автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка способа охраны выемочных выработок с целью их повторного использования жесткими охранными сооружениями многоразового использования

РГб Ой

: й Mi.fi Ш

Министерство топлива я энергетики Российской Федерации Рошшская академия наук Институт горного дела гол. А.Л.Схоч5Я!сксго

На правах рукописи

Андрей Васильевич ЧЕРНЫШОВ

УДК 622.833.33:622.063.4(043.3)

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОХРАНЫ ВЫЕМОЧНЫХ ВЫРАБОТОК С ЦЕЛЬЮ ИХ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЖЕСТКИМИ ОХРАННЫМИ СООРУЖЕНИЯМИ МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Специальность 05.15.02 -"Подземная разработал местороядений полезных ископаемых"

Автореферат дцсссртащш иа соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Института горного дела шл.А.А.Сдочнвского, Экспериментальные исследования проводились ва шахтах ПО "Ровэнь-клаятрацит" н ПО "Антрацит".

Научный руководитель -

яадд.техя.иаук ©.А.Чаквотадаа.

Офадвслыше одповэяты:

проф. »докт,техн.наук Ю.Н.Кузвацои (ИШ),

канд. техл. наук Б.Г.Лисичкин (ШД ем.А.А.Скочзвоеого).

Ведущее предприятие - ПО "Свзрдловантрашг".

Автореферат дассертецшз разослав " * ¿^^¿^¿^[994 г.

Задата дасоертсцав оостонтся и " ¿/у^У^^У 1991 г.

в на 8£ходш1ле специализированного совата К.135.05.03

Ииотитута горного дела ем.А.А.Скочлнсяого (Лсбарда Моск. обл.).

С даосертсдпаИ цошю озш£сг£ш>оя в секрэтараате ученого оовота института.

Отаиш] а двух екэешнярах проела направлять со одросу: 140004, г.Лоборцы МосяовсяоЭ области, Щ ш.А.Д.Слочшюкого.

Учэшгё секратсрь спецааяванроваяного соната проф. ,доят,техл.наук

И.Г.Нщук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

-.. Ац'уурдгрооть работ». Одним из основных показателей техноло-гая Еыешси угля является обеспечение планируемой добычи при высокой производительности труд р. и нззкой себестоимости.Нута решения отого сложного комплекса проблем связаны о повышением устойчи-соота выемочных выработод для ях повторного использования при бесцеликовоЯ техпологдд добыча угля. Наиболее эффективным с тех-дологической точка эранал является подцарзаяиа выемочных выработод позади очнсгного забоя о примененивы различных видов искусственных ограздедай, Влияние зависающих и обрушающихся консолей дород кровла з ЕыршЗотанном яроотранотве очистных забоев приводят я разватш) в выработках больших смещений, сдедоувиец которых является высокие затрат иа ремон? а саяхеяае надежности обеспе-ташш высокопроизводительной реботи очпотных забоев.

Слозность повторного использования выекочных выработок определяема несовершенством праыэняа^шз оредотв поддержания н, в парзув очерадь, традащюако псподьзундихся податливих искусственных охранных ооорузенаЭ (бутовых полоо, деревянных костров), ¡которые з силу своих характеристик нэ иогут обеспечить эксплуа- -тацзоявоэ состояние выработок дадз в благоприятных горно-геодогз-чзсгглх у с до воях. Во мяогях случаях гораздо эффактавнее применять оргаднув дрель а туийи аз лелоаобогоялых блоков БЖБТ, по я их Еэсуцая способность часто бывает недостаточна. Кроме того, воз-издавав этих аскусотвзшшх сооружений обычно производатоя вруч-пуг>, о высокой трудоешсоотьв и нязкви уровней безопасноста труда, туо в конечной итога сдарзаваз? подаяганиа дикнэ очиотншс забоев.

ПодозатодьЕыа результата на практика показали бутовыэ полосы, возводимые пвзЕматнчеоддц способом,я янтыо полосы из быстротвер-дапдзг 1латвряалоа. Эта охранные сооругеняя, вмещав высокую гсест-«оот& в несущую способность, более эф^ктавиы, но ах пряивнеьнэ огршшчяваатся дорогостоящим оборудованием а высокой отопиоотьо прдмеияацых иатераасов.

Вцпзсказаняоо свидетельствует об актуадъноота решаемой в диссертация проблею! разработка способа охраны выемочных выработок для ах повторного яспольэоааяля о пргмвяэяяаи недорогостоящах

Г

конструкций охранише ооорузений, обасяочгаащзх еффектнвяый процесс обрушения пород кровли вдоль выемочной выработки, повышение эксплуатационного состояния выеыочпых выработок и позволяющих использовать конструкции охранного сооружения многократно. .

.. Цоль работы заключается в обеспечении безремонтного подцер-вания повторно используемых выемочных выработок при бесцеликовой отработке уголь пых пластов о помощью новых охранных конструкций.

Идея работы состоит в разработке жестких охранных сооружений многоразового использования для обеспечения эффективного поддер™ яаяля повторно используемых'выемочных выработок а о ко ножи материалов для возведения охрашшх соорукакяй. Методы исследований:

обобщение и шиша отечественного и зарубежного опыта охраны повторно нооольгуемых выемочных выработок, а тах&з раков выполненных исследований проявлений горного давления в выекочндх выработках? .

лабораторные исследования на моделях аз оптически чувства-голыш и эквивалентных материалов характера поведения и аапря-гённо-двформпровашюго еоотояшш вмещающих пород вокруг выемов 1шх выработок;

иахтныа нпструиентальЕЫЭ Еоолодовакая с помощьэ коптуршх реяерных отанций смещений пород вокруг выемочта выработок в еа сопряЕоииях их о очвотшаш выработками при различных способах охраны;

. аналитические исследования Еадряжопно-дефорыированного состояния пород в различных гордо-гоологнческщс условиях;

опытяо-прошшендыа испытания в шахтных условиях в внедрение разработанных рекомендаций.

Научные положение, затадаеннэ в длооврташст.н новизна; разработанные и научно обоснованные новые способ а технология охраны выемочных выработок для их повторного использования кеоткпми охранными сооружениями иногоразового использования;

установленные особенности перераспределения напряжений вокруг выемочных выработок на сопряжении их о очиотш&ш выработками при различал формах оечеяия, видах подрывка и типах охранных сооружений при пологой залегании угольных пластов;

выявленные характер поведения пород кровли на границе оценочной выработки и выработанного пространства при использовании яееткого охранного сооружения многоразового использования о активным воздействием на кровлю до формирования процеооов ее обрушения и после пего; 2

разработанные параметры конструкции нового охранного соору-ззнпя л способ ев установки;

разработанное дополнение к классификации рабочих зон сопряжения выемочных и очистных выработок о учетом монтаяа и демонтажа конструктивных элементов охранного сооружения. Практическая ценность работ?!;

экспериментально доказана возможность а целесообразность охраны выемочных выработок с целью их повторного использования при помощи жестких охранных сооружений многоразового использования;

. разработана технология работ по охране выемочных выработок азсткимл охранными сооружениями многоразового использования, дозволяющая значительно улроотить и удешевить процесс поддержания выемочных выработок;

определена область применения нового способа охрана выемочных выработок;

дополнена охома рабочих зон сопряжений очистных и выемочных выработок.

Достоверность и обоснованность научных положений. . выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом шахтных (48 ре-перных станций) и лабораторных (III моделей) исследований, при-иоаенвеы при разработка нового способа охраны выемочных выработок методов механика сплошной среды: поляризацаошю-оптического а эквивалентных материалов;

результатами промывлвнных испытаний я технико-экономическим эффектом от внедрения рекомендаций.

Реализация работ;».Результаты райоты использованы при составлении альбома "Технологические схемы сопряжений лав о прилега-пдога выработками на угольных плаотаз о. углом падения до 35° и мощность«):: до.-4,5.м" (ИЕЦ км. A.A. Скочинского, Ы., 1990 г.). Рекомендации но охрана выемочных выработок жестки® охранными сооружениями многоразового использования, разработанные на основа таорзтачаокнх, лабораторных п опытно-экспериментальных исследований, внедрены на вахта И 81 имг 23 сьезда КПСС ПО "Роввшга-елтрацат" а пахта "Партизанская" ПО "Антрацит".

Аггообепия работы. Основное содержание работы я отдельные еэ дояогеная докладываяиоь на технических ооватах ПО "Ровенькиант-радат" (г.Ровеньки,1992), ПО "Антрацат" (г.Антрацит,1992), сов-мэотянх научных семинарах 'отдалений горнотехнических проблем, технологии проведения подготовитель пых выработок, технологии и комплексной механизации очистных работ - ИГД нм.А.А.Скочинского (г. Люберцы, 1993),

Публикации, По результатам исследований опубликовано 4 печатные работы.-................ .. ....... .....

Объем и структура работы, Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 146 страниц машинописного текста, 6 таблиц, 36 рисунков, 3 приложения и описок литературы из 133 наименований.

Автор благодарен за научные консультация доктору технических наук А.С.Диманштейну.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЕАЖБ РАБОТЫ

Несмотря на усилия многочисленных исследователей, научных организаций и производственников не снижается острота проблемы обеспечения.устойчивости сопряжений очистных выемочных выработок, а также охраш последних с целью их повторного использования.

Выемочная выработка в предельном случае при столбовой системе разработки, кроме случаев надработки и подработки, испытывает опорное давление в следующих 12-и зонах: I - влияния проходческого еабоя;2 - поддержания выработки в массиве вне зоны влияния очистных работ; 3 - влияния остаточных консолей пород впереди первой лавы; 4 - динамических проявлений опорного давления' впереди первой лавы; 5 - динамических проявлений опорного давления позади первой лавы; 6 - затухания динамических проявлений опорного давления позади первой лавы; 7 - стабилизировавшегося горного давления позади первой лавы; 8 - влияния остаточных кон-оолей пород впереди второй лавы; 9 - динамических проявлений опорного давления впереди второй лавы; 10 - динамических проявлений "опорного давления позади второй лавы; II - затухания дина-» мических проявлений опорного давления позади второй лавы; 12 -стабилизировавшегося горного давления позади второй лавы»

Смещения в выемочных выработках, возникающие вследствие проявлений горного давления, и причины их порождающие характеризуются двумя компонент®: динамическим и статическим опорный давлением. В зависимости от литологической структуры углепородного массива доля каждой компоненты ыохет быть различной. Соответственно разными должны быть и пути управления массивом. При праоб-ладании~статической составляющей необходимот воспрепятствовать распространзнию процесса смещения пород над выработанным пространством, .что приведет к уменьшению объема пород, . участвующих в формировании опорного давления. Достичь атого можно с помощью

■частичной закладка. Ира преобладании динамической составляющей, а именно она предопределяет максимальную интенсивность конвергенции в.зоне активных сдвижений пород позади лавы и, как правило, приводит к выходу кз строя крепи выработки, необходимо прибегнуть к отсечению консолей кровля над выработанным пространством. Динамическое опорное давление обуславливается периодически формирующимися и об рушащимися консолями кровли пласта по мере додвигания очистного забоя и существует только в зонах 5 я 10, ..

Основная цель искусствевчого охранного сооружения - противостоять динамической компоненте смещений и уменьшить ее до минимума. Если статическая компонента зависит от прочностншс свойств пород, глубины разработки, несущей способности крепи и других параметров, то динамическая - практически только от жесткости искусствеиного ограадекия и мощности пласта.

Околоштрековые охранные полосы уменьшают конвергенцию в выемочных выработках тем сильнее, чем болте о опорное воздействие они оказывают на породный массив. Последнее тем эффективнее, чем быстрее нарастают до максимально возможных величин сопротивления а чем выше прочность материала, из которого сооружаются охранные полосы» а таете чем меньше расстояние между очистным забоем и охранным сооруяеняем. Это расстояние возможно поддерживать очень малым при наращивании околоштрековой полосы небольшими участками во время добычных смен, тем самым сводя до минимальных размеров зону возведения охранного сооружения. Околоштрсковая полоса дол&йа быть возведена еще до того, как произойдет сколько-нибудь значительная конвергенция шш сколько-нибудь значительное расслоение пород непосредственной и основной кровель.Причем следует стремиться к тщательному возведения охранной полосы вплоть до кровли с обеспечением плотного контакта о ней.

Механизация возведения'охранных полоо ограничивается дорого-" ззнзйой технологхчоского оборудования а ингредиентов для литых полоо из быетротвардещих материалов.Высокио яесткостъ и несущая саособиость цс^усствошшх' "соорухзпий" опорно-образного типа - • гумб ез аодазобатошшх блоков - позволяет в ряда случаев обеспечить поддержание повторно исяояьзуеиых выемочных выработок» Однако' в саду конструктивных особенностей ях параметры удовлетворяя? далеко нз всем горно-геологичвокш и горнотехническим условиям. ■

Поэтоцу наиболее перспективным способом молшо считать способ охраны выемочных выработок передвижной органной крепью высокой

гсесткости, устанавливаемой в зоне временного опорного давленая и интенсивного сдвижения кровля угольного пласта (зоны 5 и 10). -В зоне стабилизировавшегося горного давления позади лавы (зоны 7 и 12) породы кровли смещаются незначительно,поэтому крепь сохраняемой выработки будет находиться в удовлетворительном состоянии и без охранной крепи, отдельные элементы которой извлекаются для использования повторно. . .. ■

Этот способ позволяет добиться дальнейшего совершенствова- • шы и расиирешш области применения бесцеликовой отработки угольных пластов путем управления силовши параметрами сиотемы "горные порода - выработка - крепь",

Существующие классификации различают до пята рабочих эоп ~ на сопряжениях лав с выемочными выработками. В предлагаемой нами классификации применительно к новому способу охраны выемочных выработок выделяется зона возведения охранных сооружений, а также зона извлечения органной или специальной крепи. В этом случае общая площадь сопряжения складывается из собственно сопряжения (условной'линии), к которой примыкают: .

площадь концевого участка лавы (на ширину прязабойного пространства) ,на которой находятся лавный конвейер, крепь концевого участка лавы и осуществляется обслуживание технологического обо-* , рудования, передвижка конвейера и крепи; этот участок постепенно переходит в линейную часть лавы; '

площадь нищ или уступов, в которых производится выемка угля и установка индивидуальной крепя;

пЛощадь выемочной выработки, непосредственно примыкающей к первым двум зонам, где осуществляется обслуживание технологического оборудования, установка специальной крепи,транспортирование горной массы, материалов и т.д.;

площади участков выработанного пространства лавы, в которых осуществляется возведение охранных сооружений;

площади участков выемочных выработок впереди лавы, находящиеся в зоне опорного давления, пспытыващих интенсивную деформацию, из-за которой здесь устанавливается крепь усиления;

площади участков выемочных выработок за лавой, испытывающих повышенное горное давление в требующие возведения крепя усиления при сохранении выработки для повторного использования или до погашаемые вслед за подвиганием линия очистного звЗоя;

площади участков выработанного пространства лавы; на которых осуществляется извлечение органной или специальной крепи для ее

S

повторного использования; эти площади находятся в зонах установившихся смещений горных пород (зоны 7 и 12).

Проведенный в работе анализ применяющихся способов охрани выемочных выработок позволяет сформулировать основные требования я охранному сооружению:

конструкция должна быть максимально жесткой; возводиться на возможно близком расстояния л очистному забою сразу за секциями механизированной крепа;

обеопечпвать эффективное обрушение зависающих консолей пород яад выработанный пространством лавы вдоль выемочной выработки;

обеспечивать ее извлечение из выработки в зонах установавше-гооя горного давления (зоны 7 а 12) для повторного использования;

для инициированного обруиения породных консолей охранное сооружение долано обеспечивать создание зон максимальных сжимающих шшрязений в месте ее контакта о кровлей и в значительной маре предотвращать передачу нагрузок на почву пласта, что особенно вачцо в условиях прочных кровель и слабых пород;

долина быть проста в изготовлении, технологична" в процессе зкоплуатацаа а иметь небольшой вео.

В свота вышепзлояеиного сформулирована цель работы и поставлены следующие задачи:

1, Теоретическое обоснование нового способа охраны выемочных выработок при беоцеликовой отработке угольных пластов;

2, Лабораторные и шахтныэ исследования характера взаимодействия охранного сооружения обрезного типа о окружающим выработку ■меосивом. Установление закономерностей изменения нштрялошю-до-формированного ооотояния массива в зависимости. от горнотехнических условна и параметров применяемого способа;

3, Установление оптимальных параметров нового способа охраны выемочных выработок в зависимости от горно-геологаческих условий л горнотехнических факторов;

4, Разработка технология применения нового способа охраны выемочных выработок в различных горпо-геологичеаких условиях;

5, Ошшю-прокшшшшв испытания н внедрение нового способа охрана выемочных выработок а определение его экономической оффэктйзноста; •

б.Опрвдалвняв области применения нового охранного сооружения. Сущность разработанного опоооба охраны выемочных выработок дай пх повторного использования жесткими охранными сооружениями многоразового использования (рис. I) состоит в следующем: на со-

7

Рис. I. Технологическая схема охраны выемочной выработай жестким охранный сооружением многоразового использования. ОбшиП вид конструюши

пряженин лава и выемочной выработка охранное устройство устанавливается на расстоянии примерно одного метра от бермы сразу ко после выполнения концевых операций по выемке угля в лаве и перо-движке секций крзпи (в случае применения механизированной крепа) или конвейерноОанйи (при индивидуальной кропи), н на минимальном расстошши (3-5 и) от линия очистного забоя. Охранное соору-пенло обеспечивает явсткостъ системы "крепь-порода" ужо до начала интенсивного расслоения пород кровли в отличие от традиционных охранных сооружений, возводимых иногда на расстоянии &-10 и и более от лншш очистного забоя, т.о. поело качала антевенвного расслоения пород непосредственной и основной кровель.Посло обрушения пород непосредственной и основной кровель п отхода липни очистного вабоя на расстояние, нровышащое ваг посадка основной кровли, т.е. когда выработка окажется в эоно установившихся смещений горных пород (7,12), конструкция охранного сооружения извлекается для повторного использования.

Физико-механические свойства и мошюста отдельных слоев горных пород в моделях воспроизводили следующие горно-геологачеояно условия: глубина залегания 300 м, коэффициент крепоота вмещающих пород / = 4-6, мощность угольного пласта I м, угол падения 0°. При моделировании соблюдались условия силового и геометрического подобия модели и натуры. 8 .

В работе использовался метод фотомеханики, позволяющий определить значения напряжений, используемых при определении устойчивости породного массива и выработок, а также определить возникновение опасных зон разрушения горных пород.

Постановка задачи моделирования заключалась в определении уровня максимальных напряжений па сопряжениях очистных и выемочных выработок при различных формах сечения, видах подрывки и способах охраны Последних. '

Материалами модели послухили разработанные в ИГД пм.А.А.Ско-чиаского оптически чувствительные эпокейгели на основе эпокси-. дитдиановой смолы а метшгготрагидрофталиевого ангидрида в качества отвердителя с добавлением пластификатора. Материалы изготавливались с необходоот упругими свойствами для имитации массива шещащих пород. В основу построения моделей долояан принцип соблюдения ооробншс критериев подобия: граничных условий, физико-механических свойств пород, технологических параметров горных работ а др.

Общее решение данной задачи задисываатся в виде:

/ й р и а, \

\ ¿¡¡1 ЕГе б 1

гда р - плотность, £ - ускорение, овободного падения,I - линейный размер, р - сосредоточенная сила, £ - модуль Юнга, е - деформация, Ц - смещений, <$в - условия на границе, - коэффициент Пуассона.

Задача решалась в постановка плоской деформации.

Результаты исследований напряженного состояния пород горного массива методом фотомеханики представлялись в виде безразмерного коэффициента напряжений , который представляет собой отношение каоателышх напряжений в модели о выработками т к напряжениям в а той га точке модели до проведения выработок

Величина напряжений в модели по критериям подобая пересчиты-валась на натурные условия.

Моделировались аесткие охранные сооружения многоразового использования о углом при вершине 45° а 75° йра одинаковой "площади' основания а расстояниях его вершины от бермы выработки I а 2 и, тумбы из блоков БНБТ с расстоянием от <5ермы 0,5 и I м, а также

Э

сочетания вышеназванных охранных сооружений. Формы выработки -прямоугольная и арочная с различными видами подрывки: верхней, теней и комбинированной.

На рио. 2 показана характерная картина интерференционных полос л эпюры напряжений в одном из вариантов модели сопряжения лавы о выемочной выработкой арочной формы при верхней подрывке а охране сопряжения: А - жестким охранным сооружением с расстогг яниам I м от его вершины до бермы выемочной выработки; В - тумбами из блоков БЕБТ (литых полос) с расстоянием 0,2 м от бермы в комбинации о новым охранным сооружением; G -.тумбами из блоков БЕБТ (литых полос) с расстоянием от бермы 0,5 м.

На рио. 3 приведены графики распределения напряжений, действ вуодпх в массиве вокруг, сопряжений очистных и выемочных выработок арочной формы яри охране их жесткими охранными сооружениями многоразового использования с различными углами вершин и расстояниями установки от бермы.

Общий анализ рассмотренных способов охраны показал: I. Форма сечения выемочной выработки не оказывает существенного влияния на распределение напряженного состояния вмещавдих пород в зона ее сопряжения с лавой.

' " 'II

Анализ опюр напряжений, свидетельствует о значительной неравномерности распределения контактных давлений по контуру сопряжения очистной и выемочной выработок в месте установки охранного . сооружения. В взрхней и нижней частях выемочных выработок апоры представляют седловидную форму с наименьшими коэффициентами концентрации напряжений и наибольшими - со стороны массива. Такой_

характер "нагрузок в верхней и нижней частях выработок сохраняется при всех формах сечения и видах подрывки, что предопределяет направления равнодействующих нагрузок в почве и кроме. Более сложный характер распределения нагрузок наблюдается со стороны лавы, что определяет дополнительные трудности при охране 'выемочных выработок:, в зависимости от вида подрывки, типа охранного сооружения и прочности вмещающих пород возникает необходимость поддержания верхней ила нижней бровок бермы. Но надо отметить, что при прямоугольной и трапециевидной формах выработки возникают зоны концентрации напряжений в породах кровли вокруг углов выработки. При верхней и комбинированной подрывках происходит наложение зон концентрации напряжений от верхних углов выработки л от вершины охранного сооружения, что может привести к разрушению боков выработки. Поэтому о точки зрения сохранения выработки для повторного использования оптимальной является арочная форма ее поперечного сечения. *

2. Вид подрывки также несущественно влияет на распределение напряженного состояния вмещающих пород в зоне контакта их о ох» раккым сооружением. Однако необходимо отметить,что нижняя в ком-» бинированная подрывка для сохранения устойчивости бермы предпочтительнее при прочных породах почвы, хотя при комбинированной подрывке выработка находится в наиболее тяжвлых условиях,так как* возникают дополнительные сложности по поддержанию верхней и нижней берм.

3. Из рассмотренных нами комбинаций охранных сооружений наиболее предпочтительным является применение охранного сооружения нового типа, которое образует в кровле локальную зону высоких концентраций напряжений ,распространяющуюся на выоогг;достаточную для разрушения пород над местом контакта. В этой зоне разрушение происходит со направлению максимальных касательных напряжений. По втем же направлениям возможно и обрушение пород кровли, что иллюстрируется характером развития трещин в кровельной толще, подученным при моделировании массива горных пород на эквивалентных материалах (рис. 4).

12

! .

Рис. 4. Характер трещинообразованмя н обрушения пород в массиве: при охранном сооружении (а); после извлечения конструкции (б)

4. Целесообразно располагать охранное сооружение нового типа ¡сак можно блике к борту выработки, так как приближение линии обрушения к выработке способствует улучшению условий работы крепи, хотя, как показывают результаты исследований, удаление ее на 0,5-2 и от борта обеспечивает сохранность формы выработки.

5. Оптимальный угол вершины охранного сооружения . находится в пределах 45-75°, поскольку при этих углах зона высоких концентраций напряжений распространяется на максимальную высоту над охранным сооружением.

Обида для всех рассмотренных способов охраны является то, что при прочих равных условиях выемочные выработки находятся в наиболее тяяелых условиях поддержания яри комЗинировадном спасо-* Сз подрывка, так как возникает необходимость одновременного под-дергания верхней и нижней бровок берлы от возможного разрушения.

Вопрос о предпочтительности того или иного способа подрывки долгая решаться в зависимости от прочности вмещающих пород и применяемой технологий работ на сопряжении очистной и выемочной выработок в каждом конкретном случав.

Исследования .на оптически-чувствительных материалах-позволили определить зоны опасных' концентраций напряжений, а также зоны возмогших разрушений пород вокруг выработки и.над охранным соорузением, однако на давт представления о характере развития "процесса* трёвдно~обра^~ве^^

. Поэтому для исследования характера тревдшообразовашш и обрушения пород при их взаимодействии с яовш охращшмеооруяолкем па сопряяешш очистной а выемочной выработок были проведены исследования яа плоских и объвшшх моделях пз эквивалентных мате-. риалов. В этих моделях гмедапцие порода имитировались слоями

13

гилсо-песчаных смесей, угольный пласт - деревянными планками, причем в объемных моделях с шириной, равной суточному подвигашю очистного забоя. Искусственное ограждение имитировалось метал-» • личвским уголком или клином. Правомерность применения таких моделей для качественного изучения характера обрушения кровли в выработанном пространстве и в зоне сопряжения подтверждается анализом ранее проведенных исследований поведения пород кровли в плоских и объемных моделях. Во всех случаях качественный характер обрушения пород оставался идентичным.

Исследования на плоских моделях показали, что в месте контакта охранного сооружения и кровли формируется система трещин, вдоль которой происходит дальнейшее разрушение пород и их обрушение в выработанное пространство» В то аэ время из-за перераспределения напряжений в почву пласта через основание охранного сооружения передаются весьма незначительные удельные давления, поэтому разрушения пород почвы также незначительны либо отсут-, отвуют вовоа. Посла удаления модели охранного сооружения и лишения опоры уже обрушенных пород о течением времени происходит дальнейшее обрушение кровли, но строго по сформировавшейся линии трещин, т.е. по линии обрушения. Нового образования трещин не наблюдается, и после обрушения пород на некоторую высоту маосив приходит к состоянию устойчивого равновесия. ,

Исследования на объемных моделях показали, что при первом обрушении кровли в лаве линия обрушения, параллельная забоя (возле линии контакта охранного сооружения с породами кровли), . . искривляется, образуя зависаодув консоль, в виде сектора. При следующем обрушении линия обрушения искривляется значительно дальше от кромки маооива, образуя зависающую консоль данной, примерно равной йогу обрушения, который пря атом но ыодяатоя. , При последующем подаагаши очиотного забо^ -даухотадайшй характер обрушений пород кровли сохраняется, что подтверждает вывода, полученные ранее рядом исследователей. ..

Увеличение модности и прочности пород кровля приводит к увеличению шага обрушения в других его параметров (вылета кокоола а сторон оектора аатошшя), по характер обрушения в соотношения параметров при о том на меняется. Во всех моделях обрупенио пород кровли происходило строго вдоль дошив контакта охранного соору-«аная о кровлей. Разрушения ко вдоль площади контакта охранного

сооружения с почвой носили незначительный характер а наблюдались лишь в породах (.юлой крепости при Сгж= 20 МН/м2.

. Для количественной оценки периодичности проявлений горного давления в выемочных выработках, в связи с обрушением пород кровли в выработанном пространство, а также оценки эффективности охраны повторно используемых выработок жесткими охранными сооружениями многоразового использования били проведены исследования на шахта № В1 им.ХХШ съезда КПСС ПО "Ровенькиантрацит". Горногеологические условия этой шахты весьма типичны для многих иахт Донецкого бассейна.Наблюдения проводились в выемочных выработках лавы Л 272 пласта V, на глубине около 230 м в зонах опорного давления при первичном и повторном их использовании. Для оценки эффективности применения нового способа охраны измерения конвер-генцил пород проводились в зонах динамических проявлений опорного давления впереди и позади очистного забоя. Для сравнения использовались результаты, полученные предварительно при охране этих же выработок комбинированными ограждениями из железобетонных блоков, деревянных костров и органного ряда из деревянных стоек, а также при охрана выемочных выработок по следующим схемам: массив - массив; массив - целик; целик - БКБТ, деревянные костры, деревянная органная крепь. Таким образом, о применением новых охранных сооружений в двух выемочных выработках одной лавы мы получили пять различных схем их охраны,что позволило провести детальное сравнение результатов их применения в равных"'Условиях» __ Выработка по пласту ¿3 проведены о подрывкой ■ 11,3 1Г,"закрепленыанкерной "крепью. Пласт мощностью до I м о углом падания до 3°, непосредственная кровля представлена сланцами песчанист а глинистыми, средне- и малоустойчивыми о коэффициентом крепости / «• 4-6, модностью 3 м, ' основная кровля представлена сланцами песчаными и глинистыми средней обрушаемос-ти, о коэффициентом крепости / =» 4-6 и мощностью от 3 до 14 м. Шаг посадки основной кровли составил около 20 м, непосредственной - на более 4-6 м.

Замерные станции по измерению конвергенции пород в выработке была оборудованы да расстоянии 1(£-Э0 а от линии очистного забоя. Всего било оборудовано 48 замерных станций.Измерения проводились по мерз подвиганая лилии очистного забоя.

Пря охране выработки блоками Е2БТ формирующаяся консоль пород кровли начинает оказывать влияние на смещения пород в выработка примерно в 40 и впереди лава, при новом способе - примерно

15

в 30 м. Интенсивные приращения смещений в обеих случаях начинаются- примерно одинаково, но развитие их происходит по несколько отличающимся схемам.

При традиционном способе резкое увеличение смещений начинается примерно в 10-15 м впереди линии очистного забоя, достигая своего максимума в 20 м позади линии очистного забоя. Затухание же смещений кровли происходит на расстоянии 60-80 м от очистного забоя. Примерно также ведут себя и породы почвы, с той лишь разницей, что затухание их. пучения начинается в 100-120 а от лшшн очистного забоя.Пучение пород в выработке не носит ярко выраженного характера: при общей величине смещений ^выработке, равной ' ' ~ 400 мм, оно не превысило 100-120 мм.

При новом способе резкое увеличение смещений пород кровли начинается примерно в 5-10 м впереди линии очистного забоя, достигая своего максимума в 10-12 м позади лавы, т.е. обрушение породной консоли при новом способе охраны происходит на 8-10 м ранее, чем при базовом, что весьма благоприятно сказывается па общей величине смещений пород в охраняемой выработке и на ео общем состоянии. Общая величина смещений при новом способе составила примерно 200-300 мм. Затухание смещений в выработке наступило примерно в 40 м после прохода лавы. Общие смещения в выработке по сравнению с базовым снизились в 1,26 раза или на 11%, Визуальное обследование выработки показало, что на всем ее про-, тяжении при охране новым способом породы кровли сохраняли устой- 1 чивость и деформации крепи не наблюдалось в отличие от базового способа, при котором иногда наблюдались разрушения охранного сооружения и как следствие разрушение крепи выработки и нарушение ее эксплуатационного состояния. '

Сравнивая состояние выемочных выработок по остаточному сеча-» . шш при различных схемах охраны, мыполучили следующее: массив -новое охранное сооружение - сохранилось 90% сечения выработки от первоначального; массива - БЕБТ,деревянные костры, деревянная органная крепь - 80$; массив - целик - 74$; целик - БКБТ, деревянные костры,деревянная органная крепь -67#.Потера в сечения по сравнению с сечением в проходке составили 1,1 (^{2,3 и2; 2,9 м2; 3,7 м2 ооотвэтогвенно.

соответствуют среднестатистическим показателям охрана выработок в аналогичных условиях, полученным во производственным объединениям Восточного Донбасса. 16

Иопытаяяя нового способа охраны .на шахте "Партизанская"-ПО "Антрацит" в 181 восточной лаве пласта показали работоспособность его на пластах мощность» до 1,5 м.

Жесткие охрашшэ сооружения многоразового использования позволяют на только перевести на бесцеликовую охрану многие шахтопласты Донбасса, но и отказаться от использования дорогостоящих изделий из бетона, применения дерева.

Охрашшэ сооружения многоразового использования предназначаются для охраны выемочных выработок для их повторного использования при разработке угольных пластов длинными очистными забоями по столбовой, сплошной и комбинированной системах разработки дрямш и обратным ходом, на пластах с углами падения от 0 до 18° и мощностью от 0,6 до 1,0 м, а при установке их на породные подушки или блоки БЖБТ - до 1,5 и.

Предлагаемый способ охраны выемочных выработок по сравнению о известными имеет следующие преимущества: , .

простоту изготовления и установки"отдельных конструкций; иногоразовость использования конструкций охранного сооружения;

уменьшение нагрузок на почву и крепь' сопряжений выемочных а очистных выработок;

расширяется область безремонтного поддержания выемочных выработок, особенно в случаях прочных кровель и слабых почв;

сокращаются трудовые и материальные затраты на поддержание а ремонт подготовительных выработок.

Экономический эффект от внедрения способа поддерживаемых выемочных выработок о целью их повторного использования жесткими охраяшш сооружениями многоразового использования на шахте й 81 ПО "Ровенысиантрацит" а шахте "Партизанская" ПО "Антрацит" составил 2 млн.100 тыс. рублей (в ценах 1992 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано решение актуальной для угольной промышленности задачи охраны выемочных выработок о целью их повторного использования при отработка тонких пологих угольных пластов.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

I. Теоретически разработана, прошла опытно-промышленные испытания а внедрена технология охраны выемочных выработок

• ' -I?

о целью их повторного использования жесткими охранными сооружениями многоразового использования.

2. Применение жестких охранных сооружений многоразового использования позволяет значительно упростить и улучшить процесо охраны выемочных выработок с целью их повторного использования.

3. Применение разработанной технологии охраны выемочных выработок в определенных горно-геологических условиях позволяет отказаться от применения угольных' целиков, возведения бутовых полос и от использования дорогостоящих материалов для возведения литых охранных полос.

4. Разработаны параметры конструкции жесткого охранного сооружения и параметра технологии охраны выемочных выработок новым способом.

5. Подтвержден качественный характер влияния податливости искусственных охранных сооружений на процеоо обрушения пород кровли. Применение жестких охранных сооружений обеспечивает об« рушение породных консолей выработанного пространства по их режущей кромке. При этом сохраняется сплошность пород "козырька" сопряжения и уменьшаются их смещения над выработкой. Тем сами.» обеспечивается сохранность последней,

6. Уменьшение площади контакта охранного сооружения о породами кровли при прочих равных условиях приводит к значительному увеличению концентраций сжимающих напряжений. Одновременно увеличивается 8она раотягивающих напряжений со стороны выработанного пространства и разгружается краевая часть угольного пассива.

•Это можно рассматривать как благоприятный фактор, способствующий обрушению кровли в выработанном пространстве ' вдоль линии охран- -вого сооружения, а при высоком начальном распоре сокращает время зависания образующейся породной консоли. '

7. Увеличение ширины эффективного пролета выработки при прочих равных условиях приводит к увеличению распространения зоны и величины растягиващих напряжений в кровле угольного пласта, что на совсем благоприятно для целостности охраняемой выемочной выработка.

Ц. Предложенный способ охраны выемочных выработок жесткими охранными сооружениями многоразового использования позволяет активно воздействовать на окружающий выработку массив.

Предложенная конструкция ограждения обеспечивает перараспра-далеяив напряжений, позволяющее регулировать характер разрушения пород в кровле выработки о сохранением целостности пород почвы. I»

9. Разработана новая классификационная схема рабочих зон сопряжений очистных и выемочных выработок о учетом применения нового способа охраны. .

10. Опрэдолэна область применения шзстких' охранных сооруже-2!Лй многоразового использования.

11. Результаты исследований приняты к внедрении на шахтах Восточного Донбасса. Общий экономический эффокх от влодрония нового способа охраны составил 2 мли.100 тыс.руб.(в ценах 1992 г.), э том часлэ на вахта Л 81 км.23 съезда КПСС ПО."Ровенькиантра-цзт" - I !'.лн.200 тыо.руб.; па шахте "Партизанская" ПО "Антрацит" - 900 тыо.рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих рсботсх: .

I. Технологические схемы сопряжений лав с прилагающими выработками па угольных пластах с углом падения до.35° «.мощностью до 4,5 н. - U., ИГД им.А.А.Скотапского, 1990 г. - 76 с. (соавтора Л.АЛурило, НД.Разумняк и др.).

?,. Исследование параметров взашодзйотвия монолитной бетонной п аелезобзтошюа крепи о массивом для капитальных выработок рудников Норильского горно-металлургического комбината (соавторы й.А.Чаквзтадаэ, Г.А.Катков, З.Л.Ерохял, А.З.Цусов п др. - М., ПЦД ЕУ.А.А.Скочинокого, ISS2. - 20 о.

3. 1С Еолросу о способах охраны выемочных выработок ярд разработке анградзгошх длаотов. - Луганск,_ИВЦ ПО "Свердяовантра-

цда", 1992 г. - 8 с. .(соавтор?! Ф.А.Чаявотадзэ, В.Л.Зрохял,^ А.Д.Кусоэ а др.). ,

Аедреа Вмялъемч ЧЕРНЫШОВ

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОХРАНЫ ВЫЕМОЧНЫХ ВЫРАБОТОК С ЦЕЛЬЮ ИХ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЙ ЖЕСТКИМИ ОХРАННЫМИ СООРУЖЕНИЯМИ МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Автореферат кассерпщм м сшшш ученой степей* «ачдади» кшчеоиш *ау»

ПахшшюспечатиМЛШг. Уч.-««д.«. 1Тири 100»и. Иад-И1!«)!». Зм.

Институт гораюго хаи ш. А.А.С*сгч*ас*ого, 140004, г; Люберцы МпгжпотпД о6м. Тшкпйфаш: 140004, г. Либерии МосчкооЙ обл. '