CC BY
37
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;
