Особенности проявления горного давления в конвейерной подготовительной выработке при продольно-балочной связи комплектов арочной крепи Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 622.831

Г. И. Соловьев

ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В КОНВЕЙЕРНОЙ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКЕ ПРИ ПРОДОЛЬНО-БАЛОЧНОЙ СВЯЗИ КОМПЛЕКТОВ АРОЧНОЙ КРЕПИ

Рассмотрены особенности проявления горного давления в конвейерной подготовительной выработке при использовании продольно-балочной связи комплектов арочной крепи. Представлены результаты применения новых вариантов продольно-балочной крепи усиления для обеспечения устойчивости конвейерной выработки, поддерживаемой в различных зонах проявления горного давления.

Ключевые слова: Горное давление, конвейерная подготовительная выработка, устойчивость, жесткая продольная балка, арочная крепь, смещения боковых пород.

Актуальность работы. Эффективная работа современного высокопроизводительного оборудования очистных забоев угольных шахт, осуществляющих подземную разработку угольных пластов на глубинах более 80-1000 м, во многом зависит от устойчивости участковых подготовительных выработок. Применяемые в настоящее время способы и средства сохранения устойчивости подготовительных выработок не соответствуют особенностям механизма проявления горного давления в неблагоприятных условиях больших глубин разработки и не обеспечивают безремонтное или малоремонтное использование в этих выработок. В зоне влияния очистных работ в результате воздействия на основную крепь выработок повышенного и неравномерного горного давления наблюдаются интенсивные смещения боковых пород, значительно превышающие проектные характеристики применяемой крепи. Все это приводит к необходимости выполнения

больших объемов ремонтных работ по подрывке пород почвы, замене элементов крепи или полного перекрепления отдельных участков выработок, что существенно повышает затраты материальных и человеческих ресурсов на поддержание выработок.

Горная наука давно и с различной эффективностью занимается проблемой обеспечения устойчивости подготовительных выработок, поддерживаемых в зонах интенсивного проявления горного давления. Был предложен ряд технологических решений по минимизации вредных проявлений горного давления в горных выработках угольных шахт [1] - [11]. Однако высокие затраты на реализацию этих предложений, многооперационность и сложность адаптации их в общую технологию работ по поддержанию выработок и низкое качество работ при использовании предлагаемых решений, не позволили обеспечить эффективное использование этих способов и средств на практике. Поэтому разработка новых и адаптивных технологических решений для обеспечения устойчивости подготовительных выработок глубоких шахт, поддерживаемых в зонах повышенного горного давления является актуальной задачей.

Сотрудниками кафедры "Разработка месторождений полезных ископаемых" ФГБОУ ВО "Донецкий национальный технический университет" был предложен и апробирован на ряде шахт Донбасса новый способ обеспечения устойчивости интенсивно деформирующихся подготовительных выработок, основанный на принципе продольно-поперечной связи рам основной крепи жесткими балками из двутавра или спецпрофиля СВП [12] - [16].

Целью настоящей работы является анализ результатов применения новых вариантов продольно-балочной крепи усиления (ПБКУ) в конвейерной подготовительной выработке, поддерживаемой в различных зонах проявления горного давления.

Основное содержание работы. На шахте «Южнодонбасская № 3» с 2000 по 2002 гг. в конвейерном ходке 5-й восточной лавы пласта С11 (рис. 1) были продолжены исследования по установлению особенностей механизма проявления горного давления в подготовительной выработке при продольно-балочной связи комплектов арочной крепи.

Непосредственная кровля пласта с11 была представлена пес-чано-глинистым сланцем мощностью от 4,5 до 13,7 м и пределом прочности на одноосное сжатие 30 - 40 МПа. В отдельных местах по площади выемочного поля непосредственно над пластом залегала ложная кровля мощностью 0 - 0,5 м. В основной кровле располагался песчаник мощностью 3,0 - 6,0 м с пределом прочности 50 - 70 МПа (рис. 2).

Пласт С11, имеющий в пределах выемочного поля слабоволнистую гипсометрию с относительно выдержанным углом падения 7 - 9 ° и мощностью 1,55 - 1,7 м (рис. 2), отрабатывался 5 -восточной лавой по восстанию с применением комбинированной системы разработки (рис. 1).

Рис. 1 - Схема расположения 5 - й восточной лавы на плане горных выработок пласта Сп

Проветривание лавы прямоточное с подсвежением исходящей струи и отводом ее на выработанное пространство через конвейерный ходок. Глубина работ 800 м.

Отработка 5-й восточной лавы осуществлялась механизированным комплексом 3МКД-90, в состав которого входили механизированная крепь 3КД-90, узкозахватный комбайн 2ГШ-68 и скребковый конвейер СП-301.

Конвейерный ходок проводился проходческим комбайном 4ПП-2М проектным сечением 11,8 м и крепился трехзвенной металлической арочной податливой крепью КМПА3-12,8 из СВП-27 с шагом установки крепи 0,8 м. Выработка располагалась на глубине 810 м (изогипса «-631 м») и охранялась двумя рядами выкладываемых всплошную деревянных бутокостров с размерами 2,0х2,0 м. Расстояние между рядами по центрам бутокостров составляло 2,4 м (рис. 3).

Аз-2

Бз

П2

Алевролит

Песчаник

Песчаник минерализ.

Алевролит ложная кровля

Пласт с а

Алевролит Песчаник

Пласт сци Песчаник

m = 5,4 м; f = 3 - 4

m = 3,0 - 6,0 м; f = 4 - 6 m = 0,0 - 0,2 м; f = 7 - 10

m = 2,8 - 5,6 м; f = 3 - 4

m = 0,0 - 0,3 м; обрушение 1 м

m = 1,45 -1,75 м; mср = 1,6 м; f = 1 - 1,5

m = 1,6 м; f = 3 - 4 m = 1,6 м; _ f = 4 - 6

m = 0,2 м; f = 1

m

3,5 м; f = 4 - 6

Рис. 2 - Структурная колонка залегания пласта С11

Для усиления крепи конвейерного ходка в зоне влияния очистного забоя на расстоянии 30 м перед лавой под верхняк

каждого комплекта арочной крепи производилась установка крепи усиления - одного ряда металлических податливых составных стоек из двух отрезков спецпрофиля СВП-27 (соединенных между собой двумя стандартными скобами), а вслед за лавой на расстоянии 20 м в конвейерном ходке вместо металлических устанавливались деревянные стойки диаметром 0,2 м на лежень длиной 1,2 м (рис. 3).

В зоне влияния очистного забоя в конвейерном ходке наблюдалось интенсивное деформирование боковых пород, причем перед лавой преобладало пучение пород почвы, достигающее 1,2 - 1,8 м, а за лавой, наряду с интенсивным пучением почвы (1,5 - 2,2 м), смещение пород кровли достигало 1,5 - 1,6 м (рис.

3).

1 и 2 - соответственно стойка и верхняк крепи; 3 - индивидуальная металлическая стойка крепи усиления; 4 - деревянный лежень; 5 и 6 -соответственно верхний и нижний контурные реперы; 7 - боковой репер; 8 - мелкодробленая порода; 9 - деревянные бутокостры

Рис. 3 - Общий вид 5-го конвейерного ходка на сопряжении с очистным забоем при традиционной технологии его

поддержания

Из-за интенсивного выдавливания почвы в вентиляционном ходке производилась ее двукратная подрывка: 1-я на расстоянии 5 - 6 м перед лавой на глубину по 1,2 м и 2-я на расстоянии 5 м вслед за очистным забоем на глубину по 1,0 м.

Средняя скорость подвигания 4-й восточной лавы пласта с11 составляла 55 - 60 м в месяц.

Общее состояние конвейерного ходка при шахтной технологии поддержания выработки приведено на рисунке 4.

Для жесткой продольной связи комплектов основной крепи 4 - го восточного вентиляционного ходка использовалась продольная балка из двутавра № 14, который был изготовлен из двух швеллеров № 14, сваренных между собою по двум торцам.

Каждая двутавровая балка состояла из отрезков длиной по 4,5 м, которые соединялись между собой внахлест на 0,5 м болтовыми соединениями (по 6 штук на каждый стык), для чего на балках были срезаны торцевые полки на длину нахлеста - 0,5 м.

Рис. 4 - Общее состояние крепи восточного конвейерного ходка на расстоянии 160 м за лавой (а) и выдавливание стоек арочной крепи со стороны лавы на расстоянии 30 м за

очистным забоем (б)

Продольные балки подвешивались к каждому верхняку арочной крепи с помощью двух крючьев планок и гаек (рис. 5).

Для измерения смещений боковых пород конвейерного ходка в межрамном пространстве каждого комплекта крепи были сооружены контурные наблюдательные станции из 4-х соосно расположенных реперов в кровле-почве и боках выработки (рис. 3). Репер представлял собой металлический стержень диаметром 0,024 м и длиной 0,4 м, который крепился в коротком шпуре цементным раствором и расклинивался деревянными клиньями.

На пяти экспериментальных участках конвейерного ходка 5-й восточной лавы пласта С11 были использованы пять вариан-

тов продольно-балочной крепи усиления: на первых двух участках использовалась однобалочная связь комплектов крепи соот-

с с* с* ' с

ветственно с одной центральной и одной боковой балками (рис. 6 а, б).

1 - верхняк крепи; 2 - сегмент жесткости; 3 - отрезок двутавровой балки; 4 - крюк для подвески балки к верхняку; 5 - соединительные металлические планки; 6 - металлические планки в зазоре между сегментом жесткости и двутавровой балкой; 7 - болты с гайками для соединения отрезков балки

Рис. 5 - Схема соединения продольной балки с верхняком каждой рамы арочной крепи (а) и отрезков балки между

собой (б)

На 3-м, 4-м и 5-м участках применялась двухбалочная связь каждого верхняка арочной крепи соответственно с боковым (рис. 6 в), центрально-сдвоенным (рис. 6 г) и центрально - разнесенным (рис. 6 д) расположением балок.

На первом экспериментальном участке применялась одинарная боковая продольная балка с сегментом жесткости, подвешиваемая к верхнякам арочной крепи КМПА3-12,8 из СВП-33 стандартными скобами со сдвигом в сторону лавы на 1,1 м от центра выработки (рис. 6 а).

На втором экспериментальном участке для усиления основной крепи применялась одинарная продольная двутавровая балка с сегментом жесткости, подвешиваемая по центру выработки к верхнякам каждого комплекта основной крепи КМПА3-12,8 из СВП-33 стандартными скобами при симметричном расположением замков крепи относительно напластования пород (рис. 6 б).

1, 2 - соответственно верхняк и стойка арочной крепи; 3 - элементы крепления балки к верхняку крепи; 4, 5 - одинарные соответственно центральная и боковая продольные двутавровые балки; 6, 7, 8 - двойные соответственно центрально - разнесенные, центрально - сдвоенные и боковые продольные балки

Рис. 6 - Варианты продольно - балочной крепи усиления в 5 - м восточном конвейерном ходке при использовании: одной

центральной (а) и одной боковой (б) балок; двух центрально - разнесенных (в) и двух центрально - сдвоенных (в) балок; двух боковых сдвоенных балок ПБКУ (г)

На третьем экспериментальном участке были установлены две параллельные продольные двутавровые балки с сегментом жесткости. Балки располагались со стороны лавы со сдвигом в сторону лавы на 1,1 м от центра выработки и на расстоянии 0,1 м между ними (рис. 6 в).

На четвертом экспериментальном участке были установлены две центрально-сдвоенные параллельные продольные двутавровые балки с сегментом жесткости (рис. 6 г). Расстояние между продольными балками по ширине выработки составляло 0,5 м.

На рисунках 7 (а - д) приведены схемы установки пяти вариантов ПБКУ на сопряжении конвейерного ходка с лавой.

Д)

1, 2 - соответственно стойка и верхняк арочной крепи; 3 - сегмент жесткости; 4 и 5 - соответственно верхний и нижний реперы; 6 - боковой репер; 7 - продольная двутавровая балка; 8 - элементы подвешивания балки к верхняку; 9 - мелкодробленая порода; 10 - деревянные бутокостры

Рис. 7 - Схема установки двойной продольно - балочной крепи усиления на третьем и четвертом экспериментальных

участках 5-го восточного конвейерного ходка при симметричном (а) и боковом (б) расположении двух балок

На пятом экспериментальном участке были установлены две параллельные продольные двутавровые балки с сегментом жесткости и центрально-разнесенным их расположением относительно вертикальной оси выработки (рис. 6 л). Расстояние между балками по ширине выработки составляло 2,2 м.

Общее состояние конвейерного ходка при использовании продольно-балочной крепи усиления представлено на фотографиях рисунка 8.

а) б)

Рис. 8 - Общее состояние 5-го конвейерного ходка при использовании четырех вариантов ПБКУ: одной центральной балки (а), одной боковой балки (б), двух центральных балок (в), двух боковых балок (г) и состояние крепи при одинарных центральной (д) и боковой (е) продольных балок

На рисунке 9 представлены результаты инструментальных наблюдений за смещениями и скоростями смещений контура кровли 5-го восточного конвейерного ходка при использовании

четырех вариантов ПБКУ на контрольном и пяти экспериментальных участках выработки.

На контрольном участке при использовании традиционной технологии поддержания выработки (рис. 3) на сопряжении лавы с конвейерным ходком вертикальные смещения кровли составили 1,1 м, а на расстоянии 180 м вслед за лавой конечные смещения кровли были равны 1,98 м, т.е. конечные смещения возросли на 0,88 м или в 1,8 раза. Максимальная скорость смещений пород кровли составила 0,040 м /сут. и точка расположения максимуму скорости располагалась га расстоянии 10 м перед окном лавы.

Рис. 9 - Графики вертикальных смещений (а) и скоростей смещений (б) контура кровли конвейерного ходка 5-й восточной лавы пласта C11 от расстояния до очистного забоя: на контрольном (1), первом (2), втором (3); третьем (5) и четвертом (4) экспериментальных участках

На первом участке на сопряжении с очистным забоем при использовании одинарной продольной балки с сегментов жестко-

сти и боковым ее расположением со стороны лавы (рис. 6 а, 7 а) вертикальные смещения кровли составили 0,82 м, что на 0,28 м или в 1,34 меньше по сравнению с контрольным участком и на 0,14 м или в 1,21 раза больше, чем на первом участке.

Величина конечных вертикальных смещений кровли на 1-м экспериментальном участке составила 1,55 м, что на 0,43 м или в 1,28 раза меньше, чем на контрольном участке, а также на 0,15 м и 1,11 раза меньше, чем на первом участке. Максимальная скорость смещений пород кровли на 1-м участке составила 0,023 м/сут (на 0, 17 м/сут или в 1,74 раза меньше, чем на контрольном участке). Точка расположения максимума скорости смещений кровли в конвейерном ходке находилась в створе с лавой.

На втором экспериментальной участке на сопряжении лавы с конвейерным ходком при использовании одинарной симметричной балки с сегментом жесткости (рис. 6 б, 7 б) вертикальные смещения пород кровли составили 0,68 м, что на 0,42 м и в 1,62 раза меньше по сравнению с контрольным участком.

Конечные смещения кровли на 2-м экспериментальном участке при использовании одинарной ПБКУ с центральным расположением балки были равны 1,4 м, что на 0,58 м или в 1,41 раза меньше, чем на контрольном участке.

Максимальная скорость вертикальных смещений пород кровли на 2-м экспериментальном участке 0,02 м/сут (на 0,02 м/сут или в 2,0 раза меньше, чем на контрольном участке) и точка расположения максимуму скорости размещалась на расстоянии 10 м за лавой.

На третьем экспериментальном участке при использовании двух продольных балок с сегментом жесткости и боковым их расположением со стороны лавы (рис. 6 в, 7 в) смещения кровли на сопряжении лавы составили 0,42 м или были снижены на 0,68 м или в 2,62 раза по сравнению с контрольным участком, на 0,4 м или в 2,36 раза меньше по сравнению с первым участком, на 0,26 м или в 1,48 раза меньше по сравнению со вторым участком. Конечные вертикальные смещения кровли конвейерного ходка на 3-м экспериментальном участке на расстоянии 180 м за лавой составили 1,01 м, что на 0,97 м или в 1,96 раза меньше, чем на кон-

трольном участке, на 0,46 м или в 1,46 раза меньше, чем на первом экспериментальном участке, на 0,39 м или в 1,38 раза меньше, чем на втором участке.

Максимальная скорость смещений пород кровли на 3-м участке составила 0,0152 м/сут (на 0,0248 м/сут или в 2,63 раза меньше, чем на контрольном участке). Точка расположения максимума скорости в конвейерном ходке находилась на расстоянии 20 м вслед за лавой.

На четвертом экспериментальном участке при использовании двух центрально-сдвоенных балок с сегментом жесткости (рис. 6 г, 7 г) смещения кровли на сопряжении лавы составили 0,41 м или были снижены на 0,69 м или в 2,68 раза по сравнению с контрольным участком, на 0,4 м или в 1,98 раза меньше по сравнению с первым участком, на 0,23 м или в 1,56 раза меньше по сравнению со вторым участком. Конечные вертикальные смещения кровли на 4-м экспериментальном участке конвейерного ходка составили 0,92 м, что на 1,06 м или в 2,15 раза меньше, чем на контрольном участке, на 0,55 м или в 1,59 раза меньше, чем на первом экспериментальном участке, на 0,48 м или в 1,52 раза меньше, чем на втором участке.

Максимальная скорость смещений пород кровли на четвертом участке составила 0,0147 м/сут (на 0,0253 м/сут или в 2,72 раза меньше, чем на контрольном участке). Точка расположения максимума скорости в конвейерном ходке находилась на расстоянии 30 м вслед за лавой.

На пятом экспериментальном участке при использовании двух симметричных центрально-разнесенных продольных балок с сегментом жесткости (рис. 6, 7 в) вертикальные смещения кровли на сопряжении лавы составили 0,29 м и были снижены на 0,81 м или 3,79 раза по сравнению с контрольным участком; на 0,53 м или в 2,82 раза меньше по сравнению с 1-м участком; на 0,39 м или в 2,34 раза меньше по сравнению со 2-м участком; на 0,13 м или в 1,45 раза меньше, чем на 4-м участке. Конечные вертикальные смещения кровли на 5-м экспериментальном участке составили 0,78 м, что на 1,2 м или в 2,54 раза меньше, чем на контрольном участке, на 0,77 м или в 1,99 раз меньше, чем на первом экспериментальном участке, на 0,62 м или в 1,61 раза

меньше, чем на втором участке, на 0,16 м или в 1,21 раза меньше, чем на 4-м участке.

Максимальная скорость смещений пород кровли на пятом участке составила 0,0089 м/сут (на 0,0311 м/сут или в 4,49 раза меньше, чем на контрольном участке). Точка расположения максимума скорости в конвейерном ходке находилась на расстоянии 35 м вслед за лавой.

Анализ результатов применения различных вариантов ПБКУ в 5-м восточном конвейерном ходке показывает, что продольная связь комплектов арочной крепи по длине выработки одиночными и двойными балками обеспечивают продольно-поперечную устойчивость рам крепи и снижают величину конечных вертикальных смещений.

При использовании однобалочной крепи усиления на 1 -м и 2-м экспериментальных участках вертикальные смещения кровли на сопряжении конвейерного ходка с лавой были снижены в среднем в среднем в 1,34-1,62 раза, а на расстоянии 180 м за лавой - в 1,28-1,41 раза.

Применение различных вариантов двухбалочной крепи усиления на 3-м, 4-м и 5-м экспериментальных участках позволило снизить вертикальные смещения на сопряжении с лавой в средне в 2,62-3,79 раза, а на расстоянии 180 м за лавой - в 1,96-2,54 раза, а скорости смещений почвы были снижены при однобалочных и двухбалочных крепях усиления соответственно в 1,74-2,0 и 2,634,49 раза по сравнению с контрольным участком.

При этом как видно из графиков рисунке 10 подтверждается ранее установленная особенность механизма деформирования пород кровли, заключающаяся в снижении величин максимальных скоростей смещений пород кровли с одновременны сдвигом точек их расположения в выработке относительно лавы в сторону выработанного пространства при росте жесткости применяемой крепи усиления [13]-[15], [17]. В конвейерном ходке 5-й восточной лавы пласта С11 величина максимальных скоростей вертикальных смещений пород кровли снижалась при росте жесткости применяемой ПБКУ.

На рисунке 10 представлены результаты замеров вертикальных смещений пород почвы конвейерного ходка 5-й восточной лавы пласта Сц при различных вариантах ПБКУ.

На контрольном участке при традиционной технологии поддержания и охраны выработки (рис. 3) смещения почвы конвейерного ходка на сопряжении с лавой составили 1,61 м, а на расстоянии 180 м вслед за лавой они увеличились до 2,7 м или возросли на 1,09 м или в 1,68 раза. Значительные смещения пород почвы конвейерного ходка стали причиной двукратной подрывки почвы конвейерного ходка: первая подрывка на глубину 1,0 м производилась на расстоянии 10 м перед лавой, а вторая-на глубину 1,0 м осуществлялась на расстоянии 10 м вслед за лавой. На контрольном участке величина максимальная скорость вертикальных смещений пород почвы составила 0,048 м/сут и точка расположения максимума скорости смещений располагалась на расстоянии 10 м перед лавой.

На первом экспериментальном участке при использовании одной боковой продольной двутавровой балки с сегментом жесткости (рис. 6, 7 а) величина выдавливания почвы выработки на сопряжении с лавой составила 1,3 м, что на 0,31 м или в 1,28 раза меньше, чем на контрольном участке. На расстоянии 180 м за лавой смещения почвы вентиляционного ходка составили 1,8 м, что на 0,9 м или в 1,5 раза меньше, чем на контрольном участке (рис. 10). Поэтому на данном участке производилась однократная подрывка почвы выработки на расстоянии 10 м вслед за лавой на глубину 1,0 м. Конечные смещения пород почвы на расстоянии 180 м за лавой превысили смещения на сопряжении с ней на 0,5 м или в 1,38 раза. Максимальная скорость смещений почвы на 1 -м экспериментальном участке составила 0,0275 м/сут (на 0,0295 м/сут или в 1,74 раза меньше, чем на контрольном участке) и точка максимума располагалась в створе с лавой.

На 2-м экспериментальном участке при использовании одной центральной продольной двутавровой балки с сегментом жесткости величина смещений пород почвы выработки составила 0,83 м, что на 0,78 м и в 1,94 раза меньше, чем на контрольном участке и на 0,47 м или в 1,57 раза меньше, чем на 1-м участке.

На расстоянии 180 м за лавой конечная величина смещений почвы выработки составила 1,55 м, что на 1,15 м или в 1,74 меньше, чем на контрольном участке и на 0,25 м или в 1,16 раза меньше, чем на 1-м экспериментальном участке. Конечные смещения пород почвы на расстоянии 180 м за лавой превысили смещения на сопряжении на 0,72 м или в 1,87 раза. Из-за значительных смещений почвы на расстоянии 15 м за лавой производилась подрывка почвы на глубину 0,8 м.

Рис. 10 - Графики вертикальных смещений и скоростей смещений пород почвы вентиляционного ходка 4-й восточной лавы пласта Сц от расстояния до очистного забоя: на контрольном - 1, первом - 2, втором - 3; третьем - 4 и четвертом - 5 экспериментальных участках (со значком * показаны возможные смещения почвы выработки без ее подрывок)

Максимальная скорость смещений почвы на 2-м участке составила 0,019 м/сут (на 0,029 м/сут или в 2,37 раза меньше скорости смещений контрольного участка), а точка максимума скорости смещений располагалась на расстоянии 10 м за лавой.

На 3-м экспериментальном участке при использовании двух боковых продольных балок с сегментом жесткости величина смещений пород почвы ходка на сопряжении с лавой составила 0,74 м, что на 0,87 м или в 2,18 раза меньше, чем на контрольном участке, на 0,56 м или в 1,76 раза меньше, чем на 1-м участке, на 0,09 м или в 1,12 раза меньше, чем на 2-м участке.

На расстоянии 180 м за лавой величина смещений пород почвы ходка составила 1,21 м, что на 1,49 м или в 2,23 раза меньше, чем на контрольном участке, на 0,59 м или в 1,49 раза меньше, чем на 1-м участке, на 0,34 м или в 1,28 раза меньше, чем на 2-м участке. Конечные смещения почвы на расстоянии 180 м вслед за лавой превысили смещения на сопряжении с лавой на 0,47 м или в 1,64 раза.

На 3-м участке максимальная скорость смещений почвы выработки составила 0,0144 м/сут (на 0,0336 м/сут или в 3,33 раза меньше контрольного участка). Точка максимума скоростей смещений пород почвы располагалась на расстоянии 20 м за лавой.

На 4-м экспериментальном участке при использовании двух центрально-сдвоенных продольных балок с сегментом жесткости величина смещений пород почвы ходка на сопряжении с лавой составила 0,64 м, что на 0,97 м или в 2,51 раза меньше, чем на контрольном участке, на 0,66 м или в 2,03 раза меньше, чем на 1-м участке, на 0,19 м или в 1,3 раза меньше, чем на 2-м участке и на 0,10 м или в 1,16 раза меньше, чем на 4-м участке. На расстоянии 180 м вслед за лавой конечные смещения пород почвы на 4-м экспериментальном участке составили 1,0 м, что на 1,7 м или в 2,7 раза меньше, чем на контрольном участке, на 0,8 м или в 1,8 раза меньше, чем на 1-м участке, на 0,55 м или в 1,55 раза меньше, чем на 2-м участке и на 0,21 м или 1,21 раза меньше, чем на 4-м участке. Конечные смещения пород почвы на расстоянии 180 м превысили смещения на сопряжении с лавой на 0,36 м или в 1,56 раза. На 4-м участке максимальная скорость смещений

почвы выработки составила 0,0114 м/сут (на 0,0366 м/сут или в 4,21 раза меньше контрольного участка). Точка максимума скоростей смещений пород почвы располагалась на расстоянии 30 м за лавой.

На пятом экспериментальном участке при использовании двух центрально-разнесенных продольных двутавровых балок с сегментом жесткости величина смещений пород почвы ходка на сопряжении с лавой составила 0,52 м, что на 1,09 м или в 3,1 раза меньше, чем на контрольном участке, на 0,78 м или в 2,5 раза меньше, чем на 1-м участке, на 0,31 м или в 1,6 раза меньше, чем на 2-м участке; на 0,22 м или в 1,43 раза меньше, чем на 3-м участке; на 0,12 м или в 1,23 раза меньше, чем на 4-м участке. На расстоянии 180 м вслед за лавой конечные смещения пород почвы на 5-м экспериментальном участке составили 0,91 м, что на 1,79 м или в 2,97 раза меньше, чем на контрольном участке, на 0,89 м или в 1,98 раза меньше, чем на 1-м участке, на 0,64 м или в 1,7 раза меньше, чем на 2-м участке; на 0,3 м или 1,33 раза меньше, чем на 3-м участке; на 0,09 м или в 1,1 раза меньше, чем на 4-м участке. Конечные смещения пород почвы на расстоянии 180 м превысили смещения на сопряжении с лавой на 0,39 м или в 1,75 раза. Максимальная скорость смещений почвы выработки на 5-м участке составила 0,0092 м/сут (на 0,0388 м/сут или в 5,21 раза меньше скорости смещений контрольного участка). Точка максимума скоростей смещений пород почвы располагалась на расстоянии 35 м за лавой.

Конечные смещения пород почвы конвейерного ходка от сопряжения лавы и до 180 м за ней возросли в 1,68 раза на контрольном участке и в 1,38; 1,87; 1,64; 1,56 и 1,75 раза соответственно на 1-м, 2-м, 3-м; 4-м и 5-м экспериментальных участках.

Выводы по работе. Таким образом, представленный анализ результатов применения различных вариантов ПБКУ в конвейерном ходке 5-й восточной лавы пласта С11 позволил сделать вывод о том, что при использовании одинарной продольной связи рам основной крепи в среднем вертикальные смещения почвы были снижены в 1,5 - 1,9 раза, а при двойной связи - в 2,1 - 2,7 раза, а скорости смещений почвы снизились соответственно в 1,76 - 2,54 раза и в 3,29 - 4,25 раза.

Анализ результатов замеров смещений боковых пород конвейерного ходка 5-й восточной лавы пласта Сц позволил установить новые особенности механизма деформирования вмещающих пород на контуре выработки, заключающиеся в снижении величин вертикальных смещений кровли и почвы, а также максимальных значений скоростей смещений кровли и почвы при использовании однобалочной и двухбалочной связи комплектов основной крепи по длине выработки.

Представленные на рисунках 9 и 10 графики замеров смещений показывают, что с ростом жесткости применяемой крепи усиления снижается величина смещений и скоростей смещений пород кровли и почвы, причем, при этом происходит сдвиг места расположения максимальных значений скоростей смещений по ходу лавы в сторону выработанного пространства.

Полученные результаты применения продольно-балочной консолидации рам основной крепи позволяют:

- стабилизировать и локализовать деформационные процессы, происходящие в окрестности вентиляционного ходка посредством перераспределения повышенной нагрузки между перегруженными и недогруженными рамами крепи по длине выработки;

- обеспечить продольно - поперечную устойчивость рам арочной крепи за счет каркасного принципа их взаимодействия с ПБКУ и боковыми породами;

- снизить вертикальные смещения пород кровли и почвы с ростом жесткости применяемой крепи усиления за счет формирования и сохранения над продольными балками самораспорных и грузонесущих сводов из породных отдельностей дезинтегрированных пород зоны неупругих деформаций непосредственной кровли с преимущественно горизонтальным полем сжимающих усилий , что обеспечивает формирование в кровле пласта распорной зоны с преобладающими горизонтальными смещениями боковых пород и перенаправляет повышенное давление пород кровли и почвы в бока выработки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Черняк, И. Л. Управление горным давлением в подготовительных выработках глубоких шахт [Текст] / И. Л. Черняк, Ю. И. Бурчаков. - М.: «Недра». - 1984. - 304 с.

2. Черняк, И. Л. Управление состоянием массива горных пород [Текст] / И. Л. Черняк, С. А. Ярунин. - М.: Недра. - 1995. -395 с.

3. Усаченко, Б. М. Геомеханика охраны выработок в слабо-метаморфизованных породах [Текст] / Б. М. Усаченко, В. П. Чередниченко, И. Е. Головчанский - К.: Наукова думка. -1990. - 144 с.

4. Виноградов, В. В. Геомеханика управления состоянием массива вблизи горных выработок [Текст] / В. В. Виноградов. -К.: Наукова думка. - 1989. - 192 с.

5. Литвинский, Г. Г. Стальные рамные крепи горных выработок [Текст] / Г. Г. Литвинский, Г. И. Гайко, М. И. Кулдыркаев. - К.: Техника. - 1999. - 216 с.

6. Заславский, И. Ю. Повышение устойчивости подготовительных выработок угольных шахт [Текст] / И. Ю. Заславский., В. Ф. Компанец, А. Г. Файвишенко, В. М. Клещенков - М.: Недра. - 1991. - 235 с.

7. Калимов, Ю. И. Совершенствование способов крепления и охраны подготовительных выработок глубоких шахт/ [Текст] Ю. И. Калимов, В. Н. Левчук. - Обзор // ЦНИЭИУголь. - М. -1981. - 25 с.

8. Гребёнкин, С. С. Поддержание и проведение выработок глубоких шахт [Текст] / С. С. Гребёнкин, Ю. Ф. Булгаков, Н. Н. Касьян, Ю. А. Петренко и др. - Донецк: Каштан. - 2005. -256 с.

9. Байсаров, Л. В. Геомеханика и технология поддержания повторно используемых горных выработок [Текст] / Л. В. Байсаров, М. А. Ильяшов, А. И. Демченко. - Днепропетровск: Лира. - 2005. - 240 с.

10. Бондаренко, В. I. Геомехашчш основи тдвищення стш-кост шдготовчих виробок [Текст] / В. I. Бондаренко, В. I. Бузило,

М. М. Табаченко, В. Ю. Медяник - Дншропетровськ: НГУ. -2010. - 408 с.

11. Бондаренко, Ю. В. Изменения деформаций контура кровли выемочной выработки при использовании каркасной крепи усиления [Текст] / Ю. В. Бондаренко, Г. И. Соловьев,

B. С. Захаров // Известия Донецкого горного института. 1999. -№ 1. - С. 66-70.

12. Бондаренко, Ю. В. О влиянии жесткости каркасной крепи усиления на смещения пород кровли [Текст] / Ю. В. Бондаренко, Г. И. Соловьев, Е. В. Кублицкий, О. К. Мороз [Текст] / Известия Донецкого горного института. 2001. - № 1. -

C. 59-61.

13. Соловьев, Г. И. Определение параметров силового взаимодействия арочной крепи и жесткой продольной балки [Текст] / Г. И. Соловьев // Вют Донецького прничого шституту. - № 2. -2005. - С 90-100.

14. Соловьев, Г. И. О результатах опытно - промышленной проверки эффективности способа продольно - жесткого усиления арочной крепи выемочных выработок глубоких шахт [Текст] / Г. И. Соловьев // Геотехшчна мехашка: Мiжвiд. збiрн. наук. праць / 1ГТМ iм. М. С. Полякова НАН Украши. - Дншропетровськ. 2005. - Вип. 61. - С. 274-284.

15. Соловьев, Г. И. Особенности физической модели самоорганизации боковых пород на контуре выемочной выработки при продольно - жестком усилении арочной крепи [Текст] / Г. И. Соловьев. Науковий вюник НГУ. - Дншропетровськ. 2006. -№ 1. - С. 11-18.

16. Соловьев, Г. И. Особенности поддержания конвейерных штреков при сплошной системе разработки [Текст] / Г. И. Соловьев, П. П. Голембиевский, Р. С. Муляр // Проблемы горного давления. - Донецк. - 2016. - № 2 (29) - С. 17-29.

17. Соловьев, Г. И. Консолидация основной крепи подготовительных выработок продольно - балочной крепью усиления / VI Международная научно - техническая конференция «Горная геология, геомеханика и маркшейдерия». Труды РАНИМИ. -№ 8 (23) (часть 1). - 2019. - С. 135-188.

Геннадий Иванович Соловьев, доцент кафедры разработки месторождений полезных ископаемых. ФГБОУ ВО «Донецкий национальный технический университет», г. Донецк, ДНР, Российская Федерация [email protected].

FEATURES OF ROCK PRESSURE IN CONVEYOR PREPARATORY WORKING WITH LONGITUDINAL BEAM CONNECTION OF ARCH SUPPORT SETS

The features of the manifestation of rock pressure in the conveyor preparatory work when using the longitudinal-beam connection of arch support sets are considered. The results of the application of new variants of longitudinal beam reinforcement support to ensure the stability of conveyor workings supported in various zones of mountain pressure manifestation are presented.

Rock pressure, conveyor preparatory working, stability, rigid longitudinal beam, arch support, lateral rock displacements.

Solovyov Gennady Ivanovich, Ph. D. in Engineering Sciences, Associate Professor of the Department of Mineral Deposits Development, Donetsk National Technical University, Donetsk, DPR, Russian Federation, gisolo-viev 1 @gmail .com.