгиба, как показано на схемах 1, 2 и 3 (см. рис. 55), ожидае­ мая пригрузка на 1 м линии забоя может быть оценена по формуле

где у — объемный вес пород; /г( — мощность обрушающего слоя; L0— пролет первого обрушения.

Подсчет нагрузок по формуле (VII.3), приведенный в табл. 8, показывает, что для средних условий при мощности слоев до 5 м они не превышают нагрузок, возникающих при вторичных осадках кровли, и могут быть восприняты крепями современных конструкций. При большей мощности слоев и больших пролетах обрушающейся кровли нагрузки резко возрастают. Приве­ денный расчет хотя и является сугубо приближенным, однако он позволяет оценить порядок величин нагрузок и соответственно принять меры для крепления очистного забоя. Положение, однако, осложняется тем, что при-

180

Т а б л и ц а 8

веденные величины характерны для состояния кровли после ее обрушения. В первый же момент оседания прочных кровель нагрузки могут быть значительно больше. Поэтому основным' требованием, предъявляе­ мым к крепи в этот период, является обеспечение необ­ ходимой ее податливости для возможности «ухода» от больших нагрузок. При этом важно, чтобы крепь после этого сохранила необходимую несущую способность.

Из табл. 8 также видно, что принимать специальные меры для уменьшения нагрузок на крепь следует только при больших пролетах обрушающейся кровли и мощ­ ности обрушающегося слоя. Эти выводы полностью подтверждаются практикой [25].

Особая схема разрушения кровли при первых отхо­ дах очистных забоев от монтажной камеры наблюдается в случаях, когда она сложена породами средней проч­ ности, монолитными, обрушающимися на большую высоту (см. рис. 55, схема 4). Ожидаемая нагрузка на крепь в этом случае пропорциональна половине длины пролета

К . п = ' yV - o/2-

При такой схеме разрушения кровли необходимо изменять систему разработки. Обычно в таком случае применяют системы с угольными целиками, когда забой лавы подвигается на расстояние, близкое к предельному пролету (0,8—0,9 L0), затем оборудование демонтируется

инарезается новая лава с оставлением целика. Приведенные схемы, конечно, не охватывают всех

возможных случаев отработки угольных пластов. На практике имеют место завалы лав, причиной которых является не только недостаточная несущая способность крепи. Многие завалы лав происходят из-за наличия в слоях кровли поверхностей скольжения (на участках

181