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

блюдательная станция. Скважины бурились уже с уче­ том первых результатов наблюдений.

Продолжительность наблюдений в каждой лаве 15— 30 дней в зависимости от скорости подвигания лавы и конкретных результатов исследований.

Нагрузки на индивидуальные крепи измерялись с

.помощью стоечных динамометров, на механизированные крепи — манометрами.

Особое внимание обращалось на внешние признаки и особенности в проявлениях горного давления, по кото­ рым можно определить тип кровли или общий характер ее поведения.

25

Наблюдения проводились на пластах с разным строе­ нием кровли мощностью от 0,65 до 2,2 м, оборудованных деревянной и металлической крепыо при разных пас­ портах крепления, а также механизированными крепями разных типов.

§ 2. Состояние кровли в призабойном пространстве лав

Состояние кровли в призабойном пространстве лавы во многом определяет эффективность п безопасность работы очистного забоя. Оно определяется в основном двумя факторами — устойчивостью ппжних слоев кров­ ли и величиной ее смещения.

При слабых неустойчивых нижних слоях . кровель применяют полную затяжку кровли, оставляют защит­ ную пачку угля, а при мощности отслаивающейся кров­ ли более 0,6 м применяют закладку. Эти“ же меры при­ меняют п на пластах, кровля которых склонна к боль­ шим ступенчатым опусканиям и образованию заколов, из которых могут выпадать значительные объемы пород.

Очевидно, что причины неудовлетворительного со­ стояния кровли в приведенных случаях принципиально различны.

Прочные непосредственные кровли пластов в одних случаях не дают вывалов и не имеют ступеней, а в дру­ гих эти явления настолько развиты, что вызывают ос­ ложнение в работе забоев и даже их остановку.

Изучение выволообразования на пластах с устойчи­ выми кровлями показало, что они приурочены в основ­ ном к плоскостям трещин давления и образуются в призабойной части поддерживаемого пространства. Та­ кие вывалы характерны для зон, в которых возникает система близко расположенных трещин.

При более прочных кровлях чаще наблюдаются кли­ нообразные вывалы, образующиеся за счет отжатия и выпадения нижних кромок блоков в зоне трещин давле­ ния. Замечено, что при трещинах с большим углом па­ дения отжимаются задние кромки блоков, а при мень­ ших — передние.

При непосредственных кровлях, сложенных прочными песчаниками, чаще наблюдаются вывалы в виде кор­ жей, отделенных от кровли трещинами, проходящими

26

часто по неослабленному массиву. Это явление наблю­ далось на пластах ki Дроновском шахты им. XVII Партсъезда, XXI шахты «Березовская, XII шахты нм. В. И. Ленина и др.

Формирование трещин в нижней части кровли и об­ разование вывалов зависит от прочности пород, слагаю­ щих непосредственную кровлю. При кровлях средней прочности объемы вывалов больше, чем при прочных.

Установить какую-либо зависимость параметров вы­ валов от типа применяемой крепи не представляется воз­ можным, так как на них оказывает влияние не только тип крепи, ее несущая способность, но и конструктивное выполнение ее верхнего строения. Чаще вывалы наблю­ даются в лавах с бесстоечным призабойным пространст­ вом и при механизированных крепях с большими зазо­ рами между секциями и подрессоренными консолями.

Ступенчатая форма смещения свойственна кровлям, сложенным алевролитами, прочными аргиллитами, сла­ быми песчаниками. Величина ступеней не остается по­ стоянной при подвигаини забоя и зависит как от состоя­ ния кровли над лавой и выработанным пространством, так и несущей способности крепи. Большая величина про­ седаний блоков (300—500 мм) наблюдается после оса­ док основной кровли, в основном же она колеблется в пределах 50—150 мм.

В лавах пласта 14, имеющих одно направление под­ вигания, в качестве усиления призабойной крепи приме­ нялись дополнительные стойки, устанавливаемые под металлический верхняк: в лаве 14—29 — стойки СДТ-IV, в лаве 14—32 — гидравлические стойки ГС. Средняя ве­ личина смещений кровли по первой от забоя трещине в лаве с гидравлическими стойками была на 30—50 мм меньше, чем в лаве со стойками СДТ-IV.

Как показали наблюдения, в лавах с разными типа­ ми и схемами крепи ступенчатая форма смещения свой­ ственна классу труднообрушаемых кровель. Молено счи­ тать установленным, что смещения кровли по трещинам (заколам) в призабойном пространстве лав зависят в

27

определенных пределах от суммарного сопротивления крепи. Однако четкой зависимости установить на основе шахтных наблюдений не удалось. Причиной этого яв ляется зависимость величины проседания кровли по за­ колам от распределения сопротивления крепи по ширине призабойного пространства, от механизма разрушения и перемещения непосредственной и основной кровель и других факторов, которые в шахтных условиях не всег­ да можно учесть или предвидеть их изменение и харак­ тер влияния.

Установлено также, что на пластах, непосредственная кровля которых сложена прочным песчаником, ступени в кровле составляют всего 10—20 мм, а иногда отсут­ ствуют совсем, хотя имеются видимые трещины давле­ ния или трещины естественного кливажа.

Расстояние между ступенями в кровле изменялось от 0,3 до 5 м, однако в большинстве случаев было равно или кратно шагу выемки пласта. Более стабильными были расстояния между ступенями в лавах, выемка угля в которых производилась с помощью комбайнов, и менее стабильными — в лавах с выемкой угля с помощью ВВ или врубовых машин.

Проведен анализ более 800 замеров расстояний меж­ ду плоскостями оседания блоков непосредственной кровли. В основу анализа было положено отношение

где I — расстояние между ступенями; b — глубина захва­ та выемочной машины. Были использованы все более или менее представительные данные при разных породах кровли, шагах выемки, применяемой крепи и глубинах разработки. Результаты анализа приведены на рис. 3, из которого видно, что на интервал значений Й5= 0,7— 1,2 приходится более 50% замеренных данных, т. е. более чем в 50% случаев расстояние между ступенями (зако­ лами) было близко к шагу выемки. Кроме того, данный анализ позволил установить относительное увеличение числа случаев в интервалах, кратных шагу выемки (при

/б= 2 до 7% и при /б = 2,8ч-3,2 до 3,5%). В процессе анализа встречались отдельные случаи, когда значение 1б достигало 4 и 5. Следует сказать, что в анализ не включены лавы, в которых работали струги. Величи­ на 1б в этих лавах достигала 8—10. Анализ показал, что

28

расстояние между отупениями в непосредственной кров­ ле пластов в основном равно или кратно шагу выемки при изменении последнего от 0,5 до 1,8 м.

Разумеется, что на величину этого расстояния оказы­ вает влияние абсолютное значение шага выемки, проч­ ность пород, их трещиноватость, глубина работ и другие факторы.

Рис. 3. Плотность распределения отно­ сительного расстояния между заколами

вкровле

Впроцессе анализа установлено, например, что при глубине вруба 0,63 м средняя величина Iq для глинистых

сланцев прочностью 450—490 кгс,/см2 при глубине работ 250 м составила 1,13; для алевролитов прочностью 350 кгс/см2 при глубине залегания 200 м 1,48; для пес­

трещиноватости в прочных породах средняя величина /б была близка к единице. Эти данные говорят о том, что в одной и той же лаве трещины могут возникать как при каждой выемке, так и через одну, две и т. д. Из анализа следует, что тип применяемой крепи не оказывает влия­ ния на величину Ц. Последнее говорит о том, что совре­ менные крепи не могут влиять на характер разрушения прочных кровель, который определяется напряженным состоянием и прочностными свойствами пород и пласта.

Следует отметить, что расстояние между ступенями в непосредственной кровле далеко не всегда равно рас­ стоянию даже между видимыми трещинами. Примером может служить характер смещения кровли на пласте 26а шахты «Абашевская», где расстояние между тре­

29

щинами составляло 0,1—0,7 м, а расстояние между сту­ пенями было близко к шагу выемки (0,8 м) и состав­ ляло 0,7—0,9 м [26].

Большое влияние на общее состояние кровли в при­ забойном пространстве оказывает характер поведения

---------------------------------- вгоо

Рис 4. Состояние кроплн в лавах пласта /:2 Дроновского:

а — 21-й восточной; б —21-н западной

кровли в выработанном пространстве. Наблюдения в ла­ вах с противоположным направлением движения забоя показали, что зависания кровли (под которыми мы по­ нимаем расстояние от последнего ряда крепи до точки смыкания кровли и почвы) колебались в весьма широ­ ких пределах от 0 до 12 м (рис. 4). Расстояние между кровлей и почвой на рисунке указано цифрами.

30

В кровле систематически образуются наклонные тре­ щины. Расстояние между ними в среднем равно шагу выемки комбайна. Образовавшиеся крупные блоки по­ род составляют арочную систему с длиной пролета арок 8—13 м с зависанием блоков в выработанном простран­ стве. Периодически наблюдается усиление давления на крепь, совпадающее по времени с проседанием зависших блоков. Отдельные замеры высоты зоны обрушения кров­ ли показали, что зона расслоения пород проходит по об­ ласти контакта сланца и песчаника. Из рисунка видно, что оседающие блоки отжимают нижнюю кромку необ­ рушенной части кровли. Это указывает на наличие значительных сил бокового распора в арке. Поверхности просевших блоков имеют следы сильного трения. Иногда смещение блоков происходит по нескольким близко рас­ положенным трещинам. В этих случаях образуются пли­ тообразные куски пород, выпадающие вместе с проседа­ нием блоков. Проскальзывания блоков относительно друг друга колебались в пределах 0—30 мм.

Шаг обрушения кровли в выработанном пространстве составил около 6 м в обеих лавах. По этому принци­ пу— промерам и последовательным построениям профи­ лей— проводились наблюдения и на других пластах. В результате построены типичные профили кровли лав для пластов, разрабатываемых шахтами: № 7-бис, пласт

ko Наддроновскпй (рис. 5, а); «Зыряновской», пласт 22 (рпс. 5,6); «Мушкетовская-Вертпкальная», пласт Смоляниновскпй (рис. 5,б); «Подъемная», пласт Фоминский (рис. 5, г ) ; «Абашевская», пласт 14 (рис. 5,5); «Капи­ тальная», пласт П2 (рис. 5, е); «Чертинская», пласт 3 (рис. 5,ж ); «Абашевская», пласт 26а (рис. 5 ,з).

На рис. 5 профили расположены в порядке возраста­ ния мощности отрабатываемого пласта от 0,65 до 2,1 м. Характерным является то, что во всех случаях зависа­ ний кровли в выработанном пространстве она была раз­ бита наклонными трещинами, падающими на забой. При этом мощность непосредственной кровли превышала двойную мощность пласта, а основная кровля была пред­ ставлена песчаником значительной мощности от 3 до 12 м. В некоторых случаях блоки непосредственной кров­ ли в выработанном пространстве систематически обрушались, а в других — при значительных зависаниях кровли, несмотря на наличие трещин, взаимные про-

31