ИЗМЕНЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ КОНТУРА КРОВЛИ ВЫЕМОЧНОЙ ВЫРАБОТКИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КАРКАСНОЙ КРЕПИ УСИЛЕНИЯ

Докт. техн. наук Ю.В.БОНДАРЕНКО, канд. техн. наук Г.И.СОЛОВЬЕВ (ДонГТУ), инж. В.С.ЗАХАРОВ шахта “Южнодонбасская №3”

 

На шахте “Южнодонбасская №3” в конвейерной выработке 4-й восточной лавы пласта с₁₁ проведен натурный эксперимент по установлению качественной и количественной картины влияния каркасной крепи усиления на деформацию контура кровли выработки в зоне влияния очистных работ. Для наблюдений были выделены 4 опытных участка выработки длиной по 40 м каждый и расположенные с промежутками в 40 м. Первый их этих участков рассматривался как контрольный и на нем каркасная крепь усиления не устанавливалась. На трех других, именуемых в дальнейшем как экспериментальные участки, устанавливались разные варианты каркасной крепи усиления.

На первом экспериментальном участке верхняки каждой крепи жестко соединялись между собой балкой из швеллера № 14 (жесткость 7,5^.10⁶ Нм²) за счет подвешивания ее на специальных хомутах. На втором экспериментальном участке кроме балки из швеллера № 14 на каждом комплекте крепи были установлены химические анкера длиной 2,5 м. Крепь усиления третьего экспериментального участка отличалась установкой двух двутавровых балок (суммарной жесткостью 15,0^.10⁶ Нм²), усиленных на каждой раме крепи химическими анкерами длиной 2,5 м.

На первом этапе натурного эксперимента исследовались деформации контура кровли выработки на контрольном участке. Оригинальность опыта заключалась в том, что замерные станции располагались через 0,8 м на протяжении 20 м в средней части участка и через 1,6 м на остальной его части по длине выработки, а измерения смещений выполнялись через 24—72 часа. Всего было выполнено более 8800 замеров.

Такая высокая плотность замеров в пространстве и во времени позволила не только точно установить зависимость величины деформации и скорости деформации контура кровли от положения лавы (рисунке 1), но и выявить неравномерности деформаций контура кровли по длине выработки.

В качестве показателя неравномерности деформаций контура кровли было принято среднее квадратичное отклонение скорости деформации. В результате наблюдений на контрольном участке впервые установлено, что скорости деформаций контура кровли на соседних измерительных станциях, отстоящих на расстоянии 0,8 м друг от друга, не одинаковы. Их разность хаотично изменяется во времени и по длине выработки. Интенсивность рассогласования скорости деформаций контура кровли выработки на соседних ее участках зависит от расстояния до очистного забоя, увеличиваясь с уменьшением этого расстояния. Перед движущимся очистным забоем на расстоянии 50—100 м от него среднее квадратичное отклонение скорости деформаций изменяется от 0,0005 до 0,001 м в сутки. В створе с лавой эта величина возрастает до 0,003—0,004 м в сутки. После прохода лавы позади ее интенсивность рассогласования уменьшается до 0,0002—0,0005 м в сутки (рисунке 2).

На первом экспериментальном участке наличие каркасной крепи усиления минимальной жесткости существенно уменьшило неравномерность деформаций контура кровли. Среднее квадратичное отклонение скорости смещений в створе с лавой уменьшилось до 0,00023 м/сут., т.е. на 30 % по сравнению с контрольным участком (рисунке 3). Уменьшение абсолютных значений суммарной деформации контура кровли выработки и скорости деформации в створе с лавой соответственно на 11 и 12 % по сравнению с таковыми на контрольном участке (рисунке 4). Таким образом, соединение автономных комплектов крепи жесткой связью снижает не только рассогласования деформаций контура кровли, но и уменьшает величину абсолютных деформаций.

На втором экспериментальном участке, где в сочетании с балкой жесткостью 7,5^.10⁶ Нм² была дополнительно установлена анкерная крепь, существенных снижений неравномерности деформаций контура кровли по сравнению с первым экспериментальным участком не отмечено. Однако зафиксировано некоторое снижение абсолютных суммарных значений деформаций в зоне влияния опорного давления от лавы и скорости смещений в створе славой (рисунок 4).

Показательны результаты наблюдений на той части третьего экспериментального участка, где не устанавливались анкеры, но жесткость каркасной связи была увеличена до 15^.10⁶ Нм². Установлено, что повышение жесткости балок значительно (до 0,0015 м/сут.) уменьшило неравномерность деформаций контура кровли выработки (рисунок 5), а также снизило абсолютные суммарные деформации контура кровли в зоне влияния опорного давления лавы и скорость деформации в створе славой соответственно до 0,223 м и 0,009 м/сут., т.е. на 150 % и 39 % (рисунок 4).

Всего на первом, втором и третьем экспериментальных участках было выполнено более 25600 замеров. Этот крупномасштабный эксперимент позволил получить комплекс новых фактических данных, анализ и обобщение которых позволяет сделать существенные выводы. Прежде всего, можно считать, что установлена новая особенность механических процессов в массиве вокруг выемочной выработки, которая заключается в: отчетливо выраженной неравномерности скорости деформаций контура кровли выработки по ее длине; зависимости неравномерности скорости деформаций от расстояния между местом замеров и очистным забоем; разной скорости деформаций на соседних отстоящих друг от друга на небольшом расстоянии по ее длине участках (в эксперименте на расстоянии 0,8 м); изменениях во времени рассогласования скоростей деформаций на соседних участках выработки.

При соединении автономных комплектов крепи жесткой балкой и при увеличении жесткости балки значение неравномерности скоростей деформаций контура кровли уменьшается. При этом уменьшаются также абсолютные значения деформаций контура кровли выработки и значения скоростей деформаций. Особенно ощутимо этот характер проявляется в технологически наиболее сложной зоне - на сопряжении выемочной выработки с очистным забоем.

Таким образом, применение жесткой каркасной крепи вносит позитивные изменения в механические процессы вокруг выемочных выработок. К настоящему времени достаточно изучены только последствия этих изменений. Физическая природа влияния на механические процессы в массиве соединения автономных комплектов крепи жесткой балкой, вызывающая уменьшение деформаций контура кровли, окончательно не выяснена. Можно предположить, что она связана с особенностями механики сыпучей среды, которая окружает выемочную выработку, однако для подтверждения этого предположения необходимы дальнейшие исследования.

 

 

a Ю.В.Бондаренко, Г.И.Соловьев, В.С.Захаров, 1999.