Файл: Воскобоев, Ф. Н. Управление горным давлением при разработке тонких и средней мощности крутых пластов в сложных горногеологических условиях.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.11.2024
Просмотров: 55
Скачиваний: 0
|
Описанная технологическая схема успешно |
прошла |
про |
|||
мышленные испытания на шахте |
№ 10 им. Артема |
комбината |
||||
"Ворошиловградуголь". В течение трех месяцев |
испытаний |
|||||
на |
выбросоопасном пласте Л j |
мощностью |
1,4-2,8 м нагруз |
|||
ка |
на очистной забой увеличилась в 2 раза |
- |
с 4 |
до |
8 тыс.т |
|
в месяц, производительность труда повысилась почти в 3 ра за - с 69,3 до 200,7 т/месяц, себестоимость угля снизилась
более чем в три раза - |
с 4 р. 80 к. до |
1 р. 46 к., расход ле |
|
са |
сократился в 5 раз |
[43] . |
|
‘ |
Область применения |
способа выемки |
ограничивается гус |
тотрещиноватыми слабыми пластами или склонными к вне запным высыпаниям и горным ударам с боковыми породами средней устойчивости и устойчивыми. Этот способ механи зированной безлюдной выемки является, по существу, един ственно возможным при значительных (более - 25%) коле баниях мощности пласта в пределах этажа. Отработку стол бов следует вести на передний квершлаг с погашением вен тиляционного ( промежуточного) штрека. При разработке столбами по простиранию без применения крепи диагональ ным забоем возможно осуществлять подобно опыту ФРГ [28] управление горным давлением закладкой - регулируемым пе
репуском пород с вышележащего горизонта |
либо оставлени |
|||
ем промежуточных целиков с интервалами |
по |
простиранию |
||
менее предельного пролета кровли (столбовые |
системы |
в |
||
ФРГ). При неустойчивом нависающем угольном |
массиве |
для |
||
предупреждения произвольных обрушений на больших |
площа |
|||
дях целесообразно укреплять его искусственными |
смола |
|||
ми [28]. |
|
|
|
|
УПРАВЛЕНИЕ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ ПОЛНОЙ ЗАКЛАДКОЙ
Одним из направлений комплексной механизации работ в очистных выработках крутых пластов при управлении боко выми породами полной закладкой выработанного пространст ва является применение механизированных дистанционно-уп равляемых выемочных комплексов с облегченными пере движными ограждениями, принцип передвижения которых ос нован на использовании сил бокового давдения закладочного материала. Технико-экономические преимущества такой схе мы по сравнению с гидрофицированными крепями поддержи-
43
вающего типа заключены прежде всего |
в |
сравнительной |
|||
простоте конструкций, небольших металлоемкости |
и |
весе, |
|||
возможности использования природных |
сил |
(давление заклад |
|||
ки) для производства полезных работ |
в |
очистных |
забоях. |
||
Указанные преимущества предопределяют |
возможность |
раз |
|||
работки более надежных конструктивных схем |
и |
осущест |
|||
вления в более простых технических решениях |
дистанцион^ |
||||
ного управления забойными механизмами. |
|
|
|
|
|
Э'то направление привлекло к себе |
внимание отечествен |
||||
ных и зарубежных специалистов. Наибольший опыт |
по соз |
||||
данию и применению комплексов с оградительными |
крепями |
||||
в сочетании с полной закладкой выработанного пространства
накоплен в ФРГ [28]. |
|
|
В СССР экспериментальные и |
научно-исследовательские |
|
работы по совершенствованию комплексов |
с оградительными |
|
крепями и закладкой проводились |
в начале |
60-х годов. В |
качестве выемочных органов в этих комплексах применялись главным образом струги и струго-тараны. Оградительные крепи представляли собой, как правило, металлические сетки разнообразных конструкций, снабженные элементами жест кости в поперечном сечении. Последние способствуют со хранению более или менее постоянных размеров призабойно го пространства. В верхней части у вентиляционного (про
межуточного; штрека ограждение снабжено |
устройством для |
подвешивания в специальных направляющих, |
по которым |
производится механизированная передвижка ограждения вслед
за подвиганием забоя. Оградительная крепь |
выполняет фун |
|||||||
кцию ограждения призабойного |
пространства |
от |
|
проникнове |
||||
ния закладки и обрушенных пород, а также |
|
обеспечивает |
||||||
направленную доставку оббитого угля. |
Если |
|
ограждение |
|||||
снабдить |
устройствами дЛя распора в боковые |
породы, |
то |
|||||
оно будет |
относиться к крепям |
оградительно-поддерживаю- |
||||||
щего типа, выполняющим функцию активного |
поддерживания |
|||||||
кровли. |
В |
большинстве случаев |
применялись |
оградительные |
||||
крепи |
U |
-образной формы поперечного сечения, |
обращен |
|||||
ные выпуклостью к забою. Известны и другие |
конструктив |
|||||||
ные разновидности крепей. |
|
|
|
|
|
|
||
Наряду с успешными результатами |
промышленной |
экс |
||||||
плуатации |
дистанционно управляемых комплексов |
с огради |
||||||
тельными |
крепями и полной закладкой |
выработанного |
про |
|||||
странства |
имели место неполадки и аварийные |
|
ситуации. |
|||||
44 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Фактор,i, их вызвавшие, можно сгруппировать в три груп пы: горногеологические, производственно-технические и кон
структивные, касающиеся схемы и |
параметров механизиро |
||||
ванных |
крепей. |
|
|
|
|
С факторами, отнесенными к первой группе, связана воз |
|||||
можная |
область применения испытываемых |
конструкций, ко |
|||
второй |
- |
влияние главным образом |
ориентировки |
очистного |
|
забоя в |
|
пространстве, к третьей - |
обоснованность |
и соот |
|
ветствие |
схемы и параметров ограждения |
условиям приме |
|||
нения и геомеханическим требованиям, предъявляемым к ог
раждениям. |
|
|
|
|
Анализ отечественного и зарубежного опыта |
и |
получен |
||
ных результатов исследований дает основание |
констатиро |
|||
вать недостаточную изученность влияния |
факторов |
трех пе |
||
речисленных групп, и особенно третьей группы, |
что |
сдержи |
||
вает совершенствование конструктивных |
разработок, |
техно |
||
логию выемки и расширение области ее применения. |
|
|
||
В свою очередь, как уже подчеркивалось ранее, |
основ |
|||
ным источником исходных данных для создания |
работоспо |
|||
собных и эффективных оградительных или оградительно под
держивающих конструкций является знание |
закономерностей |
|
взаимодействия крепей с закладкой и боковыми |
породами. |
|
Для этого необходимо дальнейшее развитие |
исследователь |
|
ских работ. |
|
режим ра |
Наименее "изученным является динамический |
||
боты ограждений пространственной формы в поперечном се
чении, поэтому целесообразно |
рассмотреть комплекс вопро |
|||
сов механики сыпучей среды |
применительно |
к |
этому |
ре |
шению. В значительном совершенствовании |
нуждаются |
ме |
||
тоды решения ряда статических задач применительно |
к си |
|||
ловым условиям взаимодействия ограждения |
с |
сыпучими |
||
материалами. |
|
|
|
|
Положительный опыт применения механизированных |
ком |
|||
плексов с оградительными и оградительно-поддерживающими
крепями в сочетании с закладкой позволяет |
с |
достаточным |
|
основанием признавать перспективность |
этого • метода уг |
||
ледобычи в определенных горногеологических условиях. |
|||
В результате комплексных исследований54^ |
взаимодейст- |
||
^И сследования проводились совместно |
с |
канд. техн, наук |
|
Юдиным Р.Э. В обработке материалов принимали учас |
|||
тие кандидаты техн. наук Юдин Р.Э ., |
|
А н д р ю ще н |
|
ко И.Е. и инженер З в е з д к и н В.А. |
|
|
|
45
вия оградительных передвижных конструкций с закладкой и боковыми породами установлены следующие закономерности:
1. Распределение бокового давления закладки по длине ограждения (забоя) реализуется по сложным кривым и ха рактеризуется резко выраженной неравномерностью. Коэф фициент неравномерности, выражаемый отношением макси мального давления к минимальному, находится в среднем в пределах двух для статического состояния и более трех для динамического.
Характерными особенностями закономерностей распреде ления бокового давления материалов на оградительные по верхности механизированных крепей применительно к иссле дованным условиям тонких крутых пластов являются следу ющие (рис. 7):
а) линейный закон распределения бокового давления с примерно постоянным коэффициентом пропорциональности на незначительном, практически постоянном по величине участ
ке в глубину от поверхности засыпки; |
|
б) практическая независимость бокового |
давления от |
степени дальнейшего углубления, которое |
характеризуется |
на этом, ' втором от поверхности участке эпюры циклоидаль
ным законом |
распределения удельных давлений и |
определя |
||||
ется степенью неравномерности; |
|
|
|
|
|
|
в) убывание интенсивности давления по параболическому |
||||||
закону, начиная от некоторого, примерно постоянного |
рас |
|||||
стояния от основания засыпки (дна бункера); |
|
|
|
|||
г) после |
очередного перемещения подпорной стенки (кре |
|||||
пи) характер |
эпюры бокового давления |
в |
основном не |
ме |
||
няется, изменяются лишь ее количественные параметры. |
|
|||||
2. Изменение угла падения пласта в пределах |
от 90 до |
|||||
45° вызывает пропорциональное снижение |
нагрузок на |
эле |
||||
менты ограждения у кровли и повышение у почвы. |
|
|
||||
3. Общая |
боковая нагрузка на ограждения |
при |
переходе |
|||
сыпучего материала из состояния покоя |
|
в |
движение |
не |
||
сколько снижается (на 15-20%), однако |
по длине |
огражде |
||||
ния появляются области с повышенными "пиковыми" нагруз ками, величина которых в отдельных случаях в 1,5-2 раза превышает давление сыпучего материала в состоянии отно*- сительного покоя.
4. Гранулометрический состав сыпучего материала опре деляет характер и величину бокового давления по длине ог-
46
раждения, а именно чем мельче материал, тем равномернее распределение нагрузок на крепи, и наоборот.
|
Рис. 7. Эпюры распределения удельного |
||||
|
|
бокового давления |
сыпучего материала |
||
|
1 |
по глубине засыпки: |
|
||
|
- среднестатическая экспериментальная |
||||
|
( объемная модель) ; |
2 — |
расчетная |
по |
|
|
|
Пурону; 3 - расчетная |
по автору |
|
|
5. |
С |
введением в конструкцию |
ограждения |
манжет ( от |
|
воротов по почве и кровле) меняются силовые условия вза имодействия фронтальной поверхности ограждения с заклад
47
кой при неизменном характере распределения |
нагрузок |
на |
|||
нее: их величины снижаются в общем случае |
на |
5-12% |
по |
||
сравнению с плоской формой ограждения. |
|
|
|
|
|
6. |
Динамические условия взаимодействия ограждения |
с |
|||
закладкой (процесс движения) характеризуются |
изменением |
||||
нагрузок на манжеты ограждения следующим образом: |
|
||||
а) |
на манжеты по почве при углах падения |
|
60-90° |
на |
|
грузки увеличиваются на 20-80%, при угле |
45° |
- |
на 5-30%; |
||
б) |
, на манжеты по кровле нагрузки |
увеличиваются до 75% |
|||
только при углах падения от 75 до 90°. |
|
7. Установлена прямо пропорциональная связь между ве |
|
личиной удельного давления закладки на |
манжету и ее дли |
ной при изменении длины манжеты от 0 |
до величины, рав |
ной мощности пласта (0,6 -0,7 м ). |
|
8. Сжатие закладки сближающимися |
боковыми породами |
увеличивает давление закладки на фронтальную поверхность
ограждения в среднем |
на 15%, |
на |
манжету по кровле - на |
|||||
51%, |
а на манжету |
по |
почве |
- |
на |
12%. |
|
|
9. |
Установлено |
влияние |
ориентировки |
ограждения |
в про |
|||
странстве и сближающихся боковых пород |
на размеры вовле |
|||||||
каемых. в движение |
объемов закладки и характер |
физико |
||||||
механических процессов, происходящих в движущемся мате риале. Результаты исследований полезны при анализе усло вий взаимодействия ограждений с закладкой и боковыми по
родами и могут быть использованы для |
обоснования и |
раз |
||||||
вития теоретических методов расчета нагрузок |
на |
огради |
||||||
тельные |
крепи. Так, при отклонении крепи от линии падения |
|||||||
в сторону выработанного пространства на 15° |
боковые |
на |
||||||
грузки снижаются в среднем на 20-30%, а |
продольные |
на |
||||||
грузки на подвеску крепи |
на 20-25%. При отклонении в |
сто |
||||||
рону забоя |
на 15° боковые нагрузки повышаются на 40-70%, |
|||||||
нагрузки |
в |
подвеске - на 60-66%. Влияние |
сближающихся |
|||||
боковых |
пород выражается |
в увеличении |
боковых |
нагрузок |
||||
на 5-15% и |
в уменьшении |
продольных нагрузок |
в |
подвеске |
||||
в среднем |
на 20%. Наиболее благоприятный |
режим |
работы |
|||||
ограждения |
во взаимодействии с закладкой |
обеспечивается |
||||||
при расположении очистного забоя примерно |
по 'падению пла |
ста или с некоторым наклоном в сторону |
выработанного, |
пространства под углом не более 15°. Допустимый угол |
на |
|
клона проверяется из условия самопередвигаемости |
крепи |
|
по расчетной методике, приведенной ниже. Ориентировка |
за - |
|
48 |
|
|