For the cruelty frameworks strengthening support of the displacements rocks of roof

Для оценки эффективности и уточнения основных конструктивных параметров на шахте “Южнодонбасская” №3 в вентиляционном ходке 4-й восточной лавы пласта с₁₁ (с июня 1998 г. по апрель 1999г.) была проведена опытно-промышленная проверка новой конструкции усиливающей крепи [1].

Выемочные выработки проводились сечением 11,2 м² и крепились трехзвенной металлической арочной крепью шагом 0,8 м.

Вышеописанные мероприятия по поддержанию выемочной выработки были малоэффективны и не могли предотвратить интенсивное деформирование боковых пород. Смещения контура кровли выработки, в среднем в 1,5 раза превышали конструктивную податливость крепи и сопровождались порывами хомутов, разрывом верхняков и ножек крепи в замках податливости, большими пластическими деформациями (изгиба) верхняков крепи и исключали возможность повторного использования крепи.

Интенсивное пучение пород почвы устранялось за счет двукратной ее подрывки.

Для сохранения устойчивости выемочной выработки нами было предложено использование новой каркасной усиливающей крепи [1]. Эффективность каркасного усиления проверялась на двух экспериментальных участках длиной 40 и 20 м в сравнении с 40-метровым контрольным участком.

На 1-м экспериментальном участке комплекты арочной крепи имели между собой жесткую связь в виде балки двутаврового сечения, подвешенной по центру к каждому верхняку крепи с помощью хомутов специальной конструкции. Жесткость балки - IE=218·10⁴ Н·м² (I– момент инерции двутавровой балки, м⁴, E- модуль упругости материала балки, Па). Между балкой и верхняком устанавливался сегмент из спецпрофиля, большего размера, чем спецпрофиль верхняка, длиной 2,5-3,0 м. Каждый конец сегмента соединялся с верхняком крепи стандартным хомутом. По длине выработки балки соединялись внахлестку болтами.

На 2-м экспериментальном участке был установлен более жесткий вариант каркасного усиления. Жесткость связи между комплектами крепи увеличивалась посредством установки двух двутавровых балок (IE=436·10⁴ Н·м²). Балки были разнесены по длине сегмента. Крепление балок и сегмента к верхняку производилось аналогично первому экспериментальному участку.

Обобщая результаты шахтной проверки эффективности каркасного усиления крепи, можно сделать следующие выводы. Соединение автономных комплектов крепи более жесткой балкой уменьшает деформацию и скорость деформации кровли выработки. Для примера, средние смещения кровли на контрольном, 1-м экспериментальном и 2-м экспериментальном участках составили соответственно 388, 284 и 72 мм; для тех же участков средняя скорость смещений кровли в створе с лавой составила соответственно 74,5, 53 и 19 мм/сут. В работе [1] авторами высказано предположение, что это уменьшение связано с увеличением жесткости элемента усиления и, следовательно, увеличением суммарного рабочего отпора комплектов крепи по вертикали.

Рис.1. График зависимостей смещений кровли h выемочной выработки от жесткости балки IE при различных расстояниях L от места замера до лавы; за лавой: a - L=40м, b - L=20м, c - L=0м;перед лавой: d - L=-20м, e - L=-40м, f - L=-80м, g - L=-100м; 1 – IE=0, 2 – IE=218·10⁴ Н·м², 3 – IE=436·10⁴ Н·м².

Наличие большого числа замеров позволило получить зависимости средних смещений h и скоростей смещений v контура кровли выработки от одного из параметров каркасно-балочной крепи – жесткости балки IE на различных расстояниях от лавы (см. рис.1,2).

Рис.2. График зависимостей скоростей смещений кровли v выемочной выработки от жесткости балки IE при различных расстояниях L от места замера до лавы; за лавой: d - L=40м, b - L=20м, a - L=0м; перед лавой: c - L=-20м, e - L=-40м, f - L=-80м, g - L=-100м; 1 – IE=0, 2 – IE=218·10⁴ Н·м², 3 – IE=436·10⁴ Н·м².

Из графиков рис. 1 и 2 видно, что при увеличении жесткости балки IE значения h и v уменьшаются, причем максимального эффекта уменьшения скорости смещений мы достигаем на самом технологически важном участке – в створе с лавой, (т.е. там, где скорость смещений максимальна). За лавой скорость смещений на экспериментальных участках продолжает оставаться меньшей, чем скорость смещений на контрольном участке (рис 2).

При обработке результатов эксперимента был установлено, что при использовании каркасного усиления основной крепи максимальные значения скоростей смещений уменьшаются с увеличением жесткости крепи усиления и смещаются вперед по ходу лавы в сторону “недогруженных” комплектов, тогда как на контрольном участке аналогичные комплекты крепи в силу их обособленной работы еще не вступили в работу (рис. 3).

Рис. 3 Графики средних скоростей смещений контура кровли выработки v по длине выработки на контрольном (a), 1-м экспериментальном (b) и 2-м экспериментальном (c) участках.

Таким образом, в результате проведения шахтных наблюдений, установлена количественная зависимость деформаций кровли выработки от жесткости балки каркасного усиления на разных расстояниях наблюдательных станций от лавы.