книги из ГПНТБ / Проявление горного давления при применении механизированных крепей

ПРОЯВЛЕНИЕ

ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

ПРИ ПРИМЕНЕНИИ

МЕХАНИЗИРОВАННЫХ

КРЕПЕЙ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДРА»

Москва 1974

I

Ч И Т А Л Ь Н О Г О 3 A * iA _ j

Л*

Проявление горного давления при применении механизированных крепеіі. М., «Недра», 1974, 104 с. Авт.: ІО. А. Семенов, М. М. Мукушев,

A.І\. Бекбулатов, Я. Д. Витебский, Е. Н. Акбасов, К. С. Ибраев, Б. Ф. Огарков, И. А. Беккер,

B.А. Алямовскиіі.

Вкниге приведены сведения о работе меха­ низированных крепей ОМКТ, ОМКТМ, М-81, М-100, М-87, ОКТ-1, М-97, их взаимодействии с боковыми породами в сложных горно-геологиче­ ских условиях. Рассмотрены вопросы экономи­

ческой эффективности и области применения ме­ ханизированных крепей, а также направления их разработки и совершенствования.

Книга предназначена для инженерно-техниче­ ских работников угольных шахт н научных сот­ рудников, занимающихся вопросами комплексной механизации в угольной промышленности, а так­ же может быть полезна студентам старших кур­ сов горных институтов и факультетов.

Таблиц 9, иллюстраций 43, список литературы 19 назв.

043 01—73

ВВЕДЕНИЕ

Одним из главных направлений развития технического прогрес­ са в угольной промышленности СССР, обеспечивающим резкое по­ вышение производительности труда, снижение себестоимости до­ бычи угля, создание безопасных условий горных работ в очистных забоях является широкое применение комплексов оборудования с механизированными крепями.

Применение механизированных комплексов дает возможность перейти на новые, более эффективные технологические схемы вы­ емки, позволяющие обеспечить высокую концентрацию горных ра­ бот и значительно изменить все еще сложное подземное горное хо­ зяйство действующих шахт и улучшить технико-экономические по­ казатели их работы.

В1971 г. в Карагандинском угольном бассейне было добыто 'механизированными комплексами 12 млн. 771 тыс. т угля, что ■составило 38,6% от общей подземной добычи угля. Причем сред­ несуточная нагрузка на комплекс составила 953 т. В течение 1972—1975 гг. в бассейне намечается увеличить добычу угля под­ земным способом до 43, мли.т, в том числе механизированными комплексами — до 3! млн. т. Среднесуточная нагрузка будет дове­ дена до 1200 т.

Внастоящее время механизированные ^репи применяются в ос­ новном в благоприятных горно-геологических условиях. Расшире­ ние области их применения будет производиться за счет разработ­ ки пластов с неустойчивыми вмещающими породами с низкой ие- ■сущей способностью, с наличием геологических нарушений, с труднообрушаемыми кровлями и т. д.

Эффективность работы очистных забоев, оборудованных меха­ низированными комплексами, в значительной степени определяет­ ся соответствием конструктивных схем и параметров механизиро­ ванных крепей горно-геологическим условиям их эксплуатации. Поэтому в связи с проводимым широким техническим перевоору­ жением угольной промышленности особое значение приобретает установление оптимальных параметров механизированных крепей, их конструктивных схем, направлений совершенствования серий­ ных механизированных крепей с учетом горно-геологических усло­ вий Карагандинского бассейна.

3

Г л а в а I

4 тыс. км2 л сложен отложениями палеозойского, мезозойского и кайнозойского возрастов общей мощностью более 5 тыс. м, из ко­ торых угленосные отложения занимают 4,5 тыс. м и представлены континентально-лагунными отложениями.

В территориально-географическом положении Карагандинский бассейн подразделяется на: Промышленный, Саранский и Новые районы бассейна. Последние объединяют Чурубай-Нурпнский и Тентекскнй участки. По условиям залегания пластов и свойствам вмещающих пород эти участки резко отличаются друг от друга.

Из восьми свит, составляющих угленосную толщу Карагандин­

По условиям залегания шахтные поля различаются в зависи­ мости от положения в бассейне: в северных и центральных частях преобладают пологие и наклонные пласты, вдоль южной окраины

— крутые.

На Промышленном участке пласты карагандинской свиты за­ легают под утлом 8—12°. Исключением является восточная гра­ ница участка, где угол падения пластов увеличивается до 50—80°, причем с глубиной пласты выполаживаются.

(20—45°). Угол падения пластов Долинского участка колеблется

от 5 до 16°.

По степени нарушенное™ в бассейне выделяются участки трех •типов: I — с простым геологическим строением, с выдержанными условиями залегания угленосной толщи в целом и отдельных уголь-

4

иых пластов (Промышленный участок и Тентекский район); II — со сложным геологическим строением, где развиты мелкая склад­

сложной системы дизъюнктивных нарушений, с зонами разлома,

надвигов (южные части Карагандинского и Чурубай-Нуринского районов).

Крупные нарушения встречаются сравнительно редкоЗначи­ тельно большее развитие имеют мелкие нарушения с амплитудой от нескольких десятков сантиметров до 15 м. Возникают іг зату­ хают они, как правило, в пределах одного крыла шахтного поля. По своему типу они чаще всего являются взбросами.

Наиболее нарушенными являются выемочные поля Саранского и Чурубай-Нуринского участков. Если на Промышленном участке частота крупных нарушений, влияющих на устойчивую работу очистных забоев, позволяет иметь выемочные поля 400—1000 м по простиранию и 150—300 м по падению, то на Саранском и Чуру- бай-Нуринском участках из-за большого числа крупных нарушений выемочные поля сокращаются в два-четыре раза.

Из-за большой нарушенное™ месторождения в этих районах приходится проводить значительную сеть подготовительных вы­ работок. Так, например, на Саранском участке на 1000 т добычи приходится в 1,5 раза больше подготовительных выработок, чем на Промышленном участке, а на Чурубай-Нуринском участке в 2,1 ра­ за.

Карагандинский угольный бассейн является одним из наиболее газообильных. Угли и вмещающие породы шахт Промышленного участка содержат углекислоту, метан, азот и в некоторых случаях незначительное количество водорода и тяжелых углеводородов.

В преобладающей части шахт бассейна, начиная с глубины 100 м, заметны выделения метана. Относительная метанообиль­ ность шахт повышается с углублением горных выработок.

Уже сейчас на глубине 300—350 м на шахтах Промышленного и Саранского участков относительная газообильность составляет 20—40 м3 на 1 т суточной добычи угля. Есть предположение, что на глубине 500 м и более в самой газоносной части Промышленного участка метанообильность составит 50—70 м3 на 1 т суточной добы­ чи, а в районах с малой газообильностыо (западная часть) — не более 20—30 м3/т.

На шахтах долинской свиты метанообильность пока незначи­ тельная. Однако с переходом на более глубокие горизонты мета- нообилы-юсть будет резко возрастать.

Все пласты бассейна опасны по взрывам пыли. Наиболее взры­

5

воопасна пыль малозольных углей верхних пластов карагандин­ ской и пластов долинской свиты. Большинство пластов бассейна подвержено самовозгоранию.

§ 2. Проявление горного давления при применении механизированной крепи М-100 на шахте «Михайловская» при выемке верхнего слоя пласта £10 Феликс

Расширение области применения механизированных комплек­ сов требует решения вопросов управления горным.давлением меха­ низированными крепями в период проявления осадок основной кров­ ли. Применение механизированных комплексов в этих условиях приводило к завалам лав и деформации элементов крепей [6, 9, 12]. К шахтопластам с труднообрушаемыми кровлями следует от­ нести &13, &12, &I4, kю, k7 а7, т. е. почти все основные пласты Кара­ гандинского бассейна, разработка которых обеспечивает более 70% всей подземной добычи угля.

Увеличение числа применяемых комплексов приводит к необхо­ димости их эксплуатации в ряде случаев на пластах с труднообру­ шаемыми кровлями. Эффективность их применения в этих усло­ виях может быть достигнута разработкой специальных мероприя­ тий, позволяющих снизить интенсивность осадок основной кровли.

Методика проведения исследований проявления горного давле­ ния в этих условиях предусматривала установление характера вза­ имодействия крепей с боковыми породами в период первичных и вторичных осадок основной кровли, а также в период между осад­ ками. С этой целью в течение пяти месяцев определялись нагрузки на крепь и скорости их нарастания, величина и скорость опускания кровли. Предусматривались также наблюдения за состоянием кровли в призабойном пространстве.

Механизированным комплексом КМ-100 была оборудована 1-бис восточная лава верхнего слоя пласта k i0 Феликс.

Мощность пласта 3,6 м; вынимаемая мощность верхнего слоя 1,55 м; угол падения пласта 8—12°; кливаж пород направлен диагонально к простиранию; уголь средней крепости и вязкости (/= 2 по шкале проф. М. М. Протодьяконова); длина лавы 135 м; система разработки — длинные столбы по простиранию двумя нак­

лонными слоями.

Залегание пласта относительно выдержано как по падению,

так и по простиранию.

Непосредственная кровля пласта (общая мощность 0,8—1 м) представлена пачкой угля мощностью 0,5 м и переслаивающимися глинистыми и углистыми сланцами (0,3—0,5 м).

Основная кровля представлена песчаниками средней крепости мощностью 10—15 м, выше которых залегают слои аргиллита.

6

отходе комплекса от монтажной камеры на расстояние до 6 м по простиранию стойки секций крепи работали на величине первона­ чального распора, равной 10—12 тс. При дальнейшем подвигании очистного забоя нагрузки на стойки постепенно увеличивались и на расстоянии 20—25 м от монтажной камеры стойки секций кре­ пи стали выходить на рабочую характеристику. Скорость нара­ стания нагрузок на стойки составляла 2—2,5 тс/ч.

В зоне влияния производственных процессов наблюдались ча­ стые (2—В в минуту) срабатывания предохранительных клапанов. После передвижки секций стойки крепи выходили на рабочую характеристику в течение 3—4 ч. Податливость стоек при этом составляла 20—30 мм. Опускание кровли находилось в пределах 40—60 мм, а скорость опускания — 0,01—0,02 мм/мин.

При отходе комплекса от монтажной камеры на расстояние 36 м общее опускание кровли в период первичной осадки основ­ ной кровли составило 380 мм. Скорость опускания кровли в этот период в среднем составила 4,2 мм/мин, а максимальная зафикси­ рованная скорость опускания — 25 мм/мин. Кроме того, резко уве­ личилась скорость нарастания нагрузки на стойки крепи (10— 14 тс/ч). Частота срабатывания предохранительных клапанов при этом составила 10—15 в минуту. В некоторых случаях штоки стоек при срабатывании предохранительных клапанов проседали мгно­ венно на 10—12 мм. Величина податливости доходила до 120 мм.

Первичная осадка основной кровли ухудшила общее состояние кровли в призабойном пространстве, особенно в местах геологи­ ческого нарушения. По линии забоя образовались вывалы высотою до 1,2 м. В этих местах над перекрытиями крепи выкладывались деревянные клети. Такое состояние кровли наблюдалось на про­ тяжении 23 м верхней части лавы.

В нижней и средней части лавы трещины, образующиеся после каждого цикла, раскрылись до 5—6 см, в результате чего про­ изошли вывалы пород кровли на глубину до 0,4 м. Влияние пер­ вичной осадки ощущалось в течение пяти выемочных циклов, пос­ ле чего нагрузки на стойки секций крепи резко снизились.

Из анализа данных, полученных по 22 выемочным циклам, уста­ новлено, что нагрузки на передние стойки двухстоечных и трех­ стоечных секций крепи были больше, чем на задние стойки. Так, нагрузка на переднюю стойку двухстоечной секции составляла 13 тс, на заднюю 11 тс, на передню стойку трехстоечной секции 20,3<тс, на вторую стойку 14 и на 'заднюю 12 тс. Такое распределе­ ние нагрузок на стойки секции крепи по ширине призабойного пространства объясняется, во-первых, конструктивными особенно­ стями крепи (передние стойки поддерживают большую площадь призабойного пространства) и, во-вторых, тем, что перекрытия над задними стойками имеют неполный контакт с породами кровли вследствие их раздавливания.

В период между осадками кровли производственные процессы оказывали меньшее влияние на характер изменения нагрузок на

7

2 тс/ч. Срабатывания предохранительных клапанов в этот период не наблюдалось. Даже при длительных простоях комплекса стойки крепи в редких случаях выходили на рабочие характеристики. Ве­ личина податливости находилась в пределах 12—25 мм.

Полученные величины нагрузок на стойки крепи в период меж-

Рис. 1. Характер изменения нагрузок на секции крепи в зависимости от времени выемки угля: а — на двухстоечные секции крепи: б — на трехстоечиые

методом с помощью ЭВМ, в результате обработки полученных дан­ ных установлены следующие зависимости нагрузок на секции кре­ пи от времени выемки угля (рис. 1):

для двухстоечной секции Р = 20,6 + 0,109/ — 0,00012/*

(коэффициент корреляции ц = 0,795); для трехстоечной секции

Р = 32,7 + 0,119/ — 0,00009/» (т) = 0,7).

Как видно из рисунка, секции крепи работают в режиме нара­ стающего сопротивления и выходят на рабочую характеристику в конце выемочного цикла. Нагрузки на двухстоечные и трехстоеч­ ные секции крепи составляли соответственно 46 и 74 тс.

Общая величина опускания кровли по ширине призабойного пространства в этот период колебалась в пределах ПО—130 мм (рис. 2). Скорость опускания кровли при выполнении производст­ венных процессов составляла от 1,2 до 2,1 мм/мин, а при отсут­ ствии в пределах 0,02—0,07 мм/мин. В основном на изменение этих величин оказывала влияние передвижка двухстоечных и трехстоеч­ ных секций крепи.

8

=f

О

ß.

С

о

CСL.

О

О,

С

о

о

а

§

'Cä

1t\3

1

Sj tiâ

ЩР)М