CC BY
110
УДК 622.831.245
В.О. Торро, С.И. Калинин, Н.Г. Сердобинцев
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЧЕНИЯ МОНТАЖНОЙ КАМЕРЫ 21-1-5, ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ЕЁ ЗАЛОЖЕНИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ И КРЕПЛЕНИЯ
В месте проведения монтажной камеры пласт 21 имеет мощность 6,5-7,6 м, глубина залегания пласта от дневной поверхности составляет 70-100 м, угол падения пласта 7°. Пласт сложного строения, мощность породных прослоев по второму слою составляет 0,2 м. Коэффициент крепости угля по шкале проф. Протодьяконова / = 1,0, сопротивление одноосному сжатию - 10 МПа, растяжению - 1,8 МПа, объемный вес - 1,36 т/м3.
Пласт - угрожаемый по горным ударам с глубины 220м, угрожаемый по внезапным выбросам угля и газа с глубины 240 м, уголь пласта склонен к самовозгоранию, угольная пыль взрывоопасна.
Непосредственная кровля пласта 21 представлена разнозернистыми алевролитами мощностью 6,1-4.8 м. Сопротивление сжатию пород непосредственной кровли - 24,1-48,4 МПа, растяжению -3,7МПа, объемный вес - 2,61т/м3/
Основная кровля пласта 21 представлена песчаником мощностью до 58м. Сопротивление пород основной кровли сжатию составляет 70100МПа, объемный вес - 2,6т/м3.
В почве пласта залегают в основном алевролиты, не склонные к пучению. Монтажная камера пройдена по почве пласта, непосредственной кровлей вентиляционного и конвейерного штреков 21-1-5 и монтажной камеры является уголь верхнего слоя пласта 21. Мощность угольной пачки в месте проведения наблюдений составляет 3,14,6м. Непосредственная кровля выработок, представленная углем, относится к неустойчивой, лег-кообрушаемой.
Возможны два варианта заложения монтажной камеры: у кровли пласта с постепенным переходом комплекса на почву пласта и у почвы пла-
ста.
Оценка места заложения монтажной камеры выполняется сравнением потерь угля, трудоемкости монтажа комплекса, сложности маневрирования при выводе комплекса из монтажной камеры.
При расположении монтажной камеры у кровли пласта переход выемочного комплекса на почву начинается при отходе от камеры на 20м. Геометрические параметры перехода комплекса в нижний слой показаны на рис.1.
При проведении монтажной камеры по почве пласта негативным фактором является наличие в непосредственной кровле выработки угольной пачки мощностью 3,6м, что требует больших, по сравнению с вариантом проведения камеры у кровли пласта, материальных и трудовых затрат на поддержание выработки.
Потери угля при заложении монтажной камеры у кровли пласта можно определить из выражения
Пк = У' (м.к. + вк + вв )-) ¡1 + "2' ¡2 ^ 'т
где у - плотность угля, т/м3;
^м.к. - длина монтажной камеры, м; вк - ширина конвейерного штрека, м; вв - ширина вентиляционного штрека, м;
¡1 - длина горизонтального участка перехода,
м;
¡2 - длина наклонного участка перехода, м; т - мощность оставляемой пачки угля, м.
Пк = 1.36 '(150 + 5.5 + 5.0))20 + у 9) 3.6 =23200т Потери угля при заложении монтажной каме-
20 м
8,3 м
ры по почве пласта при условии принудительного обрушения и выпуска угля составят
Пк = У ' (м.к. + вк + вв\вм.к. 'т _
= 1,36' (150 + 5,5 + 5,0) 8,3 - 3,6 = 6500 Из выполненных расчетов видно, что потери угля при проведении камеры у кровли пласта пре-
вышают (на 16700 т) потери при проведении монтажной камеры по почве пласта.
Геометрические параметры монтажной камеры назначаются, исходя из линейных размеров секций механизированной крепи, размещения оборудования в лаве, технологии монтажа комплекса и регламентированных зазоров.
5
о
штр une L- * 5н
1 ■ 1
канатные анкеры АК-01
L=5m
сталеполимерные нквры дгов, L=2.5n
//////////У///Л/. /////////,
7777777
77777777777
5 м
777777777
/
Мощность вынимаемого слоя составляет 3,3м, рабочая высота линейной секции 3,3м, переходной
- 3,5м, максимальная высота секций - 3,5-3,8м. Следовательно, для обеспечения предварительно-
го распора секции в кровлю высота монтажной камеры должна быть менее 3,5м.
По условию размещения оборудования в линейной части монтажной камеры её ширина
2-2
копотные ОИКРРЫ АК-01 1_=5м
•У-' ■ ■
1 і 1
5
. <о
«о
5
г с*> і
столепалимеомые снхеош л£ив, 1-=£.Ъм
У/У///////,
А Зм I
1.1м 1.1м Д іЬ |И>5р |Ше 1 195г|
г777777:
8,3 м *+
7777/
77тт:
должна составлять
Ьл = Ьс + Ьв.а. + С где Ьс - длина секции с учётом выступающей части комбайна и завального конвейера, м;
Ьл = 7,76 + 0,1 + 0,25 = 8,11 м.
Монтаж переходных секций производится на участках длиной 5м, примыкающих к конвейерному и вентиляционному штрекам 21-1-5. Длина переходных участков определяется размером верхнего и нижнего приводов завального конвейера. Минимальная по ширине переходных участков определяется длиной переходных секций с учётом ширины привода завального конвейера, длиной выступающей части анкерного крепления и величиной регламентированного зазора
Ьп = Ьп + Ьв а + С = 8,95 + 0,1 + 0,25 = 9,3 м.
Ниша для монтажа комбайна проектом не предусматривается, на протяжении 20м от вентиляционного штрека секции задвигаются в завальную сторону, освобождая место для монтажа комбайна.
Таким образом, выбранные геометрические параметры монтажной камеры (ширина, высота) соответствуют минимально допустимым размерам принятого механизированного комплекса и выбраны с учетом минимально допустимых зазоров в соответствии с требованиями ПБ.
Проведение монтажной камеры 21-1-5 осуществлялась проходческим комбайном КСП-33. Формирование монтажной камеры осуществлялось в два этапа:
• первоначально проводится разрезная печь шириной 5м;
• затем разрезная печь расширяется до размеров камеры - 8,3м в линейной части и 9,3м в местах установки переходных секций крепи.
Проходка разрезной печи производилась от конвейерного штрека 21-1-5 к вентиляционному штреку. Крепление разрезной печи при проведении осуществлялось сталеполимерными анкерами А20В длиной 2,5м, в ряду ставилось 5 анкеров под подхват из штрипса с шагом установки рядов -0,8м. Усиление анкерной крепи в разрезной печи производилось канатными анкерами АК-01 длиной по 5,0м с отставанием от проходческого забоя не более 30 м. В ряду ставилось два канатных анкера с шагом крепления 2.4м. Канатные анкеры устанавливаются между рядами анкеров А20В под опорные шайбы (300 x300мм). Схема крепления разрезной печи приведена на рис. 2.
При расширении разрезной печи до размеров монтажной камеры (вк = 8,3м) возводились дополнительные ряды из анкеров А20В (1а =2,5 м), в ряду ставилось 4 анкера, шаг крепления 0,8м, анкеры устанавливались под подхваты из штрипсов. Также возводились дополнительные ряды анкеров АК-01 длиной по 5,0м. Канатные анкеры устанавливались между рядами анкеров А20В под опорные шайбы (300 x300мм) с шагом установки 2,4 м.
На участке монтажной камеры длиной 40м, примыкающем к сопряжению с вентиляционным штреком длина канатных анкеров увеличена до 5,5м.
Рис. 5. Схема крепления сопряжения монтажной камеры 21-1-5 с конвейерным штреком 21-1-5
Предлагаемая схема крепления монтажной камеры 21-1-5 представлена на рис.3.
Сопряжения монтажной камеры 21-1-5 с вентиляционным и конвейерным штреками крепились анкерной крепью.
В штрековой части сопряжения устанавливались в ряду 5 анкеров А20В длиной по 2,5м с шагом установки рядов - 0,8м. Анкеры устанавливаются под опорные шайбы (300*300мм). Перетяжка кровли осуществлялась металлической решетчатой затяжкой.
Усиление крепи производилось канатными анкерами АК-01 длиной по 5,5м. В ряду ставились
2 канатных анкера с шагом установки рядов -0,8м. Канатные анкеры устанавливаются под опорные шайбы (300300мм) между рядами анкеров А20В.
В камерной части сопряжения устанавливалось в ряду по 10 анкеров А20В длиной по 2,5м, с шагом установки рядов - 0,8м. Анкеры устанавливались под подхват типа штрипс. Канатные анкеры АК-01 длиной по 5,5м устанавливались под опорные шайбы между рядами анкеров А20В. В ряду устанавливалось 5 канатных анкеров с шагом установки - 0,8м.
Схема крепления сопряжения монтажной камеры 21-1-5 с вентиляционным штреком представлена на рис. 4.
В штрековой части сопряжения с конвейер-
ным штреком устанавливались в ряду 6 анкеров А20В длиной по 2,5м с шагом установки рядов -0,8м. Анкеры устанавливались под опорные шайбы (300x300мм), перетяжка кровли осуществлялась металлической решетчатой затяжкой. Канатные анкеры АК-01 длиной по 5,0м устанавливались под опорные шайбы между рядами анкеров А20В. В ряду ставилось 2 канатных анкера с шагом установки рядов - 0,8м.
В камерной части сопряжения устанавливалось по 10 анкеров А20В длиной по 2,5м в ряду, с шагом установки рядов - 0,8м. Анкеры устанавливались под подхват типа штрипс. Канатные анкеры АК-01 длиной по 5м устанавливались под опорные шайбы между рядами анкеров А20В. В ряду ставится 6 канатных анкеров с шагом установки - 0,8м.
Предлагаемая схема крепления сопряжения монтажной камеры 21-1-5 конвейерным штреком представлена на рис.5.
Монтажная камера 21-1-5 по условию расчетной ширины камеры и ее сопряжений со штреками (вк > 8м) не вписывается в область действия "Инструкции по расчету и применению анкерной крепи ..." [1].
Осложняющим фактором для использования анкерной крепи является то, что кровля камеры представлена углем пласта 21 мощностью 3,04,2м.
Однако оценка горно-геологических условий залегания пласта 21 и горно-технических условий проведения и поддержания монтажной камеры 211-5 показывает, что крепление кровли камеры можно выполнить одной анкерной крепью по двухярусной схеме с использованием анкеров глубокого заложения. Анкерами нижнего контура производится упрочнение непосредственной кровли камеры, представленной углем пласта 21, которая с помощью канатных анкеров глубокого заложения подшивается к прочному массиву непосредственной кровли пласта 21.
Расчет параметров горного давления на крепь монтажной камеры 21-1-5 выполнен в соответствии с "Указаниями..." [2].
В результате выполненных расчетов смещение пород в монтажной камере 21-1-5 составит 75мм, а удельная нагрузка на крепь - 94,5кН/м2.
В данных условиях, когда выработка проводится по почве мощного пласта и ее непосредственная кровля представлена углем верхнего слоя, обрушение пород, наиболее вероятно, будет происходить по законам сводообразования. В связи с этим дополнительно выполняются проверочные расчеты параметров горного давления на крепь монтажной камеры 21-1-5 с использованием основных положений теории свода.
Сопротивление анкерной крепи для крепления боков камеры должно составлять не менее 16кН/м2.
Для крепления борта монтажной камеры со стороны целика принимается сталеполимерный анкер А20В (АСП) длиной 2,0 м с закреплением анкерного стержня в шпуре на одну ампулу (1а = 400мм) и расчетной несущей способностью 60кН.
В вертикальном ряду устанавливается два анкера с шагом установки вертикальных рядов -1,4м, анкеры устанавливаются под опорные шайбы. Бок перетягивается решетчатой затяжкой. Верхний анкер устанавливается на расстоянии 0,5м от кровли, нижний анкер - на расстоянии 1,5м от верхнего. Сопротивление возведенной крепи в боку камеры составит 25кН/м2 при потребном 16кН/м2.
Для забойного борта монтажной камеры принимается деревянный клинораспорный анкер длиной 2,0м с расчетной несущей способностью анкера 20кН.
В вертикальном ряду устанавливается три анкера с шагом установки вертикальных рядов - 1м. Верхний анкер устанавливается на расстоянии
0,5м от кровли камеры, средний - на расстоянии 1,1м от верхнего, и нижний - на расстоянии 1,1м от среднего анкера.
. Сопротивление возведенной крепи в боку камеры составит 18кН/м2.
Для крепления монтажной камеры предложен комбинированный способ, сочетающий крепление камеры анкерной сталеполимерной крепью и усиливающих бесконечных подхватов, устанавливаемых под деревянные стойки.
. Сопротивление возведенной крепи в боку камеры составит 18кН/м2.
Для крепления монтажной камеры предложен комбинированный способ, сочетающий крепление камеры анкерной сталеполимерной крепью и усиливающих бесконечных подхватов, устанавливаемых под деревянные стойки.
Анкерное крепление выполняется по 2-х ярусной схеме (двухконтурной), при которой ближние к контуру слои пород кровли скрепляются (сшиваются) сталеполимерными анкерами А20В длиной 2,5м. Сшитые слои, представляющие собой армированную балку (плиту) подвешиваются при помощи анкеров глубокого заложения к прочным породам кровли, «подвешиваются» к прочным породам. В качестве анкеров глубокого заложения применяются канатные анкеры АК-01 длиной 55,5м с ампульным закреплением в шпурах.
Расчет параметров анкерной крепи основан на использовании методов расчета ожидаемых смещений пород и основных положений теории свода давления.
Эксплуатационные испытания подтвердили эффективность принятого способа крепления монтажной камеры и выбор параметров крепления монтажной камеры анкерной крепью.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. СПб, 2000. -
70с.
2. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. Л.: ВНИМИ, 1980. - 222с.
3. Механика горных пород и устойчивость выработок шахт Кузбасса. (Под редакцией проф. В.Г. Кожевина). - Кем. кн. изд-во, 1973. - 348с.
4. Цимбаревич П.М. Механика горных пород. -Москва : Углетехиздат , 1948. - 184с.
□ Авторы статьи:
Торро
Виктор Оскарович
- соискатель каф. разработки месторождений полезных ископаемых КузГТУ.
Калинин Степан Илларионович
- докт.техн.наук, руководитель НИПКП-УТК,.зам. дир. филиала КузГТУ (г. Прокопьевск). Тел.8(38466) 3-81-61
Сердобинцев Николай Григорьевич
- старший научный сотрудник НИПКП-УТК(г. Прокопьевск) Тел.8(38466) 3-81-61.
