Разработка конструктивной схемы крепления со статическим исполнительным органом

И основной кровли, о характере деформации вышележащих  слоев и влиянии обрушенных пород  основной кровли на режим работы призабойной крепи. В этих случаях для получения количественной и качественной характеристики поведения пород кровли большую помощь оказывает изучение проявления горного давления на моделях из эквивалентных материалов. Лабораторные исследования горных процессов с применением методов эквивалентного моделирования являются одним из основных средств исследования проявления горного давления, которые дают возможность наиболее точно и просто воспроизвести (имитировать) необходимый комплекс  горно - геологических условий, что позволяет с применением аналитических расчетов определить величины смещения кровли, деформацию пород кровли, шаг первичных и вторичных осадок кровли; выяснить механизм взаимодействия основной  кровли с непосредственной кровлей и крепью в очистном пространстве лавы. Исследования на моделях играют неоценимую роль и правильной интерпретации данных, полученных при шахтных наблюдениях.

Исследование  взаимодействия механизированной крепи  КАМ с породами непосредственной и основной кровли на моделях из эквивалентных материалов было проведено  для условий шахт им.50 – летия Октябрьской Революции  и им. В.И.Ленина, разрабатывающие соответственно пласты «Верхняя Марианна»  и «Долинский – шестой», структурные колонки которых проведены на рис.39, 40.

          Для моделирования принята методика, разработанная институтом ВНИМИ [8]. Физико – механические свойства слагающих пород приведены в табл.8,...

В качестве определяющей механической характеристики при подборе эквивалентных материалов был принят предел прочности  на сжатие, который удовлетворяет поставленной цели исследований. При этом  требованиям  механического подобия при моделировании  процессов деформаций  и разрушений пород, окружающих горные выработки, отвечают условия:                                                ( III-41)  

где:

          линейный масштаб модели

          объемный масштаб модели.

Приняв  значения масштаба объемных весов материала  модели и учитывая масштаб моделирования 1:100, получим эквивалентные материалы с механическими характеристиками, приведенными  в табл.8.

   Материалы – эквиваленты, состоящие из мелкого кварцевого песка, смешанного с молотой слюдой и цементирование парафином, по своим физико – механическим свойствам удовлетворяют требованиям эквивалентности горным породам для наших условий.

Модели  закатывались на 2,65 – метровом вращающемся (плоском – круговом) стендах, ширина которых 15 и 30см. Технология изготовления моделей разработаны институтом ВНИМИ. [8,11]

Анализ  результатов исследований.

а) цели моделирования.

  В процессе моделирования из эквивалентных материалов в основном изучались следующие вопросы:

1. Характер механизма деформации, разрушений и смещений толщи пород, окружающих очистные выработки.
2. Характер взаимодействия боковых пород с крепью КАМ в зависимости от состава боковых пород и способов выемки пласта.
3. Характер распределения и величина опорного давления, возникающая вокруг очистных выработок при различных условиях залегания разрабатываемых пластов.

Для этой цели были закатаны и отработаны три модели (рис.41). Ниже приводятся горно геологические условия эксплуатации пластов для определения основных параметров моделирования горных процессов по трем моделям:

1. Пласта вынимаемого наклонными слоями с полным обрушением кровли. Пласт мощностью 8,0 м разрабатывался в два слоя. Мощность верхнего слоя 3,0 нижнего - 5,0 м и опережение  слоев составляет 60-80м. В лавах наклонных слоев применяются комплексы ОМКТ и КАМ. При выемке верхнего слоя на почве его возводится гибкое металлическое перекрытие.
2. Система разработки пласта наклонными слоями с погашением межслоевой толщи угля. В верхнем и нижнем слоях мощностью по 3,0 м работают комплексы ОМКТ, а межслоевая толща мощностью 1,5-2,0 м погашается исполнительными органами крепи КАМ.
3. Система разработки пласта на полную мощность с применением активной крепи КАМ. Мощность пласта 5,0 м.

    Принципиальные особенности применяемых систем разработок приведены /4/. Отработка пластов проводилась с соблюдением масштаба времени /11/.

                                                                                                      ( III-42)  

где  - масштаб времени

       - линейный масштаб 1:100

б)  методы измерения смещений, деформаций и  давлений в массиве модели.

Наблюдения  внешних признаков разрушений и  смещений горных пород и крепи  на моделях производилась как  визуально, так и путем систематической  фотофиксации. Определение величины смещения пород кровли производилось с помощью статических  тензометров /11/, а в массиве угля - с помощью зеркальных тензометров /8/. Деформации и давления, возникающие в данной точке модели определялись с помощью микро динамометров /11/.

в) исследования взаимодействия активной крепи КАМ  с боковыми породами.

В работе механизированных крепей имеется принципиальная особенность, заключающая в том  что в каждом цикле в результате передвижки сопротивление до предварительного распора, с последующим более плавным нарастанием снова до предельного сопротивления. Поэтому силовое взаимодействие механизированной с боковыми породами, а следовательно, смещение и состояние кровли зависит от величины предварительного распора и начальной податливости крепи. При этом величина начальной податливости механизированных крепей во многих случаях превышает смещение кровли за цикл, в связи с чем фактическое сопротивление крепи часто не достигает предельного значения 1281. Выходит, что механизированные крепи работают в режиме нарастающего сопротивления. При этих обстоятельствах предварительной распор и начальная податливость с точки зрения взаимодействия крепи с кровлей можно отнести и решающим факторам.

Для установления влияния предварительного распора  и начальной податливости при отработке моделей предварительный распор принимается равным 20,40,60 и80 т/.

    При моделировании использована  специально разработанная модель активной крепи КАМ (рис.42). Величины предварительного распора и предельного сопротивления крепи, приведенные для моделей, устанавливались с помощью мембранного ТМ – сб (модель 0,89 ГОСТ 691559).

Результаты  замеров смещений кровли при разных режимах работы приведены в таб.9.  На рис. 42 представлены кривые зависимости  смещения кровли от величины предварительного распора крепи на расстоянии 4,0 м  от забоя. Как видно из рис.43, кривые 1 и 2 расположены весьма близко и в интервале 60-80 т/ равному предельному сопротивлению крепи, они практически совпадают.

Исследованиям установлено, что в случае, когда  предварительный распор меньше предельного  сопротивления, смещения кровли в результате передвижки крепи составляет 40 – 50% от общей величины смещения за цикл, а при в равенстве - до 20%.

Отсюда  можно сделать вывод: периодическое  смещение кровли при выполнении производственных процессов – выемки угля и передвижки крепи, можно значительно уменьшить  путем установления предварительного распора равным предельному сопротивлению, т.е. 60 – 80 т/.

   Исследования проявления горного давления на моделях из эквивалентных материалов показывают :

1. При отработке угольный пласт подвергается знакопеременным нагрузкам.
2. На расстоянии 3,0 – 0,0 м от линии очистных работ имеет место концентрация максимальных напряжений равная до 3,0 – 6см.
3. По мере уменьшения расстояния до забоя не только увеличивается опорное давление, но и возрастает интенсивность опускания кровли , достигая 5-6 мм.
4. Величина смещения пород непосредственной кровли составляет в поддерживаемой зоне 30 – 40 мм и увеличивается по мере выемки, достигая максимального значения 70-110 мм. Далее происходит обрушение пород непосредственной кровли, затем с отставанием до 10 мм, пород основной кровли.
5. Шаг первичного обрушения основной кровли составил 20-25 м, последующих  - 10-15м. Обрушение пород непосредственной кровли происходит на расстоянии 1,0 – 1,5 м от забоя верхней пачки.
6. Проявление опорного давления наблюдается на расстоянии 20-25 м от груди забоя.
7. Максимальная величина опорного давления находится в пределах 4,0 м от груди забоя и перемещается по мере подвигания линии очистного забоя, а величина  зоны разрушенного угля составляет 1,0 – 1,5 м.
8. Зона установившегося горного давления находится на расстоянии 30-35 м от груди забоя.

                                                                                   Таблица 9

 

№	Сопротивление крепи,                 т/			Средние величины смещения кровли на шаг  передвижки крепи, мм				Средние величины общего смещения кровли, мм
	Предвари тельный распор	Предельное сопротив ление		на расстоянии от забоя, мм				на расстоянии от забоя, м
				0,5	1,0	1,5	2,0	1,0	2,0	3,0	4,
1	2		3	4	5	6	7	8	9	10	11

 

                            Для условий пласта

 

1. 20  80   16,2   24,4   31,0   36,2             64,0   82,3    110,2

2.  40  80   13,4   20,9   24,0   28,5   38,4   46,8   57,2    75,7

3.  60  80   5,2     6,6     8,0     9,3     23,1   32,4   39,0    55,4

4.  80 80   4,4     5,8     6,2     7,1     20,2   28,3   34,8    50,6

 

                            Для условий пласта

 

1.   20   80   9,6   17,6   20,9   26,2   34,8   48,4   63,6   85,3

2.   40   80   6,8   13,2   15,5   19,5   22,0   35,1   48,7   64,6

3.   60   80   4,9   5,4     7,8     8,6    18,6    28,8   36,2   52,1

4.   80   80   3,9   4,7     5,6     8,2    17,4    24,6   34,0   50,3

                                                                                      Таблица 8

 

№	Наименование пород	Предел прочности на сжатие кг/		Объемный вес кг/		Характеристика эквивалентных материалов
						Состав по весу, %			Предел прочности на сжатие, кг/		Объемный вес, кг/
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13

 

1.Песчанник   630  550  2,55  2,50 Парафин  2,5  2,0  

                                                Слюда     5,0   5,0   4,0   3,3   1,55   1,50   

                                                                  Песок         

      ---------------------------------------------------------------------------------------------------

2.Алевролит  450  410  2,50  2,45 Парафин   2,0   1,8

Слюда       5,0  5,0   2,7  2,5  1,50  1,45

                                                        Песок        93,0  93,2

---------------------------------------------------------------------------------------------------

3.Аргиллит  340   320   2,45  2,40 Парафин    1,5   1,2

Слюда         5,0  5,0  2,0   1,9     1,45   1,40

                                                        Песок  

 ---------------------------------------------------------------------------------------------------   

4.Уголь        220   220    1,40  1,40 Парафин    1,2   1,2

 Слюда         5,0   5,0  1,3  1,3    1,0     1,00

                                                         Песок         93,8  93,8

---------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

 

                                                         В Ы В О Д Ы

 

1.  Для увеличения суточной нагрузки на очистной забой необходимо предусмотреть совмещение производственных процессов в верхнем и нижнем забоях , допускающую одновременную работу исполнительных органов и выемочной машины.
2. Грузопоток очистного забоя формируется из грузопотоком нижнего и верхнего забоев, имеющих случайный прерывистый характер.
3. Производительность очистного забоя при заданных горно-геологических условиях зависит от скорости подачи комбайна, производительности каждого исполнительного органа и принятой организации работ.
4. Машинное время исполнительных органов крепи по выемке угольной пачки зависит от параметров и производительности маслостанции.
5. В процессе моделирования горных процессов на моделях из эквивалентных материалов были установлены характер взаимодействия крепи с породами кровли, величины опорного давления и распределения напряжений в массиве, а также уточнены некоторые параметры очистного забоя и активной крепи.

 

 

                                                  Глава IV