Способ управления кровлей в лавах с неустойчивыми породами кровли

 

Способ относится к горной промышленности и может быть использован при разработке пластов полезных ископаемых. Сущность заявляемого способа заключается во взаимной увязке параметров ослабления краевой зоны пласта и силовых параметров крепи, при которых равнодействующая внешней активной нагрузки l_Q будет расположена на расстоянии от забоя большем, чем расстояние от забоя до равнодействующей сопротивления крепи _R. Это достигается тем, что при отработке пластов с неустойчивыми породами кровли глубину ослабления пласта полезного ископаемого впереди забоя лавы принимают менее предельной глубины, при которой l_Q ≅ l_R, при этом несущую способность пласта полезного ископаемого принимают больше веса столба пород кровли, находящихся над зоной ослабления пласта и потерявших связь с вышерасположенными породами. Использование предложенного способа позволяет уменьшить процесс вывалообразования в очистном забое при проведении мероприятий по ослаблению краевой зоны пласта, повысить эффективность струговой выемки угля путем выбора оптимального сопротивления крепи, обеспечивающего максимальный отжим угля при неустойчивой непосредственной кровлe. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке пластов полезных ископаемых.

Известен способ управления кровлей в лавах [Кузнецов С.Т. Механизированные крепи очистных забоев и пути их совершенствования.- М.: Недра, 1976], включающий выемку пласта полезного ископаемого лавами, оборудованными механизированными крепями поддерживающего типа, регулирование положения равнодействующей сопротивления секции механизированной крепи путем введения коэффициента призабойных функций, отражающего долю сопротивления переднего и заднего рядов гидростоек в общем сопротивлении секции крепи. Недостатком указанного способа является то, что при определении взаимного расположения равнодействующих внешней активной нагрузки и реакции крепи не учитывается влияние глубины ослабления пласта полезного ископаемого.

Наиболее близким к заявляемому способу по достигаемому результату и физической сущности является способ, описанный в [aвт. cвид. СССР N 1671888, кл. E 21 C 41/18, Бюллетень N 31, 1991]. Недостатком данного способа является то, что не учитывается влияние глубины ослабления пласта полезного ископаемого, что на пластах с неустойчивой непосредственной кровлей при достижении предельной глубины ослабления приводит к потере устойчивости нижних слоев непосредственной кровли.

Задачей заявляемого способа является устранение недостатков известного способа, а именно снижение интенсивности вывалов кровли в призабойном пространстве лав при отработке пластов с неустойчивыми породами кровли.

Поставленная задача достигается тем, что в способе управления кровлей в лавах при отработке пластов с неустойчивыми породами кровли, включающем крепление забоя механизированными крепями поддерживающего типа, выемку угля струговыми установками, ослабление пласта полезного ископаемого впереди забоя лавы, задаются расстоянием l_R от забоя до равнодействующей сопротивления стоек секции крепи, определяют расстояния l_Q от забоя лавы до местоположения равнодействующей внешней активной нагрузки на перекрытие секции крепи при различной глубине ослабления пласта, глубину ослабления пласта полезного ископаемого впереди забоя лавы принимают менее предельной глубины, при которой l_Q ≅ l_R, при этом несущую способность пласта полезного ископаемого принимают больше веса столба пород кровли, находящихся над зоной ослабления пласта и потерявших связь с вышерасположенными породами.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид взаимодействия крепи и ослабленной краевой зоны пласта с непосредственной кровлей, представленной однородными неустойчивыми породами мощностью (5-6)m_пл; на фиг. 2 - вид взаимодействия крепи и ослабленной краевой зоны пласта с непосредственной кровлей мощностью до 3m_пл, над которой залегает прочная основная кровля; на фиг.3 - схема взаимодействия пород кровли и механизированной крепи очистного забоя при смещении равнодействующей внешней нагрузки в сторону забоя лавы: Q - величина внешней активной нагрузки, передающаяся на секцию крепи от веса пород неустойчивой непосредственной кровли; Q₁ - вес пород кровли, находящихся над ослабляемой частью пласта и потерявших связь с вышерасположенными породами; l_Q - расстояние от плоскости забоя до линии приложения равнодействующей внешней активной нагрузки на перекрытия секции крепи при максимальной ширине призабойного пространства; ΣR - величина равнодействующей сопротивления стоек секции крепи; l_R - расстояние от плоскости забоя до линии приложения равнодействующей сопротивления секции крепи при максимальной ширине призабойного пространства; c - глубина ослабления пласта полезного ископаемого; h - мощность пород непосредственной кровли; m_пл - мощность пласта; l₁ - расстояние от груди забоя до первого ряда стоек механизированной крепи при максимальной ширине призабойного пространства;
b - расстояние между рядами стоек крепи;
l_пр - максимальная ширина призабойного пространства лавы;
x - величина зависания пород непосредственной кровли в выработанном пространстве;
ϕ - угол обрушения пород, ϕ =60-70^o.

Равнодействующая внешней активной нагрузки Q в зависимости от конкретных горно-геологических условий может быть приложена практически к любой точке перекрытия секции крепи. Основными факторами, оказывающими влияние на ее положение, являются степень нарушенности пород непосредственной кровли над призабойным пространством лавы, склонность пород кровли к зависанию в выработанном пространстве и мощность пород над призабойным пространством лавы, создающих нагрузку на крепь. От взаимного расположения равнодействующей внешней нагрузки Q и равнодействующей сопротивления крепи ΣR зависит механизм взаимодействия перекрытия крепи и пород кровли.

Местоположение равнодействующей сопротивления стоек секции механизированной крепи относительно плоскости забоя l_R и ее величина ΣR определяются формулами
l_R=l₁+b/2; (1)

Местоположение равнодействующей величины внешней активной нагрузки на перекрытие секции крепи l_Q и ее величина Q определяются в зависимости от типа кровли. В случае если над пластом залегают неустойчивые породы значительной мощности (фиг. 1), то l_Q и Q определяются по формулам
l_Q=1/3(2l_пр-c); (3)
Q = 1/2γ(l_пр+c)²tgϕb_уст, (4)
где b_уст - шаг установки секции крепи по длине лавы.

Если над неустойчивой непосредственной кровлей мощностью h залегает прочная основная кровля (фиг. 2), то l_Q и Q определяются по формулам
l_Q=1/2(l_пр+x-c); (5)
Q = γh(l_пр+c+x)b_уст (6)
В случае, если равнодействующая внешней нагрузки Q прилагается к точке, расположенной на расстоянии от забоя большем, чем точка приложения к перекрытию равнодействующей сопротивления гидростоек ΣR, т.е. l_Q > l_R, то возникает момент сил, стремящиxся развернуть перекрытие с поднятием передней его консоли, что обеспечивает надежный контакт консоли с породами кровли, а следовательно, и надежное поддержание кровли в интервале между забоем и передними стойками крепи.

При проведении мероприятий по ослаблению краевой зоны пласта (например, путем создания разгрузочной щели) или при развитии этого процесса в результате действия сил горного давления точка приложения равнодействующей внешней активной нагрузки Q смещается относительно равнодействующей сопротивления крепи ΣR в сторону забоя лавы, и если l_Q < l_R, возникает момент сил M, стремящиxся развернуть перекрытие с опусканием передней консоли (фиг. 3). В этом случае происходит потеря контакта между перекрытием крепи и кровлей пласта на участке, расположенном между передними стойками крепи и забоем лавы. Размер незакрепленного участка кровли достигает 1,5-2,0 м, что приводит к потере устойчивости нижних слоев кровли и образованию вывалов. При возникновении таких ситуаций вывалы пород могут развиваться на высоту, равную мощности пород непосредственной кровли (на пластах с кровлями II типа по классификации бВУГИ, фиг. 2), а для пластов с кровлями I типа (фиг. 1) достигать 5-6 мощностей пласта и более.

Сущность заявляемого способа заключается во взаимной увязке параметров ослабления краевой зоны пласта и силовых параметров крепи, при которых равнодействующая внешней активной нагрузки будет расположена на расстоянии от забоя, большем, чем расстояние от забоя до равнодействующей сопротивления крепи.

Пример выполнения способа. Лава отрабатывает пласт i₂¹ мощностью 1,1 м, кровля представлена неустойчивым аргиллитом мощностью 6-8 м, выше залегает песчаник. Выемка угля производится струговой установкой CO-75, механизированная крепь М-88С.

По классификации бВУГИ кровля относится к I типу (см. фиг. 1). По формуле (3) определяем расстояния от забоя лавы до местоположения равнодействующей внешней активной нагрузки на перекрытие секции крепи при различной глубине ослабления пласта (см. таблицу).

В соответствии с технической характеристикой крепи расстояние между стойками b=1,1 м, расстояние от забоя до первого ряда крепи по паспорту крепления лавы принято l₁=2,1 м, откуда по формуле (1) получаем l_R = 2,65 м.

Таким образом, в данных горно-геологических условиях для принятого типа крепи ослабление пласта не должно превышать глубину 0,4 м.

При этом ослабление пласта производят до величины, при которой его несущая способность в ослабленной зоне превышает вес пород кровли Q₁ над ослабленной зоной: Q₁=0,55 т на 1 м длины лавы.

Использование предложенного способа позволяет:
1. Уменьшить процесс вывалообразования в очистном забое при проведении мероприятий по ослаблению краевой зоны пласта.

2. Повысить эффективность струговой выемки угля путем выбора оптимального сопротивления крепи, обеспечивающего максимальный отжим угля при неустойчивой непосредственной кровле.

Формула изобретения

Способ управления кровлей в лавах при обработке пластов с неустойчивыми породами кровли, включающий крепление забоя механизированными крепями поддерживающего типа, выемку угля струговыми установками, ослабление пласта полезного ископаемого впереди забоя лавы, отличающийся тем, что задаются расстоянием 1_R от забоя до равнодействующей сопротивления стоек секции крепи, определяют расстояния 1_Q от забоя до равнодействующей сопротивления стоек секции крепи, определяют расстояния 1_Q от забоя лавы до местоположения равнодействующей внешней активной нагрузки на перекрытие секции крепи при различной глубине ослабления пласта, глубину ослабления пласта полезного ископаемого впереди забоя принимают менее предельной глубины, при которой 1_Q ≅ 1_R, при этом несущую способность пласта полезного ископаемого принимают больше веса столба пород кровли, находящихся над зоной ослабления пласта и потерявших связь с вышерасположенными породами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4