Способ управления кровлей

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 С 41/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

OllHCAHVIE ИЗОБРКтКНИЫ.

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4896138/03 (22) 11.09.90 (46) 23.11.92, Бюл. М 43 (71) Институт горного дела им. А.А. Скочинского (72) Е.И. Микляев и Ю.Е, Микляев (73) Институт горного дела им. А.А. Скочинского (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1257220, кл. Е 21 С 41/18, 1984, Авторское свидетельство СССР

N -972097, кл. Е 21 С 41/18, 1984. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ (57) Использование: изобретение относится к оборудованию для подземной разработки полезных ископаемых и позволяет управИзобретение 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 являет„„5U„„1777622 А3 лять отжимом угля по всей мощности пласта, 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 и, полученная шахтными исследованиями. 2 ил.

C ся 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 О высоты, а высоту полости принимают не более минимальной величины сближения Я кровли и почвы пласта.

Однако прототип имеет следующие существенные недостатки. 6д

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, 1777622 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 ммlп.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 ат 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

Р— тс/м, которые позволяют из14400 . 2 менить форму, величину и месторасположение максимума эпюры опорного давления в краевой части пласта, где Н = 240-70 мм— критическая величина опускания основной кравли(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 Mnn), 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| о-дефармиру-, емаго состоянию краевой части пласта и парадиз аднаасного в объемное. При этом изменяются действие вертикальных и горизонтальных напряжений и их значений. При низком сопротивлении мехкрепи, когда максимум эпюры опорного давления находится вблизи груди забоя (не далее 0,5 Mnn), главной действующей силой разрушения угля и пород ABIISIGTGA вертикальная составляющая, а форма напряженнога состояния— однааснай. 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 мехкре5 пи, когда максимум опорного давления уходит от груди забоя (4-6 Mnn), развивается постоянное по величине и объемное по форме опорное давление. В этом случае главной составляющей опорного давления, обеспе10 чивающей отжим (выдавливание) угля и повышение устойчивости пород кровли, почвы является гаризонтал ьная составляющая объемного напряженного состояния пласта и пород. Это подтверждается проявлением

15 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.

20 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, а не на крепь, чем и исключается разрушение элементов крепи, кровли и проявляется вышеназванный управляемый эффект, На фиг, 1 и 2 представлены ситуации, характеризующие однаоснае и объемное

30 напряженное состояние краевой части пласта и боковых пород.

Из фиг. 1 видно, чта в зоне эпюры максимума опорного давления формируется область А сжатия угольного пласта, где и

35 начинается процесс отжима угля. Меньшая величина опускания кровли в призабайнам пространстве, чем s зоне сжатия открывает выход для угля из массива под воздействием горизонтальной составляющей. Принцип

40 мясорубки, Из фиг. 2 видно, чта при аднаасном напряженном состоянии происходит "заклинивание" сколов угля из-за больших величин опускания кровли по закону пря5 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 расчетным сопротивлением был апробирован в условиях шахт Восточного Донбасса: п/о

Гуковуголь — шахта имени 50-летия Октября и и/а 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

Мпл., м

Н,мм

Р, тс/м

0,5

1,0

3,0

120

4,0

145

5,0

160

6,0

205 сопротивляемости угля резанию по глубине, видимым отжимом угля.

Основные результаты эксперимента по шахте имени 50-летия Октября в опытной лаве М 105 следующие: зона отжима превышает мощность пласта, снижение сопротивляемости 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 раэ.

В результате длительных, специальных исследований была получена эмпирическая зависимость рационального сопротивления крепи Р = „, тс/м и критические

14400 г 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 приведены в приложениях ЬЬ 1 и 2:

Эксперименты полностью подтвердили теоретические выкладки предлагаемого способа.

В настоящее время проходит испытания струговый комплекс КМПС в условиях и/о "Ровенькиантрацит", в котором используется эффект предлагаемого способа с сопротивлением 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: КМ103, КМТ, УКП, КМ142, т. е, в диапазоне пластов от 0,7 (KM103) до 5,0 м (УКП5, КМ142).

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 крепи новыми 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 рабочих при обслуживании комплексов, повышение комфортных условий труда и достижение высоких технико-экономических показателей.

IФормула изобретения

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 всей мощности пласта, распором секций, крепи повышают ее сопротивление до

Р Н, тс/м, где Н вЂ” критическая

14400 2 величина 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 со40 здают в краевой части пласта объемное напряженное состояние.

17Т7622

Составитель B.Tû÷èíà

Редактор Т.Кузнецова Техред ММоргентал . Корректор Н.Милюкова

Заказ 4132 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101