Работа очистных забоев в зонах влияния целиков и краевых частей пластов угля

L_gН = к Н (m_В / m_В =2м)^1/3 , м  (2.8.),

к – коэфф. зависящий от прочности массива, для нашего случая составляет 0,4-0,5.

Распределение давления в зоне опорного давления принимается  в виде двух ветвей: в области  предельного состояний – восходящую и ниспадающую – в упругой, рис.2.3. В восходящей области дополнительное давление (б_{У Д} ) определяется /      /:

б_{У Д} = б_ПЛ + 2,6 _* б_{ПЛ *} х / m_В - gН, МПа (2.9.),

б_ПЛ – прочность пласта угля на сжатие, б_ПЛ = l б_УГ, l - коэфф. структурного ослабления = 0,2-0,25, б_УГ - прочность угля на одноосное сжатие в куске, МПа;

х – расстояние от груди  забоя в сторону массива, м.

Ниспадающая ветвь в  упругой области зоны опорного давления определяется:

б_{У Д} = б_{УД МАХ *} е ^{– (х – d) / b}, МПа, (2.10.),

б_{УД МАХ} – максимальное дополнительное давление в точке максимума опорного давления, МПа;

d – расстояние от груди забоя до точки максимума опорного давления, м;

b – коэфф., характеризующий затухание давления в упругой области

по мере удаления в  сторону массива.

Коэффициент b зависит от глубины горных работ и вынимаемой мощности пласта:

b= (5+0,5 Н ) (m_В / m_В =2м)^1/3, м (2.11.).

Определяя силу пригрузки, приходящуюся на 1п.м. длины лавы в  средней ее части (Q), находим значения б_{УД МАХ} и d на основе решения системы уравнений:

при L £ L_gН     Q =  gН L  (0,5 + 0,25 L/L_gН),

при L > L_gН     Q = 0,25 gН L_gН,

Q = ₀∫^d (б_ПЛ -gН + 2,6 б_ПЛ х / m_В) dх    +   _d∫^∞ б_{УД МАХ *} е ^{– (х – d) / b} dх,

б_{УД МАХ} = б_ПЛ + 2,6 _* б_{ПЛ *} d / m_В - gН, МПа.

На рис.2.4. представлены результаты расчетов параметров опорного давления лавы №11:

- максимальное давление составляет 2,5 gН = 31,25 МПа,

- расстояние до максимума (d) = 4,2м,

• ширина зоны опорного давления (L_ОД), определенная по уровню 1,1gН,  92м.

Величину отжима груди забоя  определяем по формуле:

ℓ_отж = 0,2 d е ^{– 0,5 Рпм} ,  м (2.12. ),

ℓ_отж = 0,2  4,2  е ^{– 0,5 х 0,65} = 0,6м

Рпм – сопротивление крепи на 1п.м. длины лавы 0,65 Мн.

2.5. Влияние геологических нарушений

Влияния геологических нарушений  определяется исходя из возможного уменьшения (увеличения) прочности пород в  зоне нарушения. Общий размер зоны нарушения (L_НАР.м ) определяется  выражением:

L_НАР  = ( 6 – 8 ) А^0,5, м ,                 (2.13.)

А - амплитуда смещения, м.

Схема построения нарушенной зоны приведена на рис .2.5.

Прочность пород в  вблизи плоскости сместителя значительно  снижается,   составляя примерно 20% от прочности вне зоны нарушения (б_О). В первом приближении прочность пород (б_НАР) в зависимости от расстояния до плоскости сместителя определяется:

б_НАР = б_О ( 1 - 0,8 е ^{– 4х /  Lнар} ),   МПа,      (2.14.)

х – расстояние от плоскости сместителя, м.

Поскольку прочность  пород непосредственной кровли вблизи нарушения значительно снизится, она из неустойчивой перейдет в весьма неустойчивую; значительно  возрастет  отжим груди забоя.

 

2.6. Влияние целиков  и краевых частей пластов

При ведении горных работ в зонах влияния целиков и краевых частей пластов угля возможно значительное ухудшение нагрузочных свойств кровли (посадка гидростоек “нажестко”, разрушение крепи) и ее устойчивости, рост отжима угля груди забоя, повышение вероятности динамических явлений.

Прогноз влияния целиков  и краевых частей пластов выполняется  на основе оценки напряженности пород  под (над) ними. При этом вводится коэффициент (К_Н), показывающий во сколько раз возрастает или снижается напряженность пород (глубина) в сравнении с ординарной.

Нагрузочные свойства кровли в этих случаях определяются путем увеличения Рсум в К_Н ^0,5  раз. Устойчивость кровли рассчитывается также как и ранее с увеличением глубины в К_Н раз, аналогичным образом определяется отжим угля.

Расчеты коэффициента напряженности (К_Н) выполняются на основе   ранее разработанной методики с использованием программных средств. При этом исходными параметрами являются глубина расположения краевых частей и целиков, их размеры и размеры прилегающих отработанных участков, “возраст” отработки, вынимаемая мощность пласта, мощность междупластья, направление отработки, прочность пород.

Для нашего случая расчеты К_Н  приведены на рис.2.6. Максимальное значение К_Н = 1,6. Нагрузка на крепь возрастет в 1,25 раза.

В случаях, если  Кн более 2,0, очистной забой, как правило,  будет находиться в зоне повышенной опасности (ЗПО): значительный рост нагрузок на крепь вплоть до их посадки гидростоек “нажестко”, сильное ухудшение устойчивости кровли, большой отжим груди забоя, возможен срез междупластия, не исключен завал лавы.   При Кн от 1,2 до 2,0 - в опасной зоне (ОЗ): рост нагрузок на крепь, значительное ухудшение устойчивости кровли, увеличение отжим груди забоя. При Кн менее 1,2 – влияние незначительно (фрагментарное ухудшение устойчивости).

 

 

3. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ  РЕШЕНИЯ ПО УПРАВЛЕНИЮ

ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ В  ОЧИСТНОМ ЗАБОЕ

 

3.1. Выбор крепи по  необходимому сопротивлению, мощности  пласта и углу падения

В соответствии с прогнозом (см. предыдущий раздел) необходимое  сопротивление крепи лавы №11 должно составлять для оградительно-поддерживающих крепей (ℓ _ОЗ = 2,5м) типа  I-ОКП-70 P_СУМ=0,36 МПа

Паспортное номинальное  сопротивление крепи I-ОКП-70 составляет P_НОМ=0,62 МПа. Следовательно крепь I-ОКП-70 с учетом первичных осадок кровли и при работе под параллельным целиком пласта З2 (P_СУМ х 1,1 х 1,25 = 0,36 х 1,1 х 1,25 = 0,495 МПа) имеет достаточное сопротивление,

P_НОМ>P_СУМ,    (3.1.).

Выбор типоразмера механизированной крепи производим из условия:

m_МИН  < m_В < m_МАКС ,  (3.2.),

 

m_МИН, m_МАКС –минимальная и максимальная вынимаемая мощность обслуживаемых пластов, в нашем случае 1,9 -2,6 м  (по техн. паспорту).

Схема крепи типа  I-ОКП-70 приведена на рис.3.1.

 

3.2. Выбор технических  решений по удержанию пород  кровли и угля от

обрушения в поддерживаемое пространство очистного забоя

Мероприятия по предотвращению обрушений пород кровли в призабойное  пространство следует предусматривать  еще на стадии проектирования (с  последующей коррекцией в процессе отработки лавы) на

основе оценки устойчивости кровли, исходя из горно-геологических и

горнотехнических условий, опыта отработки соседних участков, в частности,

по величине коэффициента устойчивости Ку.

Общими условиями для  обеспечения  устойчивости кровли являются

достаточно высокая  скорость подвигания очистного забоя, минимальное время

между обнажением и подхватыванием кровли, оптимальная ширина

вынимаемой полосы, как  правило не более 0,7 м, ширина неподдерживаемой

полосы кровли у забоя  не более 0,5м, необходимое начальное  и номинальное

сопротивление крепи.

В лавах с весьма неустойчивой и неустойчивой кровлей следует применять преимущественно крепи оградительно – поддерживающего типа с активным управлением козырьком с помощью гидропривода, выдвижными элементами верхняка и повышенным начальным распором.

В лавах с индивидуальной крепью рекомендуется применять гидростойки и стойки трения с повышенным начальным и конечным сопротивлением в комплекте с шарнирными верхняками.

В случаях, когда эти  условия не выполняются и устойчивость недостаточна, следует применять  специальные способы предотвращения обрушений.

При выборе специальных  способов предотвращения обрушений

неустойчивой кровли следует ориентироваться на способы  приведенные ниже:

1. Выемка неустойчивых слоев кровли вместе с углем.
2. Оставление защитной пачки угля.
3. Затяжка кровли досками.
4. Уменьшение ширины захвата комбайна.
5. Химическое нагнетание.
6. Химическое анкерование.
7. Механическое анкерование.
8. Управление начальным распором.
9. Опережающая крепь.
10. Выдвижные верхняки (шарнирные на индивидуальной крепи).
11. Передвижка крепи с подпором кровли или без потери  контакта с ней.
12. Затяжка кровли металлической сеткой.

При образовании больших  вывалов и невозможности обеспечения

контакта крепи с  кровлей производить закладку пустот кострами из леса.

Перечисленные способы  можно разделить на профилактические (1, 2, 3,

4, 8, 10, 11, 12), применяемые  постоянно на отдельных участках  лавы или по всей ее длине,  и аварийные (3, 5, 6, 7, 9) – для  ликвидации последствий отдельных  обрушений.

В таблице 3.1. приведены  возможные способы предотвращения обрушений кровли в порядке предпочтительности их применения в зависимости от ее типа по устойчивости и крупности обрушающихся кусков породы.

При работе очистного  забоя в зоне нарушения и зоне ПГД под целиками и краевыми частями  пластов предусматривается специальный паспорт.

 

 

 

 

Таблица 3.1.

 

Рекомендации по применению способов удержания кровли от обрушения

 

Тип кровли по устойчивости	Коэффициент устойчивости, Ку	Крупность обрушающихся кусков,   см	Рекомендуемые способы
1	2	3	4
Весьма неустойчивая	Ку ≤ 2	0 – 10	2, 1,
		10 – 30	1,5,2,3
		Более 30	12,1,5,6,4,2
Неустойчивая	2 < Ку ≤ 6	10 – 30	5,8,3,10,11
		30 – 50	8,10,11,3,6,7
		Более 50	8,10,11,4,9
Средней устойчивости	6 < Ку ≤ 14	10 – 30	8,10,11,3,5
		30 – 50	8,10,11,3,7,6
		Более 50	8,10,11,9,7

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Коровкин Ю.А. Механизированные  крепи очистных забоев. – Недра, 1990.- 413 с.

2. Вандышев А.М. Управление состоянием  массива горных пород. – Екатеринбург, УГГГА, 1994, 128 с.

3. Феклистов Ю.Г., Вандышев А.М.  Определение параметров напряженного состояния массива при подземной разработке месторождений осадочного типа. - Екатеринбург, УГГГА, 1996, 36 с.

4. Рекомендации  по управлению горным давлением  в очистных забоях на шахтах  ОАО “Челябинскуголь”. -Екатеринбург, УФ ВНИМИ, УГГГА, 2000, 93 с.

5. Вандышев А.М., Феклистов Ю.Г., Аксенов А.А. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых. Разработка нарушенных угольных пластов. - Екатеринбург, УГГГА, 2002, 94 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22