автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Геомеханические основы управления кровлей в лавах с механизированными крепями на пологих пластах

РГ6 ол

На правах рукописи

Кандидат технических наук БАРАНОВ Сергей Григорьевич

ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ В ЛАВАХ С МЕХАНИЗИРОВАННЫМИ КРЕПЯМИ НА ПОЛОГИХ ПЛАСТАХ

05.15.11. Физические процессы горного производства

05.15.02. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

На правах рукописи

Кандидат технических наук БАРАНОВ Сергей Григорьевич

ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ В ЛАВАХ С МЕХАНИЗИРОВАННЫМИ КРЕПЯМИ НА ПОЛОГИХ ПЛАСТАХ

05.15.11. Физические процессы горного производства

05.15.02. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском институте горна геомеханики и маркшейдерского дела - Межотраслевом научном центре ВНИМИ.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зубов Владимир Павлович доктор технических наук, профессор Катков Геннадий Алексеевич доктор технических наук Розенбаум Марк Абрамович

Ведущее предприятие: АО Государственный проектно- конструкторский экспериментальный институт угольного машиностроения - Гипроуглемаш

Защита диссертации состоится Ы^Я 997 г. в 10 час. на заседани диссертационного Совета Д135.06.01 при Государственном научно-исследовательско институте горной геомеханики и маркшейдерского дела - Межотраслевом научно центре ВНИМИ по адресу: 199026, С.-Петербург, В-26, Средний пр., 82, зал заседани Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " <^^^-"1997 г.

Исх.№

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

В.М.Шик

Общая характеристика работы

Актуальность. Основным направлением развития подземной добычи угля в России является проблема резкого увеличения нагрузки на очистные забои, оснащенные механизированными комплексами. Она возникла сразу после создания их первых образцов, которые хотя и обеспечивали более высокую производительность лав по сравнению с аналогичными, закрепленными индивидуальной крепью, но улучшение показателей работы было достигнуто только в благоприятных условиях. Область их применения была невелика. Необходимо было создать новые, более совершенные машины, позволяющие существенно расширить область их применения и значительно повысить нагрузку на очистной забой.

Для этой цели были разработаны типовые методики испытания и совершенствования мехкомплексов, проведены широкомасштабные исследования в различных условиях и с различными типами мехкомплексов, разработаны технические задания на изготовление новых более совершенных образцов, ГОСТы на основные параметры и технические требования к мехкрепям для лав, каталоги взаимодействия крепей с кровлей.

На основании этих работ были созданы и внедрены на шахтах комплексы 2- и Зщ поколений, позволившие значительно расширить область их применения и повысить технико-экономические показатели работы очистных забоев.

Во всех этих работах автор диссертации принимал участие в качестве ответственного исполнителя и руководителя тем.

Создание комплексов новых поколений не решило проблему резкого увеличения нагрузки на очистной забой во всех условиях залегания угольных пластов. Анализ их заботы показал, что от 30 до 60% лав с механизированными комплексами работают неудовлетворительно, обеспечивая добычу угля около 700 т/сут.

Основными причинами неудовлетворительной их работы являются:

а) сложные условия залегания отрабатываемых пластов по сравнению с зарубежными (ложные, неустойчивые и склонные к резким осадкам кровли, слабые ючвы);

б) несоответствие комплексов условиям применения;

в) нарушение технологии эксплуатации очистного оборудования;

г) отсутствие методов оперативного контроля геомеханической обстановки в 1авах, заранее разработанных технических решений и средств малой механизации }ля своевременного предупреждения локальных нарушений кровли.

з

За последнее время снизились требования к прогнозу горно-геологических условий, выбору типов мехкомплексов и соблюдению режимов их эксплуатации.

Но только из-за несоответствия комплекса условиям применения нагрузка на очистной забой может снизиться на 40-50%. В отдельных случаях по этой причине комплексы приходится демонтировать до окончания отработки выемочного столба.

Около 20% шахтопластов имеют тяжелые кровли, склонные к зависаниям и мгновенным обрушениям. Применение мехкомплексов в этих условиях привело к возникновению дополнительных проблем, связанных с деформациями мехкрепей, длительным простоям очистного забоя или демонтажу комплексов. Поэтому многие исследователи считают, что мехкрепью невозможно ликвидировать отрицательное воздействие на нее обрушений слоев, зависающих на значительных площадях. В то же время было замечено, что в лавах, где сопротивление крепи было достаточно высоким, динамика обрушений снижалась.

Отсутствие постоянного контроля за геомеханическим состоянием в лаве объясняется тем, что до сих пор не разработаны соответствующие экспресс-методы.

Первопричиной неудовлетворительной работы мехкомплексов является то, чтс остались нерешенными ряд важных задач, от которых в прямой зависимое™ находится эффективность их работы. При типизации боковых пород не учитывают« условия, в которых проявляются динамические обрушения кровли, неизученнын. остался вопрос воздействия крепи на механизм поведения и динамику обрушени? залегающих над крепью пород, не установлена взаимосвязь между распором крепи средним уровнем ее сопротивления, опусканием кровли и ее нарушенностью, котора! зависит от класса боковых пород и является основой при определении необходимы: для рассматриваемых условий силовых параметров мехкрепи, не разработаны методь постоянного контроля геомеханического состояния очистной выработки и крепи I оперативного принятия решений по недопущению аварийной остановки в лаве.

Таким образом, возникла настоятельная необходимость геомеханическоп обеспечения высокопроизводительной и безопасной работы лав с механизированным! комплексами, которое включает в себя прогноз и типизацию боковых пород т управляемости и классам применительно к мехкомплексам, знание и использовани механизма поведения разрушенных над крепью пород от воздействия на ни механизированной крепи, закономерностей влияния начального распора крепи и е номинального сопротивления на динамичность обрушений зависающих прочны пород, разработку экспресс-методов постоянного контроля условий в лаве и решени оперативного повышения устойчивости боковых пород в зонах локальных нарушений.

Решению этой проблемы посвящена длимая диссертационная работа

Автор выражает большую признательность сотрудникам института, принимавшим участие в проведении исследований и обработке полученных материалов: В.В. Биржакову, В.А. Бсссонникову, О.Т. Стспаненко, В.В. Ковалеву, А.К. Калачику, A.C. Мацввичу, C.B. Полякову, A.B. Плахову, В.П. Кругликову, Ю.Н. Бычкову, а также д.т.н. К.А. Ардашсву, Ю.В. Громову, В.М. Шику, С.Т. Кузнецову, Ю.М.Карташову, Н.П.Бажину, Ф.Н.Воскобоеву, М.А.Розенбауму за критические замечания, высказанные в процессе подготовки работы.

Цель работы. Разработать эффективные режимы работы мехкомплексов на основе прогноза условий и установления закономерностей воздействия крепи на механизм поведения и динамику обрушения слоев кровли, залегающих над очистным пространством во всех классах боковых пород.

Идея работы заключается в том, чтобы при разработке угольных пластов с помощью механизированных комплексов в различных классах боковых пород целенаправленно управлять параметрами сопротивления крепи, задавать их в зависимости от устойчивости, нагрузочных свойств кровли и динамики обрушения слоев пород и на таком уровне, при котором обеспечивается эксплуатационное состояние очистной выработки и комплекса.

Задачи исследований.

1. Разработать оперативные методы прогноза горно-геологических условий залегания пластов и типизации их по классам боковых пород и управляемости.

2. Установить новые закономерности влияния начального распора крепи, среднего уровня ее сопротивления и глубины работ на параметры проявления горного давления.

3. Изучить влияние силового воздействия крепи на механизм поведения разрушенных слоев кровли над очистным пространством и на его основе разработать новую физическую модель взаимодействия крепи с кровлей.

4. Установить факторы, влияющие на снижение динамики обрушения свисающих пород.

5. Разработать методы определения необходимых силовых параметров лехкрепей, обеспечивающих эффективное управление кровлей в различных классах 5оковых пород и в зависимости от глубины работ.

6. Разработать новые методические подходы выбора мехкомплексов с •четом горно-геологических условий и производственной мощности шахты.

7. Разработать экспресс-методы оценки геомеханической обстановки в лаве.

8. Разработать метод оценки энергетических возможностей мехкрепей пр| их взаимодействии с кровлей.

9. Установить режимы работы мехкомплексов во всех классах боковы: пород.

Методы исследований. В работе использован комплексный мето; исследований, включающий в себя:

— анализ и обобщение сведений литературных источников по вопросаг изучения закономерностей взаимодействия крепей с боковыми породами;

— натурные измерения и наблюдения проявлений горного давления в лава с различными типами мехкрепей в различных горно-геологических условиях;

— изучение поведения разрушенных слоев кровли, взаимодействующих крепью, с помощью глубинных реперов, устанавливаемых в скважинах, пробуренных и очистного забоя;

— специальные эксперименты по изучению проявления горного давлени при изменении начального распора крепи и уровня срабатывания предохранительны клапанов гидростоек мехкрепей;

— лабораторные исследования влияния динамического нагружения н силовые и деформационные характеристики гидроопор мехкрепей;

— шахтные исследования воздействия обрушений зависающих пород н изменение давления в поршневой полости гидростойки и ее просадку;

— обработку экспериментальных материалов с использованием методо графоаналитического и математической статистики.

Научные положения выносимые на защиту:

1. В слоистых породах по мере увеличения уровня сопротивления мехкреп блоки пород, находящиеся на стыке между поддерживаемыми крепью и обрушенным! проседают относительно поддерживаемых на большую величину, разворачиваются расклиниваются. При определенном уровне сопротивления силы распора межд блоками возрастают до такого значения, при котором образовавшаяся система и разрушенных пород приобретает временную устойчивость и собственную несущу способность и снижает неравномерность воздействия на крепь обрушений кровл! возникающих по мере подвигания очистного забоя.

2. Отрицательное динамическое воздействие на крепь от обрушени залегающих непосредственно над пластом или вблизи его прочных и мощных слое

кровли можно предотвратить путем создания достаточно высокого сопротивления крепи непосредственно перед обрушением слоев. При этом опускание переднего конца обломившегося блока уменьшается до допустимой величины. Он разворачивается вокруг переднего шарнира на больший угол, расклинивается между обрушенными и находящимися впереди плоскости облома породами и предохраняет мехкрепь от деформирования. И чем выше уровень сопротивления крепи, тем меньше проявляется влияние динамики обрушения слоев в величинах опускания кровли.

3. Надежное управление геомеханическими процессами в очистной выработке определяется оптимальным соотношением между величинами силовых параметров механизированной крепи (начальным распором и средним уровнем сопротивления ее) и интегральными показателями взаимодействия крепи и кровли (ее относительным опусканием и удельной нарушенностью). Параметры соотношения зависят от устойчивости, нагрузочных свойств и динамики обрушения залегающих над крепью слоев и в каждом классе боковых пород определяют рациональные величины распора и номинального сопротивления крепи.

4. Энергетические возможности мехкрепи оцениваются работой, равной произведению величин среднего уровня ее реакции и податливости стоек. В любой момент выемочного цикла реактивная работа крепи по поддержанию кровли определяется суммой энергий (работ): затраченной на торможение кровли при ее опускании за время от распора до рассматриваемого момента и возможной, которую в дальнейшем она может совершить при полном исчерпании своей податливости.

5. Нагрузка на крепь со стороны кровли зависит от ее устойчивости, состава и. строения, динамичности обрушения. Тяжесть взаимодействия крепи с кровлей определяется средней удельной нагрузкой, которую испытывает крепь при допустимом для каждого класса боковых пород опускании кровли.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

— результатами большого объема шахтных исследований по изучению закономерностей взаимодействия с боковыми породами классов ЛУП, ЛНП.ЛУС, ТУП, ТНП, ТУПр различных типов механизированных крепей комплексов КМ87, КМ87С, КМ87Д, КМ87ДН, КМ87УМП, КМ100/6, 1КМТ, 2КМТ, 1КМ103.2Ш103, КД70, "Донбасс", КД80, КМ97, КМ98, КМ137, КМ137А, КМ138, КМ138Д, КМ138А, КМ142 (результаты включают более 1,5-106 измерений величин сопротивления крепи, податливости стоек, расстояний перекрытий до забоя, площадей обнажения кровли, параметров ее нарушения, отжима угля, мощности пласта, величин опускания глубинных реперов,

динамических просадок стоек,"давления в поршневых полостях гидростоек, обработку полученных материалов с использованием положений математической статистики);

— специальными экспериментами, выполненными при различных уровнях начального распора крепи и настройки срабатывания предохранительных клапанов при одновременных измерениях на контуре очистной выработки и в массиве с помощью глубинных реперов;

— результатами исследований в шахтных условиях и на стенде воздействия на гидроопоры мехкрепей динамического нагружения с использованием быстродействующей записывающей аппаратуры ЦР-2;

— широким использованием рекомендаций по совершенствованию комплексов 2-го и 3-го поколений при их внедрении;

—• результатами использования методических разработок при испытании и внедрении механизированных комплексов;

— широким внедрением рекомендаций автора в нормативно-методических документах: ГОСТы на основные параметры и технические требования к мехкрепям, технические задания на мехкрепи комплексов, методики проведения экспериментов при испытании комплексов, каталоги типовых условий эксплуатации и обобщенных характеристик взаимодействия, прогнозные каталоги условий по бассейнам б.Советского Союза.

Научная новизна работы.

1. Установлена взаимосвязь между сопротивлением крепи и образованием временных устойчивых систем из разрушенных пород кровли, расположенных над крепью, которая обеспечивается, когда средний уровень сопротивления крепи достигает 40% от веса находящихся над крепью и взаимодействующих с нею пород.

2. Установлено, что при сопротивлении крепи, составляющем не менее 0,7 от веса взаимодействующей с нею части обломившегося блока, отрицательное динамическое воздействие на крепь обрушающихся пород не сказывается.

3. Установлено, что допустимым значениям интегральных показателей взаимодействия кровли и крепи, в качестве которых одновременно используется относительное опускание кровли и ее удельная нарушенность, соответствуют оптимальные величины распора и номинального сопротивления крепи.

4. Разработан метод оценки соответствия энергетических возможностей крепи нагрузочным свойствам кровли с помощью коэффициента взаимодействия крепи и кровли, представляющего собой отношения возможной на конец выемочного цикла работы крепи к ее суммарной реактивной энергии по поддержанию кровли.

5. Разработан метод оценки нагрузочных свойств кровли с помощью коэффициента тяжести, представляющего собой отношение средней удельной реакции крепи в рассматриваемом классе боковых пород к аналогичному показателю в типовых условиях (легкая, устойчивая кровля, прочная почва).

Научное значение работы состоит в разработке методологии геомеханических принципов« построения эффективных режимов работы мехкомплексов и в установлении закономерностей воздействия мехкрепи на механизм поведения и динамику обрушения залегающих над крепью и взаимодействующих с нею пород кровли во всем диапазоне горно-геологических условий.

Практическая ценность работы состоит в:

1. Повышении эффективности использования мехкомплексов за счет обеспечения их адаптируемости в различных условиях путем целенаправленного регулирования силовых характеристик крепей.

2. Построении зависимостей для оперативного определения удельного сопротивления мехкрепи и ее начального распора по показателям нагрузочных свойств кровли.

3. Разработке экспресс-методов оценки геомеханической обстановки в лаве, основанные на показателях опускания кровли, ее нарушенное™ и тяжести, коэффициентах сопротивления крепи и взаимодействия ее с кровлей.

4. Разработке эффективных режимов работы мехкомплексов для всех классов боковых пород, основанных на прогнозе условий, оптимальных силовых параметрах мехкрепей, строгом соблюдении технологии отработки пласта, постоянном контроле геомеханической обстановки в лаве, оперативном принятии решений, исключающих аварийное состояние в забое.

Внедрение результатов работы.

Результаты исследований автора вошли в:

— в ГОСТы на основные параметры и технические требования механизированных крепей для лав пологих пластов /35, 36/;

— технические задания на механизированные комплексы КМ137А, КМ137АСБ, КМ138, КД80;

— типовую программу и методику госиспытаний мехкомплексов;

— протоколы госиспытаний механизированных комплексов КМ137, КМ137А, КМ138, КМ138А, КМ103, 2КМ103, 2КМТ, КД80, агрегата АФК;

— окончательную редакцию РТМ "Металлоконструкции механизированных крепей. Методика расчета на прочность";

— методики проведения шахтных экспериментов по установлению оптимального сопротивления мехкрепей и внедрения мероприятий по повышению эффективности работы комплексов;

— каталоги типовых условий эксплуатации механизированных комплексов /40/ и обобщенных показателей и характеристик взаимодействия /41/;

— прогнозные каталоги шахтопластов бассейнов Кузнецкого, Донецкого, Печорского, Восточной Сибири, Приморья, Подмосковного и острова Сахалин;

— рекомендации по совершенствованию предохранительных штатных и аварийных клапанов гидростоек ГСН, М137 и М138, которые были использованы ПНИУИ, Тульским государственным техническим университетом, Гипроуглемашем, ИГД им. A.A. Скочинского.

Личный вклад автора заключается в участии в шахтных и лабораторных исследованиях в течение более 20 лет в качестве ответственного исполнителя и руководителя тем при испытании и внедрении различных типов мехкомплексов, в установлении нового механизма поведения залегающих над крепью слоев кровли в зависимости от среднего уровня сопротивления крепи, в разработке новой физической модели взаимодействия крепи с кровлей, в установлении новых обобщенных характеристик взаимодействия крепи с боковыми породами в различных классах и в зависимости от глубины работ, в разработке методов оценки нагрузочных свойств кровли и эффективности управления ею, в определении энергетических возможностей мехкрепей, в установлении новых закономерностей воздействия кровли на крепь при ее динамических обрушениях, в разработке методов определения требуемых для конкретных условий силовых параметров мехкрепей, в разработке методических подходов выбора мехкомплексов с учетом условий и производственной мощности шахты, в разработке эффективных режимов работы мехкомплексов, в участии: при разработке ТЗ на мехкрепи комплексов КМ137А, КМ137АСБ, КМ 138, КД80 и ГОСТов на основные параметры и технические требования к механизированным крепям для лав пологих пластов; при составлении методики госиспытаний мехкомплексов, прогнозных каталогов шахтопластов по угольным бассейнам б.Советского Союза, каталога обобщенных показателей и характеристик взаимодействия мехкрепей с боковыми породами и каталога типовых условий эксплуатации мехкомплексов, в разработке требований их эксплуатации.

Апробация. Основные положения работы докладывались и получили одобрение: в Минуглепроме СССР при приемке опытного образца автоматизированного комплекса КМ138А (Москва, 1990), в Гипроуглемаше при обсуждении материалов ТЗ на механизированные комплексы КМ137, КМ138Д, КМ137АСБ (Москва, 1985, 1987), в Донгипроуглемаше при обсуждении материалов ТЗ на комплекс КД80 (Донецк, 1985), в ИГД им.А.А.Скочинского при обсуждении программы и методики испытаний мехкомплексов (Люберцы, 1987), предложений в окончательную редакцию РТМ и в проект окончательной редакции типажа очистного оборудования (Люберцы, 1988), материалов ГОСТ 28597-90 (СТ СЭВ 6448-88) и предложений в прогнозные каталоги (Люберцы, 1990), в производственных объединениях на межведомственных комиссиях (МВК) государственных приемочных испытаний комплексов оборудования: КМ138Д (Междуреченск, 1987), 2КМТ (Краснодон, Междуреченск, 1986), на У и У1 Всесоюзных семинарах "Взаимодействие механизированных крепей с боковыми породами (Новосибирск, 1986, 1988), на Горных секциях Ученых советов ЛГИ им. Г.В.Плеханова (Ленинград, 1988), Донецкого политехнического института (Донецк, 1989), на международной конференции по проблемам горного давления (С.-Петербург, 1996).

Публикации. По вопросам управления горным давлением в очистных забоях автором опубликовано 85 работ, из них 11 авторских свидетельств на изобретения. Основное содержание работы опубликовано в 44 работах, в том числе в 2 монографиях, 2 каталогах, 2 методиках, 1 методическом указании, 3 авторских свидетельствах на изобретения, 2 ГОСТах на основные параметры и технические требования мехкрепей для лав.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 9 глав с выводами по каждой главе, заключения, списка использованных источников из 209 наименований, содержит 264 страницы машинописного текста, в том числе 19 таблиц и 60 рисунков.

Основное содержание диссертации

1. Изученность проблемы и выбор направлений исследований

Выполненный анализ работ, посвященных проблеме управления кровлей в лавах с механизированными крепями на пластах пологого падения средней мощности, показал, что она является комплексной и базируется на четырех основных составляющих (рис. 1): 1 - прогноз и типизация условий; 2 - изучение механизма воздействия крепи на кровлю; 3 - разработка методов определения начального распора (Рр) и номинального сопротивления (Р„ои)\ 4 - контроль и профилактика условий.

К настоящему времени накоплен обширный материал по рассматриваемой проблеме. Важную роль в ее решение внесли К.А. Ардашев, A.A. Борисов, В.Г. Бочкарев, В.М. Будник, Ф.Н. Воскобоев, Л.Н. Гапанович, Ф.П. Глушихин, Б.И. Грицаюк, Ю.В. Громов, Е.Д. Дубов, Г.А. Катков, И.С. Краткий, Ю.А. Коровкин, Г.А. Крупенников, С.Т. Кузнецов, В.А. Матвеев, Б.К. Мышляев, A.A. Орлов, В.Л. Попов, В.И. Парамонов, М.А. Розенбаум, Ю.А. Семенов, В.Н. Хорин, В.М. Шик, Г.И. Ягодкин

Большинство работ перечисленных автором связано с внедрением комплексов

л ГО

1- поколения.

Известные многочисленные классификации кровель создавались для решения задач, не связанных с условиями эксплуатации мехкомплексов. Поэтому они не позволяют выбирать и размещать мехкомплексы в зависимости от горно-геологических условий, определять область их применения и номенклатуру производства, устанавливать наиболее перспективные типы и направления дальнейшего совершенствования.

Большинство исследователей в качестве основной обобщенной характеристики взаимодействия крепи и кровли используют зависимость изменения опускания контура очистной выработки от конечного в выемочном цикле сопротивления крепи. Однако состояние кровли в лаве прежде всего зависит от среднего уровня сопротивления крепи, который определяется величиной начального распора. Поэтому для разработки методов эффективного управления кровлей необходимо знать, как зависят друг от друга названные показатели.

Блок-схема исследований

Рис. 1

Не менее важным является изучение механизма поведения слоев кровли залегающих над очистным пространством, при воздействии на них крепью. Е различных классах боковых пород это воздействие сказывается по-разному. Для егс изучения были проведены широкомасштабные исследования в массиве над очистноР выработкой с помощью глубинных реперов.

Совершенно не изучено влияние силовых параметров мехкрепей на динамику обрушения прочных и зависающих на значительных площадях слоев. Поэтому оказался открытым вопрос, можно ли мехкрепью управлять кровлями склонными t динамическим обрушениям.

Определением номинального сопротивления мехкрепей занимались многие исследователи. Л.Д.Борисов, Ю.В.Громов, С.Т.Кузнецов, Ю.А.Коровкин, А.А.Орлов и др. Решение задачи сводится к установлению искомой величины для двух типов кровель с коэффициентами тяжести 1 и 2. Между тем имеются условия, в которых коэффициент тяжести значительно превышает приведенные величины. Начальный распор не определяется результатами исследований, а задается в процентах от номинала. Совершенно отсутствуют рекомендации по силовым параметрам мехкрепей для лав, где проявляются динамические обрушения кровли.

Эффективная эксплуатация мехкомплексов невозможна без постоянного контроля за изменяющимися по мере подвигания лавы условиями и своевременного принятия мер по их профилактике. Но для этого необходимо разработать экспресс-методы контроля геомеханической обстановки в забое и соответствующие режимы работы мехкомплексов для всех классов боковых пород, позволяющие оперативно принимать решения по недопущению возникновения аварийной обстановки.

Проведенный анализ состояния изученности проблемы управления кровлей в лавах с механизированными крепями позволил сформулировать цель, задачи и идею диссертации.

2. Прогноз и типизация условий

При решении практических задач, связанных с выбором мехкомплекса чаще всего используется соотношение между мощностью легкообрушаемых пород, залегающих непосредственно над крепью, и вынимаемой мощностью пласта, а также процентным содержанием углистых фракций в породах и их слоистостью.

Однако перечисленные факторы не всегда достаточно четко позволяют прогнозировать характеристику пород по устойчивости, нагрузочным свойствам, динамичности обрушения, управляемости.

На основании результатов проведенных длительных исследований в различных горно-геологических условиях автором предложен метод прогноза, основанный на выделении диапазонов изменения уточняющих показателей, таких как: 1) прочность пород на одноосное сжатие, 2) коэффициент тяжести, 3) шаг обрушения и мощность прочных пород, 4) выход и длина керна при бурении, 5) время от обнажения до обрушения, 6) допустимая площадь обнажения слоев, 7) склонность к размоканию и пучению, 8) выклинивание.

Под управляемостью кровли понимается ее способность изменять свое состояние в пределах призабойного пространства лавы под воздействием различных факторов: типа мехкрепи, ее силовых параметров, величины и распределения начального распора, задания активного подпора при передвижении секций крепи, изменения расстояния от участка передвижки секций крепи до комбайна и ширины захвата комбайна, применения способов повышения устойчивости. По управляемости кровли делятся на две группы: легкоуправляемые и трудноуправляемые.

Трудность управления связана с наличием осложняющих факторов: низкой устойчивостью нижних слоев, тяжелыми по нагрузочным свойствам кровлями, динамичностью обрушения слоев за крепью, слабой прочностью почвы. В конкретных условиях перечисленные факторы могут иметь место как по отдельности, так и в различном сочетании. Чем больше осложняющих факторов, присущих боковым породам, тем сложнее ими управлять.

Труднообрушаемые кровли, склонные к значительным зависаниям в выработанном пространстве, не всегда являются трудноуправляемыми. При отработке пластов мощностью до 1,0 м залегающие в кровле известняки, как правило, склонны к плавному опусканию в выработанном пространстве. Для управления ими не требуются крепи с высоким сопротивлением, так как они не создают повышенных нагрузок на крепь. Такие кровли относятся к легкоуправляемым.

На пластах средней мощности аналогичные известняки при обрушениях создают высокие нагрузки на крепь. В этом случае они относятся к трудноуправляемым.

Наблюдаются случаи, когда залегающие над пластом слои песчаника разрушаются на узкие и высокие блоки, которые, проседая, создают повышенные нагрузки на крепь, хотя сами породы не склонны к зависаниям за крепью. Это трудноуправляемые кровли по нагрузочным свойствам. Сложность управления

боковыми породами может быть вызвана наличием слабой почвы, когда крепь не развивает номинальное сопротивление из-за интенсивного вдавливания ее в почву.

Легкоуправляемые породы не имеют осложняющих факторов.

По устойчивости породы разделены на неустойчивые и устойчивые.

Среди неустойчивых выделяется подтип "ложных" кровель (Нл). Преде.1 прочности их на одноосное сжатие не превышает 30 МПа, они обрушаютс! непосредственно за выемкой угля комбайном или при обнажении до 3 м2, время о-обнажения до обрушения находится в пределах до 0,2 ч, развитие обрушений пс площади от 60 до 100%, при бурении не образуют керна, породы слоистые, склонны I размоканию, суммарная толщина слоев до 0,5 м. Ложные кровли не выделяются е отдельный класс, они учитываются при выборе типоразмера крепи.

К неустойчивым (Н) относятся породы с пределом прочности 31-40 МПа допустимая площадь обнажения в районе работы комбайна находится в пределах от С до 10 м2, время от обнажения до обрушения 0,2-0,5 ч, развитие обрушений по площад!-от 20 до 60%, при бурении образуют керны длиной до 0,15 м, породы слоистые, I размоканию не склонны, суммарная толщина слоев от 0,5 до 1,5 м. К неустойчивый; относятся породы в зонах выклиниваний при мощности пачки до 1,5 м, разрывны) нарушений и в антиклинальных складках.

К устойчивым (У) относятся породы с пределом прочности 41-50 МПа допустимая площадь обнажения более 10 м2, время от обнажения до обрушения более 0,5 ч. Породы удается подхватить крепью ненарушенными, если передвигать ее всле/: за комбайном, развитие обрушений по площади до 20%, крупнослоистые или монолитные, при бурении образуют керны длиной более 0,15 м, толщина пачки в зоне выклиниваний больше 1,5 м.

По нагрузочным свойствам выделены кровли легкие, тяжелые и склонные и динамическим обрушениям.

Легкие (П) кровли имеют предел прочности на одноосное сжатие до 50 МПа, коэффициент тяжести до 1,5, легкообрушающиеся, зависание пород за крепью не более подвигания забоя за три выемочных цикла, мощность легкообрушающихся пород превышает вынимаемую мощность пласта более чем на 3 м, среднеслоистые, длина блоков (2-3) Ь,ахв.

Тяжелые (7) кровли имеют предел прочности на одноосное сжатие от 50 до 100 МПа, коэффициент тяжести от 1,6 до 2,0, крупнослоистые или монолитные, толщина слоев до 2-х вынимаемых мощностей пласта, между пластом и прочными слоями могут

находиться легкообрушающиеся породы, мощность которых меньше тв+3, м , где тв -вынимаемая мощность пласта.

Склонные к динамическим обрушениям кровли (Гр) имеют предел прочности более 100 МПа, коэффициент тяжести более 2,0, крупнослоистые, склонные к значительным зависаниям, между пластом и кровлей, как правило, отсутствуют легкообрушающиеся слои, суммарная мощность слоев более 5 тпп, длина блока (2030) Ь]ахв, шаг обрушения более 15 м.

По сопротивляемости на вдавливание выделяются прочные (П) почвы с пределом прочности 2 МПа и более и слабые (С). К ним относятся также склонные к пучению и размоканию породы.

В соответствии с названными комбинациями выделено 9 классов боковых пород:

ЛУП - легкая, устойчивая кровля, прочная почва;

ЛУС - легкая, устойчивая кровля, слабая почва;

ЛНП - легкая, неустойчивая кровля, прочная почва;

ЛНС - легкая, неустойчивая кровля, слабая почва;

ТУП- тяжелая, устойчивая кровля, прочная почва;

ТУС- тяжелая, устойчивая кровля, слабая почва;

ТНП- тяжелая, неустойчивая кровля, прочная почва;

ТНС - тяжелая, неустойчивая кровля, слабая почва;

ТУПр- тяжелая, устойчивая, склонная к динамическим обрушениям кровля, прочная почва.

Сложность управления боковыми породами возрастает от класса ЛУП к классу ТУПр в перечисленной последовательности.

Сказанное подтверждается результатами анализа работы очистных забоев с мехкомплексами в различных условиях. По сравнению с классом ЛУП на пластах средней мощности нагрузка на забой при прочих равных условиях снижается: в ЛУС на 15%, в ЛНП на 19%, в ЛНС на 38%, в ТУП на 49%, в ТУС на 52%, в ТНП на 53%, в ТНС на 57%, в ТУПРдо 100%.

3. Исследования на контуре выработки

Оптимизация силовых параметров мехкрепей является одной из главных задач их совершенствования. Но для этого надо изучить влияние параметров на процессы, происходящие на контуре очистной выработки.

Чаще всего для этой цели исследователями используются зависимости опускания кровли или податливости крепи от конечного в выемочном цикле сопротивления крепи.

Такой подход не дает полного представления о закономерностях взаимодействия крепи с боковыми породами, поскольку тормозящее действие крепи на опускание кровли зависит прежде всего от среднего уровня сопротивления крепи в цикле. Именно этот уровень определяет и опускание кровли, и ее состояние, и динамичность воздействия на крепь обрушений зависающих пород. Кроме того, на параметры взаимодействия крепи с кровлей существенное влияние оказывают начальный распор крепи и глубина работ.

Проведенные длительные исследования позволили установить количественные зависимости влияния начального распора (Рр), среднедействующего в цикле сопротивления (Рср), глубины работ и опускания кровли на параметры взаимодействия (рис. 2) для боковых пород классов ЛУП, ЛНП, ТУП, ТИП, и ТУПР:

а) влияние распора на прирост сопротивления, конечное и среднедействующее в цикле сопротивление

АР.Рк.Рсг = ПРр): (1)

б) влияние среднедействующего сопротивления на относительное опускание кровли, ее нарушенность, смещение блоков по заколам, просадку штока при динамическом нагружении

Л/°,5УЛ,][>У,ЛЛД =f(PCP); (2)

в) влияние глубины работ на среднедействующее сопротивление крепи, опускание кровли и ее нарушенность

PCP,&l°,Sya=f(H); (3)

г) влияние опускания кровли на ее нарушенность

Sw=f(A/°); (4)

Построение зависимостей для классов со слабыми почвами (/7УС, ЛНС, ТУС, ТНС) не производилось, так как крепь в этих условиях не может развить соответствующее сопротивление из-за ее вдавливания в почву. Поэтому предусматривается слабые почвы с помощью методов упрочнения переводить в класс прочных или применять крепи с низким давлением на почву.

Рис. 2

АР, Рм, Рр, Рср- кН/м2, д/0, Ahy, Д/?д- мм/м2; Sya -%; H- м; 1 - ЛУП; 2 - ЛНП; 3 -ТУП; 4 -7НГ7; 5 - 7УГ7Р

По мере увеличения начального распора прирост сопротивления крепи за цикг (ДР) уменьшается (см. рис. 2а). Отмеченная закономерность наблюдается как е условиях, когда осадки основной кровли не проявляются, так и при их проявлении ( легкими устойчивыми (класс ЛУП), неустойчивыми (ЛНП) и тяжелыми кровлями (ТУП ТНП). Конечное и среднедействующее в цикле сопротивление при этом растет (см рис. 2,б,в). Качественно изменение Рср от распора остается одинаковым для легких i тяжелых кровель, в случае проявления осадок и при их отсутствии.

Повышение среднедействующего сопротивления крепи приводит к снижении опускания кровли и ее нарушенности (см. рис. 2,г,д), уменьшению суммарной смещения блоков по заколам и просадок стоек крепи при динамическом нагруженш (см. рис. 2,к,л).

Из последней зависимости следует важный вывод о том, что силовым! параметрами крепи можно в известных пределах снижать воздействие на крет динамических обрушений кровли.

Увеличение глубины работ приводит к некоторому уменьшении среднедействующего сопротивления крепи (см. рис. 2,ж), что приводит к рост; опускания кровли и ее нарушенное™ (см. рис. 2, з,и).

Шахтными исследованиями установлено, что щитовые крепи, у которых npi опускании кровли перекрытие смещается в сторону забоя, обеспечивают боле( благоприятные условия взаимодействия с кровлей и меньшую нарушенность е( вывалами. Из-за наличия сил трения между перекрытием крепи и кровлей реакци! наклонных в сторону забоя стоек разлагается на две составляющие, одна из которы) направлена в сторону забоя. Это способствует закрытию трещин в кровле i предупреждает образование вывалов. Такое взаимодействие особенно важно npt отработке пластов с неустойчивыми нижними слоями.

4. Исследования в массиве над очистной выработкой

Изучение воздействия крепи на поведение слоев в массиве осуществлялось < помощью глубинных реперов, устанавливаемых в скважинах, пробуренных в кровлю и: очистного пространства. Длина скважин достигала 13,6 м. Репера закреплялись е характерных слоях.

Все многообразие схем разрушения пород над крепью можно свести к двул основным:

—- с мелкоблочным разрушением пород, которая характерна для слоистых легкообрушающихся пород;

— с крупноблочным разрушением слоев, которая имеет место при прочных, крупнослоистых или массивных породах, склонных к значительным зависаниям.

В условиях 1-й схемы разрушения при низком сопротивлении крепи все репера, заложенные в скважине, опускаются с различной интенсивностью, что свидетельствует о расслоении пород. Крепь поддерживает только нижние слои.

При повышении сопротивления крепи блоки нижних слоев (ярусов) начинают опускаться с одинаковой скоростью. Эти слои вступают во взаимодействие с крепью непосредственно после распора.

Дальнейшее повышение сопротивления крепи приводит к тому, что отдельные ярусы расположенных над очистным пространством пород начинают взаимодействовать с крепью как единая система, обладающая собственной несущей способностью. Чем выше сопротивление крепи, тем больше суммарная мощность слоев этой системы и ее несущая способность. При определенном уровне сопротивления система становится способной частично воспринимать на себя воздействие от обрушающихся вышерасположенных пород.

По мере снижения уровня настройки предохранительных клапанов среднедействующее в цикле сопротивление уменьшается. Это приводит к большим деформациям блочной системы, ее расслоению и разрушению.

В слоистых породах снижение или увеличение сопротивления крепи приводит к плавному изменению опускания системы, без резких скачков.

Совершенно иначе ведут себя породы, образующие 2-ю схему разрушения. В этом случае уменьшение сопротивления крепи в некотором диапазоне мало влияет на поведение пород кровли над крепью. Но при достижении минимума происходит резкое проседание блока, что приводит к значительному опусканию кровли, ухудшению ее состояния и может вызвать завал лавы. В этом случае наблюдается скачкообразное изменение поведения кровли в зависимости от сопротивления крепи. Эти условия являются более сложными с точки зрения управления кровлей.

Проведенные исследования показывают, что крупные блоки при их обрушении не оказывают на крепь динамического воздействия, если уровень сопротивления составляет не менее 0,7 от веса той части блока, которая взаимодействует с крепью. В этом случае опускающиеся блоки расклиниваются между находящимися в завале и над угольным целиком породами, образуя своеобразную устойчивую систему, обладающую собственной несущей способностью. Наиболее надежной система

становится, когда величина сопротивления крепи достигает 0,8 от веса взаимодействующей части блока.

В условиях слоистых пород система блоков становится устойчивой и приобретает собственную несущую способность, когда уровень сопротивления крепи составляет не менее 0,4 от веса находящихся над крепью и взаимодействующих с ней пород.

Отмеченные закономерности позволяют описать физическую модель взаимодействия мехкрепи и кровли. Она качественно отличается от известных, в которых утверждается, что повышение начального распора выше некоторого уровня "не только бессмысленно, но и вредно"/1/.

Предлагаемая модель показывает, что именно повышением начального распора можно обеспечить над крепью образование устойчивой системы обладающей собственной несущей способностью. Кроме того она учитывает различные схемы разрушения кровли.

В слоистых породах (рис. 3) при распоре РР1 крепь развивает конечное сопротивление Р/ш и воздействует на кровлю в течение цикла среднедействующим уровнем сопротивления Рср(. Величина его является достаточной для поддержания слоев 1й яруса, которые за крепью обрушаются. Из-за значительной величины опускания кровли А/,0 блоки 2- яруса за крепью будут несколько проседать и, смещаясь по плоскости обрушения и разворачиваясь, подбучивать верхние слои 1-яруса и нижние слои 2Ш. В результате создается система блоков, обладающая некоторой несущей способностью. Но она работает отдельно от системы блоков Зш яруса. Вследствие этого обе системы блоков, не взаимодействуя друг с другом, имеют недостаточную собственную несущую способность, которая могла бы нейтрализовать внезапные нагружения на крепь от обрушающихся вышележащих слоев кровли.

Повышение начального распора до величины Рр2 приводит к повышению конечного сопротивления до Р„г и среднедействующего до Рср2- Относительное опускание кровли снижается до Д/°. Уменьшается подвижность блоков пород 2- яруса. Они начинают работать совместно с блоками Зш яруса, образуя более мощную систему, обладающую большей несущей способностью.

Если поднять распор до величины Рр3, то крепь будет воздействовать на кровлю со средним уровнем сопротивления Рсрз■ В этом случае опускание кровли снизится до Д/3°. Система в этом случае будет состоять из блоков трех или более ярусов и обладать высокой собственной несущей способностью.

Физическая модель взаимодействия крепи с кровлей

Рис. 3

а - схема разрушения пород, б - влияние среднедействующего сопротивления на относительное опускание кровли

Очевидно, существует такая величина распора Ррэ и номинальног сопротивления крепи Рнои, при которых относительная величина опускания кровли учетом смещения от воздействия обрушений вышележащих пород не превыси допустимой величины. Под допустимым понимается такое значение опускания, пр котором нарушенность кровли вывалами не превышает 10% от поддерживаемо площади. При этом речь идет о той нарушенности, которая зависит от сопротивлени крепи и не обусловлена нарушениями технологии ведения работ.

При крупноблочном разрушении пород распор крепи и номинальное е сопротивление должны быть такими, чтобы средний уровень сопротивления крепи бы. достаточным для недопущения проседания переднего конца блока более допустимо величины.

Представленная физическая модель взаимодействия крепи и кровли № претендует на объяснение всех процессов, происходящих в породах над крепью пр ведении очистных работ. Однако она дает представление о воздействии крепи н; механизм поведения пород кровли над очистной выработкой и позволяет использоват его для повышения эффективности поддержания кровли.

5. Исследования при динамическом нагружении крепи

Для установления влияния силовых параметров крепи на динамику е! нагружения необходимо знать закономерности взаимодействия ее с нагружающии объектом (прессом, кровлей пласта).

До сих пор не удавалось провести такие исследования. Это было связано I отсутствием измерительной аппаратуры, позволяющей регистрировать I воспроизводить изменение параметров взаимодействия при динамическом нагруженш гидроопор крепи с высокой степенью точности и разрешающей способности.

Изучение процесса было выполнено после создания сотрудником ВНИМИ А.Н Галаевым быстродействующей аппаратуры ЦР2, способной записывать I воспроизводить изменение параметров нагружения в лабораторных и шахтны; условиях с точностью до миллисекунд.

Была разработана методика исследований, включающая стендовые и шахтные измерения. Такой подход позволил выявить отличия взаимодействия при жесткол защемлении крепи (ее стоек) между элементами пресса и в натурных условиях в лаве при наличии угольного штыба и породной мелочи на контактах с крепью. Такие исследования были выполнены впервые.

В качестве параметров нагружения использовались: давление в поршневой полости стойки и просадка штока стойки, изменение которых записывалось одновременно.

Для характеристики динамического нагружения гидростоек мехкрепей приняты следующие понятия:

— время нагружения (*нагр) - период, в течение которого после нанесения удара наблюдается рост давления в поршневой полости гидростойки, мс;

— прирост нагрузки (ДРд) - разность между максимальной (Рмд) после удара нагрузкой и сопротивлением стойки перед ударом (РНд), кН;

— скорость нагружения (\/нагр) - средняя величина изменения во времени нагрузки в период роста давления в поршневой полости стойки. Определяется как частное отделения прироста нагрузки на время нагружения, кН/с;

— заброс давления - превышение давления в поршневой полости стойки над уровнем срабатывания предохранительных клапанов. Определяется разностью между максимальным давлением после удара и давлением, соответствующим уровню срабатывания клапана, МПа;

— коэффициент перегрузки - величина, показывающая во сколько раз максимальная нагрузка превосходит номинальное сопротивление. Безразмерная величина, определяется отношением названных параметров.

На стенде испытывались гидростойки мехкрепей М138 и М137 со штатным (80 л/мин) и аварийным (700 л/мин) предохранительными клапанами, несущая способность каждой из которых составляет 1520 кН. Нагружение производилось при двух значениях сопротивления стоек перед ударом (начальное сопротивление) и трех уровнях давления рабочей жидкости в динамической камере пресса (ресивере): 80, 120 и 160 МПа.

При давлении в ресивере 160 МПа гидростойка М138 после одного нагружения была выведена из строя, произошло раздутие цилиндра первой ступени. Многократное нагружение на прессе испытываемых стоек не приведет к появлению остаточных деформаций их цилиндров, если давление в ресивере не превышает 100 МПа.

При нанесении удара по стойке давление жидкости в ее поршневой полости быстро растет, превышая уровень настройки предохранительных клапанов. Прирост давления и заброс его выше номинала зависят от трех факторов: энергии удара, определяемой давлением рабочей жидкости в динамической камере, сопротивления стойки перед ударом и производительности предохранительного клапана. С

увеличением первых двух параметров растут максимальное давление в стойке и величина его заброса. Клапан с большей производительностью уменьшает пик давления, но полностью его не исключает.

Величина просадки штока стойки в период роста нагрузки остается неизменной. В период снижения давления до номинала интенсивность просадки штока выше у тех стоек, производительность клапанов которых больше.

Во всех случаях нагружения время роста давления после удара оставалось в пределах 35-41 мс.

Отличительной особенностью изменения параметров нагружения от воздействия обрушений кровли в шахтных условиях (шахта "Распадская" М142) является то, что время просадки штока и роста нагрузки не совпадают между собой. За 45 мс проседание штока составило 16 мм и в дальнейшем не изменялось. За это время давление в поршневой полости стойки возросло от уровня срабатывания предохранительных клапанов (56 МПа) до 60,9 МПа и продолжало увеличиваться до 67,2 МПа в течение последующих 88 мс. Это запаздывание роста нагрузки по сравнению с увеличением просадки штока объясняется наличием упругих элементов крепи (перекрытий, оснований) и упругости пород на контактах с крепью, которые действуют, как демпферное устройство. Средняя скорость просадки штока составила 356 мм/с, роста давления 84 МПа/с.

Наибольшая скорость просадки штока наблюдалась в первый момент нагружения после воздействия обрушения. За 5 мс шток просел на S = 6,2 мм, что составляет 1240 мм/с. Подсчитанное по известной формуле среднее ускорение просадки штока (а = 2S/P ) составляет 495 м/с2 , что соответствует коэффициенту динамичности Kg = 51. Следовательно, во время облома мощных слоев кровли на крепь воздействуют не только гравитационные силы обрушившейся массы пород, но и значительные силы упругости.

Второй характерной особенностью динамического нагружения крепи при обрушении кровли является то, что величины просадки штока и опускания кровли уменьшаются по мере повышения среднего уровня сопротивления (рис. 4). Чем выше уровень сопротивления, тем меньше названные параметры по величине и разница между ними. При определенном значении уровня опускание кровли за время действия динамического нагружения становится равным податливости крепи (просадке штока) за тот же период. В лаве с М142 это произошло при Рср = 1320 кН/м2 . При этом сопротивлении влияние обрушения кровли визуально не было замечено. Оно было зафиксировано прибором ЦР2. Состояние нижних слоев в лаве было хорошим:

Влияние Рср на просадку штока (1, 2) и опускание кровли (3) при обрушении кровли

Ah0, Д1°, мм/м2

Рис. 4

1 - Д/?°д в период роста нагрузки

2 - ДЛ°сго за время действия нагрузки

3 - Д/° за время действия нагрузки

совершенно отсутствовали вывалы и заколы. Это свидетельствует о том, что с повышением сопротивления крепи до определенного уровня исключается отрицательное воздействие на нее динамических обрушений кровли.

Подтверждением сказанного могут служить факты эксплуатации мехкомплексов на 7м пласте на шахте "Распадская": крепь комплекса ЗКМ1Э0 (Рном - 600 кН/м2 ) работала неудовлетворительно, она деформировалась при осадках кровли; в аналогичных случаях мехкрепь ЗОКП70 (Рмо„ = 700 кН/м2) тоже деформировалась во время осадок, но в меньшей степени. Применение комплекса 2КМ142 (Рном = 1300 кН/м2) исключило проблему осадок.

Но чтобы увеличить уровень сопротивления до необходимой величины, надо одновременно повышать и начальный распор крепи, и ее номинал.

Эффективность управления кровлей в конкретной лаве зависит от того, насколько сопротивление крепи, с помощью которой отрабатывается пласт,

Проблема заключается в том, что ни действующий ГОСТ на основные параметры мехкрепей, ни известные методы не позволяют определять необходимое сопротивление крепи в зависимости от класса боковых пород и динамичности обрушения кровли за крепью. Решение ее находится в установлении взаимосвязи между интегральными показателями взаимодействия крепи с боковыми породами (опусканием кровли и ее удельной нарушенностью) и средним уровнем сопротивления крепи, который определяется ее начальным распором. Эта взаимосвязь для каждогс класса боковых пород определяется функцией:

6. Определение силовых параметров мехкрепей

соответствует необходимому для данных условий значению.

(5)

где вуД —удельная нарушенность кровли вывалами, %;

д/° — относительное опускание кровли, мм/м2;

Рср — среднедействующее в выемочном цикле сопротивление крепи кН/м2;

Рр — начальный распор крепи, кН/м2.

Для легких устойчивых и неустойчивых кровель функции представлены в виде номограммы (рис. 5), по которой определяются необходимые величины начального распора крепи и среднего уровня ее сопротивления.

Анализ результатов работы лав с мехкомплексами показывает, что при удельной нарушенности кровли, не превышающей 10% от поддерживаемой площади, обеспечивается высокая нагрузка на очистной забой, нарушенность не влияет на работу лавы. Эта величина и принята за уровень эффективного управления кровлей, по которому определяются необходимые значения силовых параметров мехкрепи. Порядок определения показан стрелками (см. рис. 5).

Согласно номограммы для класса ЛУП Рср = 220 кН/м2 , Рр = 150 кН/м2 , для ПИП - Рср = 280 кН/м2 , Рр = 220 кН/м2 .

В каждом случае номинальное сопротивление крепи определяется из выражения:

Рном = 2Рср - Рр, кН/м2 ^ (6)

Поскольку при отработке выемочных столбов всегда встречаются участки с неустойчивыми кровлями, то для легких кровель необходимые силовые параметры крепи следует выбирать по классу ЛНП, для которого согласно (6) удельное номинальное сопротивление должно быть не менее 330 кН/м2. Номограмма позволяет решать и обратную задачу: по заданной величине распора определять ожидаемую нарушенность кровли.

Аналогичная номограмма была получена для условий с тяжелыми кровлями: в классе ТУП- Ртр= 260 кН/м2 , Р£р= 355 кН/м2 и Ртном= 500 кН/м2.

Для пластов, где наблюдаются обрушения кровли с динамическими воздействиями на крепь номограмма имеет другой вид (рис. 6): она устанавливает взаимосвязь податливости стоек (1) от воздействия динамического обрушения кровли, сопротивления крепи перед ударом (Рр), среднедействующим в период воздействия удара (2) и максимальным (3) сопротивлением.

Для определения искомых величин на оси ординат 1-го квадранта (см. рис. 6) откладывают величину просадки штока (податливости стойки), соответствующую допустимому опусканию кровли и ее удельной нарушенности. Дальнейшее определение искомых величин показано стрелками. Согласно номограммы величина распора крепи должна быть не менее 680 кН/м2, максимального и среднедействующего сопротивления соответственно 1320 и 1000 кН/м2.

Номограмма для определения сопротивления крепи в условиях легких устойчивых (1-3-5) и неустойчивых (2-4-6) кровель

Рис. 5

Номограмма для определения сопротивления крепи при динамичеких осадках кровли

Л/>°д, мм/м:

Рр, кН/м2

Рис. 6.

При расчете металлоконструкций крепи закладывается коэффициент запаса 1,: Перегрузка при динамическом нагружении не должно превышать эту величину. Эт условие соблюдается, если после динамического воздействия максимально сопротивление крепи будет превышать номинальное значение не более чем в 1 раза. В этом случае удельное номинальное сопротивление должно быть не мене 1100 кН/м2.

Номинальное сопротивление в зависимости от мощности пласта определяете из выражения:

Рном > 1100 + 70 (т - 1), кН/м2 (7)

Сравнение рассчитанных по этой формуле (7) величин номинально! сопротивления с данными технических характеристик мехкрепей, выпускаемых настоящее время отечественной промышленностью, показывает, что для услови аналогичных 7-му пласту на шахте "Распадская" они имеют недостаточнс сопротивление. В наибольшей мере условиям названного пласта отвечает крег мехкомплекса 2КМ142.

7. Выбор комплексов

В последнее время снизились требования к анализу условий отработки угольнь пластов и установлению необходимых типов и параметров мехкомплексов. Неред! поэтому они назначаются в условия, в которых по своим техническим характеристика не могут быть рекомендованы.

При выборе мехкомплексов анализ условий должен вестись в трех главнь направлениях:

1) изучение горно-геологических условий залегания пласта;

2) выделение условий неприменимости комплекса;

3) производственная мощность шахты.

Мехкомплексы не следует рекомендовать к применению, если:

— в пределах выемочного столба имеются непереходимые нарушения;

— вынимаемая мощность пласта меньше 1,0 м;

— подготовленные к отработке запасы угля не обеспечивают непрерывну работу комплекса в течение длительного времени;

— длина выемочного столба менее 800 м (для комплексов 1-го поколенм 1200 м (для 2-го поколения) и 2000 м (для 3-го);

— низкая производственная мощность шахты;

— вблизи над пластом имеются отработанные и затопленные водой участки;

— имеются зоны ПГД, а отработка участка предполагается с помощью комплексов, номинальное сопротивление которых соответствует 1-му типоразмерному ряду по ГОСТу.

При анализе горно-геологических условий определяется вынимаемая мощность пласта и устанавливается класс боковых пород. Первый параметр служит для определения типоразмера крепи, второй для установления необходимых ее силовых параметров.

Вынимаемая мощность пласта определяется с учетом мощности ложной кровли. Если мощность ее превышает 0,3 м, то в кровле оставляется защитная пачка угля (0,4 м). В том случае, когда она меньше указанной величины, ложная кровля вынимается вместе с углем.

Выбранный типоразмер мехкрепи комплекса должен отвечать условию: минимальная обслуживаемая им мощность должна быть меньше минимальной вынимаемой мощности пласта, максимальная - не меньше максимальной вынимаемой мощности.

При определении класса боковых пород следует руководствоваться следующим:

— весь выемочный столб разбивается на участки с различными породами по нагрузочным свойствам (по коэффициенту тяжести), устойчивости нижних слоев (устойчивые, неустойчивые, ложные), по прочности почвы (прочные, слабые);

— на каждом участке определяется свой класс боковых пород;

— в целом по выемочному столбу класс боковых пород принимается по участку с наихудшими условиями залегания пласта.

В соответствии с установленным классом боковых пород определяются необходимые величины силовых параметров мехкрепи и по ним выбирается комплекс. При этом силовые параметры выбранного комплекса должны быть не менее определенных ранее необходимых значений.

Следует иметь ввиду, что в условиях отработки пласта с неустойчивыми нижними слоями следует применять мехкомплексы щитового типа, у которых перекрытие крепи при опускании кровли смещается в сторону забоя.

В целом комплекс должен полностью соответствовать условиям эксплуатации. Допускается применение комплекса, если осложняющие работу факторы полностью нейтрализованы дополнительными мерами или, если этих факторов не более одного.

Однако в условиях динамического обрушения кровли недопустимо применение комплекса при неполном соответствии его нагрузочным свойствам кровли.

При анализе производственной мощности шахты необходимо, чтобы суммарная расчетная нагрузка из лав со вновь проектируемыми комплексами и из подготовительных забоев была на 10% меньше максимально возможной добычи угля, которую может обеспечить подъем шахты.

8. Контроль и профилактика условий

Гарантией успешной эксплуатации мехкомплексов является постоянный контроль геомеханического состояния условий в лаве и оперативное принятие соответствующих мер по недопущению аварийной обстановки.

Задача сложная и комплексная. Объективная геомеханическая оценка состояния в лаве может быть осуществлена только при наличии трех основных показателей, характеризующих: энергетическую возможность крепи, нагрузочные свойства кровли и эффективность взаимодействия систем крепи и кровли. При этом они должны обеспечивать оценку условий в любом классе боковых пород, быть надежными и независимыми от других факторов, позволять оперативно решать задачу.

До настоящего времени методы определения названных характеристик не разработаны.

На основании анализа результатов исследований автором предложены методы, позволяющие оценивать эффективность управления кровлей, ее нагрузочные свойства и соотбетствие силовых параметров крепи условиям эксплуатации. Совместное использование их позволяет иметь полное представление о геомеханической обстановке в лаве, своевременно и правильно принимать решения по ее улучшению.

Для оценки эффективности управления необходимо знать: суммарную площадь вывалов в районе каждой секции крепи ¿7 5в , число этих секций (л), количество смонтированных в лаве секций (Л/л), максимальную высоту вывалов (Лв), поддерживаемую площадь кровли в зоне нарушений (5).

Эффективность управления кровлей оценивается удельной нарушенностью вывалами:

Був = 100 х £8в/8, % (8)

Управление кровлей считается эффективным, если удельная нарушенность не превышает 10%; удовлетворительным - при изменении Sya от 11 до 25%, неудовлетворительным - при Sya = 26+59%. Положение становится аварийным, если Syd > 60% или высота вывалов превышает 0,8 м в районе 3* рядом стоящих секций мехкрепи.

Для оценки нарушенности в целом по лаве используется показатель:

Св = 100 п/Ыл , % (9)

Десятипроцентная удельная нарушенность кровли вывалами и соответствующее относительное ее опускание названы для краткости допустимыми. Оба этих показателя являются интегральными, поскольку именно они показывают, каково было воздействие кровли на крепь. В решении практических задач по определению силовых параметров крепи они должны использоваться совместно .

Установлено, что в случае наличия в кровле устойчивых и прочных пород в призабойном пространстве лавы могут образовываться уступы от смещения блоков по заколам. При этом чем меньше силовые параметры соответствуют нагрузочным свойствам кровли, тем больше суммарное смещение блоков. Поэтому коэффициент нарушенности кровли уступами является также эффективным показателем соответствия силовых параметров крепи нагрузочным свойствам кровли. Показатель определяется из выражения:

(10)

т» - «ж

где Zhy — суммарная высота уступов на ширине призабойного пространства , м;

тв —вынимаемая мощность пласта, м;

Нж — минимальная конструктивная высота крепи по заднему ряду стоек , м.

Крепь по своим силовым параметрам полностью соответствует нагрузочным свойствам устойчивой кровли, если Ку < 0,1. Соответствие является удовлетворительным, когда Ку = 0,11-0,5, неудовлетворительным - Ку = 0,51-0,8, аварийным - Ку> 0,8.

В условиях легкообрушаемых кровель заколы, как правило, не образуются. В этих условиях нужны другие решения.

Нередко исследователи для оценки энергетических возможностей крепи используют показатель работы крепи по торможению крепи, равный произведению величин опускания на реакцию крепи. При этом предполагается, что наиболее

благоприятным является такое взаимодействие, при котором крепь совершает минимум работы.

Однако такой подход не соответствует физическому смыслу совершенной крепью работы, она должна определяться произведением податливости стоек крепи не ее средний уровень сопротивления в течение выемочного цикла. Во-вторых определенное по минимуму работы сопротивление крепи является недостаточным для эффективного управления кровлей. Кроме того, такой показатель не позволяет решить главный вопрос: соответствуют ли силовые параметры крепи нагрузочным свойствам кровли.

Предлагаемый автором метод оценки работы крепи исключает отмеченные недостатки. В основе его лежат два условия определения работы крепи пс поддержанию кровли:

1) она определяется не по опусканию кровли, а по податливости крепи;

2) полная работа крепи состоит из двух частей:

Е„р = £„ + £„, (11)

где Екр — относительная максимально возможная энергия (работа) крепи, которую она может совершить за период от распора до полного исчерпания податливости стоек, кДж/м2. Эта податливость равна раздвижности крепи за вычетом запаса податливости на разгрузку и передвижку ее секций на новое место, кДж/м2;

Ек — относительная энергия взаимодействия крепи и кровли, измеряемая работой, которую совершила крепь за время от ее распора до рассматриваемого момента, кДж/м2 ;

Еп —' относительная энергия взаимодействия крепи с кровлей, измеряемая работой, которую может совершить крепь от рассматриваемого момента до полного исчерпания раздвижности (за вычетом запаса на разгрузку), кДж/м2.

Относительная энергия (работа) крепи за цикл по торможению кровли равна:

&,= — Ah (12)

" т

где РСр — среднедействующее в цикле сопротивление крепи, кН/м2 ;

Ah ■ — податливость крепи за цикл , м;

т — безразмерный коэффициент, численно равный вынимаемой мощности пласта , выраженной в метрах;

Д/, = Н1гах-НР (13)

це Нтах — максимальная высота крепи по заднему ряду стоек при полной ее раздвижности, м;

Нр — высота крепи по заднему ряду стоек на конец выемочного цикла, м.

Относительная возможная энергия (работа) взаимодействия крепи с кровлей

1авна:

Д) , (14)

де Д — запас податливости на разгрузку стоек крепи, м.

Коэффициент взаимодействия крепи с кровлей равен:

К И Л К!'

Если затраченная энергия взаимодействия крепи и кровли (Е„) приближается по юличине к полной энергии (Екр), то коэффициент взаимодействия будет уменьшаться (о нуля. Следовательно, сопротивление крепи недостаточно для надежного юддержания кровли. Крепь может зажать между кровлей и почвой.

Силовые параметры мехкрепи полностью соответствуют нагрузочным свойствам :ровли, если Кдз > 0,8. Удовлетворительное соответствие условиям наблюдается при <вз = 0,50-0,79, неудовлетворительное при Квз = 0,2-0,49. Аварийные условия наступают при Кез < 0,2.

Показателем соответствия силовых параметров крепи нагрузочным свойствам :ровли является также коэффициент сопротивления крепи (Кс), представляющий собой зтношение ее реакции в конце цикла к весу находящихся над крепью и )заимодействующих с нею пород кровли.

В случае крупноблочного разрушения вес пород, воздействующих на крепь, завен весу той части блока, которая взаимодействует с крепью. При известном шаге эбрушения пород и суммарной мощности блока вес взаимодействующих с крепью юрод определяется из условия равенства нулю моментов сил: реакции крепи, силы грения в переднем шарнире блока и его веса. Сумма проекций этих сил на ось ординат должна также быть равной нулю. При легкообрушающихся породах условие :оответствия силовых параметров крепи нагрузочным свойствам кровли выполняется, <огда Кс > 0,4, при крупноблочном обрушении, когда Кс > 0,7

Характеристикой нагрузочных свойств кровли является коэффициент тяжести. Показатель является исходным для определения силовых характеристик крепи.

Известные методы определения показателя по завалам лав, отношению опусканий кровли, податливостей крепи, работы ее в период отсутствия влияния выемки угля и передвижки секций крепи обладают недостатками:

— не позволяют определять коэффициент в условиях динамических обрушений кровли;

— не учитывают воздействие кровли на крепь.

Разработанный автором метод определения коэффициента тяжести исключает отмеченные недостатки: он позволяет однозначно определять искомый показатель для всех классов боковых пород для условий любой лавы, обладает высокой надежностью и учитывает силовое воздействие кровли на крепь.

В качестве исходного параметра принята удельная нагрузка на крепь, которую она испытывает при допустимом опускании кровли. Допустимые опускания для устойчивых и неустойчивых кровель имеют свои значения, которые соответствуют удельной нарушенности кровли , равной 10%.

Удельная нагрузка на крепь определяется по зависимостям изменения относительного опускания кровли (А/0) от среднедействующего в цикле (РСР) сопротивления крепи (рис. 7). На оси ординат откладывают значения допустимых опусканий. Через полученные точки проводят прямые, параллельные оси абсцисс до пересечения с соответствующими зависимостями . Из точек пересечения опускают перпендикуляры на ось абсцисс и определяют искомые величины удельного сопротивления.

Коэффициент тяжести определяется по формуле:

где Рсрi -— удельная среднедействующая нагрузка на крепь в рассматриваемом классе пород при допустимом опускании кровли, кН/м2;

Рср.п — то же в типовых условиях (в классе ЛУП), кН/м2.

Определенные по зависимости (16) коэффициенты тяжести для классов боковых пород ЛУП, ЛНП, ТУП, ТНП и ТУПР соответственно равны 1,0; 1,3; 1,6; 2,0; 4,5. Таким образом, кровли с неустойчивыми нижними слоями имеют более высокий коэффициент тяжести, чем с устойчивыми, а для пласта с динамическими

1 - ЛУП; 2 - ЛНП; 3 - ТУП; 4 - ТИП.

обрушениями кровли искомый показатель в 2,5 раза выше гостовского значения для тяжелых кровель.

Для конкретной работающей лавы коэффициент определяется следующим образом. В период максимальных опусканий измеряется средний уровень сопротивления крепи и соответствующее опускание кровли. По полученным значениям на график (см. рис. 7) наносится точка в, через которую проводится корреляционная зависимость вв' до пересечения с соответствующим уровнем допустимого опускания Из точки пересечения С опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и определяем удельную нагрузку на крепь. Далее по формуле (16) определяем Ст.

9. Режимы работы мехкомплексов

Режимы работы мехкомплексов предусматривают обеспечение благоприятных условий их эксплуатации. Они учитывают класс боковых пород, нагрузочные свойстве кровли (Ст), необходимые для данных условий силовые параметры мехкрепи (Риом ^ Рр) и тип комплекса, технологию ведения очистных работ, методы контроля геомеханической обстановки в лаве, заранее разработанные решения пс предупреждению аварийной обстановки.

Общими требованиями для всех классов боковых пород являются: выполнение технологии работ, постоянный контроль геомеханической обстановки в лаве с помощью экспресс-методов, оперативное принятие решений.

Силовые параметры определяются данными табл. 2. При этом фактические параметры мехкрепей должны быть не меньше указанных в таблице.

Таблица 2

Режимы работы мехкомплексов

№№ Класс боковых Ст Силовые, кН/м2 Дополнительные условия

пп пород Рном Рр

1 ЛУП 1,0 290+75(т-1) 0,55Рном Не предусматриваются

2 ЛУС 1,0 290+75(т-1) 0,55Рнои Крепи с низким давлением на почву, угольная пачка у почвы

3 ЛНП 1,3 330+75(т-1) 0,7 Рнои Щитовая крепь, RKp к забою, /0гс s 5 м, Вздх < 0,6 м, Rn- акт. Упрочнение кровли.

4 ЛНС 1,3 330+75(т-1) OJPhom То же, что в пп. 2 и 3

5 ТУП 1,6 460+115(т-1) 0,6Р„ом Одинаковый по рядам стоек распор

6 ТУС 1,6 460+115(т-1) О.бРном То же, что в п. 3

7 тнп 2,0 500+125(т-1) 0,75Р„ом То же, что в пп. 2, 3, 5

8 тнс 2,0 500+125(т-1) 0,75РНОм То же, что в пп. 2, 3, 4, 5

3,0 720+130(т-1) 0,75РНО«

9 ТУПр 4,0 950+90(т-1) 0,75 Рном То же, что в п. 5

4,5 1100+70(т-1) 0,75 Рнои

Дополнительные меры зависят от устойчивости нижних слоев, тяжести кровли, ;инамичности ее обрушения.

Для пластов со слабыми почвами силовые параметры мехкрепи принимаются такими же, как и в условиях прочных почв. Это связано с тем, что крепь, которая не ;оответствует условиям по допустимому давлению на почву, не может развить необходимое для эффективного поддержания кровли сопротивление. В этих условиях надо применять мехкрепь с низким давлением на почву или выполнять дополнительные меры по ее упрочнению путем оставления угольной пачки или другими методами.

В условиях неустойчивых кровель следует применять мехкрепи, кинематика <оторых обеспечивает некоторое смещение перекрытия в сторону забоя при его опускании.

Необходимо, кроме того, обеспечивать минимальные площади обнажения <ровли в зоне работы комбайна, что возможно при ширине захвата не более 0,6 м и передвижке секций крепи вслед за комбайном и с активным подпором. Соответственно изменяются задаваемые силовые параметры мехкрепи.

В зонах ПГД от оставленных на вышерасположенном пласте целиков угля цинамические нагрузки на крепь начинают проявляться уже при небольшом отходе павы от разрезной, порядка 10-12 м. Применение в этих условиях мехкрепей предназначенных для легких кровель недопустимо, особенно, если это крепи с однорядным расположением стоек.

В условиях тяжелых кровель динамические воздействия на крепь при их обрушениях начинают проявляться при коэффициенте тяжести, превышающем величину 2. Наибольшая динамичность отмечена при Ст = 4,5. При таких кровлях необходимо задавать высокий начальный распор по обоим рядам стоек и иметь мехкрепи с высоким номинальным сопротивлением.

Заключение

В результате выполнения комплекса исследований в диссертации разработаны научно обоснованные геомеханические принципы построения режимов работы механизированных комплексов, основанные на надежном прогнозе и типизации условий залегания угольных пластов, целенаправленном воздействии силовыми параметрами мехкрепи на механизм поведения и динамику обрушения залегающих

над ней слоев пород, постоянном контроле соответствия энергетических возможноста крепи нагрузочным свойствам кровли и оперативном принятии решений m недопущению аварийной обстановки в лаве, соблюдении технологических требовани! эксплуатации и изложена методология их осуществления. Это позволило решит крупную научно-техническую проблему обеспечения эффективной и безопасно эксплуатации механизированных комплексов во всех классах боковых пород, в toi числе в лавах с динамическими обрушениями кровли.

Основные научные и практические результаты диссертации, полученные личн( соискателем, заключаются в следующем.

1. Установлено, что образование над крепью временных устойчивых систег из разрушенных слоев, обладающих собственной несущей способностью, происходи при повышении среднего уровня сопротивления крепи до величины, составляющей н< менее 0,4 от веса взаимодействующих с нею пород, что снижает неравномерное^ воздействия на крепь осадок кровли по мере подвигания очистного забоя.

2. Доказано, что отрицательное динамическое воздействие на крепь о обрушений зависающих на больших площадях пород кровли снижается до допустимы пределов путем повышения среднего уровня сопротивления крепи непосредственж перед обрушением до 0,7 от веса той части обломившегося блока, котора! взаимодействует с крепью и массивом, находящимся впереди плоскости облома.

3. Разработаны единые методы определения необходимых силовы: параметров мехкрепей для всех классов боковых пород, основанные на использованш интегральных показателей взаимодействия их с кровлей.

4. Разработаны показатели, характеризующие энергетические возможное^ крепи, нагрузочные свойства кровли и эффективность взаимодействия систем (крепи i кровли), и изложены методы их определения.

5. Разработаны экспресс-методы оценки геомеханической обстановки i очистном забое, основанные на допустимых показателях опускания кровли, ei нарушенное™, коэффициентах взаимодействия крепи с боковыми породами, тяжест! кровли и сопротивления крепи.

6. Установлено, что с увеличением глубины работ среднедействующее i цикле сопротивление крепи уменьшается, а состояние кровли ухудшается. Эт< отрицательное влияние глубины работ может быть нейтрализовано путед соответствующего увеличения начального распора крепи.

7. Представленные в диссертации материалы могут быть использованы для разработки автоматизированной системы выбора крепей мехкомплексов и их эксплуатации во всех классах боковых пород.

Задачами дальнейших исследований автор считает углубление и развитие представлений управления боковыми породами в лавах д механизированными крепями в условиях интенсивного деформирования почвы и разработку исходных данных на создание автоматизированной экспертно-диагностической системы выбора мехкрепей, контроля условий их эксплуатации и принятия решений в зависимости от изменения ситуации во всех классах боковых пород.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

Монографии

1. Взаимодействие механизированных крепей с кровлей Юрлов A.A., Сетков В.Ю., Баранов С.Г. и др. - М.: Недра, 1976.-336 с.

2. Крепление и управление кровлей в комплексно-механизированных очистных забоях Юрлов A.A., Баранов С.Г., Мышляев Б.К. - М.: Недра, 1993.-288 с.

Статьи, доклады

3. Орлов A.A., Баранов С.Г. Сопротивление механизированных крепей и влияние производственных процессов на проявления горного давления И Уголь Украины.-1967.- № 12.-С.22-27.

4. Орлов A.A., Баранов С.Г. Деформация и перемещение пород кровли в массиве над очистной выработкой II Уголь. - 1968.- № 7.- С.31-34.

5. Орлов A.A., Баранов С.Г. Возможные ошибки измерений по глубинным реперам при изучении деформирования пород кровли над очистной выработкой // Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ. - Л.: ВНИМИ, 1968, № 68,- С. 194-202.

6. Баранов С.Г. Результаты исследования проявлений горного давления в период влияния производственных процессов при применении механизированных крепей II Горное давление, сдвижение горных пород. - Л.: ВНИМИ, 1968, № 64,- С.146-149.

7. Орлов A.A., Баранов С.Г. Влияние номинального сопротивлени механизированной крепи на ее вес и стоимость // Горное давление и горные удары. Л.: ВНИМИ, 1972.- С.18-24.

8. Орлов A.A., Баранов С.Г., Сетков В.Ю. Взаимодействие механизированных крепей с кровлей //Уголь Украины. - 1976,- № 4,- С.12-13.

9. Орлов A.A., Баранов С .Г., Сетков В.Ю. Поведение пород кровли на, очистной выработкой // Уголь. - 1977.- № 7.- С.19-23.

10. Баранов С.Г., Биржаков В.В. Взаимодействие механизированных крепе) "Донбасс" и МК-97 с неустойчивыми кровлями // Горное давление и горные удары. - Л. ВНИМИ, 1977, № 103 - С.3-9.

11. Орлов A.A., Баранов С.Г., Степаненко О. Г. Результаты приемочны: испытаний комплекса КМТ // Уголь. - 1979.- № 8,- С.52-54.

12. Баранов С.Г., Биржаков В.В. Влияние глубины разработки угольны: пластов на изменение числа лав с неустойчивыми кровлями // Горное давление i горные удары. - Л.: ВНИМИ, 1979, № 111,-С.14-17.

13. Орлов A.A., Баранов С.Г. и др. Оценка степени тяжести кровли II Горное давление и горные удары. - Л/. ВНИМИ, 1979, № 111- С.11-13.

14. Баранов С.Г. Работа механизированных крепей в условиях неустойчивы; кровель // Вопросы горного давления. Взаимодействие механизированных крепей ( боковыми породами. - Новосибирск, 1980, вып. 38.- С.69-74.

15. Баранов С.Г., Биржаков В.В. Оценка нарушенности кровли в лавах с механизированными крепями II Уголь Украины. -1980.- № 10,- С.9-10.

16. Орлов' A.A., Баранов С.Г., Степаненко О.Т., Поляков С.В Взаимодействие механизированных крепей с тяжелой кровлей // Уголь Украины. ■ 1981.- № 1,- С.8-10.

17. Орлов A.A., Баранов С.Г., Биржаков В.В. Взаимодействие Механизированных крепей с неустойчивыми кровлями II Уголь. - 1962,- № 8.- С.9-12.

18. Баранов С.Г., Степаненко О.Т., Биржаков В.В. Результаты испытаний опытно-промышленного образца комплекса КМ103 // Горное давление в капитальных, подготовительных и очистных выработках. - Л.: ВНИМИ, 1982. - С.68-71.

19. Орлов A.A., Баранов С.Г., Биржаков В.В. Основные особенности взаимодействия механизированных крепей с неустойчивой кровлей // Теория и практика управления горным давлением на угольных пластах. - Л.: ВНИМИ,1983.-С.3-9.

20. Классификация и типизация полого-наклонных (до 35' ) угольных пластов эименительно к механизированным комплексам // Взаимодействие еханизированных крепей с боковыми породами. Вопросы горного давления / Волков IT., Орлов A.A., Мамонтов C.B., Ягодкин Г.И., Мышляев Б.К., Баранов С.Г. -(овосибирск . 1985, вып.43.- С.12-23.

21. Баранов С.Г., Биржаков В.В. Взаимодействие крепи комплекса КМ137 с оковыми породами II Прогноз геомеханических процессов управления горным ,авлением на шахтах. - Л.: ВНИМИ, 1985, № 38,- С.41-48.

22. Баранов С.Г., Поляков C.B., Биржаков В.В., Калачик А.К. Оценка аботоспособности крепи механизированного комплекса 2КМ138 // Управление (еформациями горного массива. - Л.: ВНИМИ, 1986,- С.42-47.

23. Орлов A.A., Баранов С.Г. Взаимодействие щитовых механизированных ;репей с боковыми породами // Методы изучения и способы управления горным явлением в подземных выработках. - П.: ВНИМИ, 1987,- С.29-37.

24. Орлов A.A., Баранов С.Г., Биржаков В.В., Мамонтов C.B. Обобщенные показатели и характеристики взаимодействия механизированных крепей с боковыми породами по классам условий II Взаимодействие механизированных крепей с эоковыми породами .- Новосибирск, 1987, выл.45.- С.16-23.

25. Баранов С.Г., Биржаков В.В., Поляков C.B., Степаненко О.Т. Геомеханические основы выбора параметров щитовых механизированных крепей II Горная механика. - Л.: ВНИМИ, 1988,- С.40-49.

26. Баранов С.Г., Биржаков В.В., Бессонников В.А., Мацевич A.C. Влияние начального ■ распора на взаимодействие мехкрепей с боковыми породами II Управление горным давлением в комплексно-механизированных забоях. Новосибирск, 1989, вып.47.-С.34-39.

27. Баранов С.Г., Модестов Ю.А., Ковалев В.Н. Основные направления развития комплексной механизации очистных работ на пологих пластах II Уголь. -1989,- № 9.-С.28-29.

28. Баранов С.Г., Поляков C.B., Галаев А.Н. Результаты исследований изменения нагружения гидростоек крепи М142 при осадках кровли II Управление горным давлением и прогноз безопасных условий освоения угольных месторождений. -Л.: ВНИМИ, 1990, ч.1.- С.116-121.

29. Баранов С.Г., Биржаков В.В., Мацевич A.C. Перспективное размещение механизированных комплексов новых поколений по горно-геологическим условиям

залегания угольных пластов пологонаклонного падения // Свойства горного массива управление его состоянием. - С.-Пб.: ВНИМИ, 1991,- С.72-76.

30. Баранов С.Г. Основные принципы управления горным давлением в лава с'мехкрепями // Горное давление и горные удары. - С.-Пб.: ВНИМИ, 1993 - С.99-103.

31. Баранов С.Г. Влияние глубины разработки и начального распор; мехкрепи на параметры ее взаимодействия с боковыми породами II Горное давление горные удары и сдвижение массива. - С.-Пб., ВНИМИ, 1994, ч.1,- С.3-11.

32. Баранов С.Г. Нагрузочные свойства кровли и энергия взаимодействия е( с крепью II Горное давление, горные удары и сдвижение массива. - С.-Пб.: ВНИМИ 1997.

33. Баранов С.Г. Физическая модель взаимодействия мехкрепи с кровлей npi активном управлении ею // Горное давление, горные удары и сдвижение массива. - С. Пб.: ВНИМИ, 1997.

34. Баранов С.Г Основы активного управления кровлей в лавах с мехкрепям! // Эффективная и безопасная подземная добыча угля на базе современны) достижений геомеханики. Международная конференция 17-21 июня 1996 г. - С.-Пб. ВНИМИ, 1997.

Нормативные . методические документы, каталоги, разработанные с участием автора

35. ГОСТ 15852-82 (CT СЭВ 2617-80). Крепи механизированные гидравлические поддерживающие для лав. Основные параметры и размеры. - М. Госстандарт, 1982,-6 с.

36. ГОСТ 28597-90 (CT СЭВ 6448-88). Крепи механизированные для лав . Основные параметры. Общие технические требования. - М.: Госстандарт, 1990.- 6 с.

37. Методика проведения в шахтных условиях экспериментов пс установлению оптимального сопротивления механизированных крепей / Орлов A.A., Степаненио О.Т., Баранов С.Г., Сетков В.Ю.- Л.: ВНИМИ, 1972,- 60 с.

38. Методические указания по оценке тяжести кровли / Орлов A.A., Яковлев Н.И., Баранов С.Г., Поляков С.В., Калачик А.К.- Л.: ВНИМИ, 1980,- 17 с.

39. Методика определения обобщенных показателей и характеристик взаимодействия механизированных крепей с боковыми породами по классам условий полого-наклонных (до 35°) пластов. - Л.: ВНИМИ , 1982- 41 с.

40. Каталог типовых условий эксплуатации механизированных комплексов на пологонакпонных (до 35* ) пластах .- Л.: ВНИМИ, ч.1 -191 е., ч.2 - 343 с.

41. Каталог обобщенных показателей и характеристик взаимодействия мехкрепей с боковыми породами по классам условий. - Л.: ВНИМИ, 1987, -101 с.

42. A.c. № 295886 (СССР). Способ определения нагрузки на крепь в очистных выработках / Авт. Орлов A.A., Баранов С.Г. и др. Опубл. в Б.И.,1971, № 8.

43. A.c. № 1370242 (СССР). Способ управления кровлей пласта в очистном забое / Авт. Орлов A.A., Ялышев Э.И., Баранов С.Г. и др. Опубл. в Б.И., 1988. № 4.

44. A.c. № 1599559 (СССР). Способ управления кровлей в очистном забое / Авт. Баранов С.Г. и др. Опубл. в Б.И., 1990, № 38.

Изобретения