Горное дело
Д.т.н. Клишин Н.К., аспирант Касьян
С.И., аспирант Кизияров О.Л.
Донбасский государственный
технический университет, Украина
Деформации кровли в
лавах на шахтах Донбасса
Упрочнение горных пород является
эффективным мероприятием предотвращения вывалов из кровли в очистных,
подготовительных выработках и, особенно, на их сопряжениях. Это связано с
нарушенностью угольного пласта, пород за длительный период после проведения
выработки и с дополнительным воздействием повышенного горного давления впереди
лавы.
Деформации
поверхности кровли в лавах, возникающие при ее опускании в призабойном
пространстве исследованы в зоне влияния выемки угля комбайном на концевых и
протяженных участках лав [1, 2]. Не изучено деформирование кровли при выемке
угля в нишах у вентиляционных выработок.
Целью настоящей работы является
установление закономерностей деформирования кровли в лавах для обоснования
параметров технологии упрочнения кровли в лавах и, особенно, на их сопряжениях
с выработками.
Объектом исследования являются
геомеханические процессы в кровле очистной выработки. Предметом исследования
является деформации поверхности кровли в лаве.
Для достижения цели решены следующие
задачи: проведены шахтные исследования деформирования кровли на протяжённых и
концевых участках лав; исследовано влияние геологических факторов на
деформирование кровли на концевых и протяженных участках лав под влиянием
выемки угля комбайном и выемки угля в нише отбойными молотками.
В работе для исследования деформаций
кровли использован натурный и аналитический методы исследования.
Исследования проводились в 9 лавах оборудованными современными
механизированными комплексами МКД-80, МКД -90 со скоростью подвигания 3 - 4 м в
сутки, и на 7 сопряжениях с вентиляционными выработками при
выемки угля в нишах отбойными молотками. Были отобраны три основных влияющих
фактора: мощность пласта (m), глубина разработки (H)
и прочность пород непосредственной кровли на сжатие (σсж).
Деформации кровли измеряли следующим образом: замерные
станции, представляющие собой измерительные стойки СУИ – 2 с индикаторными
головками, установленные между реперами, заделанными в кровлю пласта устанавливали
в нижней и верхней нишах, а также в средней части лавы. Деформации измеряли параллельно и
перпендикулярно линии очистного забоя на разных расстояниях от него. Прочность
пород в лаве измеряли прибором ППЭИ.
На рисунке 1 представлены результаты
измерения деформаций кровли в верхней нише 7 западной уклонной лавы шахты XIX Партсъезда, где L – расстояние от места выемки угля в нише до замерной станции.
Рисунок 1 – График изменения
относительных деформаций в верхней нише 7 западной уклонной лавы пласта l1
Деформации кровли перпендикулярно забою лавы при
выемке угля отбойными молотками растягивающие и увеличиваются при приближении
места выемки угля к замерной станции. Деформации кровли параллельно забою лавы сжимающие и возникают уже после снятия полосы угля на 0,3
м. Растягивающие деформации 0,02·10-3 возникли после углубления ниши на 0,6 м, а по мере удаления выемки угля от
замерной станции снова возникли сжимающие деформации.
Результаты замеров деформации кровли в верхних нишах
обработаны с помощью программы «Excel» в режиме
«Регрессия». В связи с тем, что деформации кровли в нишах были сжимающие и
растягивающие, рассмотрены два массива данных, включающие: конечные деформации за
весь период наблюдения; раздельно растягивающие и сжимающие. Результаты
обработки данных приведены в таблице 1, где ε1,
ε2 – конечные деформации
перпендикулярные и параллельные очистному забою, соответственно; ε6
– сжимающие деформации параллельные очистному забою.
Таблица 1 – Уравнения регрессий для расчета деформаций на сопряжении
лав с вентиляционными выработками
|
№ п/п |
Уравнение |
R |
R2 |
F |
α |
|
1 |
ε1= (0.0346 ·
18.8554m · 0.9507σ) ·10-3 |
--- |
0.881 |
14.8 > 6.94 |
--- |
|
2 |
ε2 = (- 0.0245 +
0.0003 · H - 0.002 · σ) ·10-3 |
0.883 |
0.78 |
7.07 > 6.94 |
0.0486 |
|
3 |
ε6 = (- 0.0133 +
0.0003 · H - 0.0023 · σ) ·10-3 |
0.886 |
0.785 |
7.28 > 6.94 |
0.0464 |
При измерении деформаций кровли на протяженных
участках лав фиксировали показания приборов в зависимости от расстояния места
выемки угля комбайном до замерной станции. Полученные уравнения множественных
регрессий, для расчета деформаций кровли перпендикулярно лаве на участках 30 м (ε1)
и 5 м (ε2) впереди комбайна и параллельно лаве на участке 5 м
впереди и 10 м позади места выемки угля (ε3) приведены
в таблице 2.
Таблица 2 – Уравнения регрессий для расчета деформаций на протяжённых участках лав
|
№ п/п |
Уравнение |
R |
R2 |
F |
a |
Участки |
|
1 |
ε1 = (- 0.0055 · σ + 0.00092 · Н)
·10-3 |
0.94 |
0.88 |
18.4 |
0.0096 |
-30 - 0 |
|
2 |
ε2 = (- 0.0056 · σ + 0.00093 · Н) ·10-3 |
0.92 |
0.85 |
14.33 |
0.015 |
-5
- 0 |
|
3 |
ε3 = (0.56 – 0.0048
· σ – 0.0005 · Н) ·10-3 |
0.93 |
0.86 |
9.28 |
0.052 |
-5 -
+10 |
Для расчета деформаций кровли на концевых участках лав под влиянием выемки угля комбайном получены уравнения (таблица 3) перпендикулярно (ε^) и параллельно (ε||) забою лавы.
Таблица 3 – Уравнения регрессий для расчета деформаций на концевых участках лав
|
№ п/п |
Уравнение |
R |
R2 |
F |
a |
Участки |
|
1 |
ε^= (- 0.298 + 0.001 · G + 0.19 · m + 0.0001 · H) ·10-3 |
0.959 |
0.919 |
26.45 |
0.00034 |
-5 - 0 |
|
2 |
ε^ = (- 0.21 + 0.198 · m) ·10-3 |
0.92 |
0.846 |
49.58 |
0.00006 |
-5 - 0 |
|
3 |
ε|| = (- 0.85 + 0.78 · m) ·10-3 |
0.586 |
0.343 |
4.71 |
0.058 |
-5 - 0 |
Выводы.
1. Относительные деформации кровли составили:
– на сопряжениях с вентиляционными выработками
при выемке угля в нишах отбойными молотками:
ε^=(0.021 – 0.252) ·10-3; ε|| =(0.019 – 0.171) ·10-3;
– на протяжённых участках лав:
впереди комбайна ε^=(0.001 – 0.51) ·10-3; ε||=(0.001
– 0.025) ·10-3;
позади комбайна ε^=(0.001 – 1.51) ·10-3; ε|| =(0.01 – 0.15) ·10-3;
– на концевых участках лав под влиянием выемки
угля комбайном:
при приближении комбайна ε^=(0.0001 – 0.16) ·10-3;
ε|| =(0.0001 – 0.24) ·10-3;
при удалении комбайна ε^=(0.0001 – 0.33) ·10-3; ε|| =(0.0001 – 0.65) ·10-3.
2. Влияющими факторами на деформации перпендикулярно забою являются: на
сопряжениях с вентиляционными выработками при выемке угля в нишах отбойными
молотками мощность пласта и прочность пород на сжатие; на протяжённых участках
лав глубина разработки и прочность пород на сжатие; на концевых участках лав
под влиянием выемки угля комбайном мощность пласта.
3. Влияющими факторами на деформации параллельно забою являются глубина
разработки и прочность пород на сжатие на сопряжениях с
вентиляционными выработками при выемке угля в нишах отбойными молотками
и на протяжённых участках лав; на концевых участках лав под влиянием выемки
угля комбайном мощность пласта.
4. Размеры зон влияния очистной выемки на протяженных
участках составляют 5 – 30 м и зависят от предела прочности кровли на сжатие.
5. На участках сопряжений лавы с вентиляционной выработкой наблюдается неравномерность направленности деформаций, но перпендикулярно лаве преобладают растягивающие деформации, параллельно – сжимающие; на концевых участках лав под влиянием выемки угля комбайном преобладают сжимающие деформации; на протяжённых – растягивающие.
Литература:
1. Клишин Н.К., Пятаченко А.А., Герасько
О.А., Леончук Г.М. Исследование деформаций кровли в
лавах / Сб. науч. тр. ДГМИ
/ Алчевск. – 2000. – Вып. 15. – с. 93 – 99.
2. Н.К. Клишин, К.З. Склепович, С.И. Касьян, О.Л.
Кизияров. Деформации кровли в лавах. // Уголь Украины. – 2004. – №1. – С. 16 – 18.