автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование рациональных параметрови элементов технологии отработкимощных крутонаклонных и крутых угольных пластов Кузбассащитовыми крепями ЩРП и агрегатами ЩРПМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

шлхурдин Сергей Александрович

УДК 622:295

Обоснование рациональных параметров и элементов технологии отработки мощных крутопаклопных и крутых угольных пластов Кузбасса щитовыми крепями ЩРП и агрегатами ЩРШ

Специальность 05.15.02 - "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1994

Работа выполнена в Кузбасском государственном техническом университете и Кузнецком научно-исслгдоаательском угольном институте (КузНИУИ).

Научный руководитель: - академии РАИН, доктор технических наук, профессор,

лауреат Государственной премии П.В.Егоров

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор А.В.Лебедев,

кандидат технических наук, доцент Ю.А.Антонов

Ведущее предприятие: ИГД СО РАН.

Защита состоится 27 января 1995 г. в 13 часоо на заседании специализированного Совета 063.70.01 при Кузбасском государственном техническом университете по адресу: 650026, кКемерово, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кузбасского государственного технического университета.

Автореферет разослан 27 декабря 1994 года.

: Ученый секретарь специализированного совета Член »корреспондент АЕН РФ, доктор технических наук,

профессор Б, А. Александрой

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Шахты Прокопьевске-Киселевского района Кузбасса янляюГ^ основными поставщиками коксующихся углей для металлургических заводов и коксохимических производств России В Прокопьевско-Кисслевском районе сосредоточено около 1.3 млрд. т. высококачественных углей, из них в пластах мощностью более 3,5 м с углом падения более 35 град, находится 53,6% запасов.

До настоящего времени при отработке мощных крутоиаклониых н крутых угольных пластов применялись системы разработки, при которых использовались, в основном, буровзрывная выемка угля и деревянное крепление очистных забоев. При этих технологаях добыча угля характеризуется низкой степенью механизации работ, высоким уровнем травматюча и аварийности, большим расходом лесных материалов (до 70 м.куб. на 1000 т добычи), значительными потерями угля в недрах (до 30-40%), низкими нагрузками на очистной забой (100-150 т/сут.) и производительностью труда (5-7 т/вых.).

•Анализ результатов испытаний различных технологий разработки мощных крутонаклоннмх н крутых пластов показал, что наиболее перспективные решения связаны с использованием крепей щитового типа. Наилучшие результаты были получены при промышленных испытаниях щитовых крепей типа ЩРП и агрегатов ЩРПМ. Однако эфф ктнвное использование этой техники требует научного обоснования области ее применения по углу падения, а также элементов и параметров технологий ведения очистных работ на основе изучения устойчивости и передвигаемостн секций крепи в различных горно-геологических и горнотехнических условиях.

Дисссертационная работа выполнена по результатам плановых научно-исследовательских работ КузНИУИ.

Цель работы заключается в совершенствовании технологии отработки мощных кру.о-наклонных и крутых угольных пластов щитовыми крепями ЩРП и агрегатами ЩРПМ, обеспечивающей повышение эффективности и безопасности ведения горных работ. •

Идея работы заключается в использовании установленных закономерностей изменения передвигаемостн и устойчивости щитовых крепей и агрегатов при обосновании рациональных элементов и параметров технологии ведения очистных работ на мощных крутонаклоиных и крутых угольных- пластах.

Методы исследования включая научное обобщение И анализ опыта механизированной разработки мощных крутонаклонных н крутых угольных пластов; лабораторные исследования на крупномасштабных моделях и математическое моделирование с применением ЭВМ дли изучения закономерностей изменения устойчивости г» передвигаемосги щитовых крепей ЩРП и агрегатов ЩРПМ » различных горно-геологических и горнотехнических условиях; проверку

основных выводов и рекомендаций в шахтных условиях; обработку результатов лабораторных и шахтных исследований методами математической статистики.

Научные положения, разработанные лично автором и новизна:

- закономерности дифференциации обрушенных пород за перекрытиями щитовых крепей ЩРП I. агрегатов ЩРПМ по скоростям движения в зависимости от угла падения пласта, шага посадки крепи и iu.ua обрушения кровли, позволяющие определить параметры зоны относительно неподвижных пород, образующей с крепью единую систему, подчиняющуюся общему закону движения;

- закономерности распределения давления на перекрытия щитовой крепи ЩРП и агрегатов ЩРПМ со стороны обрушенных пород, изменений направления и местоприложеиия результирующей давления л зависимости err угла падения пласта, позволяющие обосновать рекомендации по применимости крепей и агрегатов, с учетом условия их самопередвижения;

- рациональные параметры и элементы технологии отработки мощных крутонаклонных и крутых угольных пластов щитовыми крепями ЩРП и агрегатами ЩРПМ определяются совокупностью природных и технических показателей, важнейшими из которых являются угол падения пласта, угол наклона перекрытия к напластованию, воздействие на крепь со стороны обрушенных пород, схема обработки забоя, продольная устойчивость и передвигаемость щитовой крепи. >

Обоснованность и достоверность научных положении, выводов и рекомендация подтверждается:

- комплексным характером исследований, достаточным объемом и удовлетворительной сходимостью результатов, полученных аналитическими методами, в лабораторных и шахтных условия* (расхождение не превышает 10%);

- положительными результатами опытно-промышленной проверки рекомендаций по применению щитовых крепей ЩРП и агрегатов ЩРПМ, полученных в результате исследований.

Значение работы. Научное значен ¡е работы заключается в установлении закономерностей иэме.юния устончииости и передишаемое ч щитовых кренен ЩРП и агрегатом ЩРПМ при взаимодействии с углепородным массшшч и обрушенными породами на мощных крутонаклонных и крутых угольных пластах и различии* горно-геологических п горнотехнических условиях.

Практическое значение работы заключается и установлении области применении щнговых кренен ЩРП и ¿грег&тчш ЩР1 IM но углу падении пласт., и разработке рациональных параметров и нлсмсюшн техполопш нсдсиии очистпых работ.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Рациональные параметры конструкций щитовых крепей ЩРП и агрегатов ЩРГШ использованы при изготовлении очистного оборудования нгучно-прои:модеп>енпон ассоциацией "Кент".

Основные результаты и рекомендации прошли апробирование н внедрены на шахтах Киселевская", им.Ф.Э.Дзержинского, "Зенковская" ПроКопьевско-Киселевского района Кузбасса и включены в "Методическое руководство по разработке мощных крутых и крутонаклонных пластов Кузбасса агрегатами ЩРПМ".

Апробация работы. Основные положения и результаты, изложенные о диссертации, докладывались па семинаре КузПИ "Физико-технические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых" (г.Кемерово, 1993 г.), научно-практической конференции КузПИ (г.Кемерово, 1991-93 г.г.); НТС КузНИУИ (г.Прокопьевск. 1993 г.); международном симпозиуме по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства (г.С.-Перербург, 1993 г.); Всемирном 16 горной конгрессе (г.София, Болгария, 1994 г.); международном симпозиуме по горным ударам и внезапным выбросам в шахтах (г.С.Петербург, 1994 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 научных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 150 страннц машинописного текста, 13 таблиц, 44 рисунка, список использованной литературы to 62 наименовании.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Значительный вклад п совершенствование технологии разработки мощных кругонаклонных и крутых угольных пластов внесли КА-Ардашев, Н.С.Арсенов, ААБорйсов, С.И.Запреев, Л.А.Зиглии, П.В.Егоров, В.В.Егошин, Д.Т.Горбачев, Н.К.Гринько, С.И.Калинин, Е.Я.Махно. А.В_Лебедев, А.И.Петров, НА.Чинакал, В.М.Шнк и другие.

В рамках решения вопросов комплексной механизации разработки мощных крутонаклончых и крутых пластов с 1950 по 1992 гг. ннеппутамя КузНИУИ, ИГД им.ААСкочнископ>. Донгипроуглемаш, Сибгипрогормащ. ИГД СО РАН и др. было предложено, разработано и испытано большое количество крепей, комплексов и агрегатов, предназначенных для работу как по падению, так и по простиранию пласта и отдельные экземпляры для работы по восстаний-

Анализ результатов испытания 22 конструкций крепей и комплексов оборудования для механизированной разработки мощны* кругонаклонных и крутых пластов показал, что наиболее перспективными янляются щитовые крепи типа ЩРП и афегаты ЩРПМ. ПоложительньгЗ опыт промышленной эксплуатации щитовых крепей ЩРП и агрегате; ЩРПМ кпАСгггся

подтверждением правильности конструктивных решений и параметров данной очистной техники. Однако для aíjMjieKTimHoro применения щитовых крепей ЩРП и агрегатов ЩРПМ при разработке мощных крулжаклошшк и крутых угольных Пластов необходимо научное обосно-'ванне области их применения по углу падения, параметров и элементов технологии ведения очистных работ на основании изучения продольной устойчивости и передвигаемое™ секций крегш, закономерностей изаимодействия с углепородным массивом и обрушенными породами. Кроме того, результаты исследований этих закономерностей могут послужить исходными данными при создании нсвых перспективных конструкций и технологий для отработки мощных крутснаклонных и крутых угольных пластов.

С учетол! анализа состояния вопроса и поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

- установить закономерности взаимодействия щитовых крепей ЩРП и агрегатов ЩРПМ с обрушенными породами;

- исследовать устойчивость и передвигаемость щтовых крепей ЩРП и агрегатои ЩРПМ при различных режимах и условиях эксплуатации;

- определить область применения щитовых крепей ЩРП и агрегатов ЩРПМ по углам

»

падения и разработать рекомендации по рациональным параметрам и элементам технологии ведения очистных работ.

Оценка устойчивости и передвигаемости щитовых крепей ЩРП и агрегатов ЩРПМ, а также установление закономерностей их взаимодействия с обрушенными породами проводились в лабораторных условиях и с применением математического моделирования.

Для приведения лабораторных исследований был разработан и изготовлен крупномасштабный стенд (М 1:5), модели крепи ЩРП и агрегатов ЩРПМ.

Стенд имитировал часть выемочного столба с размерами «крест простирания 4,5 м, по простиранию 5,0 м и по падению 25 м. Угол падения пласта мог меняться в пределах 20-80 град. Модели секций крепи ЩРП1, агрегатов ЩРПМ1 и ЩРПМ 1-70 представляли копию натурных образцов в маспггабе 1:5, с соблюдением геометрических парамст|юв и центров масс. Дня определения величины и закономерностей распределении нагрузок на перекрытия моделей использовались датчики'для одновременного измерения нормальных и касательных составляющих давления сыпучего материала. Запись параметров с каждого датчика осуществлялась многоканальным осциллографом.

В результате моделирования процесса движения обрушенных пород за перекрытиями крепи Щ.РП1, ЩРПМ1 и ЩРПМ 1-70 при углах падения пласта 70 град, 55 град, 35 град, было установлено, что п обрушенных породах можно иыделпть три характерные зоны, отличающиеся Но средним относительным скоростям движении частиц: ускорения, замедления и относительного покоя. Определены размеры и конфигурация этих пои. Непосредственно над перекрытием крепи формируется зоил относительного покоя оброненных пород, в киторои отсутствует тшмное перемещение частиц. Обрушенные породы д.1 той зоны перемещаются со скоростью,

мало отличающейся от скорости движения крепи и образуют с ней единую систему, подчиняющуюся общему закону движения.

Датчики давления, установленные в перекрытия моделей, позволили установить за' кономерности распределения нагрузок на крепь со стороны обрушенных пород в зависимости от угла падения, определить место приложения и направление пектора результирующей нагрузки.

При увеличении угла падения с 35 град, до 70 град, угол/3 между вектором результирующей давления Рр и направлением падения пласта изменялся от 42 град, до 25 град, у крепи агрегата ЩРПМ1 и от 38 град, до 23 град, у крепи агрегата ЩРПМ 1-70, Что говорит о формировании на перекрытии .к(?епн агрегата ЩРПМ1-70 больших движущих сил со стороны обрушенных пород, т.е. о более высокой передвигаемости.

Местоприложенне результирующей нагрузки при увеличении угла падения у обоих типоразмеров крепи смещалось к передней части перекрытия и при углах падения 40-42 град, продленная к почве пласта линия вектора проходила за точку опрокидывания (носок лыжн основания), что говорит о появлении тенденции к потере продольной устойчивости крепи на забой.

По результатам исследований на моделях собственной устойчивости и передвигаемости щитопых крепей ЩРП и агрегатов ЩРПМ при отсутствии воздействия обрушенных пород (условие выхода из монтажной камеры) получено следующее:

- ведение очистных работ по схеме без оставления верхнего опорного целика с принудительной передвижкой крепи возможно без продольного опрокидывания секций крепи на забой при углах падения пласта не более: для ЩРП1 - 3') град,, ЩРПМ1 - 34 град., ЩРПМ1-70 - 40 град.;

- минимальный угол падения пласта при Котором крепь будет самостоятельно гарантированна передвигаться при ведении очистных работ по схеме с оставлением верхнего опорного целика и фроьтальной посадкой "броском" составляет 35 град.;

- продольная устойчивость секций в процессе свободного движения не нарушается при углах падения пласта 35-80 град.;

- при передвижении крепей "броской" в условиях вывода из монтажной камеры-рассечки следует Избегать опережающего контакта лыж основания с угольным целиком у почвы пласта для предотвращения опрокидывания секций крепи на забой.

На рис.1 приведены графики изменения передвигаемости крепи агрегатов ЩРПМ1 и ЩРПМ1-70 в зависимости от угла падения пласта и высоты столба обрушенных пород. Передвигаемость крепи оценивалась по запасу усилия на передвижение секции крепи с учетом всех действующих сил. Сравнение графиков показывает более' высокую (на 20-30%) передвигаемость крепи агрегата ЩРПМ1-70, что объясняется большим углом наклона, перекрытия к напластованию у этого типоразмера. Уменьшение угла наклона перекрытия к напластоааккга с 54 град, до 40 град, резко снижало передвигаемость.

5мг(т) 600

иши

$рга)

цпп,

' ЩРПМ1-70

г. ! ! У\

\ \тш/т

й=1,2(&)м 1 //

1 ! ///

* !// / 1 ...//'/! 1 1

Н=0,5(2,5)и

№0

ск

25 35 45 55 55 75 1гРой 25 35 45 55 5 5 75

Рис. 1. Зевиснмость иэменмшя запаса усилия на передвижение шито рой крепи Бн от утла падения пласта высоты столба обрушенных пород Н.

В скобках указаны величины показателей для натуры: - при обрушении пород кропли на расстоянии более 2.0(10)ч от крепи;

— — Пр« обрушения пород кровли непосредственно над крепыо;

— - — прп угле наклона перекрытия крепи к плоскости пласта 40 град.

Статическая устойчивость крепи агрегатов ЩРГ1М1 и ЩРПМ1-70 при наличии л перекрытием обрушенных пород исследовалась для двух характерных случаев: при опоре крепи на нижнюю упорную планку (схема обработки забоя без оставления верхнего опорного целика) и при опоре на верхнее опорное устройство (схема обработки забоя с оставлением перхнего опорного целика).

В первом случае при высоте.столба обрушенных пород 6.0 м и увеличении угла падения до 40-45 град, наблюдалась частичная (0 град. 41') потеря продольной устойчивости крепи на забой. Дальнейшее изменение угла падения, до 70 град, увеличивало угол опрокидывания до 1 град. 13'. Увеличение высоты столба обрушенных пород улучшало продольную устойчивость крепи и уменьшало угол опрокидывания на забой.

Изменение угла наклона перекрытия крепи агрегата ЩРПМ1 с; 54 град, до 40 град, не оказывало заметного влияния на устойчивость, а увеличение его с 54 град, до 75 град, пока ухудшало устойчивость до полного опрокидывания. Устойчивость крепи агрегата ЩРПМ1-70 практически не отличалась от устойчивости крехи aiperaia ЩРПМ1, несмотря на то, что угол наклона перхней части его перекрытия составлял 75 град.

При опере крепи на верхнее опорное устройство при высоте cro..6a обрушенных пород 6 м и угле падения 30 град, наблюдался отрыв передней части лыж основания от почвы (0 град. 14'). Увеличение высоты столба до 12 м и угла падения до 70 град, ухудшало нродольмую устойчивость кренн на завал до 1 град.13'. Большое влияние на изменение угла опрокндыпания' на завал у обоих типоразмеров крепи оказывало состояние опорной поверхности верхнего опорного устройства. Минимальной была потеря устойчивости при поверхности контакта выполненной из мягкой древесины, когда .носок передней части перекрытия внедрялся в поверхность контакта.

Продольная устойчивость крепи в процессе движения у всех типоразмеров при различной высоте столба обрушенных пород и углах падения не нарушалась. Потеря устойчивости происходила о момент остановки крепи.

В случае опережающего контакта лыж с нижней упорной планкой наблюдался отрыв задней части лыж основания от почвы с подштыбовкон зазора мелкими фракциями сыпучего материала. Периодические посадки крепи с опережающим контактом по лыжам оснований приводили к значительному (до 4 град.20') накоплению угла опрокидывания на ~абой. Посадка креп ; с опережающим контактом на верхнее опорное устройство приводила К незначительной (1 фад. 27') потере устойчивости на завал.

Решение задач математического моделирования осуществлялось. с использованием персонального компьютера PC/AT.

Оценка собственной продольной статической устойчивости заключалась в определении угла отклонения вектора результирующей веса секции крепи от конечной опорной точки лыж основания о почву пласта, для чего для различных технологических состояний крепи ЩРП и

агрегатов ЩРПМ вынилялись коордииаты центра масс. Анализ результатов оценки соппадает с результатами, полученными при крупномасштабном моделировании.

При отсутстщш значительных защемлений передней части перекрытия со стороны кровли' для обеспечения гарантированной посадки крепи при ведении очистных работ по схеме с оставлением нехнега опорного целика и передвижкой крепи "броском " достаточно соблюдения условия:

5с = Р^па - соэаЬ) = 1,5 - 2,От , (1)

где; $с - собственная движущая сила секции крепи; Р - вес секции крепи; - коэффициент трения основании о почву пласта.

При реальном коэффициенте трения ^ = 0,5-0,55 выполнение условия (1) достигается при угле падения пласта 35 град.

Оценка собственной продольной устойчивости секций крепи ЩРП и агрегатов ЩРПМ в движении осуществлялась путем анализа решений системы дифференциальных уравнений, вписывающих плоское движение

МХс = Рвта — Ртр, МУс = Рсоза -И,

}с<р = РгрУк - ПХлв, (2)

1Ае: М - шссл секции крепи; Р - нес секции крепи; Я - юрмиьная реакция почвы; ]с -л од т/т инерции относительно центра масс; Ктр - сила трения, приложенная к основанию секции крепи; Х|б, - координаты це»ггрл масс секции крепи.

Из решения (2) следует, что продольного опрокидмнлния секции крепи не произойдет при условии

Х18/У1Ь > Ь, * (3)

ч«1 в реальных условиях, как покапали матгч.ттч«с«иг пы'пк лешм, «миолшк'к» для всех тииоразмероп крепи. ,

! [{1Н анализе продольной усгиичкиистн в дшиисшш к ре нон ЩРП к агрситс.и ЩРПМ с учетом действия сил ойруциишых' пород умцтына.инь, тт и пропхее посадки крепь и часть обрушенных пород (аона сшихителмаго покои) дьшакпея примерно с одинаковой скоростью и представляют единую мил ему, по/ нпыющуюся оЫцему закону дишксиия, устойчивость которой определяется услотем;

Хц.м.с./Уц.м.с. > fl, (4)

где: Хц.м.с., Уц.м.с. - координаты центра масс системы "крепь-зона относительного покоя".

Анализ результатов вычисления отношения (4) позволил сделать вывод, что и при налнчи» за перекрытием обрушенных пород устойчивость в днижснии крепей ЩРП н arpernпи ЩРПМ сохраняется.

При математическом моделировании сгатическон устойчивости с учегом действия сил обрушенных пород был использован метод конечных элсмсшоо. Части конструкции крепи, работающие на изгиб, задавались треугольными конечными элементами, части ¡мбмчшш^е на сжатие (растяжение) - стержнями. Почва моделироидлась стержневыми смсмеными работающими только на сжатие. При моделировании рассматривалось два характерам* полают,им крепи, отсутствие контакта перекрытия с угольным массивом очистного забоя при наличии контакта с ним лыж основания и отсутствие KoirraKTa лыж основания с угольным массивом очистного забоя при наличии контакта с ним перектрытня.

Результаты математического моделирования подтвердили законом» рносги изменения статической продольной устой «тост крегш ЩРП и агрегатов ЩРПМ при наличии обрушенных пород, полученные при лабораторных исследованиях на крушюыаенгглбном отиде

Шахтные исследования гТродолыюн устойчивости и педелвнгасмостн агрегат» 1JJPI )М проводились на шахтах "Киселевская" П.О. "Киселевскуголь", и и. Дзержинского к "Зспков-екая" П.О. "Прокопьсвскгидроуголь" в период с 1989 по 1993 гг. В период наблюдений биле отрабо тано 10 иыгмочных столбов общей протяженностью бол<: 1000м. Мощное.-ь ранрабат-ываемых пластов составляла 5,1-6,2 м, уго\ падения 36-60 град, кровля пласта изменялась от неустойчивой до устойчивой, почва - от неустойчивой, склонной к пучению, до срсдш>н устойчивости.

Изменение продольной устойчивости крепи агрегатоп в процессе. отработки иьпмочных столбов фиксировалось самопишущими углсмерамн, закрепленными па основаниях трех контрольных секций.

С це/ihio дополнительного (косвенного) подтверждения достоверности результатов пок<маш|й

угломеров и ка|ггннм изменения продольной устойчивости, проводились здчеры шмгиення

давления «гредпей части лыж основания контрольных секций ил почву таем. Для этого и

П'хпдичпые шезда передних опорных стоек в места и* крепления к лмжим Рсноппиня были

установлены текчометрнческис пальцы, с которых с помощью осциллографа, нмнесепного h.i

инчарасположгимун; сбойку, снимались наказания пелнчнны статических и динамических

t

и.аруаок в процессе посадки, остановки и статического положения крепи. >

И холе шахтных исследовании были подперждены закономерности изменения продольной устойчивости при посадке щитовых крепей В эаниснмпсти от места опережающего контакта

се мши криш с угольный забоем в момент остановки (по козырькам перекрытии или лыжам осноьаний), которые были получены при лабораторных и аналитических исследованиях. График изменения продольной устойчивости секции щитовой-крепи в процессе посадки в гаиисимости ог моста Ш1ерс;кан1щсго контакт? в момент остановки показан на рис.2.

Расшпфроика осциллограмм и анализ полученных результатов выявили следующий характе'р иам<'н.?ния продольной устойчивости.'

11рн ведении очистных работ по схеме с оставлением верхнего опорного целика после зачистки почвы перед посадкой крепи суммарные нагрузки на тензопальцы передних опорных стоек одной сепии,! не превышали'10 т, а п отдельных циклах при отработке выемочных участков с )глом падения 50-60 грлд, были нулевыми или д,1Же отрицательными, что гопорит об отрыве передней части лыж оаюплниИ секций от почвы пласта, т.е. появлении тенденции потери продольной устойчивости к)киш на завал.

Каждая (фронтальная посадка крепи с опережающим ко1ггактом перекрытий с очистным забоем характеризовалась частичной потерей продольной устойчивости секций на завал в момент остановки. Величина угла опрокидывания за одну посадку для различных выемочных участков колебалась от 10' до 2 град. 50'. В момент взрыва в верхнем опорном целике нагрузки на тензопальцы увеличивались до 40-47 т, а 8 момент остановки резко уменьшались до (+5) -(-1) т, после чего планно увеличивались до 15-17 т. Значительного накопления угла опрокиды-адння па завал по мере отработки выемочного столба на происходило. В то же время наблюдалось всплывание крепи агрегатов п<1 мощности пласта, что достаточно легко устранялось изменением схемы посадки (с опережающим контактом по лыжам оснований).

Остановка крепи с опережающим контактом лыж оснований с очистным забоем вызывала редкое увеличение (до 55-70 т) суммарных нагрузок на тензопальцы и приводила к частичной потере продольной устойчивости секций на забой. Периоди"»ские многократные посадки крепи по данной схеме приводили к значительному накоплению угла опрокидывания на забой и аварийным ситуациям.

В ходе шахтных исследований передвигаемое™ крепи агрегатов ЩРПМ установлено, что_ крепь агрегатов перед фронтальной посадкой "броском" может занимать относительно линии очистного забоя прямолинейное и криволинейное положение. ' Причем в последнем случае возможно опережение средней части фронта крепи и отставание. При отставании средней части возможно самозаклинииание секций в момент посадки, поэтому в процессе работы следует ориентироваться на опережение средней части фронта крепи, по возможности сводя к минимуму иелнчину прогиба арки.

Систематические визуальные наблюдения за нередвигаемостыо крепи агрегатов ЩРПМ в процессе отработги всех пыемочнмх участков показали, что при соблюдении технологии ведения очистных работ не вознкает сложностей при передвижке крепи фронтальным "броском" в диапазоне углов падения 37-60 град. При углах падения менее 37 град, крепь агрегатов передвигаете« по падению менее интенсивно и равномерно, наблюдаются отдельные записания

секций, из-за чего приходилось иногда принудительно додвигать отставшие секции на забой. В целом схема передвижки крепи фронтальным "броском" приемлема и на углах падения 35-36

град.

1 гхннко-гкономическая оценка вффсктшмости применения технологии отработки мощных кру-.онаклонных и крушх угольных пластов .Прокопьевско-Киселеаского района Кузбасса щнтоиыми агрегатами ЩРПМ показала, что среднесуточная нагрузка по выемочному столбу состашь.ц 630 т, максимальная суточная нагрузка -1280 т, производительность ГРОЗ на выход - 70,2 т, аксплуатодкишыс потерн угля в пыемочном столбе - 19%, расход ВВ на 1000 т очистной добычи - '12 «»•.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I! диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи обоснования области применения щитовых крепей ЩРП и агрегатов ЩРПМ по углу падения и разработаны рекомендации по рациональной технологии очистных работ на мощных крутонаклонных и крутых угольных пластах, обеспечивающие повышение эффективности и безопасности ведения горных работ.

Основные научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1, Устаииьлсно, что при разработке мощных крутонаклонных и крутых угольных пластов наибольшие перспективы связаны с использованием крепей щитового типа, эффективная и безопасная работа которых определяется степенью изученности их устойчивости, передвигагмости в различных горно-геологических и гор: технических условиях, а также рациональными элементами и параметрами технологии очистных работ.

2. Установлено, что на продольную устойчивость и передвигаемосгь секций щитовых крепей ЩРП и агрегатов ЩРПМ наиболее существенное влияние оказывают следующие факторы: угол падения пласта, коэффициенты трения обрушенных пород по перекрытию крепи, и основания крепи о почву пласта, шаг обрушения кровли, угол наклона перекрытия крепи к почве пласта, форма перекрытия крепи, схема обработки забоя н перрдймжки крепи, наличие или отсутствие воздействия на крепь обрушенных пород, координаты центров масс щитовой крепи, агрегата, а при налички воздействия обрушенных пород системы "крепь-зона относительно неподвижных пород".

• 3. Выявлены закономерности дифференциации обрушенных пород за перекрытиями щитовых -крепей ЩРП Н агрегатов ЩРПМ по скоростям движения в зависимости от угла падения пласта, шага посадки крепи, шага обрушения кровли. В процессе перемещения щитовых крепей 'в обрушенных породах выделяются три гоны; замедления; неподвижных относительно перекрытия обрушенных пород, перемещающихся совместно с крепью; свободного движения

обрушенных пород. Определены размеры и конфигурация зон для углов надепил пласта 35-70 град.

4. Впервые установлены закономерности распределения давления на перекрытия щптогон крепи ЩРП и агрегатов ЩРПМ со стороны обрушенных пород, нзмеш.тмя папранл.яшостн н местоприложения результирующей эгого давления в зависимости от угла падения пласта, 11рп увеличении угла падения с 35 град, -о 70 град, угол между вектором результирующей давления обрушенных пород и направлением падения пласта изменяется у крепи агрегата 1.ПРПМ1 от 42 град, до 25 град., у крепи агрегата ЩРПМ1-70 - от 38 град, до 23 град., а местопрпложгине результирующей нагрузки у обоих агрегатов смещается к передней чисти перекрытия и при углах падения 40-42 град, лиши вектора результирующей пмходнт за точку опрокидывания (носок лыжи основания), в результате чего появляется тенденции к по-.'ере прпдолыюн , устойчивости крепи на забой.

5. Установлено, что нижняя граница применения щитовых крепей ЩРП и лгр.татмп ЩРПМ по улу падения пласта лимитируется условием самопередвижении крепи и составляет 35 град.; рациональный угол наклона щитовой крепи, обеспечивающей бсэялжимнос перемещение секций составляет 54-55 град., а продольная устойчивость секции п процессе свободного движении не нарушается при углах падения пласта 35-80 град.

6. На основании исследований продольной устойчивости и передвигаемости щитовых К(х«и:Г| ЩРП и агрегатов ЩРПМ разработаны рекомендации по технологии обработки очистного забоя н передвижке крепи, основными из которых являются:

- схема ведения очистных.работ г. оставлением верхнего опорного целика с. последующей его выемкой взрывом с одновременной фронтальной посадкой крепи "броском" наиболее приемлем.! для крепей ЩРП и агрегатов ЩРПМ во всем диапазоне углов падения пласта и рекомендуется как основная; при атом следует избегать опережающего контакта с забоем лыж основ,шил и момент остановки с целью исключения прорыва обрушенных пород в призабонное пространство;

- при ведении очистных работ щитовыми крепями ЩРП и агрегатами ЩРП М на пластах с углом падения до 38-40 град, рекомендуется использовать схему очистных работ без оставлении верхнего опорного целика с принудительной передвижкой крепи, при бс/.шшх углах падения эту схему можно использовать в отдельных циклах для корректцювкк положения секций по мощности пласта;

- при эксплуатации щитовых кренен ЩРП и агрегатов ЩРПМ следует избегать нарушения прямолинейности фронта крени с отставанием средней его части с целыо исключения. самозаклшшваиня секций крепи между собой.

7. Основные рекомендации использованы при изготовлении очистного оборудования, педенш! очистных работ па иьхгах Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса, вошли в "Мгтодиче-* ское руководство па разработке ип:цш*х крутых и крутанчклониих илиста Кузбасса агрегатами

ЩРПМ". ' " ~

Огшшимс положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Оц'-нка мндшикнистн щитопмх крепей ЩРП к агрегатов ЩРПМ //Совершенствование технологических процессов при раарагюткс месторождений полезных ископаемых: Сб. научн. rp.Ni) 5 /Лсгснцнлцня "Ку.чбяссуглстехнологня". - Кемерово, 1992.- С.ЮЗ-(07 (соавтор Ю,и.Воронят).

2. Результаты шахтных исследований продольной устойчивости-и псредпигаемости щитовых м ра.тш 1,]]Р11М / /Сонгр1!цч1сгш)»аш!С телнолошческих процессов при подземной разработке ^порождений: Мсжиу», сб.научн.тр./Кувбас.политехи.нн-т.-Кемерово, 1992.-С.118-126 (пм1ИО|11.| !/1>.В.Воронцов, С.С.Кион).

3. Опы н («'яульиты ¡женлудгацнн агрегатов ЩРПМ при разработке мощных угольных илаетн с углами ппденип 35-45 цмд. //Совершенствование технологических процессов при 1>.прл(нпкс М'тт^юждгний нолгзннх ископаемых: Сб.научн.тр. №6 / Ассоциация "Кузб-«1п:углсплно/огпя". -Ксм^кшо, 1992.-С,15-20 (соавторы Ю.В.Воронцоп, С.С.Кпон).

4. Математические исследования продольной устойчивости и передвигаемое™ щитопых кренен ЩР11 и «(»сиен «гргтгов ЩРПМ и условиях их вывода из монтажной камеры-рассечки //Михлникириитшан отработка усильных пластов Кузбасса: Сб.паучн.тр./КуаНИУИ.-Проко-пм'нск, 1992.-С.30-43 (соавторы Ю.В.Воронцов, Н.Г.Костин, А.Н.Дсмин),

5. Математические иеслодш'яння продольной устойчиплсти щнтонмх крепей ЩРП и крепей пг|ч'1.)то» ЩРПМ с учетом денег»)« сил обрушенных пород выработанного пространства //Механизированная отработка угольных пластов Кузбасса: Сб.научн.тр./КузНИУИ.-Проко-1И.СПСК, 1992 - С.44-51 (соавторы Ю.В.Воронцов, А.Н.Демин)-

Г). Результаты лабораторных исследований на крупномасштабных моделях характера распределения давления обрушенных пород на перекрытая щитовых крепей ЩРП и крепей агрегатов ЩРПМ //Механизированная отработка угольных пластов Кузбасса: Сб.иаучн.тр./КуаНИУИ.-Прокопьевск, 1992.-С.52-58 (соавторы Ю.В.Воронцов, А.I I.Домни. В.К.Сстко»),

7. Лабораторные иссле-дования на крупномасштабных моделях самопсредпигаемостн щитопых крепей ЩРП и кренен агрегатом ЩРПМ //Механизированная отработка угольных пластов Кузбасса: Сб.научн.тр./Ку?НИУИ.-П|Х>копьевск, 1992.-С.58-65 (соавторы Ю.В.Воронцов, А.Н.Дсмин, ВК.Сгткой).

8.Исследования на крупномасштабных моделях продольцрй устойгчвости щигговы* крепей ЩРП и крепей агрегагоп ЩРПМ //Мехаиизироваииал отработка угольных (¡ластов Кузбасса: Со,изучи.-: р./КузНИУИ.-Прокопьевск, 1992.-С.65-73 (соавторы Ю.В. Воронцов. А.Н.Демин, В К.Сеткоп).

9. Управление труднообрушаемой кроплен прм отработке крутонаклокных пластов агрегатами ЩРПМ //Механизированна* отработке угольных пластов Куабасс»:

^Сб.каучн.тр./КуПШУЙ.-Прокопьевск. 1992.-С.73-78 (соавторы Н.С.Арсенов, •л"Н.П.Кдрпов, Л.М.Сшкльчикои). ' '

' 10. Теория и практика вксплуатацин щитовых крепей ЩРП и агрегатоп ЩРПМ на мощных крутонаклонных и крутых угольных пластах // Безопасность горных работ. Ноиме технологии дооычн полезных ископаемых. Международный симпозиум гк> проблемам прикладной геологии, горной науки и производства: Тезисы докладов.-Санкт-Петербург, 1993.,- С.97-99; (соавторы Ю.В.Воронцов, П.В.Егоров, С.С.Кнои).

И. Методическое руководство по разработке мощных крутых и крутонаклонных пластов Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса щитовыми агрегатами ЩРПМ /АО "Проко-пьеискутоль", НПКА "Кейт".-П(юкопьевск, 1993 (соавторы Ю.В.Воронцов, В.С.Луд чиш н др.).

12. Совершенствование технологии отработки мощных пластов склонных к гоиолинамичгеккч янлениям:Докл. межд. симпозиума по горным ударам и внезапным выбросам в шахт,т. • , С.-Г1.,Россия, 1994,- С. 28-32.

13. Технология н оборудование для разработки мощных крупях пластов: Докл. 16 Впмшри. горн, конгресса.- София, 1994. -С. 126-131. (соавторы Томашепскнй Л.П., Камшин С.И.У

¡Я