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

ненне в Чистяковском районе Донбасса и Кузбассе. При двух или трех рядах кустов в период посадки перено­ сился только один последний ряд, причем кусты исполь­ зовались в качестве призабойной крепи.

Номинальное сопротивление крепи в данных условиях было значительным. При установке кустов в три ряда из 9— 12 стоек каждый, оно составляло 300—500 тс/м очи­ стного забоя. Если кровля была сложена мощными и крепкими песчаниками ряды кустов усиливались еще тумбами ОКУ или кострами.

Параметры таких паспортов крепления сложились иа основании длительного опыта отработки пластов с трудиообрушающимися кровлями в связи с стремлением из­ бежать или по крайней мере отдалить от забоя обру­ шение кровли. Эта же цель преследовалась и при ис­ пользовании деревянных и металлических костров, уста­ навливаемых также в два ряда. Костры широко при­ менялись в Донецком, Кузнецком и Карагандинском бассейнах, а также в ФРГ и Англин.

С созданием в СССР специальных передвижных по­ садочных крепей начался массовый перевод лав с управ­ ления кровлей закладкой па управление способом пол­ ного обрушения.

Одно время в технической литературе доминировала мысль перенести линию обреза прочных кровель от за­ боя за посадочную крепь. Это привело к созданию поса­ дочных стенок МОС и МОК. с жесткой характеристикой и передвижной механизированной крепи МПК. Стали применять паспорта крепления с использованием этих крепей, устанавливаемых в один ряд [15, 30]. Однако это не улучшило управления кровлей, так как происхо­ дило ее разрушение и обыгрывание крепи. Кроме того, что самое главное, применение мощных посадочных стенок не предотвращало ни обрушений кровли в при­ забойном пространстве, ни поломки призабойной дере­ вянной крепи, особенно при осадках основной кровли. От жестких посадочных крепей пришлось отказаться.

Развитие средств крепления в СССР пошло по линии одновременной разработки сравнительно легких приза­ бойных стоек (трения и гидравлических) .и мощных по­ садочных крепей. Особо широкое распространение полу­ чили стойки ОКУ, обладающие высоким рабочим сопро­ тивлением и необходимой податливостью. Имея сравни-

18

Г л а в а II

ШАХТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ РАЗРУШЕНИЯ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С КРЕПЬЮ ТРУДНОУПРАВЛЯЕМЫХ КРОВЕЛЬ

§ 1. Краткие сведения о методике исследований

Методикой исследований предусматривалось изучение основных факторов, которые обусловливали особенности поведения трудноуправляемых кровель в призабойном пространстве. Лавы для проведения шахтных наблюде­ ний выбирались с учетом признаков, по которым труднообрушаемые кровли разделяются в классификациях, и особенностей их поведения в очистном забое. Этим обес­ печивалась представительность лав и пластов, выбран­ ных для исследований.

Методика шахтных исследований состояла из двух частей: первая — наблюдения и измерения в призабой­ ном и выработанном пространствах; вторая — наблюде­ ния и измерения в массиве пород над призабойным про­ странством лав.

В соответствии с задачами первой части методики из­ мерялись следующие величины:

смещения кровли в призабойном и выработанном пространствах;

скорости опускания кровли на различных расстояниях от забоя и под разными краями блоков;

смещения кровли в плоскости пласта; относительные проседания блоков; зависания пород в выработанном пространстве;

нагрузки на призабойную и посадочную крепь. Помимо сказанного определялось также общее со­

стояние кровли, зарисовывались и анализировались слу-

20

чаи обрушения пород, фотографировались обрушенные породы, заколы, состояние крепи и т.д.

Для выполнения этих измерений в средней части лав оборудовалась измерительная станция, состоящая из трех профильных линий реперов, устанавливаемых в кровлю и почву пласта. По ширине каждого блока уста­ навливались два репера в каждой линии с целью опре­ деления характера опускания блоков. Расстояние меж­ ду реперами фиксировалось стойкой СУИ-П несколько раз в смену, в зависимости от рабочих процессов. На­ блюдения велись круглосуточно.

Смещения кровли в плоскости пласта измерялись с помощью маркшейдерского отвеса и специального план­ шета, периодически устанавливаемого на почву пласта. Положение планшета фиксировалось с помощью четы­ рех реперов. Отвес с проушиной подвешивался к реперу.

Одновременно с измерениями по всей длине лавы проводились визуальные наблюдения за поведением кровли. Если поведение кровли в месте установки стан­ ции значительно отличалось от поведения кровли в ос­ тальной части лавы, то на новом участке оборудовалась добавочная измерительная станция.

Нагрузки на крепь измерялись по ширине призабой­ ного пространства на участке измерительной станции.

Вторая часть наблюдений включала в себя комплекс измерений внутри массива пород над призабойным про­ странством для определения формы и размеров трещин и образующихся блоков, характера контактов между ними, смещения отдельных элементов разрушенной кров­ ли и т.д. К началу исследований существовало несколь­ ко приборов для определения трещиноватости пород над выработкой: щупы А. А. Орлова и б. ВУГИ, глубинные реперы, приборы РВП, прибор КузНИУИ и т.д. Однако все они обладают рядом недостатков, основными из ко­ торых являются:

измерения производятся механическим путем на не­ видимом объекте, что неизбежно приводит к ошибкам в выборе объекта измерений в зоне нарушенных пород (местные мелкие нарушения стенок скважин принима­ ются за трещины);

характер нарушений и их пространственную ориенти­ ровку определить невозможно.

Приборы РВП не имеют указанных недостатков, но

21

они неприменимы в шахтных условиях из-за своей взры­

воопасности.

Требовался такой прибор, который бы позволял безо­ шибочно определять объект измерений, характер и ве­ личины нарушений и пространственное их положение.

Была разработана специальная методика измерений и наблюдений в массиве пород. Методикой предусматри­ валась возможность кругового осмотра стенок скважин, пробуренных из призабойного пространства лавы или передовой ниши в кровлю и измерение расстояний до видимых мест нарушений.

На участке расположения описанной выше измери­ тельной станции в кровлю пласта бурились скважины диаметром 82—ПО мм. Глубина скважин и их располо­ жение относительно забоя определялись конкретными задачами исследований. Стенки скважины осматрива­ лись с помощью специального зеркального перископа. Измерения в скважине увязывались с измерениями, про­ водимыми в призабойном пространстве лав с помощью дополнительных реперов и планшета. Таким образом, измерениями и наблюдениями охватывалось призабойное пространство п толща непосредственной кровли.

Задачи исследований можно разделить на три группы:

1) определение развития нарушений и их перемеще­ ний непосредственно над кромкой забоя;

2)изучение формы и развития трещин над приза­ бойным пространством;

3)определение максимальной зоны развития трещин. В соответствии с указанными задачами бурились три

группы скважин: непосредственно у забоя лавы; на неко­ тором расстоянии от забоя, иногда по две; у самой гра­ ницы призабойного пространства, а если позволяли усло­

щая глубина скважины; расстояния от устья скважины до кромок всех нарушений (трещин, выкрашиваний и т. д.); угол наклона трещин; относительные смещения стенок скважин в местах нарушений нормальных к пла­ сту и в плоскости пласта. Кроме того, устанавливались формы и характер трещин и направления их падения.

Все измерения в скважине привязывались к реперу, установленному в почве пласта.

22

Угол наклона трещин, пересекающих скважины, оп­ ределялся следующим образом. Сначала путем круго­ вого осмотра скважины устанавливалась непрерывность трещины, затем определялись расстояния а и а\ от устья скважины до соответственно верхней и нижней точек пересечения стенки скважины с трещиной.

Угол наклона трещины

где d — диаметр скважины.

Одновременно с указанными измерениями фиксиру­ ется и положение зеркала относительно забоя, т. е. оп­ ределяется направление линии падения трещин относи­ тельно линии забоя.

В результате устанавливается пространственное поло­ жение поверхностей трещин, возникающих в непосред­ ственной кровле пласта. Форма следа трещин определя­ лась по сопоставлению углов наклона одной и той же трещины в призабойном пространстве и во всех скважи­ нах, пересекающих ее, а также непосредственным ос­ мотром поверхностей обрушения в выработанном про­ странстве.

Относительные перемещения отдельных элементов слоя кровли в плоскости напластования по трещинам определялись с помощью клиновой насадки А. А. Ор­ лова.

Длина скважин измерялась с помощью измеритель­ ных дюралюминиевых штанг и стальной рулетки с мил­ лиметровой шкалой. Измерения позволяли установить не только факт перемещения отдельных частей непосред­ ственной и основной кровель, но и определить величину этих перемещений. Для дна скважины перемещения рас­ считывались по формуле

мени между измерениями, мм; Д/г*— то же, устья сква­ жины, мм; ДHi — изменение общей глубины скважины за тот же промежуток времени, мм.

Наличие смещений дна скважины указывало на то, что породы, расположенные выше скважины, пришли в движение. Сопоставление этого факта во времени и рас­

23

стоянии с измерениями в призабойном пространстве по­ зволяет судить о поведении пород, расположенных выше дна скважины. Такой же подход применялся и при не­ обходимости определения перемещений элементов нару­ шений. Величины перемещений в скважинах, пробурен­ ных из призабойного пространства, могут получаться неполными, так как смещения устья скважины (кровли) имеют место до окончания ее бурения. Однако это не снижает методической ценности такого подхода для изу­ чения общих закономерностей разрушения кровли.

Для бурения скважин был сконструирован перенос­ ный буровой станок, предназначенный специально для этих исследований [35]. Он имеет небольшие размеры и позволяет бурить скважины диаметром до 130 мм на глубину до 15 м. Извлечение керна пород для исследо­ ваний прочностных свойств производилось с помощью того же станка и кольцевой коронки длиной 0,5 м.

Зеркальный перископ (рис. 2), разработанный автором совместно с М. В. Смирновым, состоит из следующих основных частей: верхнего приемного зеркала в форме усеченного овала 1, осветителя 2, мерных штанг 3, ниж­ него передающего зеркала и системы питания освети­ теля.

Верхние зеркала изготовляются для перископа в комплекте для скважин диаметром 65, 82, ПО и 131 мм. Устанавливаются они иод углом 45° к оси скважины.

Осветитель устроен таким образом, что освещает только ту часть стенки скважины, которая может от­ ражаться в зеркале, причем лучи от источника света не попадают на зеркало. Отражение части стенок скважи­ ны передается по скважине вниз на зеркало и дальше к глазу наблюдателя или объективу фотоаппарата. Масса осветителя 200—300 г (в зависимости от диаметра сква­ жины) . Прибор дает достаточную освещенность стенок скважин.

Работы выполнялись в следующем порядке. Сначала

спомощью визуальных обследований выбиралась лава,

вкоторой наиболее четко проявлялись те особенности в поведении кровли, которые предполагалось изучить. Выбор производился с учетом строения кровли, поведе­ ния ее в призабойном пространстве, применяемых пас­

24