Способ управления кровлей

(19) 1)5 Е 21 С ОПИСАНИ ОБ ТЕН К ПАТЕНТ икл им евА.А. чи СССР1984,СССР984,КРОВЛЕЙние относитсяой разработкиволяет управста, с форм авления садля его иста а ение до рщ и газа и т. д., практически екса являетГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(73) Институт горного делаского(57) Использование: изобретк оборудованию для подземполезных ископаемых и по юл, М 43орного дела им, А,А, СкочинИзобретение относится к оборудованию для подземной разработки полезных ископаемых.Способ управления горным давлением в очистных забоях с помощью механизированной крепи известен.Однако из-за необоснованных параметров крепей часто последние не выполняют даже своих прямых функциональных назначений.Известен способ выемки угольного плаущность которого состоит в изменении ы линии забоя от выпуклой до вогнутои.Но этим нельзя достичь уп мым напряженным состояние пользования - отжим угля, пре вывалов кровли, выбросов угля и, кроме того, данный способ неосуществим, т. к, базой комп я по всей мощности пла-ойчивость нижних слоев щитить крепь от разрушегорного давления в крае- а путем направленного нц энергии опорного давзобретения: силовые паниэированной крепи о зависимости Р = 14400 позволяют изменить форсторасположение макси- ного давления в краевой = 240 - 70 мм - критическания основной кровли остью от 0,5 до О,б и, полисследованиями. 2 ил. лять отжимом угл ста, повысить уст кровли и почвы, за ния динамической вой части пласт изменения величи ления. Сущность и раметрц меха задаются согласн Н, тс/м 2, которые му, величину и ме мума эпюры опор части пласта, где Н ская величина опу для пластов мощн ученная шахтными ся конвейер, который в плоскости пластадопускает изгиб в пределах 2 - 3, При боль- Бших углах изгиба конвейера наступает заклинивание секций крепи. разрыв ставарештаков,Наиболее близким техническим решением является способ управления кровли влавах, заключающийся в образовании в пла- Чсте опережающей полости определенной СЬвысоты, а высоту полости принимают не бо- Ялее минимальной величины сближения Якровли и почвы пласта.Однако прототип имеет следующие существенные недостатки. 6 дС точки зрения напряженно-деформируемого состояния краевой части пласта ипород никаких изменений после образования полости не происходит, т; к. опорноедавление просто перемещается от груди забоя вперед на глубину сделанной полости, 1777622т. е. также как после очередного прохода комбайна. При этом увеличивается ширина некрепленного пространства, что опасно по фактору обрушения кровли, а нижняя часть пласта оказывается вообще разгруженной от напряжений, что увеличит энергоемкость ее разрушения комбайном.С технической точки зрения сделать опережающую полость малой высоты невозможно, т. к, минимально-допустимая ве личина опускания кровли у забоя не превышает 40-50 мм/п.м. ширины пространства.Итак, прототип не имеет решений по управлению опорным давлением в очист ном забое для повышения эффективности отработки пласта.Целью предлагаемого способа является управление отжимом угля по всей мощности пласта, повышение устойчивости нижних 20 слоев кровли и почвы, защита крепи от разрушения динамикой горного давления в краевой части пласта путем направленного изменения величины энергии опорного давления. 25Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления горным давлением в очистном забое с помощью механизированной крепи, силовые параметры последней задаются согласно зависимости 3014400 2Р - тс/М 2, которые позволяют изменить форму, величину и месторасположение максимума эпюры опорного давления в краевой части пласта, где Н = 240-70 мм - 35 критическая величина опускания основной кровли(мм), полученная для каждого диапазона мощности пласта от 0,5 до 6,0 м факти- . ческими шахтными замерами.П ри этОм максимум эпюры Опорного 40 давления уходит от груди забоя вперед на определенную величину (4 - 6 Мпл), что достигается исключением расслоений кровли и, как следствие, образование более мощной, монолитной балки, разлом которой происходит уже не под забоем, а на указанном удалении от него. Этим создается также изменение Формы напряжен 1 о-деформиру-, емого состоянию краевой части пласта и пород из одноосного в объемное. При этом изменяются действие вертикальных и горизонтальных напряжений и их значений. При низком сопротивлении мехкрепи, когда .максимум эпоры опорного давления находится вблизи груди забоя (не далее 0,5 Мдл), главной действующей силой разрушения угля и пород является вертикальная составляющая, а форма напряженного состояния - одноосной. Это подтверждается наличием вертикальных трещин в пласте и вывалами у груди забоя, Форма разрушения забоя пласта подчиняется закону "клина", т, е, разрушается средняя часть пласта.При повышении сопротивления мехкрепи, когда максимум опорного давления уходит от груди забоя (4-6 Мпл), развивается постоянное по величине и объемное по форме опорное давление. В этом случае главной составляющей опорного давления, обеспечивающей отжим (выдавливание) угля и повышение устойчивости пород кровли, почвыявляется горизонтальная составляющая объемного напряженного состояния пласта и пород. Это подтверждается проявлениемотжима угля по всей мощности пласта (а не клинообразный скол, как в первом случае) исжатием пород параллельно напластованию (а не их выбросам), чем и повышается их устойчивость,Перемещение максимума эпюры опор-ного давления вглубь от груди забоя объясняется увеличением глубины заделки более мощной балки кровли, которая при своем. воздействии передает энергию на пласт, ане на крепь, чем и исключается разрушениеэлементов крепи, кровли и проявляется вышеназванный управляемый эффект,На фиг, 1 и 2 представлены ситуации, характеризующие одноосное и объемное напряженное состояние краевой части пласта и боковых пород.Из фиг. 1 видно, что в зоне эпюры максимума опорного давления формируется область А сжатия угольного пласта, где и начинается процесс отжима угля. Меньшая величина опускания кровли в призабойном пространстве, чем в зоне сжатия открывает выход для угля из массива под воздействием горизонтальной составляющей. Принцип "мясорубки",Из фиг, 2 видно, что при Одноосном напряженном состоянии происходит "заклинивание" сколов угля из-за больших величин опускания кровли по закону прямой линии, т. е. чем дальше точка от забоя, тем опускание кровли больше.Предлагаемый способ управления опорным давлением в очистном забое с помощью механизированной крепи с расчетным сопротивлением был опробирован в условиях шахт Восточного Донбасса: п/о Гуковуголь - шахта имени 50-летия Октября и и/о Свердловантрацит - шахта "Наклонная", отличающихся крепкими углями с сопротивлением резанию 300-350 кгс/см, наличием слабой непосредственной кровли. Опробирование сопровождалось инструментальными замерами: величин опускания кровли, устойчивости обнаженной кровли,1777622 2,0 140 80 МплмН,ммР, тс/м 0,5 240 60 1,0 180 80 3,0 120 120 4,0 100 145 5,0 90 160 6,0 70 205 сопротивляемости угля резанию по глубине,видимым отжимом угля.Основные результаты эксперимента пошахте имени 50-летия Октября в опытнойлаве М 105 следующие: зона отжима превышает мощность пласта, снижение сопротивляемости угля в среднем по пластусоставило 2,5-3,0 раза, а в зоне работыструга - в 10-15 раз, вывалы породы уменьшились в 80 раз, деформация элементовкрепи снизилась в 35 раэ.В результате длительных, специальныхисследований была получена эмпирическаязависимость рационального сопротивлениякрепи Р =, тс/м и критические14400 2значения смещения основной кровли по устойчивости для различных мощностей пласта (см. таблицу), при которых проявляетсяпредлагаемый способ,Опытная проверка предлагаемого способа в условиях шахты "Наклонная" позволила вести отбойку угля только за счетотжима и успешно управлять кровлей.Подобные результаты опытной проверки способа и опытной эксплуатации его приведены в приложениях В 1 и 2:Эксперименты полностью подтвердили теоретические выкладки предлагаемого способа.В настоящее время проходит испытания струговый комплекс КМПС в условияхи/о "Ровенькиантрацит", в котором используется эффект предлагаемого способа с сопротивлением крепи 100 тс/м, чтосоответствует расчетному для конкретныхусловий.Объем применения предлагаемого способа по отрасли составляет 1500 очистных. забоев. Новый ряд сопротивления крепи,обеспечивающий проявление предлагаемого способа, реализован в современных комплексах: КМ 103, КМТ, УКП, КМ 142, т, е, в диапазоне пластов от 0,7 (КМ 103) до 5,0 м (УКП 5, КМ 142).5 Технико-зкономическими преимуществами предлагаемого "Способа" являются;-отсутствие дополнительных технологических процессов по креплению и управлению кровлей с целью повышения 10 эффективности отработки пласта;- наделение механизированной крепиновыми функциями по управлению величиной напряженно-деформируемого состояния краевой части пласта с целью 15 управления отжимом угля, удержанием слабой кровли и т. д.;- резкое снижение травматизма рабочихпри обслуживании комплексов, повышение комфортных условий труда и достижение высоких технико-экономических показателей. ф о рмул а из о 6 рете н и я Способ управления кровлей, включающий поддержание кровли в призабойном пространстве секционной крепыш, разгрузку ее, передвижку, распор секции крепи.обрушение кровли после выемки полосы угля, отличающийся тем,что,с целью 30 управления отжимом угля в забое по всеймощности пласта, распором секций, крепи повышают ее сопротивление до Р - Н, тс/м, где Н - критическая14400 2величина опускания основной кровли по фактору устойчивости обнажения, изменя ющаяся в диапазоне мощности пластов 0,5 - 6,0 м соответственно от 240 до 70 мм на границе призабойного пространства, и со здают в краевой части пласта объемное напряженное состояние.1777622 Составитель В.Тычинактор Т.КузнецоваТехред М,Моргентал Корр Н.Милюкова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 4132 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5