Оценка влияния способов поддержания сопряжения лавы со штреком на характер деформирования подготовительной выработки

Abstract

В работе приведены результаты экспериментальных исследований по установлению влияния различных способов поддержания сопряжения лавы со штреком на его устойчивость и изысканию направлений повышения эффективности охраны подготовительных выработок. Проведена сравнительная оценка эффективности применения податливых (бутовые полосы) и жестких (полосы из железобетонных блоков) охранных конструкций в условиях отработки пласта т3 на шахте «Чайкино» ГП «Макеевуголь». Установлены дифференцированные зависимости смещений кровли и почвы подготовительной выработки от расстояния до очистного забоя. Доказано, что при применении бутовых полос напряжения в надработанной почве угольного пласта распределяются по значительной ширине, что снижает пучение почвы подготовительной выработки, однако, в результате высокой податливости охранной конструкции, интенсифицируется опускание кровли подготовительной выработки; кроме того, бутовая полоса не выполняет функции обрезной крепи, что увеличивает нагрузку на рамную крепь и не позволяет стабилизироваться смещениям контура подготовительной выработки в течение длительного времени. При поддержании сопряжения с лавой железобетонными тумбами, за счет высокой жесткости охранной конструкции снижается опускание кровли подготовительной выработки. Однако расположение более жесткой и узкой части охранной конструкции (железобетонных тумб) со стороны подготовительной выработки не дает полосе работать в качестве обрезной крепи, способствует концентрации напряжений в надработанной почве угольного пласта и, тем самым, интенсифицирует пучение почвы штрека. Тем не менее, при поддержании сопряжения с лавой железобетонными тумбами общая вертикальная конвергенция штрека снижается, в среднем, на 15-20 % по сравнению с поддержанием сопряжения бутовыми полосами. Следовательно, требуется разработка принципиально нового способа сооружения жесткой охранной конструкции на сопряжении подготовительной выработки с лавой, который бы отличался простотой и позволял бы возводить полосу под самую подработанную кровлюугольного пласта с минимальным отставанием от линии забоя лавы (не более 3-4 м).

У роботі наведені результати експериментальних досліджень по встановленню впливу різних способів підтримання сполучення лави зі штреком на його стійкість і вишукування напрямків підвищення ефективності охорони підготовчих виробок. Проведена порівняльна оцінка ефективності застосування податливих (бутові смуги) і жорстких (смуги із залізобетонних блоків) охоронних конструкцій в умовах відпрацювання пласта m3 на шахті «Чайкіно» ДП «Макіїввугілля». Встановлено диференційовані залежності зміщень покрівлі та підошви підготовчої виробки від відстані до очисного вибою. Доведено, що при застосуванні бутових смуг напруги в надробленій підошві вугільного пласта розподіляються по значній ширині, що знижує здимання підошви підготовчої виробки, проте в результаті високої податливості охоронної конструкції інтенсифікується опускання покрівлі підготовчої виробки; крім того, бутова смуга не виконує функції обрізного кріплення, що збільшує навантаження на рамне кріплення і не дозволяє стабілізуватися зсувам контуру підготовчої виробки протягом тривалого часу. При підтриманні сполучення з лавою залізобетонними тумбами, за рахунок високої жорсткості охоронної конструкції знижується опускання покрівлі підготовчої виробки. Однак розташування більш жорсткої і вузької частини охоронної конструкції (залізобетонних тумб) з боку підготовчої виробки не дає смузі працювати в якості обрізного кріплення, сприяє концентрації напружень в надробленій підошві вугільного пласта і, тим самим, інтенсифікує здимання підошви штреку. Проте, при підтриманні сполучення з лавою залізобетонними тумбами загальна вертикальна конвергенція штреку знижується, в середньому, на 15-20 % порівняно з підтриманням бутовими смугами. Отже, потрібна розробка принципово нового способу споруди жорсткої охоронної конструкції на сполученні підготовчої виробки з лавою, який би відрізнявся простотою і дозволяв би зводити смугу під саму підроблену покрівлю вугільного пласта з мінімальним відставанням від лінії вибою лави (не більше 3-4 м).

The work presents experimental findings on how different methods used for supporting the longwall and gallery ends impact on the gallery stability and which aspects could improve the support strength in the preparatory roadways. Effectiveness of the yielding (quarry-stone packs) and rigid (concrete packs) supporting structures were compared while mining the seam т3 in the Chaikino Mine of the Makeevugol Mining Company. Differentiated dependences were identified between the floor and roof displacements in the preparatory roadway and distance to the stope. It has been proved that in case of the quarry-stone packs, the stresses essentially spread along the width of the overworked floor in the coal seam and reduce the floor swelling in the preparatory roadway, but the roof subsidence is intensified due to the great yielding of the supporting structure. Besides, the quarry-stone pack doesn’t function as a roof-breaking support and, consequently, load on the arch support increases and displacement of the preparatory roadway contour remains unstable for a long period of time. At the same time, when the longwall end is supported with the concrete pillars, the roadway roof subsidence is essentially reduced thanks to the rigid supporting structure. But, as the narrow and more rigid sector of the supporting structure (the concrete pillars) is located from the side of the preparatory roadway, the stresses are concentrated in the overworked floor of the coal seam resulting in intensive floor swelling. Nevertheless, in case of supporting the longway end with the concrete pillars, total vertical convergence of the gallery is reduced by 15-20% in average if compare with the quarry-stone packs. Thus, it is necessary to design a fundamentally new method for building rigid structures for supporting the longwall and gallery ends which would differ by its simplicity and would allow building the pack right up to the overworked roof in the coal seam with minimal distance (not more than 3-4 m) to the longway face.