Способ управления кровлей Советский патент 1992 года по МПК E21C41/18 

Изобретение 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 пласта, сущность которого состоит в изменении формы линии забоя от выпуклой до вогнутой.

Но этим нельзя достичь управления самым напряженным состоянием для его использования - отжим угля, предотвращение вывалов кровли, выбросов угля и газа и т. д., и, кроме того, данный способ практически неосуществим, т. к. базой комплекса является конвейер, который в плоскости пласта допускает изгиб в пределах 2-3°. При больших углах изгиба конвейера наступает заклинивание секций крепи, разрыв става рештаков.

Наиболее близким техническим решением является способ управления кровли в лавах, заключающийся в образовании в пласте опережающей полости определенной высоты, а высоту полости принимают не более минимальной величины сближения кровли и почвы пласта.

Однако прототип имеет следующие существенные недостатки.

С точки зрения напряженно-деформируемого состояния краевой части пласта и пород никаких изменений после образования полости не происходит, т к опорное давление просто перемещается от груди забоя вперед на глубину сделанной полости.

сл

с

XI

о го ю

ы

т, 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 величина опускания кровли у забоя не превышает 40-50 мм/п.м. ширины пространства.

Итак, прототип не имеет решений по управлению опорным давлением в очистном забое для повышения эффективности отработки пласта.

Целью предлагаемого способа является управление отжимом угля по всей мощности пласта, повышение устойчивости нижних слоев кровли и почвы, защита крепи от разрушения динамикой горного давления в краевой части пласта путем направленного изменения величины энергии опорного давления.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления горным давлением в очистном забое с помощью механизированной крепи, силовые параметры последней задаются согласно зависимости 14400 Л 2

Р -.

Н

тс/м , которые позволяют изменить форму, величину и месторасположение максимума эпюры опорного давления в краевой части пласта, где Н 240-70 мм - критическая величина опускания основной кровли (мм), полученная для каждого диапазона мощности пласта от 0,5 до 6,0 м фактическими шахтными замерами.

При этом максимум эпюры опорного 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 напряженно-деформируемого состояний краевой части пласта и пород из одноосного в обьемное. При этом изменяются действие вертикальных и горизонтальных напряжений и их значений. При низком сопротивлении мехкрели, когда максимум эпюры опорного давления находится вблизи груди забоя (не далее 0,5 МПл), 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 обьемное по форме опорное давление. В этом случае главной составляющей опорного давления, обеспе0 чивающей отжим (выдавливание) угля и повышение устойчивости пород кровли, почвы является горизонтальная составляющая объемного напряженного состояния пласта и пород. Это подтверждается проявлением

5 отжима угля по всей мощности пласта (а не клинообразный скол, как в первом случае) и сжатием пород параллельно напластованию (а не их выбросам), чем и повышается их устойчивость.

0 Перемещение максимума эпюры опорного давления вглубь от груди забоя объясняется увеличением глубины заделки более мощной балки кровли, которая при своем воздействии передает энергию на пласт, а

5 не на крепь, чем и исключается разрушение элементов крепи, кровли и проявляется вышеназванный управляемый эффект,

На фиг. 1 и 2 представлены ситуации, характеризующие одноосное и объемное

Q 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

5 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

Q мясорубки.

Из фиг. 2 видно, что при одноосном напряженном состоянии происходит заклинивание сколов угля из-за больших величин опускания кровли по закону пряс мой 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 расчет0 ным сопротивлением был опробирован в условиях шахт Восточного Донбасса: п/о Гуковуголь - шахта имени 50-летия Октября и п/о Свердловантрацйт - 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.

5

сопротивляемости угля резанию по глубине, видимым отжимом угля.

Основные результаты эксперимента по шахте имени 50-летия Октября в опытной лаве N 105 следующие: зона отжима превышает мощность пласта, снижение сопротив- ляемости угля в среднем по пласту составило 2,5-3,0 раза, а в зоне работы струга - в 10-15 раз, вывалы породы уменьшились в 80 раз, деформация элементов крепи снизилась в 35 раз.

В результате длительных, специальных исследований была получена эмпирическая зависимость рационального сопротивления

крепи -- -

тс/м и критические

значения смещения основной кровли по устойчивости для различных мощностей пласта (см. таблицу), при которых проявляется предлагаемый способ.

Опытная проверка предлагаемого способа в условиях шахты Наклонная позволила вести отбойку угля только за счет отжима и успешно управлять кровлей.

Подобные результаты опытной проверки способа и опытной эксплуатации его при- ведены в приложениях № 1 и 2.- Эксперименты полностью подтвердили теоретические выкладки предлагаемого способа.

В настоящее время проходит испытания струговый комплекс КМПС в условиях п/о Ровенькиантрацит, в котором используется эффект предлагаемого способа с со- противлением крепи 100 тс/м , что соответствует расчетному для конкретных условий.

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 (УКП5. КМ 142).

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого Способа... являются: -отсутствие дополнительных технологических процессов по креплению и управлению кровлей с целью повышения

0 эффективности отработки пласта;

- наделение механизированной крепи новыми функциями по управлению величиной напряженно-деформируемого состояния краевой части пласта с целью

5 управления отжимом угля, удержанием слабой кровли и т. д.;

-резкое снижение травматизма рабочих при обслуживании комплексов, повышение комфортных условий труда и достижение

0 высоких технико-экономических показателей.

Формула изобретения Способ управления кровлей, включаю5 Щий поддержание кровли в призабойном пространстве секционной крепью, разгрузку ее, передвижку, распор секции крепи, обрушение кровли после выемки полосы угля, отличающийся тем, что, с целью

0 управления отжимом угля в забое по всей мощности пласта, распором секций крепи повышают ее сопротивление до

тс/м2,

D 14400 кН

где Н - критическая

величина опускания основной кровли по фактору устойчивости обнажения, изменяющаяся в диапазоне мощности пластов 0,5 - 6,0 м соответственно от 240 до 70 мм на границе призабойного пространства, и создают в краевой части пласта объемное напряженное состояние.

Ос но&ная кройля

f

Использование: изобретение относится к оборудованию для подземной разработки полезных ископаемых и позволяет управ лять отжимом угля по всей мощности пла-: ста, повысить устойчивость нижних слоев кровли и почвы, защитить крепь от разрушения динамической горного давления в краевой части пласта путем направленного изменения величины энергии опорного давления. Сущность изобретения: силовые параметры механизированной крепи задаются согласно зависимости Р 14400 Н, тс/м2, которые позволяют изменить форму, величину и месторасположение максимума эпюры опорного давления в краевой части пласта, где Н 240 - 70 мм - критическая величина опускания основной кровли для пластов мощностью от 0,5 до 0,6 м. полученная шахтными исследованиями. 2 ил

-М-5/Мм.

оЈМы

(puz.i

фс/г. 2