содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

7. ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ

Разработка месторождения подземным способом сопровождается образованием больших полостей, которые в конечном счете заполняются вышележащими породами. Это в свою очередь вызывает смещение огромных масс земной коры, что способствует образованию сдвигов, прогибов. Другим становится режим подземных вод и газовыделения. По трещинам разрывов соединяются изолированные до того времени водоносные горизонты, а также освобождаются большие объемы газов, которые появляются в виде спокойных выделений и внезапных выбросов с углем. Все эти изменения происходят в связи с перераспределением напряжений в горных породах.

Силы (или напряжения) в породах, окружающих горную выработку, называются горным д а в л е ни е м.

Так, для глубины 1000 м (а в Донбассе есть шахты глубиной до 1300 м) при средней плотности вышележащих пород 2,5 т/м3 величина горного давления 2500 т/м2. Такому громадному давлению не смогла бы противостоять никакая крепь из известных материалов. Но крепь удерживает не всю толщу пород, а только породы, отслоившиеся от массива.

Давление — специфический феномен горного производства. Никакой другой инженер так не заботится

о поддержании параметров рабочего пространства (помещения), как горный. И это понятно — горное давление, как правило, отрицательно влияет на ход технологического процесса добычи. Оно проявляется в виде деформаций и разрушений пород, угля, крепи, просадке стоек (уменьшении длины), опускания кровли, поднятия почвы. Бывают внезапные выбросы угля и породы, горные удары, стреляния целиков угля и массивов горных пород.

В окрестностях очистной выработки приходят в движение особенно большие массы горных пород. Поэтому важно знать закономерности горного давления. Это позволит разработать эффективные способы управления кровлей и соответствующие им технические средства. Изучением процессов, протекающих в земной коре под влиянием горных работ, занимается наука, которая называется геомеханикой. Управление кровлей — совокупность инженерных мероприятий, обеспечивающих безопасную и производительную работу в очистном забое.

Кровля пласта бывает: ложная, непосредственная и основная (рис. 7.1).

Ложная кровля представлена весьма неустойчивыми породами и обычно обрушаетея сразу после выемки угля. Непосредственная кровля отличается большей устойчивостью и обычно слагается аргиллитами или алевролитами. Для ее поддержания необходима крепь. Основная кровля весьма устойчива и представлена, как правило, песчаником или известняком. Шаг обрушения такой кровли (длина консоли до момента ее облома) значителен — 10—30 м.

13 отдельных случаях ложная и непосредственная кровли могут отсутствовать.

При ведении очистных работ происходят сложные и многообразные процессы, вызванные множеством факторов. Пока не удалось создать единую стройную теорию горного давления. Однако предложен ряд гипотез, которые более или менее точно отражают суть происходящих процессов в определенных горно-геологических условиях. Основными из них являются гипотезы свода, блочного обрушения, комбинированная гипотеза плит и балок, развитая проф. А. А. Борисовым.

Вплотную гипотезами горного давления, расчетными схемами придется заниматься на четвертом и пятом курсах, а пока можно у старшекурсников просмотреть соответствующие учебники. Там есть сложные математические выкладки, громоздкие формулы. Это должно настроить на глубокое изучение фундаментальных наук: математики, физики, теоретической механики, сопротивления материалов и т. д.

Каковы же методы исследования горного давления? Прежде всего экспериментально-производственные, основанные на наблюдениях, измерениях и опытах непосредственно в шахтах и на поверхности. Эти методы позволяют получить полезные данные для установления закономерностей и применения их в практике управления горным давлением, при разработке гипотез, расчетных схем. Однако такие методы трудоемки, их применение ограничено. Лабораторные же методы проще, но менее достоверны.

Из лабораторных методов наиболее широкое распространение и признание получил метод моделиро-вания эквивалентными материалами, развитый в основном советскими учеными. В определенном масштабе сооружается из эквивалентных материалов модель толщи земной коры. Имитируя выемку пласта, осуществляют инструментальные и визуальные наблюдения за деформациями и разрушениями пород.

Аналитические методы пока применяются только для решения частных и простых задач, а также для выражения упрощенных и схематизированных общих закономерностей горного давления. Они должны быть уточнены после накопления экспериментальных данных п усовершенствования самого механико-математического аппарата.

Итак, существуют несколько способов изучения горного давления. Обычно же исследователи пользуются комбинированным, в котором применяются и дополняют друг друга сразу все три метода.

Для поддержания кровли в рабочем пространстве используются искусственные сооружения — крепи. Раньше применялись отрезки стволов хвойных деревьев, теперь — металлические стойки. И те, и другие называются индивидуальной крепыо.

Металлические стойки бывают клиновые (для предотвращения опускания выдвижной части стойки используется клиновый эффект) и гидравлические (с внешним и внутренним питанием). Характерная особенность металлической крепи — способность изменять длину в определенных довольно больших пределах без остаточных деформаций. Она имеет большие первоначальный распор и рабочее сопротивление. Металлические стойки значительно дороже деревянных, но зато используются многократно.

По технологическому признаку различают призабойные и специальные крепи. Призабойная в основном предназначена для поддержания кровли, специальная — для управления ею (создания режущей опоры на границе призабойного и выработанного пространства).

Призабойная крепь состоит из индивидуальных стоек, устанавливаемых под деревянные или металлические верхняки. Верхняки значительно увеличивают площадь контактирования стоек с кровлей, что способствует ее лучшему поддержанию, особенно при неустойчивых породах. При этом получается рамка:

две Или три стойки под верхняк. На пологом падении рамки устанавливаются по простиранию, на крутом — по падению.

Специальная крепь может быть в виде посадочных стоек — клиновых или гидравлических, но со значительно большим первоначальным распором и рабочим сопротивлением; пневмобаллонов, металлических и деревянных костров; органки (частокола из индивидуальных стоек), кустов (групп стоек), закладочного массива.

Иногда поддерживают кровлю в очистном пространстве без крепи — за счет естественной устойчивости пород при небольших размерах обнажений и опоре кровли на целики угля. Обычно таким способом пользуются при камерной системе разработки руд н ы х м есторождений!.

При разработке пластовых угольных месторождений применяются следующие " способы управления кровлей: обрушение, закладка, плавное опускание. Обрушать кровлю можно или по всей площади выработанного пространства (полное обрушение) или на некоторых запланированных участках (частичное обрушение). Второй способ в силу повышенной опасности н большой трудоемкости почти не применяется.

Наибольшее распространение получило полное обрушение, сущность которого показана на рис. 7.2.

Искусственное поддержание кровли в выработанном пространстве может быть достигнуто также за счет заполнения его закладочными материалами. В результате падает давление горных пород на призабойную крепь. Кроме этого закладочный массив способствует уменьшению утечки воздуха через выработанное пространство, повышению устойчивости прилегающих подготовительных выработок и сохранению от разрушения зданий и сооружений на поверхности.

В условиях Донбасса при разработке пологих пластов обычно применяется частичная закладка, при которой в выработанном пространстве сооружаются бутовые полосы из породы, получаемой при подрывке кровли в бутовых штреках (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Управление кровлей частичной закладкой

Ширину бутового штрека можно определить по формуле, смысл которой можете легко понять сами, Частичная закладка — трудоемкий и повышенной опасности процесс. Применяется в исключительных елучах, в основном при труднообрушаемой кровле. Иногда делают полную закладку.

При определенных свойствах пород кровли и малой мощности пласта происходит опускание кровли на большой площади без существенных ее разрывов. Такой способ называется плавным опусканием.

В последние годы в нашей стране и за рубежом начали интенсивно проводить работы по созданию механизированных крепей. Усилия увенчались успехом. В настоящее время в некоторых бассейнах (например в Подмосковном) все процессы крепления призабойного пространства и управления кровлей механизированы.

На рис. 7.4 показана секция механизированной крепи. Суть работы существующих механизированных разгрузочных крепей заключается в том, что в определенном порядке секции выводятся из-под давления (разгружаются), передвигаются по ходу движения очистного забоя и вновь распираются между почвой и кровлей в новом положении. Недостаток этого способа передвижения — слабые породы кровли разрушаются, происходит интенсивное опускание кровли, вывалы кусков породы. Поэтому применение разгрузочных крепей при неустойчивой кровле неэффективно.

Для неустойчивой кровли разрабатываются без-разгрузочные крепи, секции которых передвигаются, продолжая эффективно поддерживать кровлю. Одна из разновидностей безразгрузочной крепи показана на рис. 7.5.
 

Рис. 7.5. Секция безразгрузочной механизированной крепи:
1—прижимкой козырек: 2— перекрытие (гусеничное); 3— гидропатрон;
4— стойки гидравлические; 5—ограждение; б -• нижнее гусеничное шасси

Управление кровлей и крепление регламентируются соответствующими документами — паспортами, их составление—ответственное инженерное дело.

Вопросы управления состоянием горного массива н методика разработки паспорта управления кровлей и крепления лав изучаются на четвертом курсе.

Разработка стройной теории горного давления позволит создать эффективные и надежные механизированные крепи для широкого диапазона горно-геологических условий.