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;
|
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 | aр | 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 | aр | 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