ДЕФОРМАЦИИ КРОВЛИ В ЛАВАХ

 

 

При создании комплексов очистного оборудования с механизи- рованными крепями и управлении с использованием микропроцессор- ной техники необходимо знание деформаций кровли в лаве для обес- печения устойчивости кровли путем регулирования реакции стоек сек- ций механизированной крепи. Деформации кровли в лаве изученные меньше, чем опускания кровли и другие проявления горного давления.

Известные несколько примеров измерения деформации кровли, в том числе исследования Фазиева З.У. в 13-восточной лаве, оборудо- ванной широкозахватным комбайном. В нашей работе наряду с изме- рениями опускания и скорости опускания кровли, измерены деформа- ции поверхности кровли в призабойном пространстве лав. На основе исследований при узкозахватной выемке угля установлено, что на уча- стке влияния выемки угля комбайном в кровле возникают растяги- вающие деформации, при посадке кровли - сжимающие; разрушение кровли происходит при относительных сжимающих деформациях 10-3; наибольшие деформации в кровле происходят при совмещении выем- ки угля и передвижении секций; деформации измеренные в шахте и рассчитанные для упругого деформирования кровли одного порядка.

Прогноз разрушения кровли аналитическими методами не дает ответа о влиянии процессов в лаве. Необходимы дополнительные из- мерения в шахтных условиях при современных средствах выемки угля и крепления лавы.

Целью работы, которая выполнена по теме № 113-ДБ, является


 

установление параметров и закономерностей деформирования кровли в различных горно-геологических условиях под влиянием выемки угля и передвижения секций современных механизированных крепей в ла- вах для обеспечения устойчивости кровли путём совершенствования механизма взаимодействия механизированных крепей с кровлей, уп- рочнение пород.

Было исследовано влияние геологических факторов на дефор- мирование кровли под влиянием выемки угля и передвижение секций крепи в лавах.

Деформацию поверхности кровли измеряли по следующей схе- ме (рис. 26.1). С помощью стойки СУИ-2 с индикаторной головкой измеряли расстояние между реперами, заложенными в кровле на рас- стоянии 0,63-0,8 м один от другого. Металлические реперы диаметром 10 мм забивали в деревянные пробки, установленные в заранее пробу- ренные шпуры диаметром 12 мм и длиной 0,3 м или плотно в отвер- стия диаметром 12 мм, пробуренные с помощью ручной дрели на глу- бину 0,1-0,15 м. Реперы располагали параллельно и перпендикулярно забою лавы.

 

0.8-0.63

 

Рисунок 26.1 – Схема измерения деформации кровли в лаве


 

Замеры выполнены в 9 лавах производственных объединений Краснодонуголь, Луганскуголь, использованы также замеры на шахте

«Чайкино-глубокая» комбината Макеевуголь. Лавы оборудованы ком- плексами КМ-80, КМ-90, работали стабильно при скорости подвига- ния лав 3-4м в сутки.

В 8 западной лаве пласта l1шахты 19-го съезда КПСС проведе- ны замеры деформации кровли в лаве на расстояниях 0,2 м, 1,0 м, 1,5 м.

Работы ведутся на глубине 560 м, мощность пласта 1,2 м, проч- ность пород кровли на сжатие 30 МПа. Лава оборудована комплексом КД-80 с комбайном 1К-101; комбайн работает по односторонней схеме с зачисткой к 4 уклону. Замерные станции установлены между 32 и 33 секциями.

Для анализа результатов удобно графическое представление. На рисунке 26.2 показано изменения деформаций во времени и в зависи- мости от положения комбайна. Ломаная кривая построена по данным замеров. Координаты: текущее реальное время, деформация начинает- ся от нуля, то есть от начала замеров.

Согласно рисунку 26.2 растягивающие деформации сначала увеличивались до подхода комбайна к замерной станции, во время прохода комбайна растягивающие деформации резко возросли на ве- личину 0,79·10-3, по мере удаления комбайна от замерной станции на расстоянии 3 м деформации также продолжали резко рости и состави- ли 0,82·10-3, далее по мере отхода комбайна на расстояние 10 м от за- мерной станции деформации росли не настолько интенсивно и соста- вили 0,27·10-3. Передвижение секции крепи привело к увеличению рас- тягивающих деформаций на величину 0,24·10-3. В течении следующих 31 минуты комбайн удалился от замерной станции на 30 м, после чего


 

растягивающие деформации изменились на сжимающие и составили 0,1·10-3. Через 19 минут сжимающие деформации изменились на растя- гивающие и составили 0,1·10-3 за 6 минут, после чего деформации не наблюдались.

 

 


L,м

30 3


Ер·103


 

2,5

20 2

 

1,5

10 1

 


0,5

 

0 0

16:40 17:00 17:2017:4018:0018:2018:40


 

t, час:мин


 

-10

L,м


-0,5

 

-1


положение комбайна;

деформации парал- лельно забою;

Е ·10
3 деформации перпен-

р дикулярно забою


 

 

Рисунок 26.2 – Деформации кровли в лаве

 

 

Деформации параллельные забою (рис. 26.2) на протяжении первых 50 минут, пока комбайн не приблизился на расстояние 7м от замерной станции, не наблюдались, затем возникли растягивающие деформации, равные 0,01·10-3, которые при приближении комбайна на расстояние 2 метра от замерной станции увеличились и составили 0,04·10-3, деформации прекратились на 4 минуты после приближения к

 


 

замерной станции. Растягивающие деформации изменились на сжи- мающие и их величина составила 0,05·10-3; через 3 минуты сжимаю- щие деформации увеличились до 0,1·10-3. Когда комбайн удалился на расстояние 5 м от замерной станции, деформации изменились на рас- тягивающие и составили 0,01·10-3. Через 37 минут деформации снова изменились на сжимающие и составили 0,01·10-3, после чего деформа- ции не наблюдались.

Деформации кровли изучены и на расстоянии 1 м от забоя у 77

секции и на расстоянии 1,5 м у 86 секции.

На расстоянии 1 м до прохода комбайна и 1,8 м после прохода комбайна (замерная станция у 77 секции) деформации параллельные забою не наблюдались, а растягивающие деформации перпендикуляр- ные забою 0,03·10-3были зафиксированы по мере подхода комбайна к замерной станции. Когда комбайн удалился от замерной станции на расстояние 15 м появились сжимающие деформации, величина кото- рых составила 0,03·10-3, и, которые сопровождались звуковыми эффек- тами разлома в кровле.

На расстоянии 1,5 м до прохода комбайна и 2.3 м после прохо- да комбайна (замерная станция у 86 секции) растягивающие деформа- ции параллельные забою наблюдались по мере приближения комбайна на расстояние 20 м от замерной станции и достигли 0,05·10-3, далее на расстоянии 4 м от замерной станции деформации изменились на сжи- мающие и составили 0,01·10-3после чего резко изменились на растяги- вающие, которые достигли значения 0,01·10-3, затем деформации пре- кратились. Деформации перпендикулярные забою были зафиксирова- ны на расстоянии 12 м от комбайна, эти деформации были сжимающие и составили 0,03·10-3, по мере подхода комбайна на расстояние 6 м

 


 

 

деформации изменились на растягивающие и составили 0,01·10-3, да- лее деформации прекратились до тех пор, пока не передвинули секции крепи. После передвижки 87 секции возникли растягивающие дефор- мации, которые достигли 0,5·10-3, после чего деформации прекрати- лись.

Наибольшие деформации были измерены на замерной станции, которая была на расстоянии от забоя 0,2 м.

На основании обработки результатов замеров по всем лавам бы- ли получены уравнения множественных и парных регрессий, пред- ставленные в таблице 26.1, надёжные при вероятности 95%.

 

Таблица 26.1 – Множественные и парные уравнения регресий для протяженных участков

 

Уравнения R R2 F Участка
Е^ =(-0,0056G + 0,00093Н) ´ 10-3 0,92 0,85 14,33 0,015 -5 - 0
Е^ = (0,68-0,0081G) ´ 10-3 0,871 0,759 15,8 0,0106 -5 - 0
Е||= (0,56-0,0048G – 0,0005Н) ´ 10-3 0,93 0,86 9,28 0,052 -5 - +10
Е^ = (-0,0055G + 0,00092Н) ´ 10-3 0,94 0,88 18,4 0,0096 -30 - 0
Е^ =(0,87-0,015G) ´ 10-3 0,83 0,69 8,91 0,041 -30 - 0
Е^ = (- 0,46 + 0,0012H) ´ 10-3 0,864 0,747 11,79 0,027 -30 - 0

 

Примечание:в таблице 26.1 Е^,Е|| - соответственно, деформации перпендику- лярно и параллельно забоя.

 

 

В 8 западной лаве пласта l1шахты 19-го съезда КПСС проведе- ны замеры деформации кровли в верхней нише, длиной 9 м. Замерная линия перпендикулярно забою расположена на расстоянии 2,5 м от ходка, а параллельно забою на расстоянии 0,2 м от забоя. Таким обра- зом, они были на расстоянии 6,5 м от места выемки угля.


 

На рисунке 26.3 показано изменение деформаций во времени и в зависимости от положения комбайна.

 


L, м


0,4


Ер·103


15:20 16:20 17:20 18:20

-0,4


-10


-0,8


t, час:мин


 


 

 

-20

 

 

-30

L, м


-1,2

-1,6

-2

-2,4


 

Ес·103


 

 

положение комбайна;

деформация паралле- льно забою;

деформация перпен-

дикулярно забою


 

Рисунок 26.3 – Деформации кровли в верхней нише

 

 

Деформации перпендикулярные и параллельные забою не зави- сели от выемки угля комбайном. Они возникли при передвижке секции крепи.

Растягивающие деформации параллельные забою составили 0,26·10-3, а через 40 минут деформации изменились на сжимающие и после достижения 0,04·10-3деформации прекратились. Сжимающие де- формации параллельно забою возникли при передвижке соседней сек- ции крепи и составили 2,14·10-3, после чего деформации прекратились.

На рисунке 26.4 показан характер изменения деформаций в ниж-


 

ней нише 8 западной лавы пласта l1 ; длина ниши 1 м.

 


L, м

 

 


 

0,8

 

0,6

 

0,4

 

0,2


Ер·103


 


0 0

14:40 15:00


 

t, час:мин


L, м


-0,2


Ес·103


положение комбайна;

деформации парал- лельно забою;

деформации перпен- дикулярно забою


 

Рисунок 26.4 – Деформации кровли в нижней нише

 

 

Из рисунка 26.4 видно, что:

– перпендикулярные забою растягивающие деформации достиг- ли 0,46·10-3, при приближении комбайна;

– деформации параллельные забою были сжимающими и соста- вили 0,242·10-3, ещё через 1 минуту 0,645·10-3. При удалении комбайна деформации отсутствовали. Когда комбайн был на расстоянии 12 м от замерной станции в кровле появились растягивающие деформации, достигшие 0,081·10-3, после чего деформации прекратились.

Уравнения множественных и парных регрессий для концевых участков лав представлены в таблице 26.2.


 

Таблица 26.2 – Множественные и парные уравнения регрессии

для концевых участков лав

 

 

Уравнения R R2 F Участ -ки
Е^=(-0,298+0,001G+0,19m+0,0001H) 10-3 0,959 0,919 26,45 0,00034 -5 - 0
Е^ = (-0,21 + 0,198m) 10-3 0,92 0,846 49,58 0,00006 -5 - 0
Е||= (-0,85 + 0,78m) 10-3 0,586 0,343 4,71 0,058 -5 - 0

 

При анализе установленны следующие значения деформаций на протяженных и концевых участках лав.

На участке до подхода комбайна (- 5м - 0):

на протяженных участках

Е^=(0,01-0,1) 10-3, Е||=(0,01-0,25) 10-3;

на концах лав

Е^=(0,001 – 0,6) 10-3, Е||=(0,001 – 0,4) 10-3.

На участке после прохода комбайна (0 + 5):

на протяженных участках

Е^=(0,001 – 1,1) 10-3, Е||=(0,01-0,5) 10-3;

на концах лав

Е^=(0,0001 – 0,3) 10-3, Е^=(0,0001 – 0,5) 10-3.

Выявлены следующие закономерности:

1) на протяжённых участках деформации перпендикулярно забою в

10 раз больше, чем параллельно, на концевых участках в 1,5 – 2 раза;

2) при удалении от очистного забоя деформации уменьшаются;

3) размеры зон влияния выемки угля составили 5 – 60 м и зависели от предела прочности кровли на сжатие;


 

4) основными влияющими факторами для протяжённых участков являются предел прочности пород на сжатие для деформаций перпен- дикулярных забою и глубина разработки для деформаций параллель- ных забою деформаций, для концевых участков наибольшее влияние оказывают мощность пласта и глубина разработки;

5) на протяжённых участках преобладают растягивающие дефор- мации, на концевых – сжимающие;

6) при передвижении современных механизированных крепей, пе- редвигаемых с подпором, в примыкающем к забою лавы участке кров- ли наблюдаются растягивающие напряжения, что может привести к вывалу породы.

Полученные зависимости могут быть использованы при проек- тировании параметров взаимодействия крепей с боковыми породами, для прогноза вывалов из кровли и обоснования параметров технологии упрочнения пород.


 

ЛИТЕРАТУРА

 

 

1.Проскуряков Н. М. Управление состоянием массива горных пород . – М.: Недра , 1991. – 356 с.

2.Черняк И. Л. Управление состоянием массива горных пород. –

М.: Недра, 1996. – 320 с.


 

СОДЕРЖАНИЕ

 


 

Лекция 1

Лекция 2

 

 

Лекция 3

 

 

Лекция 4

 

 

Лекция 5

Лекция 6

 

Лекция 7

Лекция 8

Лекция 9

Лекция 10

Лекция 11

Лекция 12

Лекция 13

Лекция 14

Лекция 15

Лекция 16

 

 

Лекция 17

Лекция 18


 

Введение….............…………………………..….…….. Состояние массива горных пород в естественных условиях …......................................…….......……...…

Состояние массива горных пород в естественных условиях …......................................…….......……...…

Методы исследования проявлений горного давления……………………………………………….. Сдвижение горных пород при подземной разработке. Влияние горно-геологических и горнотехнических факторов на проявление горного давления в очист- ных забоях…….....................................................….......

Разработка сближенных пластов…………...…………. Управление горным давлением в очистных забоях..... Мероприятия до первой осадки кровли……………… Управление кровлей в очистных забоях………….….. Расчет параметров призабойной крепи…………….… Расчет параметров специальной крепи………………. Проверка механизированной крепи……….…………. Гипотезы горного давления в лавах………………...... Управление трудноуправляемыми кровлями…….….. Управление напряженно-деформированным состоянием массива в окрестности подготовительных выработок...... Охрана примыкающих к лавам выработок……...….… Охрана подготавливающих выработок ………….……


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

Лекция 19 Выбор типа, параметров крепи и рационального  
  способа охраны подготовительных выработок………
Лекция 20 Управления состоянием массива горных пород в це-  
  лях борьбы с опасностями в шахтах..…………...……
Лекция 21 Управление состоянием массива горных пород для  
  предотвращения внезапных выбросов угля и газа…..
Лекция 22 Внезапные выбросы угля и газа……………………….
Лекция 23 Мероприятия по предотвращению внезапных  
  выбросов угля и газа……………………………………
Лекция 24 Внезапные выбросы породы и газа….…….………..…
Лекция 25 Горные удары……………………….…………………..
Лекция 26 Деформации кровли в лавах…………………………...

Литература…………………………………………………………….. 212