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

незаметно выхода основной трещины, так как нижний слой нарушенного аргиллита затушевывает общую схему разрушения (рис. 18). Из пиши бурились наклон­ ная 1 и вертикальная 2 скважины. Нижний слой аргил­ лита также разрушился под влиянием ниши, что уста-

j

Рис. 17. Характер разрушения непо­ средственной кровли над нишей

новлено по данным трех скважин. Основная же наклон­ ная трещина 3 прошла вдоль скважины выше аргиллита. Раскрытие ее в нижней части 6 мм, а на высоте 2,8 м — 13 мм. Угол наклона трещины 60—63°.

По данным замера скважины установлено, что тре­ щина местами раздваивалась и снова соединялась, об­ разуя как бы «островки» в виде тонких (толщиной 8—15 мм и длиной 200—500 мм) плиток, что замечалось и ранее в зоне взаимного проседания блоков. На высоте

56

такту. В наклонной скважине, направленной в сторону движения лавы 4, трещина была зафиксирована с по­ мощью ультразвукового прибора [38], а в сторону вы­ работанного пространства — с помощью зеркального перископа. Расстояние между точками замера около 6,5 м. Возможно, что подобные трещины по ослаблен­ ным контактам возникают в опорной зоне в результате проведения ниш.

Рис. 18. Разрушение аргиллита над нишей и форма наклонной трещины

Влияние осадки основной кровли сказалось на харак­

в лаве было хорошим. После проведения ниши и обо­ рудования измерительной станции появились признаки усиленного давления. И в забое лавы, и в нише наблю­ дался усиленный отжим угля. В крове ниши появилась слабонаклонная трещина II, перерезавшая все три сква­ жины, по которой впоследствии произошло смещение кровли в сторону движения забоя на 70 мм. Смещения по нормали к пласту достигли 190 мм. Трещина II обра­ зовалась под воздействием смещения кровли по наклон­ ной трещине I, проходящей, как обычно, вдоль линии забоя. В районе ниши след трещины искривился _(см. рис. 19). Это подтверждает, что возникновение трещин давления вдоль забоя и их положение определяется формой забоя и напряженным состоянием пород. Штри­

57

•

ховкой на рисунке показана зона отжатого угля в нише. Опускания кровли достигли 300—400 мм, причем только по первому заколу составили до 150 мм. Задняя часть крепи испытывала значительную нагрузку сместивши­ мися блоками кровли. Наблюдения в нише были пре-

Рис. 19. Состояние кровли и схема образования трещин в период влияния вторичных осадок:

а— в нише; б— в лаве выше ниши; в— в лаве ниже ниши: г — следы искрив­ ленных трещин / и II в кровле в раПоне нншн (план)

кращены, так как кровля в ней при дальнейшем подвигании забоя обрушилась.

Увеличение сопротивления крепи в два раза не ока­ зало никакого влияния на общий характер разрушения кровли. Однако состояние кровли в призабойном про­ странстве при более высоком сопротивлении крепи улучшилось (уменьшились величина проседаний по за­ колам, объемы вывалов и т. д.).

Исследования в лаве № 12 пласта XXVII. Мощность

58

низированным комплексом КМ-87Д. Глубина работ

200 м.

Непосредственно над угольным пластом залегает светло-серый, среднезернистый, слоистый, трещиноватый песчаник мощностью 4,5 м. Слоистость обусловлена на­ личием на плоскостях напластования углистых прослоев, растительных остатков и обугленного мелкого раститель­ ного детрита. Выше песчаника идет чередование алевро­

стого прослоя (0,03 м). Прочность песчаника на сжатие 1400—1500 кгс/см2, прочность алевролита 1300 кгс/см2. Почва пласта представлена крепким песчаником. На контуре кровли, представленной песчаником, четко про­ слеживается естественная трещиноватость. Трещины не все прямолинейны, пересекают друг друга под разными углами, расходятся, внезапно прерываются на попереч­ ных трещинах, иногда заканчиваются в массиве пород кровли и возникают снова со смещением одна отно­ сительно другой на 10—20 см. Расстояние между тре­ щинами колеблется в широких пределах — от 0,1 до 0,8 м, иногда и более. Направление линии простирания одной из систем трещин 215—240°.

Толщина трещин 2—2,5 мм, однако они все закрыты и заполнены кальцитом. Раскрытие их наблюдается только в местах пересечения или совпадения с трещи­ нами давления.

Разрушение кровли происходит по наклонным тре­ щинам давления криволинейной формы, особенно в нижней их части. При пересечении естественных трещин форма и угол их наклона изменяются, но в незначи­ тельной степени. Разрушение по естественным трещинам происходит только вблизи трещин давления. Расстояния между видимыми трещинами давления колебались в пре­ делах 0,6—3 м, преимущественно составляя 1,2—1,8 м. Смещений кровли по трещинам давления, за редким исключением, не отмечалось. Максимальные смещения кровли 30 мм.

В выработанном пространстве наблюдалось система­ тическое выпадение нижнего слоя кровли мощностью 0,2 м. Иногда высота обрушения достигала 1,5—2 м и очень редко 4—5 м на значительном удалении от крепи. Зависание пород за крепью происходило систематически

59

1

и колебалось от 2 до 6 м, иногда и более. Во всех случаях на контактах слоев наблюдалось повсеместное распространение растительных остатков.

Выпадение нижних слоев кровли мощностью до 1 м происходило беспорядочно, при большей мощности — упорядоченно в виде блоков. Следует сказать, что в выработанном пространстве часто раскрывались естест-

Рис. 20. Следы трещин давления в скважинах на пласте XXVII

венные трещины, направленные под углом 60—90° к за­ бою, ограничивая длину блоков вдоль лавы до 0,5—-1 м.

Вследствие того что блоки кровли в выработанном пространстве смещались по наклонным линиям, в ниж­ ней части кровли возникали большие силы распора. На рис. 20, а и б показано положение скважин и обнаружен­ ных в них трещин, пунктиром обозначено начальное положение скважин, сплошной линией — последующее. На рис. 20,s приведена типичная форма трещин вблизи контура кровли.

Скважина I была пройдена на глубину 6,54 м на расстоянии 0,2 м от забоя. В ней вначале было обна­ ружено три трещины расслоения на высоте 1637, 4547 и 4567 мм, толщиной соответственно 0,5, 1 и 2 мм и одна наклонная трещина толщиной 6 —7 мм на высоте 2003 мм, пересекающая скважину под углом 64°.

После прохода комбайна и передвижки крепи к за ­ бою толщина нижней трещины по напластованию увели­ чилась до 5 мм и на высоте 2597 мм появилась новая

60

трещина — слабо наклонная, с рваными краями, тол­

щиной 7 —8 мм.

В период прохода комбайна и передвижки крепи из стенок скважины выпадали куски песчаника длиной от 15 до 200 мм. Они образовывались в зонах пересечения скважины с трещинами давления и кливажа.

Скважина 2 пробурена на расстоянии 0,6 м от забоя на глубину 8065 мм. При первом осмотре в ней на глубине 1035 мм обнаружена трещина по напластова­ нию толщиной 3 мм и на глубине 1855 мм — наклонная трещина толщиной 0,5 мм. После двухкратного прохода комбайна при расстоянии от забоя 1,87 м в ней на высоте 5740 мм появилась еще одна трещина толщиной 10 мм по напластованию, приуроченная к пропластку угля, и одна слабонаклоиная на глубине 162 мм. По трещине на высоте 5740 мм произошло смещение кровли на величину 10 мм по напластованию верхней границы блока в сторону выработанного пространства.

Общая длина скважины в результате расслоения увеличилась на 30 мм. При удалении забоя от сква­ жины на расстояние 2,45 м в ней образовалась только одна трещина толщиной 2—3 мм по напластованию на высоте 705 мм.

Анализ картины разрушения кровли над выработ­ кой показал, что расстояние между трещинами по про­ стиранию пласта составляло 1,2—1,8 м. Трещины пере­ секали всю мощность непосредственной кровли до про­ пластков угля. Форма трещин криволинейная. Наблю­ далось смещение вышележащих слоев кровли, однако шаг их обрушения установить не удалось. Приближенно он может быть определен по пикам смещений кровли, расстояние между которыми составило 7—9 м. Следует указать, что первые трещины давления пересекали пло­ скость контактирования кровли с углем впереди забоя. Вследствие большой прочности пород в системе блоков возникли большие силы распора, которые не допускали взаимного проседания блоков в призабойном простран­ стве. Арочная система, образовавшаяся в непосредствен­ ной кровле, обладала значительной собственной несущей способностью.

Блочная схема разрушения непосредственной кровли наблюдалась и на многих других пластах, отрабаты­ ваемых с применением механизированных крепей:

61

Красиоорловский (шахта «Грамотеинская», комплекс ОМКТ) и т. д.

Результаты исследований характера и параметров разрушения трудноуправляемых кровель с помощью скважин позволили установить, что такие кровли разру­ шаются наклонными трещинами на отдельные эле­ менты— блоки. На размеры этих элементов оказывают влияние строение и прочность кровли, технология вы­ емки угля (глубина захвата выемочной машины), глу­ бина работ и т. д. От типа и несущей способности крепи параметры разрушений непосредственной кровли не за­ висят.

§ 5. Сопротивление крепи

Исследованиями установлено, что нагрузки на крепи очистных забоев могут колебаться в значительных пре­ делах. На ряде пластов максимальные нагрузки на крепь вообще превышали несущую способность крепи и не могли быть замерены. Причем появление значи­ тельных нагрузок на крепь необязательно связано с ее работой в условиях заданной деформации, установлен­ ной Г. Н. Кузнецовым. Например, по данным измерений, в Донбассе [30] на пласте k2 нагрузки на 1 м простран­ ства, поддерживаемого с помощью стоек СДТ и тумб ОКУ, составили 99— 170 тс и 104— 171 тс при применении стоек ГС и тумб ОКУ. Нагрузки на крепь при управ­ лении кровлей с помощью кустов из стоек СДТ дости­ гали 300 тс и более (увеличенная ширина призабойного пространства). Состояние кровли в последнем случае было лучше чем в двух предыдущих. Попытка приме­ нить жесткую крепь МПК на этом пласте оказалась неудачной, так как за один месяц она была деформи­ рована.

На пласте 14 в лаве № 14—29 сопротивление стоек изменялось от 3—4 тс до полного их излома, а тумб ОКУ — от 18—20 до 90 тс даже до полного проседания при неоднократных завалах лавы. При этом во многих случаях происходили разрывы замков тумб.

62

Аналогичный характер изменения сопротивления крепи наблюдался и при работе механизированных крепей. Например, на шахте «Чертинская» сопротив­ ление крепи КМ-87 изменялось от 15,8 до 30,4 тс/м2, на шахте «Украина» — от 11,1 до 25,8 тс/м2, на шахте «Березовская» — от 15,8 до 39 тс/м2. На шахте «Чер­ тинская» при работе комплекса ПМК сопротивление крепи изменялось от 12,6 до 38,3 тс/м2 (сопротивление срабатывания клапанов стоек было повышено). На шахте «Бутовская» (пласт Конгломератовый) нагрузки иа крепь ПМКЭ колебались от 40 до 210 тс на секцию [39]. При этом установлено, что проседание блоков по трещинам зависит от сопротивления крепи: при на­ стройке секций крепи на 160 и 100 тс проседание соот­ ветственно равно 20 и 70 мм. Следует отметить, что при низком сопротивлении крепи состояние кровли было неудовлетворительным: большие проседания по трещи­ нам, вывалы, зажатия крепи и т. д.

До настоящего времени сравнение условий работы крепи и выбор исходных данных для расчета механи­ зированных крепей производили на основе средних вели­ чин, установленных при продолжительных исследова­ ниях. При этом сопротивление крепи относили к 1 м2 поддерживаемой площади без учета ширины поддержи­ ваемого пространства и приходящегося на него числа стоек или секций крепи, частоты передвижки посадочной крепи, степени «разгрузки» кровли при посадках и т. д., хотя все эти факторы оказывают существенное влияние на состояние кровли и сопротивление крепи.

Фактические условия нагружения крепи как вдоль очистного забоя, так и в направлении его подвигания изменяются постоянно. В одном и том же цикле разные единицы крепи развивают разное сопротивление. Неко­ торые из них даже деформируются в то время, когда другие значительно недогружены. Предполагалось, что выравиить сопротивление крепи можно при использо­ вании гидравлических стоек. Однако на практике ока­ залось, что стойки механизированных гидравлических крепей развивают сопротивление еще более неравно­ мерно, чем стойки трения. Это объясняется более жест­ кой, чем у стоек трения, характеристикой гидравличе­ ских стоек до выхода их на рабочее сопротивление. При небольшой разнице в величине податливости гидрав-

63