CC BY
12
© Г.Д. Буялич, Ю.А. Антонов, В.И. Шейнин, 2012
Г.Д. Буялич, Ю.А. Антонов, В.И. Шейнин
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С КРОВЛЕЙ КРЕПИ, ОСНАЩЁННОЙ АКТИВНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ КРЕПЛЕНИЯ ЗАБОЯ
Приведены результаты шахтных исследований взаимодействия механизированной крепи, оснащённой активными устройствами крепления забоя, с тяжёлой кровлей.
Ключевые слова: шахтные исследования, механизированная крепь, взаимодействие с тяжёлой кровлей, устройство крепления забоя.
Исследование взаимодействия крепи поддерживающе-оградительного типа, оснащённой активными устройствами крепления забоя [1, 2], проводилось в условиях пласта Байкаимский шахты Полысаевская.
Средняя мощность пласта с породными прослойками 3,17 м. В контуре лавы общая мощность изменяется от 3,0 до 3,34 м вместе с высокозольной пачкой, которая является ложной кровлей мощностью 0,2-0,4 м при средней мощности 0,29 м крепостью {=1,5.
Пласт сложного строения, представлен двумя, реже тремя пачками угля с коэффициентом крепости {=1,5-1,8, разделёнными между собой прослойками алевролита мощностью 0,07-0,1 м. Пласт Байкаимский отнесен к угрожаемым по горным ударам. Отжимы угля до 0,6 м и выше, особенно на сопряжениях выработок. Глубина залегания пласта от поверхности 175-185 м.
Непосредственная кровля — алевролит слабой устойчивости мощностью 0,8-2 м и крепостью {=2,8-3 — хорошего под-бучивания не создаёт. При обнажении более 10 м2, ширине призабойного пространства 0,8-1,0 м и времени обнажения свыше 20 мин непосредственная кровля обрушается с образованием куполов до 1,5 м.
Основная кровля — крепкий мелкозернистый песчаник мощностью 50 м с коэффициентом крепости { =6-7, относится к жёсткой тяжёлой кровле. Обрушение происходит блоками
размером 3x5x8 м. Возможно образование заколов и куполов высотой до 2 м. Шаг первичной посадки 40-50 м, последующий шаг обрушения 12-15 м.
Стратиграфически выше на 70 м над пластом Байкаимским отработан пласт Надбайкаимский.
В контуре лавы пласт залегает под углом 5-6°. Гипсометрия пласта выдержанная. Технологическая схема очистных работ — длинные столбы по простиранию с обратным порядком отработки.
Лава оборудована механизированным комплексом КМ130. На участке с 1 по 30 секцию, считая от конвейерного штрека, на секциях первого типа крепи М130 были установлены серийные устройства для крепления забоя. В верхней части лавы на секциях первого типа с 43 по 55 были установлены экспериментальные активные устройства для крепления забоя (рис. 1). Выбор места установки экспериментальных устройств обусловлен геологическими данными, прогнозирующими повышенные величины горного давления и отжима в верхней части лавы.
Замеры нагрузок на секции крепи, величин опускания кровли производилось при помощи самопишущих манометров М72, измерительных стоек С-11, цифровых манометров и индикаторов часового типа.
Для проведения замеров были оборудованы измерительные секции с экспериментальными устройствами для крепления забоя (секция № 49) и без них (секция № 37).
Инструментальные и визуальные наблюдения проводились по всей длине лавы. После выхода комплекса из монтажной камеры проявление отжима носило слабо выраженный эпизодический характер. По мере удаления от монтажной камеры с ростом нагрузок на крепь отмечалось повышение интенсивности отжима, особенно в период осадок кровли.
Рис. 1. Устройство для крепления забоя в составе крепи М130 в сложенном и рабочем положениях
Наиболее часто форма отжима характеризовалась вывалом угля в форме, близкой к трапеции, большее основание которой совпадает с поверхностью забоя, при этом у кровли оставалась пачка угля, увеличивающаяся вглубь массива. Весьма характерна также фигура отжима с обнажением кровли на значительную величину вглубь массива и существенным разрушением угля по мощности пласта.
Распространение отжима вглубь забоя достигало метра и более, особенно на флангах лавы. С повышением интенсивности отжима увеличивалась величина опускания кровли. Эти явления имеют взаимную причинно-следственную связь. Опускание кровли впереди забоя приводит к ослаблению и разрушению верхней части пласта, вызывая отжим угля. В свою очередь отжим образует дополнительное закреплённое пространство перед козырьком секции крепи, что делает возможным дальнейшее опускание кровли, вызывающее ещё большее ослабление и разрушение пласта. Таким образом, опускание кровли впереди забоя и отжим взаимно обусловливают друг друга. Измерениями установлено, что чем больше величина опускания кровли в бесстоечном пространстве, тем интенсивнее проявление отжима. Наибольшее влияние на величину опускания кровли в призабойном пространстве оказывает распространение отжима вглубь пласта и по мощности пласта.
Секции серийной крепи работали в режиме нарастающего сопротивления, как по забойному, так и по завальному рядам стоек. Сопротивление секции после распора составляло около 1000 кН, а к концу цикла увеличилось на 1500-1600 кН.
Опускание кровли носило плавный характер, однако сопровождалось интенсивным расслоением пород кровли, обрушением забоя, образованием куполов и заколов. Величины опускания кровли по завальному ряду стоек достигали 4050 мм за цикл. По забойному ряду — 30-35 мм. Замеры опускания кровли над забойным концом козырька секции показали, что эта величина достигала 20-30 мм за время цикла.
Секции экспериментальной группы с устройствами крепления забоя также работали в режиме нарастающего сопротивления, которое на конец цикла составляло величину порядка 2900-3060 кН. Увеличение сопротивления секций явилось ре-
зультатом повышения сопротивления забойных консолей при использовании противоотжимных устройств.
Опускание кровли на экспериментальном участке также носило плавный характер, однако величины опускания были меньше, чем над серийными секциями. Особенно заметным было снижение величины опускания кровли над забойным концом козырька, которое не превышало 10 мм.
В целом устройства для крепления забоя надёжно выполняли свои функции по взаимному удержанию кровли и забоя. При этом опускание кровли за цикл уменьшилось в призабой-ной зоне секций в 2-3 раза. Вывалы из забоя в зоне установки испытуемых устройств были сведены к минимуму, что повысило безопасность работ и благоприятно сказалось на состоянии кровли. Экспериментами установлено, что сопротивление забойных консолей секций с устройствами крепления забоя достигало 440 кН/м2, в то время как сопротивление забойных консолей серийных секций не превышало величину 180 кН/м2.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А. с. 883486 СССР : МКИ(3) Е 21 Б 23/04. Устройство для крепления забоя / Коршунов А. Н., Александров Б. А., Леконцев Ю. М., Антонов Ю. А., Костромов О. С., Старченко В. З. ; заявитель Кузбас. политехн. ин-т. — № 2890275/22—03 ; заявл. 05.03.80 ; опубл. 23.11.81, Бюл. № 43.
2. Пат. 111579 РФ, МПК Е 21 Б 23/04 (2006.01). Устройство для крепления забоя / Антонов Ю. А., Буялич Г. Д., Шейкин В. И., Буялич К. Г., Горощенко Н. О. ; патентообладатель Федер. гос. бюджет.образоват. учреждение высш. профессион. образования «Кузбас. гос. техн. ун-т» (Куз-ГТУ). — № 2011131769/03 ; заявл. 28.07.11 ; опубл. 20.12.11, Бюл. № 35. — б с. гатш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Буялич Геннадий Даниилович — доктор технических наук, профессор, Юр-гинский технологический институт Томского политехнического университета, Кузбасский государственный технический университет, [email protected], Антонов Юрий Анатольевич — кандидат технических наук, доцент, Кузбасский государственный технический университет, [email protected], Шейкин Владимир Иванович — генеральный директор Кемеровского завода геологоразведочного оборудования.
