Научная статья на тему 'Особенности взаимодействия механизированных крепей с кровлей в бесстоечном пространстве'

Особенности взаимодействия механизированных крепей с кровлей в бесстоечном пространстве Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
110
36
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Антонов Юрий Анатольевич, Лупий Михаил Григорьевич, Александров Борис Алексеевич

Изложены результаты исследований, отражающих формы и параметры отжима угля, проанализирована связь между параметрами отжима и состоянием кровли, даны рекомендации по снижению отжима и улучшением состояния кровли в бесстоечном пространстве.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Антонов Юрий Анатольевич, Лупий Михаил Григорьевич, Александров Борис Алексеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Особенности взаимодействия механизированных крепей с кровлей в бесстоечном пространстве»

ГОРНЫЕ МАШИНЫ И КОМПЛЕКСЫ

УДК 622.285:624.042.3

Ю. А. Антонов, М.ГЛупий, Б. А. Александров

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ С КРОВЛЕЙ В БЕССТОЕЧНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Опыт эксплуатации механизированных крепей, а также результаты экспериментальных и аналитических исследований свидетельствуют о том, что именно в бесстоечном пространстве наблюдаются первые признаки разрушения кровли, часто сопровождающиеся отжимом угля. В свою очередь, разрушение кровли в бесстоеч-ном пространстве определяет ее неудовлетворительное состояние по всей ширине.

С целью выявления связи между геометрическими параметрами отжима и величинами опускания кровли над краевой частью пласта были проведены исследования в условиях пласта 3 поля шахты «Чертинская» ПО «Ленинскуголь» в лаве № 333. Индекс активной кровли согласно отраслевой классификации 3.2.3. Пласт относится к категории крепких по разру-шаемости, уголь вязкий.

Анализ результатов исследований позволил выявить наиболее характерные формы отжима, представленные на рис.1. Частота проявления наиболее характерных форм отжима, выявленных в процессе шахтных

исследований, и их параметры представлены в таблице.

Как следует из данных таблицы, наиболее распространенной формой отжима (39 % из всех зафиксированных случаев) является форма, представленная на рис.1,а.

Эта форма характеризуется вывалом угля в форме, близкой к трапеции, при этом у кровли остается пачка угля, толщина которой увеличивается по направлению в глубь массива.

Второй по частоте проявления формой отжима (20 % из всех зафиксированных случаев) является форма, представленная на рис.1,б. Рассматриваемая форма отжима характеризуется обнажением кровли на значительную величину вглубь массива и существенным разрушением угля по мощности пласта.

Исследованиями установлено, что при проявлении отжима угля в любой из представленных форм существенно увеличивается опускание кровли в бесстоечном пространстве и ухудшается ее состояние. При этом нарушение сплошности непосредственной кровли отмечается непосредственно у забоя.

По мере удаления от забоя к завалу состояние кровли ухудшается, развивается куполооб-разование, наблюдается «обыгрывание» секций и в ряде случаев ступенчатое смещение блоков.

Анализ экспериментальных данных, отражающих опускание кровли над забойной частью верхняка, и значение параметров, характеризующих отжим, позволили установить ряд зависимостей между ними.

Так, установлено, что наиболее тесная связь (корреляционное отношение ?)=0.89 ) наблюдается между х и у, то есть между опусканием кровли над забойной частью консоли перекрытия и максимальной глубиной проявления отжима угля. Уравнение связи имеет вид:

у=53.9(0.22+х)2 (1)

Несколько меньшим корреляционным отношением

Г1=0.85 характеризуется уравнение связи между величиной опускания кровли над забойной частью консоли перекрытия и параметром АС, то есть максимальной высотой формы отжима по мощности пласта.

Уравнение этой связи имеет вид

у=1.59+16.7х +28.4х2. (2)

Еще меньшим корреляционным отношением г)=0.81 характеризуется уравнение связи между опусканием кровли над рассматриваемой точкой и толщиной пачки угля у кровли по забою.

Уравнение этой связи имеет вид:

Таблица

Параметры форм отжима угля

Формы отжима АС В1С В2С ОВ1 Частота проявления отжима, %

а 0,2-1,75 0,5-2,5 0 0,5-2,5 35

б 0,2-2,0 2,0-3,5 0 0 27

в 0,2-1,3 0,4-2,0 0,4-2,0 0,3-2,5 20

г 0,1-0,9 0,4-1,0 0,4-1,5 0,4-2,0 10

д 0,3-1,2 2,0-3,0 0,1-1,0 0 5

е 0,3-0,7 0 1,5-3,2 0 3

48 Г.Д. Буялич, Ю.А. Антонов, М.Г. Лупий, Б.А. Александров

1

У =--------. (3)

0,047х

Анализ изложенного материала приводит к выводу, что опускание кровли в бесстоечном пространстве и интенсивность проявления отжима, наиболее представительным параметром которого является наибольшая глубина его распространения, обусловливают друг друга.

Исследованиями процессов взаимодействия механизиро-

ванной крепи с кровлей пласта 3, относящегося к группе пластов с трудноуправляемыми кровлями, установлено, что интенсивное расслоение кровли в бесстоечном пространстве, образование заколов и куполов обусловливает и неблагоприятный характер ее взаимодействия с поддерживающими элементами крепи в зоне расположения гидростоек.

На рис.2 представлен характер изменения сопротивления гидростоек и секции серийной крепи 2М81Э в целом, а также опускания кровли над забойной консолью, забойным и завальными рядами гидростоек.

При начальном распоре секции, составляющем в среднем 600 кН, сопротивление каждой секции крепи в течение цикла возрастало на 300 - 350 кН и достигало 900 - 950 кН. При работе стоек механизированной крепи в пределах упругой податливости отмечалось значительное опускание кровли как над забойным, так и над завальным рядами гидростоек.

Так, величины опускания кровли над забойным рядом гидростоек составляли 45 - 65 мм при средней величине 52 мм в течение цикла, а над завальным рядом гидростоек 85 - 100 мм при средней величине 90 мм.

Измерения величин опускания кровли над забойной частью консоли перекрытия показали, что в этой зоне опускание кровли составляет 35 - 45 мм в течение цикла и сопровождается отжимом.

Подтверждено, что первые

признаки разрушения кровли отмечаются именно в зоне бес-стоечного пространства: процесс разрушения кровли и ухудшения ее состояния прогрессирует по направлению от забоя к завалу. Так, возникновение закола у забоя непосредственно после прохода выемоч-

ной машины сопровождается в дальнейшем куполообразовани-ем и «обыгрыванием» секций. При этом в подавляющем большинстве случаев отмечается совпадение во времени таких процессов, как отжим угля и образование заколов. Как первое, так и второе явления со-

Рис. 2. Изменение сопротивления секции Рс, передней Р1 и задней Р2 гидростоек серийной крепи и опускания кровли в течение цикла над забойной частью консоли АН1 и завальной ЛН2 гидростойками

провождались увеличением

трудоемкости работ в очистном забое и снижением темпов под-вигания забоя.

Результаты шахтных исследований, в также материал, отражающий состояние вопроса, позволяют представить процесс взаимодействия механизиро-

ванной крепи с непосредственной кровлей следующим образом. В исходном положении кровля имеет в качестве естественной опоры угольный пласт, который в силу своих природных особенностей является как бы идеальной крепью. При выемке угля кровля лишается своей естественной опоры, и в пределах очистного забоя поддерживается искусственным сооружением, каким является механизированная крепь.

Само по себе ограниченное сопротивление механизированной крепи обусловливает монотонное опускание кровли в поддерживаемом пространстве, а расположение равнодействующей крепи на значительном расстоянии от забоя создает предпосылки к существенному опусканию кровли в бесстоеч-ном пространстве, обжиму пласта и его раздавливанию, сопровождающимся отжимом угля. В свою очередь, отжим угля при-

водит к образованию значи-

тельных обнажений кровли перед забойными консолями механизированных крепей, в результате чего опускание кровли еще в большей степени

возрастает.

Таким образом, очевидна

связь между

глубиной проявления отжима и опусканием кровли в поддерживаемом и, особенно, бес-стоечном пространстве. Чем больше величина опускания кровли в бесстоечном пространстве, тем в большей степени и на большую глубину проявляется отжим. И наоборот, чем больше глубина отжима, тем больше величины опускания кровли в бесстоечном пространстве. Значительное опускание кровли в бесстоечном пространстве, сопровождающееся растягивающими напряжениями,

приводит к нарушению ее сплошности уже в призабойной зоне. По мере удаления от забоя к завалу развивается процесс ухудшения состояния кровли, что можно предотвратить применением противоотжимных устройств, реализующих эффект взаимного удержания забоя и кровли.

□ Авторы статьи:

Антонов Юрий Анатольевич -канд.техн.наук, доцент каф. горных машин и комплексов

Лупий

Михаил Григорьевич -директор ш. «Дальние горы»

Александров Борис Алексеевич -докт.техн.наук, профессор каф. горных машин и комплексов

УДК 622.285:624.042.3

Г.Д. Буялич, Ю.А. Антонов, М.Г. Лупий, Б.А. Александров

ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ГИДРОСИСТЕМАМ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ

Кафедра горных машин и комплексов работает над совершенствованием гидросистем механизированных крепей на протяжении тридцати лет. За этот период выполнен комплекс лабораторных и шахтных исследований, позволивших сделать существенный вклад в разработку технических требова-

ний к гидросистемам механизированных крепей первого, второго и третьего поколений.

В процессе исследований установлено:

• начальный распор не достигает проектного, что объясняется субъективными факторами, зависящими от машиниста крепи;

• гидравлические стойки механизированной крепи не имеют защиты от динамических нагрузок;

• гидросистемы крепи практически не имеют средств контроля ее технического состояния;

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.