автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование параметров крепления призабойного пространства протяженными пневмоопорами при безлюдной выемке весьма тонких пологих пластов

Р Г Б ОД

дшещодй ГКУДЛРСТБШ <Ш технический зшегсишг

; 6 СЕН m

На правах рукописи E'îjw'03 Винтор Гиит^пович

сбссчсбжз паешгров кршшвя

ПШЛБОЙНСГО ПРОСТРАНСТВА ЯРСШКЗ-ШШ ПНЕШОШСШИ

пш вшщгса вшг беодл rase« пшатах пластов

Специальность 0Й.15.С2 - ''Подгуо.мнал разработка

t-'эсторокдеичй полезных ископаемых"

Авт о ре фе рат дне с <зрт а ция на соискание ученой степени кандидата технических наук

Донецк - 1994

Диссертация лгллется рукопись».

Работа 1:1лшлнсна в Донетч; и' государственном - техническом университете.

Научный гуководит<ш>Ч доктор технических наук, профессор

Бондаренкс ¡»сильоьич.

0*-1Щ1!ьлы11.пл спг.оисюи:

1. Доктор 1,иук £укз» Ьаадпшр Егорович

2. Кандидат од*1к:чб?ккх наук Ильин /-пгл'.олиИ Ильич

В&дужве п^ч-дигнягие - производственное объединение по

добыче угля "'.'акеьЕуго.ш/'. у С1,

/V /ь Ч-

Защита состоится "..Г.". 159-1 г. на засе-

дании сиещ»!Мк.П!рз»Ы(нагс ученого соьетнгД 068,20.02 в Донецкок государственном техническом униьерсигете но адресу: г.Донецк, ул. Артема, 56.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке техниче -ского университета.

р

Автореферат разослан ".,..". . . 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор Технических наук /¡^/У / В.И.Черняев

г

СЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАПОТЫ

Дкту&п-»дсть работы. Одним -,'-1 сснопных напргш.темий развития угольноЯ промязлешшсти являете* '••ур'коистрочпни" технологии очистшх работ в сяолнях горно-госк>п- ь .'ли услопиях, к яоторнм относятся условия залегания пл&сгоя ¡кэдюотг» до 0,7 м.

Проблема отработки весьма тонгсс.с пологих пластов с особой остротой в стада перед угольнсй прскк 'ионностьп Донпел в условиях штенсквкого исчерпания более 0-5*гоирк<ггга«с для ралрдботки запас оз. В связи с иотозленкек угля ля песь^а тианх пластах доля запаси;« п ш:х неуклонно золгаст^е?.

3 настсл. :л?счч 5о' иолсгу.х •;.->ктсго:яотов Донбасса на зкя-чптп;п.ио>'1 плодггл; рлепрострллеллл отлоеятел :( пссъ!,«?. толкеч. Однако ;пс рлеряЛетлд лплглхл трудос-м.'пгл и нсбслоласплл эпе»<\ч горного произведет»!*, »следу: шта чего оЗтч*:* дой;:ч л из и;« составляет около 10"? облей. При ото:.; сшшю.тся срок сдуз^ц ¡гахги, яоэрао-тав'г потери угля.

Низкая продуктизлееть ггрпхпт-и^ з нлетоллеи врзил технологии отработки яссыл тонких гологпх лыток в зллчителыю!! степени обьяс.илсгся исполмопгшком ручного труда при крепления очистного забоя.

Создллие с-Н'ектиз'кх с? о-чотэ -Иного «рекдеикя без

сутствйя полувека л лая? ля. осгиозе наг.'о'Д елрлпл-сслруголои шд-емки позполит сбс-спеалть- уеллвлл длл сл-ллглз;; отработки нею)л'э. тоиких пологих ш.&йтзв, ссыльного росте дле^ч;; :п плх, онилп-нид травматизма.

является оЛоеновгнло •« глргу;глроп

©Йвктвпнай технологии безлюдного пркзойоЗггзго крепления в лапех весьма тошитх г.идогюс пласте я.

Н&ЗД.БЗЗв'Ш эаклвчаетсл в иснользс.гыаш завискаойтей усилий взаимодействия протяженной иненшооио]« с б&ковшш породами и т-емо.чно-доставочным оборудованном от основных влинюдпх факторов для ьпдедеяения параметров иризай.-йного крепления.

Матопн вншшз и обо&кшив результатов ьссле-

дованнй и омы ксионьэбвамвя техкологкй безлюдного лризаснишо-го краплении, кахтньм хро»1име?ралш« «абл«дошм н инструыенгаль-шв замеры коньергенции боковых пород, лабораторные и стендовые исследования технологии безл<;дни1-о призабойного крепления протяженной пневмеонорой, иоцелировыше на ЭВМ напражеиио-дефории-ровашгаго состояния пород кровли, аналитические исследовании силового взаимодействия протяженной пневмоопори со скреперостругои' и с контурным передви-кчиком, шхтные испытания технологии призабойного крепления.

Научные подотшииа, ызф-ппмло на 31аМ'у,и их новизна:

1, Зависимость оптимального мага передышки протяженной пневиоопори при креплении кровли и нряаьйойнси пространстве от мощности пласта, вязкости угля, расстояния ыезду резцами.

2, Зависимость дополнительного тягового усилия и энергозатрат на передвижку протяженной пневиоопори от шага передвижки, пневцоопори и давления сжатого воздуха в ней.

3, Математическая модель определения оптимальной длины устройства для передвижки протяженной пневиоопори.

положительными реузльтатаыи шахтных испытаний технологии безлюдного призабойного крепления; использование»! необходимого объема экспериментов в ходе лабораторных и стендовых испытаний; удовлетворительной сходимостью результатов теорети-

Ч

ческих-исследования с результатами шахтных наблюдений (расхождения не превышают 2Ъ%). -

Научное значение .работн заключается в обосновании технических и технологических параметров безлюдного призабойного крепления передвижением протяженной пиевиоспоры с использованием специально разработанных критериев оптимальности шага передвижки пневмоопоры и длины устройства для ее перем-мения.

Практк 'Iе^]!1^I* 1 ^ 1 ?заключается в разруботке способа и средств дистанционного перемеденнл протяженной пневмоопоры на забой, позволявших использовать технологию безлюдной скре-пероструговой выем:си на пластах с кровлей средней и выше средней устойчивости.

реализация результатов .работы. Разработанная технологи:! безлюдного крепления при скрепероструговоЯ выемке весьма тонкого пологого пласта испытана в реальных условиях на вахтах 1'2 и 3 шахтоуправления "Холодная Балка" ПО "Макеевуголь".

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "Интенсивная и. безотходная технологм разработки угольных и сланцевых иесторояде-ний" Ш,, 1989), ХУ1 Всесоюзной конференции молодох ученых "Теория и практика комплексной разработки месторождений и обогащения полезных ископаемых (Москва, 1989; 1990), Всесовзно.1 научно-технической конференции "Теория и практика проектирования, строительства и эксплуатации высокопроизводительных подземных рудников", Всесоюзной научно-технической.конференции "Состояние и перспективы применения мягких оболочек на подземных горнах работах" (Днепропетровск, 199I)-

Публикации. По тепе диссертации опубликовано 10 статей, получено I авторское свидетельство на изобретение.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 139 страницах ышпшюпис-ного текста, содержит 28 рисунков, 9 таблиц и список использованной литератури из 85 наименований. Общий объем работы составляет 171 страницу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБ01Н

Применение технологии безлюдной виечки весьма тонки;» пологих пластов в настоящее время сдерживается отсутствием надежной работоспособной технологии безлюдного призабойного крепления. В диссертационной работе предложена технология крепления кровли протяженными пневмошюраыи, при которой поддерка-ние призабойного пространства обеспечивается распором протяженной пневыоипори, дистанционно перемещаемой вслед за подвигани-еы очистного забоя.

Применение технологии крепления призабойного пространства протижгнш-'ми пневмсопорши на весьма тонких пологих пластах невозможно без решении слсдутаих задач:

- определения параметров поточного призабойного крепления;

- геомеханкчесиого обоснования несулеЯ способности приза-бойной крепи;

- формирования »(фектийиого варианта технологии безлюдной скре.п&роздру г оной шейки с креплением призабойного' пространства и определения области и объема ее применении. •

Анализ горно-геологических условий залегания весьма тонких пологих (¡ластов Донбасса показал, что в кровле 20,? шахтопластой залегают породи средней и ш.ве средней устойчивости. Отработка таких пластов вооыокна с использование» безлюдной технологии с дистанционном возведением призабойиой крепи.

С:

В настоящее время пркзабойное пространство в большинстве скрепероструговых лав крепится рамками деревянной крепи. Процессы доставки а лаву элементов деревянной крепи и ее установки отличаются большой трудоемкостью и дискомфортом. С целью изучения процесса крепления в скрепероструговых лава?: весьма тонких пологих пластов проведен комплекс хронометрахннх наблюдений. Наблюдения велись в лапах шахтоуправления "Холодная Балка" производственного объединения "Макеезуголь".

Установлено, что трудоемкость крепления призабойного пространства с учетом процесса доставки лесоматериалов на полный цикл работ при подвигании забоя на 1,6 м составляла 7,4 человеко-смены. Расход леса для призабойной крепи на цикл в среднем по лаве составлял 1,69 м3. С учетом повторного использования на 1000 т угля'расходовалось 29,3 м3 лесоматериалов.

Процесс крепления призабойного пространства в лаве весьма тонкого пласта отличается особым дискомфортом. Многочисленными ^следованиями установлено, что «¡витальная высота рабочего про-транств_а, при которой обеспечивается нормалькне условия, дл? вы-олнеикя работ в положении лежа на ж'.зетз, составляет 450 мм, а* для работы на спиде - 600 мм. Данные условия нарушаются в лавах весьма тонких пологих пластов мощностью менее 0,65 м, так как высота призабойного пространства оказывается существенно мень-из мощности пласта вследствие конвергенции боковых пород, а такие в результате покрытия почвы углем и породой.

Это обстоятельство, наряду с высокой трудоемкостью крепле-шя, делает единственно приемлемым решением;проблемы безлюдное чедение-.процесса •креплеи,.:п призабойного пространства.

Проблема безлвдной скрепероструговой выемки посвящены работы Ю.В.Бондаренко, й.И.Гомалл, Д.й.Гснчпренко, ;0.А.Гусева,

Г '

В.Л.Дроздова, В.Е.Жукова, Л.Д.Игнатьева, П.Е.Левковича, А.Ю.Макеева, Ю.Ф.Савенко, К.Ф.Сапицкого и др. Анализ исследований в области создания технологии безлюдной скреперсструговой выемки показал, что к настоящему времени разработан надежный способ управления кровлей плавкам'опусканием на дистанционно возводимые породные опоры. Основным препятствием внедрению безлюдной технологии очистных работ является отсутствие эффективных решений по безлюдному креплению кровли в призабойном пространстве. Вместе с тем, опыт исследований способов и средств призабойно-го крепления создает предпосылки для разработки поточных способов подпора призабойного пространства с применением принципиаль но новых технологических и технических решений.

В диссертационной работе исследуется способ крепления призабойного пространства дистанционно передвигаемой протяженной пнешиоопорой. Пневмоопора располагается параллельно груди забоя на расстоянии 1,2 м от нее. Несущая способность пневыокрепи обс< гечивается за счет нагнетания в нее сжатого воздуха. Дистанционное перемещение приэабойной крепи осудествляется так называемым контурным передпижчиком,'закрепленным на секции скрепероструго-вой установки. При движении последней перемещение пневмоопори на забой Осуществляется вследствие последовательного сжатия каждого элементарного участка пневмоопоры, отрыва его поверхности от боковых пород и перевода в новое положение стенками контурного передвижчика. В результате прохода передвижчика по всей длине пневыокрепи она переместится на забой на шаг передвижки, которая можно регулировать изменением положения передвижчика относительно направления его перемещения. Таким образом, обеспечивается непрерывное воспроизводство подпора кровли вслед за выемкой угля скреперостругом.

Для определения возможности технического осуществления и практического использования данного способа крепления приэайой-ного пространства проведен комплекс лабораторных исследований. Лабораторные исследования осуществлялись на модели участка скрепероструговой лавы весьма тонкого пологого пласта мощностью О,'5 м в линейном масштабе 1:5.

В процессе выпс •м'зния серии опытов по определению влияния давления в пневмоопоре на тяговое усилие перемещения контурного передвижчика давление изменялось от 10 до 70 кПа, Шаг изменения давления равнялся 5 кПа. Установлено, что усилия перемещения существенно зависят от давления воздуха в пневмоопоре и увеличиваются с его ростом.

При определении влияния нага передвижки на усилие перемещения контурного передвижчика выполнено две серии опытов, в которых при давлении на уровне 30 и 35 кПа шаг передвижки пневмо-опоры изменялся от 0,007 до 0,043 м через 0,003 м. Установлено, что тяговое усилие возрастает при увеличении шага передвижки при различных величинах давления, однако более интенсивный рост тягового усилия характерен для большего давления.

В результате лабораторных исследований установлены зависимости усилия передвижки протяженной пнс.'-оопоры способом "бегущей волны" от давления сжатого воздуха в ней и шага ее пере -движки.

Полученные количественные показатели силового взаимодействия контурного передвижчика с пневмоопорой позволили сформировать основные требования к оборудованию полномасштабного испытательного стенда для исследования процесса крепления в условиях, максимально приближенных к естественным.

Стендовые испытания процесса крепления протяженной пневыо-опорой проводились с целью подтверждения технической возможности ее перемещения контурши передвкжчиком при натуральных размерах оборудования.

Качество оболочки пневиоопоры не позволяло развивать давление в ней более 150 кПа. Установлено, что при изменении давления от 50 до 150 кПа усилие перемещения контурного передвиж-чика по пневмоопоре увеличивалось от "?,2 до 15,3 кН.

При установлении зависимости тягового усилия от величины шага передвижки пнсьмоопсры давление в ней поддерживалось на уровне 125 кПа. Шаг передвижки изменился от 0,02 до 0,05 м,что вызвало увеличение тягового усилия от 9,6 до 16,4 кН. Количественная зависимость величины тнгоього усилия /у от шага передвижки пневиоопоры d установлена в следуацем виде:

fczx-w'd':91

Установлено, ч; и при тиснении давления от 50 до 150 кГ1а величина контакта а ¡иак-речном сечг.аг.и пиовиооиори с перекати-ем уаоли-шьааась na lo-.ii c-v и, II до 0,22 и, а расстояние or гю— роднеги края до течки иштькта с перекрытиам умень-

шалось о* 0,Lki д;, 0,21 м.

В р_-зуп».гс.те л-т.раторних и с-шциьих ¿сслидоьышй те-хии-легии ¡.p.t • . криииыя усv^ii-jb¡¡.Mia Bii3iius..i0CTb ее техни-

ческой раал.паана.

Красер.и-.н cr.t i-H;'.3f.ticcvr. TGiiuumi стругни угля, сажаемой за един п];оход .л p. а г; j\ л u раьп^ги ей ¿йга переДаигки протяженной пниыг^ии.р!: гла;НШ'Си,т-:я мкаьг/м эи.;[ гозатрат па рч; 3:ii:;:o у г;.,; » ьерс.«.*. .е..«:* UiUL-Mviwi.wjXJ. Ьар^и.чонпо звниса-UOC'IH yi. LJCUiU.-: rnii.pi'cji. i I a i t.U yi'i,/! О V ОСНОВНЫХ. fc .'i i i 4 Mat

факторов проводилось экспериментально-аналитическим методом.

Удельные энергозатраты на перемещение пневмоопорч определялись по результатам лабораторных и стендовых испытаний п зависимости от тлгового усилия. В результате дифференцирования суммарных удельных энергозатрат получено выражение для определения оптимальной толщины-стружки:

4= (I = (5^-{О7ту (07Г2 + С,001А)(0,6{9-+

где Н1 - модность пласта, и: - плотность угля, т/мэ;

Д - сопротивляемость угля резанию, кН/ч;

£ - ширина резания, м;

£ - показатель вязкости пласта при резании;

¡С - коэффициент, учитывающий усилил, действующие на резци при различные схемах набора резцов.

Уделытче затрата на резалке угля при разных значениях вли-адя^их факторов определены в результате математической обработав РНЯНЫх, полученных сотрудниками кафедра" "Горные машины4 ДП'У.

Установлено, что оппмая ¡ ная толгаина стружки для средних условия лап весьма тонких пластов изменяется.в пределах 0,0150,027 м. 'Длина контурного передвижчика оказывает существенное влияние на величину дополнительного усилил в тяговом органе скрепероструговоЯ установки при перэдвикпо прэтллзнной пнэвно-опорн. При увеличении его длины увеличивается площадь контакта с поверхностьи шевмоспоры и возрастает "сила трения контурного передйижчика по тевцоопоре. Вместе с тем, при этом снижаются усилил продольного растяжения материала пневмоопорк, тая кая о

и -

увеличением длины контурного передвижчика уменьшается величина относительного удлинит материала при изгибе пневмоопоры в момент ее смещения на забой.

Такшд образом,'изменение длины'контурного передвижчика вызывает- равнозначные изменения составляющих дополнительного тягового усилия на передвшису протяженной пневмоопоры.

Оптимальная длина контурного передвижчика определялась дифференцированней суши усилия, расходуемого на трение при перемещении контурного передвшсчика по пне'вмоопоре, а также продольного усилия в поперечном сечешш пневмоопоры, возникающем при е<< растяжении кон-гурнш передо котиком, и виражае-тся зависимостью:

где с{ - шаг передвижки пневмоопоры на забой за один проход контурного передвикчика, ы;

Л - толщина стенки пневмоопоры, ы; В - модуль упругости материала пневмоопоры, Па; Р - избыточное давление воздуха в пневмоопоре, Па; к - коэффициент контактного охвата пневмоопоры стенками контурного передвикчика;

у - коэффициент трения контурного передвижчика по пневмоопоре.

Оптимальная длина передвишика для лав весьма тонких пологих пластов составляет 0,07-0,13 м. В процессе движения контурного передвижчика вдоль протяженной пневмоопоры при отрыве ее поверхности от боковых пород на участке передвижки создается кратковременное обнажение кровли. С целью оценить возможность применения' протяженной пневмоопоры на пластах с различными типами кровли ала -литическим путем найдена длина незакрепленного участка кровли

11

над передвиачнком вдоль- оси шовыоонори: ^

ь=г(т/г (/- (h/mff+ k'Ph (dlh F/(Pk{)fT

где И - высота контурного передпютшса, м;

к' - коэффициент, характеризующий изменение разиера краевой зоны взаимодействия гшевмоопори осровлей в зависимости от типа мягкой оболочки, и/Па;

Обнаженный участок кровли над передттикон от эе^ол до предыдущей бутовой полосы, когда за пнезпоопорсй не выложен очередной ряд породных опор, составляет 6,7 Учитывая небольшуэ ши-piiny обнаженной поверхности (не более 1,0 м), а так:-хе шсокуи скорость перемещения передвижника (1,61 м/с), такое обналениа,. очевидно, ыотао считать' достаточно устойчивым.

Из анализа взаимодействия элементов системы "очистной забой - скрепероструг - контурный передвтачик - протяженная пневио-опорг-боковые породи" найдено выражение для определения силы-сопротивления движения скрапероструга

Fc= ((А+8 + С+ D)(/i, (Л cûif-ju, - F, sm f-FTpx- .

- - ^ л; ^ Л/j^ > ,

ГАв

B = Fy(isiny+1 cos y + hmy+ h/cosp FrlJlc/zmf+t+h + e)',

D-FT,c(h/2+e);

L*>/b(/r + s + e); . M = à + e-f

/V/ - реакцгог со стороны заооя,де1Тствугощая на передние резцы скреперосгруга, Н;

I - длина скрепероструга поезде,, ы;

Н - вылет .резца за пределы длины корпуса скрепероструга,ы;

- коэффициент трения металла по углю;

- коэффициент трения качения роликов о поверхность пневмоопоры; :

/у - сила упругости материала пневмоопоры, возникающая при ее передвижке, Н;

t - расстояние от стенки скрепероструга до точки крепления контурного передвижчика, м;

И - -ширина скрепероструга, м;

7 - расстояние от места крепления передвичсчика до стенки скрепероструга, м;

в - вылет резца, м;

- угол наклона контурного передвитаика относительно направления движения, град.; "

С - ширина передвижчика, м;

I - расстояние от ролйкоопоры до стенки скрепероструга со стороны контурного передвижчика, м;

5 - расстояние между скреперостругоми пневмоапороЙ, м;

О, - расстояние от забойной стенки скреперостругв. До места крепления тяговой цепи, м;

^■¡¡.сJ~rit.tr сила тРения соответственно скрепероструга и передвижчика по почве пласта, И;

г"

г^р,- сила.трения качения роликов передвижчика по поверхности пневмоопоры, Н;

вес соответственно скрепероструга и контурного передвижчика, (1.

Анализ взаимодействия элементов данной, систеш позволил получить выражение для определения усилия прижатия скреперо-струга на забой:

. 7= (A - FeM+& + С+-D)/ (К- L).

При давлении сжатого воздуха в протяженной пневмоопоре 0,4-0,5 МПа и шаге ее передвижки, равном 0,02 ы, это усилие составляет 19-24 кН.

Достаточно представительный опыт прошшленных испытаний различных способов управления кровлей при безлюдной выеыке весъ-ыа тонних пологих пластов показал, что наиболее эффективный вариантом является плавное опускание кровли с использованием дистанционно возводимых породных опор со свободными откосами. Положительные результаты испытаний позволяют использовать способ /правления кровлей плавным опусканием на пороцше опоры при безлюдном нрнзабойнсм креплении протяженными пневмоопорамл. Для обоснования новой технологии управления горним давлением с по -модш сочетания этих опорных элементов необходим учет особенностей влияния протжьнни* пнеьыооиор, которые используются как-средство призабойниго.креплений, также и на процесс управления кроьлсй. Приценение протяженных пневмоопор по физическому с»ядслу продстаьляег ссбоЯ замену блинного к забол ряда по -родии* опор, нш-гепих определенную местность, конструкцией меньшей tsoctuocth.

ОЧсШИДНи, ЧТУ ИСС rKGCVb ПриТП «ЫШоЙ IiHCtMCuilopu R<m.m& ныть достаточны* на гчлыы для мрсд./гвралешш выаалоа кровли и при.заб^шк.е npoc-r peifcmi, iu и для обеспечения нпавного про-г.йа и'.нисго слон крой л к и вырбйотыишм пр.-счранетве. лвсткссть и иротячгениоЯ пн^иоопоре iiiipu,4c.;ni'jTC)i (мбиточцим давлением fn-'»пуха Бнуери Ное.

Достаточное длл предотвращения вывалов в призвошшом пространстве избыточное давление воздуха определялось из условия равновесия системы "крепь - породный массив" (рис Л):

/> < 6 * ,

где /у - гравитационная сила веса отделившейся части пород кровли;

- реакция протяженной пнёвмоопоры;

- усилия, возникающие в результате касательных напряжений по границам отделяющейся части пород кровли.

Для упрощения расчетов при сохранении их достаточной точности задача решается в плоской постановке, т.е. для нормальной линии забоя полосы кровли единичной ширины.

В этом случае гравитационная сила веса отделяющейся части

пород кровли равна: _

,

где к - высота вывала, м;

I - ширина призабойного пространства, м;

- объемная масса пород кровли, кг/м3; ^ - ускорение свободного падения, кгм/с*\ Реакция протяженной пнёвмоопоры:

£=/>■/', :

где Р - избыточное давление сжатого воздуха в пневмоопоре, Па; £ - длина зоны контакта пнёвмоопоры с кровлей, м. Формирование усилий связано с условиями контактного

взаимодействия породных опор с нижними слоями кровли.

Усилия , возникающие в результате контактного взаимо

действия отделяющихся частей пород кровли с массивом, определяю^' ся выражением: '

Схема силоаого взаимодейсзжяя прогязгенноЯ хшевкоопорц, породной опору и пород кровли при возможном IX обрупенка в призабойнов пространство

/¡^¿¡Т/г'тв ,

где (■ - коэффициент трети материала опори о боковые породы;

7 - боковое давление, передаваемое нижним слоям кровли,Г1а:

И' - высота опорной полосы, м;

В - угол ориентации в пространстве плоскостей трещин, образующих полость вывала.

Расчеты показывают, что для условий лав весьма тонких поле гих пластов Донбасса величина бокового давления не превышает

Зависимость достаточного для предотвращения вывалов в при-забойном пространстве избыточного давления от высоты отделяющей массы пород установлена в виде:

• Тк 'со$&)/ /. а)

Количественное определение компонентов выражения (Г) показывает, что давления, имеющегося .р шахтной пневмосети, достаточно для предотвращения обручения пород кровли высотой до 1,3 м.

Для определения влияния несущей способности протяженной пневмоопоры на процесс управления кровлей в работе произведен расчет напряженно-деформируемого состояния пород кровли весьма тонкого пологого пласта методом начальных параметров. При рас -чете напряжений непосредственная кровля представлялась жестко защемленной балкой единичной ширч .'¡и, опирающейся на призабойнуя пневмокрепь и на породные опоры со свободными откосами,-выложенные в выработанном пространстве. Закладочный массив характеризовался обоснованными рациональными параметрами: зчрина опорных полос, расположенных в шахматном порядке - 1,5 м, расстояние нейду ними -2,0 м. Расчеты производились для наиболее неблагоприятного случая, когда за пневмоопорой не выложен очередной рлд породных опор.

а

Физико-механичеик»ч. сгюлства пород непосредственной кровли, представленных песчаный и глинистым сланцами, песчаником и известняком, характеризовались модулем упругости, плотностью и пре -дельным напряжением на растяжение. В расчетах варьировались высота отделяющегося слоя пород непосредственной кровли и коэффициент жесткости протяженной пневыоопоры.

В результате реализации программы расчета получены зависимости максимальных нормальных растягивающих напряжений от типа пород и размеров выработанного пространства. Установлено, что при избыточном давлении воздуха в протяженной пневмоопоре до 0,5 (Ша обеспечивается плавное опускание непосредственной кровли, представленной песчаным сланцем, песчаником или известняком, на опоры. При залегании в кровле глинистого сланца максимальные нормальные растягивающие напряжения превышают предельные напряжения. В этом случае наличие протяженной пневыоопоры вносит диссонанс в работу более жестких породных опор.

Шахтные испытания технологии крепления призабойного пространства протяженной иневмоопорой проводились в п-й "бис" южной и 7-Я "бис" западной лавах пласта Ау шахты .V 3, а также в 9-й южной лаве пласта к^ шахты № 2 шахтоуправления "Холодная Балка" производственного объединения "Мякеевуголь".

За период исшганий проход передвнетика по пневмоопоре сос-

J I

тавил 640 м. Контурный передвижчик перемещал последнюю на заданный шаг передвилки, равный глубине снимаемой сгрузки угля. Протяженная пневмоопора надежно поддерживала кровли в призабойном пространстве.

В результате шахтных испытаний подтвердились выводы о том, что технология является принципиально реализуемой и работоспособной.

ЗАШКОЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи, .заключающееся в установлении зависимостей усилий взаимодействия передвигающейся протяженной пневмоопоры с боковыми породами для обоснования параметров безлюдного призабойно-го крепления в лавах весьма тонких иологих пластов.

Основные научные и практические результаты работа заключаются в следующем:

1. Экспериментв.м-но-аналитическш методом установлен оптимальный шаг передвижки протяженной пневмоопоры при креплении кровля в призабойном пространстве лавы из условия минимачьностн суммарных энергозатрат на резание угля и перемещение пневмоопоры. Определено, что для условий весьма тонких пологих пластов оптимальный шаг передвижки изменяется от 0,015 до 0,027 м в.зависимости от значений основных влияющих факторов: модности пласта, вязкости угля, расстояния мелщу резцами.

2. Установлены количественные зависимости дополнительного тягового усилил и энергозатрат на передвижку протяженной пневмоопоры от основных влияющих факторов: шага передвижки пневмоопоры, дапления сжатого воздуха в ней. Определено, что при оптимальном шаге передвижки протяженной пневмоопоры суммарные дополнительные энергозатраты на резание угля и передвижку составляют 1,26-1,86 кВтч/т.

3. Установлена оптимальная длина устройства для передвижки протяженной пневмоопоры из условия минимальности суммарных усилий на преодоление трения поверхностей пневмоопоры и передвигающего устройства, а также на растяжение материала опоры при ее изгибе. Определено, что оптимальная длина передвигающего уст - . ройства для условий лав весьма тонких пологих пластов составляло

ет 0,07-0,13 и а зависимости ог значений основных влиявших факторов; коэффициента трения передвигающего устройства по пневмо-огшро, упруг г.х свойств ыатериана протяженной пневмоопоры, шага ее перодвикки н давления сжатого воздуха в пей.

-1. Экспериментально-аналитическим методом установлены зависимости силы сопротивлении движении скреиероетруга при резании угля и пьремещен.нл протяженной пнвемоопоры, а также усилия прижатия скрепорооруга к груди забоя протяженной пневцооиорой посредством роликоопор иг оснпаиих влияющих факторов. Получено, что при давлении сжатого воздуха в протяженной пневмоопоре, равной 0,4-0,5 ЫПа.и оптимальной шага ее передвижки усилия прижатия скрепероотруга к забою составляют 19-24 нН.

5. Установлено, что обеспечиваемого при питании от шахтной пневмосети давления сжатого воздуха в пневмоопоро (до 0,5 МПа) достаточно для поддержания отделяющегося в призабойном пространстве слоя пород кровли до 1,3 м и управления кровлей плавным опусканием на породные опоры, если она представлена песчаниками, известняками или песчаными сланцами. При увеличении давления в пневмоопоре за счет использования автономных компрессоров возможно крепление протяженной инввиоопороЯ отделяющегося слоя кровли большей мощности, а также - представленной глинистыми сланцами.

I

6. Разработан способ и средства дистанционного перемещения протяженной пневмоопоры на забой, позволяющих использовать технологию безладной скрепероструговой выемки на пластах с кровлей средней и выше средней устойчивости.

7. При безлюдной скрепероструговой выемке с креплением призабойного пространства передвижной протяженной пневмоопорой по разработанной технологии возможно достижение суточной нагруз-

П

«си на лаву от 150 до 227 т на пластах мощностью 0,4-0,0 м. Возможный объем применения технологии на шахтах Украинской части Донбасса составляет 100 шахтопластоп.

Основные ноуЧ|Ые положения диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Бондаренко Ю.13., Голембиовский ПЛ.< Ефимов В,Г. Гибкая безотходная технология беэлвдной б:«>:.ш( весьма тонких пологих пластов // Интенсивная г. безотходная технология разработки угольных и сланцевых месторождений: Тез . г.окл.научи.-техн.ко1гф. 2-4 февраля 1939 г. - I,"., 1Ш9. - С. 12-13.

2. Бондаренко Ю.В., Голембиовский ПЛ., Гфимов В.Г. Разработ ка способа крешюпкпцговли протяженными пиешоопороми при безлюдной выемке весьма тонких пологих пластов // Газработка месторождений полезных кскошшиш' Респуб.межвед.научи.-тсхн.сб.,1990, вып.87 - С.69-74.

3. Бондаренко Ю.В., Шркмов В.Г., Лобков Н.И. Технология выемки маломощного пласта // Теория и практика проектирования, стро ительства и эксплуатации высокопроизводктельних подземных рудников: Тез.докл.Всесоюзн.научи.-техн.конф. - М., 1990 - С.30.

4. Бондаренко Ю.В., Голембиовский ПЛ., Щкдаоо В.Г., Теляч-ко В.И. Лабораторные исследования процесса передвижки протяженной пневмоопоры // Инф. сб,ЦШЩуголь "Научно-технические достижения

и передовой опыт в угольной продааленности". - П., 1930, № Z.

б. -Боодарентсо Ю.В., Вагспский -Д.Д-» Голембиовский ПЛ., Ефимов В.Г,, Тгличк ) В.П. Результаты испытания технологии передвижки прот;?-,-: ::ной пневмоопоры // Инф.сб.Ц1ШИуголъ "Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности". - М., 19. №4.

6. Бондаренко Ю.В:, Антшюп И.З., В{шмоп В.Г. Оптимизация параметра!) систем разработки при выемке угля с закладкой выработанного пространства // Оптимизация горных работ и фрагмента САПР: Сб.научн'.тр. - Новосибирск: ИГД'СО АН СССР, 1990. - С.69-70.

7. Боидареико Ю.В., Розенталь М.Б., Ефимов В.Г., Голембиовский П.П. Определение величины обнажений кро«чи при дистанционном креплении протяженной пневмоопорой // Разработка несторожда-ний полезных ископаемых: Респуб.мсжвед.научи ьхн. сб-., 1991, шп.90. - С.23-25.

8. Бондаренко Ю.В., Семенчшко А.К., Голембнавский ii.Pu, Ефимов В.Г. Оптимальные параметры безлюдной технологии с креплением призабойного пространства // Горный журнал. Изв.вузов. -'.1991. - № 3. - С.22-26.

9. Ефимов В.Г., Гродзшсиий П.Я., Гулько С.Е. Расчет параметров ряда пневмокрепи струговой установкой. Деп. в ЦНИЭИуголь 24 .01,91, 5231.

10. Ефимов В.Г., Голембиовский П.Г!., Кузык H.H. Обоснование рациональных параметров безлюдной технологии выемки весьма тонких пологих пластов // Состояние и перспективы применения мягких оболочек на подземных работах: Тез.докл.Всесоюзн.научи.-техн. конф. - Днепропетровск, 1991. - С.68-59.

11. A.c. 1659646. «КИ Е 21 С 27/42. Скре комп-

лекс/ Бондаренко Ю.В., Сапицкий К.Ф., Макеев Л.Ю., Голембиевс-кий 11.П., Ефимов В.Г., пеанов В.М. (СССР). » 4693035/31-03; заявл. 15.05.89.

25

Подписано к печати vf2S Заказ JCO "тиран* 1(j*, уч. |<зд. Спасай печати офсегпый. Докецмн городская типогрпфн»

И«,

уч. |(1Д.