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

1

скальзывания блоков («ступени») были незначительны­ ми или совсем отсутствовали (рис. 5,а ).

Наблюдения показали, что в периоды больших за­ висаний кровли в выработанном пространстве состояние ее в призабойном пространстве было вполне удовлетво­ рительным. Проседание кровли по заколам было неболь­ шим или отсутствовало совсем.

Рис. 5. Типичные профили лав на пластах с прочными кровлями

Состояние кровли в призабойном пространстве резко ухудшалось в момент обрушения зависающей части кровли. При этом резко возрастали смещения кровли, взаимные проскальзывания блоков, которые сопровож­ дались вывалами пород из наклонных трещин. Иногда эти процессы происходили настолько бурно, что приво­ дили к внезапным завалам лав. Завалы чаще происхо­ дили в лавах с минимальным рабочим пространством по ширине. Этим, собственно, и объясняется широкое при­ менение на таких пластах паспортов крепления с увели­ ченной шириной поддерживаемого пространства.

На основе шахтных наблюдений удалось установить, что сопротивление крепи не влияет на величину зависа­ ния кровли в выработанном пространстве. К такому же выводу пришли и немецкие ученые [24], объясняя это малым диапазоном изменения сопротивления крепи.

32

Зависание разрушенной наклонными трещинами кров­ ли в выработанном пространстве на больших пролетах объясняется наличием больших сил распора в системе блоков. Это приводит к возникновению арочной системы, т. е. арки с переменным пролетом, удерживаемой за счет совместного действия сил распора и сопротивления крепи.

§ 3. Величина и скорость перемещения кровли

Для пластов с блочным разрушением непосредствен­ ной кровли характерны склонность кровли к резким сме­ щениям в призабойном и выработанном пространстве, большая неравномерность смещения, небольшой угол

Расстояние от точки измерения до задоя, м

Рис. 6. Графики опускания кровли

наклона нижней поверхности блоков, опускание основ­ ной части кровли за счет проскальзывания блоков по наклонным трещинам.

На рис. 6 приведены графики опускания кровли по двум лавам пласта k2. Сплошными линиями показано положение кровли при наибольшем пролете арок, пунк­ тирными— после оседания кровли в выработанном про­ странстве. Из рисунка видна значительная разница в смещениях кровли в двух указанных крайних случаях. Остальные кривые наклона кровли занимают промежу­ точное положение.

Из графиков также видно влияние конструкции кре­ пи на характер смещения кровли. В одной половине 21-й

восточной лавы в качестве специальной крепи применя­ лись три ряда кустов из стоек СДТ, а в другой — то же, из деревянных стоек. 21-я западная лава крепилась пол­ ностью деревом. Несущая способность деревянных стоек на расстоянии более 3 м от забоя резко снижается за счет массового их излома, тогда как сопротивление стоек СДТ возрастает по мере опускания кровли.

Смещения кровли в 21-й западной лаве и в 21-й вос­ точной лаве на участке с деревянными кустами значи­ тельно (на 100 мм в 5 м от забоя) превышают смещения кровли в 21-й восточной лаве на участке с кустами из стоек СДТ. Эта закономерность наблюдается как при максимальном пролете арок, так и после оседания кровли.

Результаты измерений величин опускания кровли в

ние составляло 150— 170 мм, а после проседаний арочной системы — 200—300 мм. Это объясняется неравномер­ ным характером смещения и обрушения кровли.

В лавах с механизированными крепями смещения кровли также достигали 250—400 и даже 600 мм, что приводило к зажатию стоек. На пласте 26а было зажато 16 секций крепи КМ-3, на пласте 5 10 секций крепи

МК, на пласте Красноорловском 27 секций крепи

омкт.

Для понимания механизма перемещения блоков по­ мимо величины опускания кровли важно знать скорость опускания. Измерения показали, что скорости колеб­ лются в значительных пределах при одних и тех же рабочих процессах. В связи с этим мы разделили опуска­ ние кровли на а к т и в н о е , когда наблюдается суще­ ственное увеличение скоростей в период рабочих про­ цессов, и п а с с и в н о е , когда величины скоростей при рабочих процессах практически не отличаются от ско­ ростей вне влияния рабочих процессов (табл. 1).

Из таблицы видно, что средняя скорость смещения в периоды резких осадок кровли больше соответствую­

кровли при ее посадке больше, чем средняя скорость при выемке в оба периода смещения кровли, в 4—10 раз. Максимальная скорость смещения достигала 32 мм/мин.

34

скорость опускания.

Следует сказать, что эта цифра несколько занижена, так как точность отсчета времени принималась 0,5 мин.

Н. М. Садыков [36] при применении механических самописцев с электрическим двигателем зафиксировал скорость смещения 100— 125 мм/с.

К сожалению, пока не разработаны надежные ско­ ростемеры, которые позволили бы с большей точностью установить скорость смещения кровли и штоков стоек,

при больших зависаниях кровли в выработанном про­ странстве и при их отсутствии. Индикаторы устанав­ ливались у границ соседних блоков.

На рис. 7 показан пример схемы расположения ин­ дикаторов при измерении скоростей. Под блоком длиной 3,4 м установлены три индикатора на разном расстоя­ нии от забоя. Отсчеты производились по всем индика­

2* 35

торам. Построение совмещенных во времени графиков скоростей позволило установить характер распределения их по длине блоков и по ширине призабойного простран­ ства в целом. На рис. 8, а показано последовательное изменение скоростей опускания нижней кромки одного и того же блока, измеренных в четырех т'очках на раз­ ных расстояниях от забоя. Проекция линии на горизон­ тальную плоскость определяет длину блока по прости-

Рис. 8. Графики изменения средних скоростей смещения блоков

ранию пласта; точки на линиях соответствуют расстоянию точек измерения от забоя. Сплошные линии относятся к периодам посадки кровли, пунктирные — к периодам выемки пласта. Зависание кровли в выра­ ботанном пространстве 5 м.

Изменение скоростей опускания кровли по длине блока независимо от выполняемых в лаве производ­ ственных процессов во всех случаях указывает на то, что при перемещении происходят повороты и проскаль­ зывания блока как целого тела.

Представляют интерес результаты одновременных замеров характера смещений блоков в призабойном пространстве. Края соседних блоков смещаются с разной скоростью. Причем задние края ближних к забою бло­ ков «обгоняют» передние края дальних от забоя блоков (рис. 8,6). Это еще раз подтверждает то, что блоки проскальзывают относительно друг друга по наклонным трещинам.

В результате наблюдений установлены некоторые за ­ кономерности:

36

при большой скорости смещения кровли соседние блоки движутся с разными скоростями, т. е. проскаль­ зывают, в остальное время скорости смещения блоков практически одинаковы.

В период выполнения в лаве производственных про­ цессов блоки разворачиваются в сторону выработанного

Рис. 9. Графики относительных смеще­ ний кровли:

1, 2, 3— соответственно до проседания, после проседания, во время проседания арочной си­ стемы

пространства на некоторый угол (около 3°), после чего движение их становится плоскопараллельным, т. е. блоки выскальзывают из массива кровли без разворота; при отсутствии в лаве зависающих блоков наблю­ дается «клевание» кровли в сторону забоя, которое можно объяснить тем, что сопротивление крепи вблизи

заднего края блока, больше, чем у переднего.

Основное смещение кровли происходит за счет про­ скальзывания блоков по наклонным трещинам.

По результатам наблюдений, проведенным в 12 лавах на пластах мощностью от 0,8 до 2,0 м, построен график относительных смещений кровли (рис. 9). Из графика видно, что во время проседаний арки система блоков смещается почти равномерно по всей ширине призабой­ ного пространства.

37

Величина относительных перемещений кровли во время проседаний арок определена как разность между ординатами соответствующих точек на линиях 1 и 2 . Пунктирная линия показывает изменение этой величины в зависимости от расстояния от точки замера до забоя. На расстоянии 3 м от забоя видно некоторое увеличение смещения кровли. Это вызвано тем, что минимальная ширина призабойного пространства после посадки со­ хранялась в пределах 3 м. Положение пунктирной линии дает представление о возможной величине опускания кровли при посадках.

К сожалению, в шахте почти невозможно измерить смещения кровли в выработанном пространстве. Оче­ видно, что подобные исследования необходимо проводить на моделях.

§ 4. Разрушение пород над призабойным пространством лав

Исследования разрушения пород над призабойным пространством движущегося очистного забоя проводи­ лись на пласте 14, разрабатываемой шахтой «Абашевская» в Кузбассе. Мощность пласта в среднем 1,4 м. Пласт состоит из двух пачек угля, разделенных прослой­ ком аргиллита мощностью 0,1 м, расположенным в 0,25—0,30 м от почвы пласта. Литологический состав кровли в пределах шахтного поля остается почти по­ стоянным.

Кровля пласта представлена мелким алевролитом. Мощность алевролита колеблется от 3,5 до 5,7 м. Над алевролитом залегает песчаник мощностью 7—10 м.

лено, что общий характер поведения кровли во всех лавах одинаков — систематическое образование наклон­ ных трещин и блоков, способных зависать в выработан­ ном пространстве. Во всех лавах наблюдаются относи­ тельные проседания блоков до 300 мм, образующих ступенчатую поверхность кровли.

Исследования в лаве 14—29. Мощность пласта в лаве 1,35— 1,40 м. Лава крепилась деревянными стойками под деревянный распил, расстояние между рамами 1 м. Диаметр стоек 0,12—0,15 м. Между деревянными стой­

38

ками первого от забоя ряда устанавливались металли­ ческие стойки типа СДТ-IV под металлический верхняк

«Донбасс».

Визуальными наблюдениями установлено, что рас­ стояние между наклонными трещинами давления коле­ балось от 0,5 до 3,2 м, в основном находясь в пределах 1,4—1,6 м. Зависание кровли в выработанном простран­ стве достигало 6—8 м. Периодически отмечались повы­ шенные нагрузки на крепь, в результате которых проис­ ходили поломка крепи и значительные проседания бло­ ков. Обычно таким явлениям предшествовали резкие смещения кровли с быстрым (в течение 10—20 мин) смятием деревянных верхняков. Обрушение кровли в выработанном пространстве в таких случаях происхо­ дило очень бурно, вызывая зачастую воздушную волну. Просевшие блоки полностью опускались на почву, не разрушаясь на отдельные куски. Поверхности обрушен­ ных блоков обычно носили следы сильного истирания.

ломом деревянной крепи. Тумбы ОКУ-IV были пол­ ностью зажаты. В верхней части лавы кровля опусти­ лась на 0,9 м (сечение А — А), деревянная крепь поло­ мана, тумбы повалены в сторону забоя.

На рис. 10,6 показан случай, когда опускания кровли были небольшими, но в призабойное простран­ ство проникло большое количество породы из заколов вблизи забоя.

На рис. 10, в показан случай, когда деревянная крепь была поломана, поддерживаемые у забоя блоки кровли сместились на 0,29 м и врезались в уголь. Форма тре­ щин прямолинейная или близкая к ней.

Во время следующей резкой осадки кровли произо­ шел полный завал лавы с поломом металлической и деревянной крепи, за исключением тумб, которые про­ сели нажестко (рис. 10, г). Пунктирная линия указы­ вает положение забоя во время завала лавы. Поверх­ ность необрушенной части кровли имеет криволинейную форму. Здесь также наблюдается выкрашивание породы из области трещины.

39