Е.А. Бобер Подземная разработка пластовых месторождений. Методические указания по лабораторным занятиям для студентов, обучающихся по направлению 550600 (часть 2)

20

Рис.2.5. Секция крепи комплекса ОКП70

Линейная секция имеет основание 1, перекрытие 8, поддерживающий козырек 4, гидростойку 7. Перекрытие с основанием связано траверсами 9 и 11. На гидростойке смонтирован гидрозамок 10. Гидродомкрат 12 двустороннего действия предназначен для передвижки секций крепи и конвейера. Между верхними частями оградительных перекрытий соседних секций расположены домкраты 5 выравнивания секций с гидрозамками 6. Они служат для обеспечения боковой устойчивости крепи. Каждая секция имеет блок управления в передней части основания 2 с отсекателем 3.

Передвижка секции состоит из следующих операций: разгрузка секции из - под давления, подтягивание ее гидродомкратом к конвейеру, распор.

У крепей поддерживающе-оградительного типа превалирует под-

держивающий элемент (Lп>Lог). Крепи этого типа (МК 75, М130, М138, М142, М144, М144, М171, МК500, МК700/800 и др.) находят применение при разработке пологих пластов различной мощности как с легкообрушающимися , так и устойчивыми кровлями. Линейная секция этих крепей включает в себя не менее двух гидростоек, конструкция ее позволяет иметь большее, по сравнению с секцией оградительно - поддерживающей крепи, рабочее пространство очистного забоя и обеспечивать свободный проход людей.

21

Крепь М138/4 (рис.2.6) относится к крепям поддерживающеоградительного типа третьего поколения. Крепь агрегатированная состоит из четырехстоечных секций, предназначена для тяжелых кровель до неустойчивых включительно.

Рис.2.6. Секция крепи М138/4

Линейная секция состоит из перекрытия 2 с козырьком 1, прижимаемым к кровле гидродомкратом, гидростоек 3 и 4 ( по две в каждом ряду), опирающихся на основание 7, с которым с помощью траверс 6 соединяется ограждение 5. Передвижку конвейера и секций крепи осуществляют гидродомкратом двойного действия.

Крепь М138/4 является составной частью комплекса КМ138. В состав этого комплекса могут входить также четырехстоечные секции крепи 3М138И и двухстоечные секции крепи М138/2.

Крепи оградительного типа выполняют функции ограждения призабойного пространства очистного забоя от проникновения в него обрушенных пород. Они не имеют поддерживающих элементов (Ln=0). К таким крепям относится крепь КТУ, применявшаяся в Кузбассе при выемке пологих мощных пластов (6-10м). Крепи этого типа распространения не получили.

Механизированные крепи по конструктивным особенностям, силовым параметрам, взаимодействию с породами кровли, степени унифи-

22

цированности, принципам управления ими и другим харктеристикам подразделяются на крепи первого, второго и третьего поколений.

Механизированные крепи первого поколения (ОМКТ, М81, М87, МК, МК97 и др.) создавались на основе опыта применения индивидуальной металлической крепи. Их основные недостатки: ограниченная область применения по мощности пласта; низкая работоспособность при наличии неустойчивых пород; передвижка крепи без остаточного подпора; отсутствие передних управляемых консолей; незащищенность призабойного пространства от проникновения под крепь обрушенных пород; неустойчивость при углах падения пласта более 18° ; отсутствие приспособлений от сползания в сторону падения; недостаточное сопротивление для противодействия ударным нагрузкам при тяжелых кровлях; фиксированный начальный распор и др.

На основе опыта эксплуатации крепей первого поколения были созданы крепи второго поколения (М103, КД80, МК98, М130, ОКП70 и др.). Особенностями этих крепей являются: высокие сопротивления и первоначальный распор; подпор при передвижке секций; повышенная устойчивость, небольшие площади обнажения кровли; активно управляемая консоль перекрытия с высоким сопротивлением; высокая скорость крепления; эффективная защита призабойного пространства от проникновения обрушенных пород и др.

На основании комплексных исследований с механизированными крепями второго поколения созданы унифицированные системы механизированных крепей третьего поколения с дистанционным и автоматизированным управлением. К ним относятся поддерживающеоградительные крепи, технические характеристики которых приведены в табл. 2.1.

Основным направлением развития механизированных крепей является создание крепей четвертого поколения с более рациональными конструктивными решениями, обусловливающими повышение эффективности их применения.

Все механизированные крепи по структурной схеме разделяют на комплектные и агрегатированные.

Комплектная крепь – совокупность двух или трех секций, связанных кинематически и гидродомкратами передвижения. Связь с забойным конвейером отсутствует. Они обладают высокой маневренностью, но практически исключают автоматизацию их работы (МК98, 1МКС и др.).

23

Агрегатированная крепь состоит из секций, имеющих кинематические связи друг с другом по всей длине очистного забоя, обеспечивающие взаимодействие секций при их передвижке. Возможна автоматизация ее работы. Большинство механизированных крепей является агрегатированными (М87, МТ, ОКП, М130, М138, МК500, МК700/800,

М142, М144, 171 и др.).

По схеме передвижения всей крепи механизированного комплекса различают крепи фронтального и фланговых типов. В первом случае крепь перемещается непрерывно или циклически по всему фронту забоя, во втором - волнообразно с фланга.

По последовательности передвижения линейных секций различают механизированные крепи с последовательной, шахматной и групповой диагональной схемами передвижения.

Наиболее распространена последовательная передвижка секций в процессе выемки угля. Ее рекомендуют применять при неустойчивых породах кровли. Шахматную передвижку секций применяют при устойчивых кровлях, групповую диагональную – при струговой выемке.

При передвижении секций крепи может допускаться потеря контакта поддерживающего элемента с кровлей (при устойчивых породах). При неустойчивых кровлях секции следует передвигать с некоторым остаточным подпором.

На выбор типа механизированной крепи оказывают влияние следующие факторы: состав и свойства боковых пород, мощность пласта и ее колебания, угол падения и нарушенность пласта.

При выборе механизированной крепи необходимо учитывать характеристику основной кровли. Различают две подгруппы:

-легкоуправляемую, не дающую вторичных осадков. Такая кровля характеризуется наличием непосредственной кровли, состоящей из легкообрушаемых пород, мощностью более трехкратной мощности пласта, создающей условия для прогиба основной кровли;

-труднообрушаемую, характеризующуюся наличием непосредственной кровли, состоящей из легкообрушающихся пород мощностью менее четырехкратной мощности пласта.

Выбор типа крепи осуществляют на основе анализа их технических характеристик, с учетом горно-геологических условий залегания угольных пластов (см. табл. 2.1.)

Типоразмер крепи (ее минимальная и максимальная высота) зависит от минимальной и максимальной мощности пласта в пределах вы-

24

Техническая характеристика механизированных

	Ти-	Выни-	Угол	Харак-				Шаг
Крепь	по-	маемая	паде-	теристика	Габариты секции, м			уста-
(комп-	раз-	мощ-	ния,	непосред-				новки
лекс)	мер	ность	град	ственной				секций,
		пласта,м		кровли				м
					высота	длина	ши-
							рина
3М138И	I	1,4-2,1	0-30	Любая	1,0-2,2	5,2	1,4	1,5
(КМ138)	II	1,5-2,4	0-30	То же	1,1-2,5	5,3	1,4	1,5
	III	1,6-2,6	0-30	“-“	1,3-2,7	5,4	1,4	1,5
	IV	1,8-3,0	0-30	“-“	1,3-3,1	5,4	1,4	1,5
М138/2	I	1,2-1,6	0-30	Легкая,	0,9-1,7	5,2	1,4	1,5
(КМ138)	II	1,4-2,1	0-30	до неус-	1,1-2,2	5,2	1,4	1,5
	II	1,6-2,1	0-30	тойчивой	1,2-2,7	5,5	1,4	1,5
М138/4	I	1,4-2,0	0-30	Любая	1,0-2,2	5,3	1,4	1,5
(КМ138)	II	1,5-2,6	0-30	То же	1,2-2,8	5,5	1,4	1,5
	III	1,7-2,8	0-30	“-“	1,3-3,0	5,5	1,4	1,5
	IV	1,8-3,0	0-30	“-“	1,4-3,1	5,5	1,4	1,5
МК500	I	1,3-2,5	0-30	Трудно-	1,0-2,5	-	1,4	1,5
(КМК500)				управ-
				ляемая
МК700	I	1,3-2,5	0-30	Трудно-	1,0-2,6	-	1,4	1,5
(КМК700)	II	1,7-3,1	0-30	управ-	1,5-3,2	-	1,4	1,5
				ляемая
М142	I	2,0-3,5	0-35	До неус-	-	5,0	1,4	1,5
(КМ142)				той-
				чивой
	II	3,0-5,0	0-18	То же	-	5,0	1,4	1,5
М144	I	2,0-3,2	0-18	Средней	-		1,4	1,5
(КМ144)				устой-
				чивости
	II	2,5-4,5	0-18	То же	-		1,4	1,5
	III	3,6-5,5	0-18	“-“	-		1,4	1,5
М171	I	2,0-3,5	0-30	Средней	1,6-3,5	5,0	1,4	1,5
(КМ171)				устой-
				чивости
	II	2,4-4,2	0-30	То же	2,0-4,3	5,0	1,4	1,5
	III	3,0-4,5	0-10	“-“	2,6-4,8	5,0	1,4	1,5
	IV	3,6-5,5	0-10	“-“	3,0-5,8	5,0	1,4	1,5

25

		крепей третьего поколения					Таблица 2.1
Шаг	Коли-	Длина	Скорость	Сопро-	Коэф.	Тип	Тип кон-
пере-	чество	лавы ,	крепления	тивле-	затяж-	комбай-	вейера
движки	гидро-	м	забоя,	ние	ки	на
секций,	стоек		м/мин	крепи,	кров-
м				кН/м2	ли
0,8	4	200	4,0	900	0,9	К300	СПЦ271
0,8	4	200	4,0	900	0,9	К500	СПЦ271
0,8	4	200	4,0	900	0,9	К500	СПЦ271
0,8	4	200	4,0	900	0,9	К500	СПЦ271
0,8	2	200	4,0	600	0,9	К300	СПЦ271
0,8	2	200	4,0	600	0,9	К300	СПЦ271
0,8	2	200	4,0	600	0,9	К500	СПЦ271
0,8	4	200	4,0	900	0,9	К300	СПЦ271
0,8	4	200	4,0	900	0,9	К500	СПЦ271
0,8	4	200	4,0	900	0,9	К500	СПЦ271
0,8	4	200	4,0	550	0,9	К500	СПЦ271
0,63	2	200	4,0	500	0,9	К500	СПЦ271
0,8	2	250	4,0	700	0,9	К500	СПЦ271
0,8	2	250	4,0	800	0,9	К500	СПЦ271
0,78	4	150	4,0	1200	0,92	К500	СПЦ271
0,78	4	150	4,0	1200	0,92	К700	СПЦ271
0,8	3	200	4,0	700	0,92	К500	СПЦ271
0,63	3	200	4,0	750	0,92	1КШЭ	СПЦ271
0,63	3	150	4,0	800	0,92	К700	СПЦ271
0,8	2	200	-	840	0,9	К800	СПЦ271
0,7	2	200	-	860	0,9	К800	СПЦ271
0,8	2	200	-	870	0,9	К800	СПЦ271
0,7	2	200	-	880	0,9	К800	СПЦ271

26

нимаемого столба, опускания кровли по переднему и заднему рядам гидростоек крепи и запаса их раздвиженности для разгрузки.

Минимальную высоту крепи при наибольшем удалении последнего ряда гидростойки от забоя на участке с минимальной мощностью определяют по формуле

Hmin = mmin – h3 - hp ,

где mmin – минимальная мощность пласта, мм; h3- опускание кровли по заднему ряду гидростойки крепи, мм; hp- запас раздвиженности гидростойки крепи, мм.

Максимальная высота крепи

Hmax= mmax - hn ,

где mmax- максимальная мощность пласта, мм; hn- опускание кровли по переднему ряду гидростоек крепи при наименьшем удалении его от забоя, мм.

Запас раздвиженности рекомендуют принимать для пластов средней мощности не менее 40 мм.

Принимают крепь, у которой минимальная высота больше расчетной. Типоразмер крепи можно принять также на основе анализа параметров крепи (см. табл. 2.1).

Пример. На шахте разрабатывается пласт с углом падения 22° , мощность которого по длине выемочного столба изменяется в пределах 1,8 – 2,1 м. Кровля представлена породами средней устойчивости. Выбрать тип и типоразмер механизированной крепи.

Анализируя условия применения различных типов крепи (см. табл. 2.1.) для отработки выемочного столба принимаем крепь 3М138/4 второго типоразмера. В качестве выемочной машины можно принять комбайн К300, а для доставки угля в забое – конвейер СПЦ271.

Порядок выполнения работы

1. В учебной лаборатории изучаются с использованием натурных образцов, плакатов, слайдов различные виды крепей очистных выработок.

27

По условиям индивидуального задания принимается решение о выборе типа и типоразмера механизированной крепи.

Контрольные вопросы

1. Что называется крепью очистной выработки?

2.Как классифицируются крепи очистных выработок?

3.Какие функции выполняют призабойная и посадочная крепи?

4.Достоинства гидравлических стоек.

5.Тип механизированных крепей по характеру взаимодействия с боковыми породами.

6.Конструктивная характеристика механизированных крепей.

7.Назовите недостатки механизированных крепей первого поколе-

ния.

8.Особенности механизированных крепей второго и третьего поко-

лений.

9.Назовите схемы передвижения механизированных крепей.

10.Чем обусловлена необходимость передвижки крепи с остаточным подпором?

11. Каковы основные принципы выбора механизированной крепи?

12. Как выбирают типоразмер механизированной крепи?

Лабораторная работа № 3

Управление кровлей в длинных очистных забоях пологих и наклонных пластов

Цель работы: изучение способов и принципов управления кровлей в длинных очистных забоях пологих и наклонных пластов.

Теоретические положения

Способы управления горным давлением. Совокупность меро-

приятий по устранению вредного влияния горного давления и использованию последнего для облегчения добычи полезного ископаемого называют управлением горным давлением (в частном случае – управлением кровлей).

28

Все существующие способы управления горным давлением можно разделить на три группы:

естественное поддержание выработанного пространства целиками угля;

обрушение пород кровли за пределами призабойного пространства; искусственное поддержание кровли в выработанном пространстве

посредством заполнения его пустыми породами.

В практике разработки угольных месторождений известны следующие способы управления кровлей: полное обрушение, частичное обрушение, частичная закладка, полная закладка и плавное опускание. Такие способы управления кровлей, как частичное обрушение, частичная закладка и плавное опускание в настоящее время не применяют. Полная закладка как способ управления кровлей, применяется в ограниченных случаях , отличается значительными затратами.

Классификация пород кровли. На выбор способа управления кровлей оказывают влияние различные факторы. Важнейшим из них является характеристика пород кровли: обрушаемость, устойчивость, слоистость, трещиноватость, петрографический состав и пр. Некоторые из этих характеристик положены в основу классификаций пород кровли.

Кровля пласта состоит из отдельных слоев пород или пачек, разделенных плоскостями напластования. В зависимости от их склонности к обрушению различают ложную, непосредственную и основную кровли.

Под ложной кровлей понимают легкообрушающиеся слои небольшой мощности (до 0,3–0,5 м), залегающие непосредственно над пластом угля. Эти слои обрушаются или одновременно с выемкой угля, или через небольшой промежуток времени после обнажения кровли. Наличие ложной кровли осложняет технологический процесс выемки угля. Иногда с целью предотвращения обрушения ложной кровли в верхней части пласта оставляют пачку угля.

Непосредственная кровля – толща пород, залегающая непосредственно над пластом угля, давление которой в пределах призабойного пространства в основном воспринимается крепью и целиком угля. Она не может держаться в пределах призабойного пространства в течение более или менее продолжительного времени без крепи. После удаления последней толща пород обрушается.

Основная кровля – залегающие над непосредственной кровлей слои пород достаточной мощности, не обрушающиеся одновременно с

29

обрушением непосредственной кровли, давление которых воспринимается целиком угля и обрушенной породой или закладкой. Основная кровля может быть обнажена на большой площади. Она приходит в движение спустя некоторое время после обрушения или оседания непосредственной кровли.

В связи с делением кровли на непосредственную и основную различают первичное и вторичное горное давление. Первичное давление связано с оседанием непосредственной кровли, вторичное – с обрушением основной.

Склонность пород кровли к обрушению зависит от их непосредственного состава и строения. Песчаники и известняки менее склонны к обрушению, они относятся к труднообрушаемым породам, различные сланцы – к легкообрушающимся. При этом слоистость и трещиноватость пород кровли способствуют усилению ее обрушаемости.

Различают также непосредственную и основную почву пласта. Породы, залегающие непосредственно под угольным пластом, называют непосредственной почвой. От ее свойств зависят явление пучения, вдавливание в нее крепи, а на крутом падении – сползание и обрушение. Породы, залегающие ниже непосредственной почвы, называют основной почвой.

Породы кровли по обрушаемости, по классификации б.ВУГИ, делят на четыре класса:

1.В непосредственной кровле залегают легкообрушающиеся породы мощностью не менее 6-,8- кратной мощности разрабатываемого пласта.

2.В непосредственной кровле залегают легкообрушающиеся породы мощностью менее 6-,8- кратной мощности разрабатываемого пласта, в основной же кровле залегают труднообрушающиеся породы, которые обрушаются после обнажения на значительной площади.

3.В непосредственной кровле залегают относительно мощные слои труднообрушающихся пород, не обрушающиеся вслед за выемкой угля и перемещением крепи. Кровля способна сохранять свою устойчивость после обнажения.

4.В непосредственной кровле залегают породы, склонные к плавному прогибу без значительных трещин и разрывов (на пластах мощностью до 1,0 м).