Лабораторные исследования взаимодействия крепи с кровлей Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

© Г.Д. Буялич, Ю.А. Антонов, В.И. Шейнин, 2012

Г.Д. Буялич, Ю.А. Антонов, В.И. Шейнин

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КРЕПИ С КРОВЛЕЙ

Приведены результаты лабораторных исследований взаимодействия механизированной крепи поддерживаюше-оградительного типа с тяжелой кровлей

Ключевые слова: лабораторные исследования, механизированная крепь, взаимодействие с тяжелой кровлей.

Механизированная крепь и породы кровли образуют единую систему, от параметров которой формируется силовое и контактное взаимодействие крепи с непосредственной кровлей, а также характер смешения обрушающихся блоков основной кровли.

Для оценки характера взаимодействия крепи с тяжелой кровлей были проведены лабораторные наблюдения за работой крепи на различных этапах отработки пласта.

Исследования проводились в лаборатории механизированных крепей на плоском крупномасштабном стенде конструкции КузГТУ с использованием эквивалентных материалов. Основной задачей исследований было определение характера взаимодействия крепи с породами тяжелой кровли пласта 3. В качестве объекта исследований была принята механизированная крепь поддерживаюше-оградительного типа с рабочим сопротивлением 0,42 МПа и начальным распором 0,21 МПа в пересчёте на натуру.

В результате исследований установлено, что характерной особенностью разрушения тяжёлой кровли является образование закола впереди очистного забоя, в результате чего отмечается отжим угля, интенсивный рост нагрузки на крепь и купо-лообразование. При этом при подходе к заколу основной кровли пригрузка крепи преобладает над завальной частью (рис. 1,а), а при прохождении закола основной кровли — над забойной частью, уменьшая при этом усилие прижатия козырька к кровле и снижая надёжность поддержания кровли в при-забойной части рабочего пространства (рис. 1,б).

Рис. 1. Характер распределения сопротивления крепи по длине перекрытия: а) при подходе к заколу основной кровли; б) после прохода закола основной кровли (Н1 и Н2 — соответственно усилия забойной и завальной гидростоек)

Это подтверждается и характером нагружения гидростоек забойного и завального рядов, а также их податливости при подходе крепи к заколу основной кровли и после прохода закола (рис. 2).

Выход крепи из-под закола может сопровождаться образованием вторичного закола. Разрушение консоли непосредственной кровли, под которой передвигается механизированная крепь, способствует развитию осадки основной кровли с опережающим опусканием забойной части блока, что сопровождается интенсивным нагружением и просадкой забойных гидро-

а

Рис. 2. Характер нагружения (Н) и смешения (ЛИ) гидростоек: а) при подходе к заколу основной кровли; б) после прохода закола основной кровли (1 — забойная гидростойка; 2 — завальная гидростойка)

стоек, а также перераспределением сопротивления крепи в направлении смешения равнодействующей к забою. Анализ эпюры распределения сопротивления механизированной крепи по ширине поддерживаемого пространства показывает, что, несмотря на смешение равнодействующей сопротивления к забою, сопротивление забойной консоли сушественно снижается, что объясняется большой просадкой забойных гидростоек, при которой, несмотря на максимальный угол поворота козырька, он не способен развить достаточного сопротивления.

Потеря контакта опускающегося блока основной кровли с обрушившимися породами может явиться причиной резкой осадки кровли, приводящей к посадке «нажёстко» завального

Рис. 3. Распределение сопротивления крепи по площади перекрытия при подходе к заколу основной кровли

или обоих рядов гидростоек и прекращению выполнения крепью своих функций.

Повышение начального распора до 0,42 МПа, т. е. до величины рабочего сопротивления механизированной крепи, не вносит принципиальных изменений в характер разрушения кровли, однако позволяет снизить вероятность резких осадок кровли над крепью, приводящих забой в аварийное состояние, а также что способствует смещению линии обрушения основной кровли на границу поддерживаемого пространства и предотвращению посадки «нажёстко» секций

механизированной крепи при выходе крепи из-под закола.

Анализ распределения давлений кровли по ширине верх-няка показал, что он носит неравномерный характер даже на рядом расположенных тензометрических площадках и может различаться в несколько раз (рис. 3). Данная неравномерность распределения сопротивления вызвана наличием кинематических связей между соседними верхняками и неровностями контактирующей поверхности кровли. Эту неравномерность можно уменьшить, увеличивая сопротивление крепи при начальном распоре.

Таким образом, полученные результаты, а также шахтные наблюдения других авторов показывают, что с помощью сило-

вых параметров можно повысить продольную устойчивость секций, уменьшить неравномерность распределения сопротивления по её верхняку, а также снизить вероятность возникновения резких осадок кровли, не изменяя при этом характера взаимодействия с ней крепи, втш

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Буялич Геннадий Даниилович — доктор технических наук, профессор Юргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехнического университета, Кузбасский государственный технический университет, e-mail: gdb@kuzstu.ru,

Антонов Юрий Анатольевич — кандидат технических наук, доцент, Кузбасский государственный технический университет,

Шейкин Владимир Иванович — генеральный директор Кемеровского завода геологоразведочного оборудования.