Горное давление способы управления кровлей

Выбор и обоснование способа управления кровлей

Управление кровлей – это совокупность мероприятий по регулированию проявлений горного давления в рабочем пространстве очистного забоя и прилегающих к нему подготовительных выработок с целью обеспечения безопасности и необходимых производственных условий. Эти мероприятия сводятся к правильному выбору крепи горных выработок, предупреждению массовых обрушений пород, горных ударов и внезапных выбросов угля и газа.

Выбор способов управления кровлей зависит от наличия в кровли труднообрушаемых пород, а также от строения и свойств боковых пород, характера проявления горного давления. Горное давление – это давление вмещающих пород действующих на единицу крепи.

Управление кровлей при выемке угольных пластов осуществляется следующими основными способами: полным обрушением кровли; полной закладкой выработанного пространства; частичным обрушением кровли или частичной закладкой выработанного пространства; плавным опусканием; поддержанием кровли на оставляемых в выработанном пространстве кострах или угольных целиках.

При управлении кровлей полным обрушением по мере подвигания очистного забоя за пределами призабойного пространства происходит обрушение пород кровли по всей длине забоя.

При использовании индивидуальной крепи призабойную и специальные крепи переносят вслед за подвиганием забоя. Расстояние, через которое производят переноску специальной крепи и обрушение пород, называют шагом посадки непосредственной кровли (обычно не более 4-8 м).

Различают первичную посадку непосредственной кровли и первичную посадку основной кровли. Первичная посадка непосредственной кровли происходит после отхода лавы от разрезной печи на некоторое расстояние, которое может достигать 30-50 м и более. После первичной посадки непосредственную кровлю обрущают регулярно через каждый шаг подвигания лавы.

Во время первичной посадки непосредственной кровли породы основной кровли могут и не обрушаться. Шаг посадки основной кровли в несколько раз больше установившегося шага посадки непосредственной кровли. Различают первичную посадку основной кровли и очередные ее посадки.

Удаление деревянной крепи при посадке кровли в лавах должно производиться механизированным или взрывным способом.

Посадка кровли в лавах с индивидуальной крепью должна производиться под непосредственным руководством ИТР по должности не ниже помощника начальника участка.

Рабочие, занятые на посадке кровли, должны находиться в закрепленных местах. В органной крепи должны оставляться окна шириной не менее 0,7 м и на расстоянии не более 5 метров одно от другого.

При задержке обрушения кровли более установленного паспортом необходимо применять искусственное обрушение в соответствии с дополнительно разрабатываемыми мероприятиями, утвержденными главным инженером шахты.

При применении механизированных крепей управление горным давлением в основном осуществляется полным обрушением.

При наличии труднообрушаемой кровли необходимо производить ее разупрочнение одним из следующих способов: передовым торпедированием, гидромикроторпедированием, принудительным обрушением, взрыво-гидрообработкой.

Передовое торпедирование состоит из взрывания скважинных зарядов впереди очистного забоя. Скважины бурятся из подготовительных выработок под углом 60-65° в сторону очистного забоя.

При длине лавы до 120 метров скважины бурят с одной выработки, а если более 120 метров — с двух выработок. При взрыве зарядов в породах кровли образуются трещины, которые способствуют регулярным обрушениям кровли.

При гидромикроторпедировании в пробуренные скважины нагнетается вода, а потом взрываются небольшие заряды ВВ.

Взрывогидроотбойка заключается в предварительном образовании трещин в труднообрушаемых породах путем взрывания шпуровых зарядов с последующим увлажнением водой под давлением.

Управление кровлей полной закладкой выработанного пространства применяется при отработке пластов под водоемами или сооружениями на поверхности, при разработке пластов, опасных по самовозгоранию угля.

По способу доставки закладочного материала в выработанное пространство различают самотечную, пневматическую и гидравлическую закладки. Наибольшее применение имеет гидрозакладка.

Для того, чтобы уменьшить объем весьма трудоемких закладочных работ, применяют частичную закладку выработанного пространства. Она предусматривает выкладку в выработанном пространстве бутовых полос, располагаемых по простиранию пласта и удерживающих породы основной и непосредственной кровли от обрушения в призабойном пространстве. Способ имеет небольшое применение из-за значительной трудоемкости и небезопасности работ.

Управление кровлей частичным обрушением применяют при легкообрушающихся породах непосредственной кровли, мощность которых не обеспечивает достаточного подбучивания вышележащих слоев основной кровли и не предотвращает ее обрушения. При этом способе в выработанном пространстве за пределами призабойного частично выкладываются бутовые полосы, а в остальной части непосредственная кровля обрушается. Способ применяется редко.

Плавное опускание кровли на почву применяют при кровлях, способных плавно опускаться без значительных нарушений, на пластах мощностью не более 1 — 1,2 метра с почвами, склонными к пучению. При плавном опускании в качестве специальной крепи применяют костры. В результате смятия костров кровля плавно опускается и ложится на почву.

ПРИМЕР: Выбор способа управления кровли зависит от наличия в кровле труднообрушаемых пород. Управление горным давлением в лавах при разработке средней мощности пластов производится полным обрушением пород кровли. В породах кровли, как правило, залегают сланцевые песчаники, аргиллиты, сланцы и песчаники, с коэффициентом крепости f 3 до 4, мощность непосредственной кровли от 8 до 10 метров. Для этой цели используются механизированные крепи, вслед за передвиганием которых породы кровли стихийно обрушаются за передвинутыми секции, тем самым, погашая выработанное пространство. Принимаем способ управления кровлей полным обрушением. (Приложение №1)

Источник

ТЕМА 9. СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ.

Управление горным давлением – совокупность мероприятий по регулированию проявлений горного давления в рабочем пространстве очистного забоя в целях обеспечения безопасных и необходимых производственных условий эффективной и наиболее полной выемки полезного ископаемого.

Способы управления горным давлением разделяют на три основные группы:

— обрушение пород в выработанном пространстве;

— искусственное поддержание кровли в выработанном пространстве;

— естественное поддержание кровли в выработанном пространстве (за счет оставления опорных целиков прямоугольной или столбчатой формы).

В настоящее время основным и самым распространенным способом управления горным давлением при выемке угля является полное обрушение пород кровли (в целом по угольной промышленности около 97 %), перспективным – полная закладка выработанного пространства пустой породой, добываемой в шахте или поступающей с поверхности (около 1 %).

Полное обрушение заключается в периодическом по мере подвигания очистного забоя обрушении пород кровли за пределами призабойного пространства с целью уменьшения давления на крепь. При индивидуальной крепи обрушение пород производится путем удаления призабойной и специальной крепи в той части призабойного пространства, которое нет необходимости поддерживать для обеспечения нормальной работы людей и механизмов. При этом специальная крепь устанавливается по линии, по которой происходит обрушение пород в выработанное пространство. Расстояние, через которое производится обрушение пород, называется шагом посадки, который принимается кратным ширине захвата выемочной машины (ширина вынимаемой полосы угля). При механизированной крепи породы обрушаются самопроизвольно вслед за ее передвижением, шаг посадки зависит от конструкции крепи и свойств пород кровли.

Управление горным давлением плавным опусканием (прогибанием) применяют при породах кровли, способных плавно опускаться без значительных разрывных нарушений, и при почве, склонной к вспучиванию. Мощность пласта при этом не должна превышать 1 – 1,2 м. При плавном опускании в качестве специальной крепи применяют костры, устанавливаемые в один или два ряда в шахматном порядке. Костры переносят через каждые 1,5 – 2 м. Если их два ряда, то переносят тот ряд, который находится дальше от забоя лавы. В результате некоторого смятия костров кровля плавно опускается и ложится на почву, которая к этому времени несколько вспучивается. Плавное опускание применяют при разработке весьма тонких пластов, когда породы кровли способны опускаться путем сдвигов большого числа блоков. В результате этого на расстоянии 20 – 30 м и более от забоя кровля опускается на почву.

— При искусственном поддержании выработанного пространства создается искусственная опора под нависающими консолями пород кровли. Для этого выработанное пространство заполняется различными закладочными материалами, образующими закладочный массив. Под термином «закладка» подразумевается совокупность процессов, охватывающих приготовление, складирование, транспортирование и укладку в выработанное пространство закладочного материала, т.е. пустой породы, состав и свойства которой отвечают определенным требованиям. Применение полной закладки обеспечивает существенное снижение потерь полезного ископаемого в недрах, уменьшение пожароопасности при разработки пластов, уголь которых склонен к самовозгоранию, увеличению безопасности работ, исключает образование провалов на поверхности, особенно при разработке мощных крутых пластов, и значительные опускания поверхности. Таким образом, разработка месторождений с полной закладкой является одним из мероприятий по охране недр и окружающей среды. Однако возведение закладочного массива является весьма трудоемким дополнительным процессом в технологической схеме подземной добычи угля. В результате стоимость закладочных работ составляет 15-20 % стоимости работ по добыче угля. Поэтому закладку применяют лишь в тех случаях, когда другие, более простые и дешевые способы управления горным давлением в данных горно-геологических условиях не могут обеспечивать безопасную и эффективную добычу угля.

В настоящее время, в зависимости от способов транспортирования и укладки, находят применение гидравлическая, пневматическая, комбинированная (гидропневматическая), самотечная и механическая закладки, а также комбинированная (механопневматическая и гидропневматическая)

При разработке угольных (пластовых) месторождений наибольшее применение получила частичная закладка выработанного пространства и управление кровлей частичных обрушением.

Частичную закладку выработанного пространства применяют для того, чтобы при помощи бутовых полос удерживать породы непосредственной и основной кровли от обрушения. Для получения закладочного материала в выработанном пространстве проводят ряд специальных выработок – бутовых штреков. Полученную из бутовых штреков породу укладывают в выработанном пространстве на всю мощность пласта в виде породных (бутовых) полос. Бутовая полоса – закладочный массив, возводимый в виде полосы в выработанном пространстве. Породы непосредственной кровли в выработанном пространстве между бутовыми полосами обрушаются сами по себе, на некотором расстоянии позади забоя лавы. Расстояние между бутовыми полосами принимают от 6 до 12 м, ширину бутовых около 3 м, высоту подрывки пород кровли или почвы 1 – 1,2 м. Ширину бутовых полос принимают 6 – 7 м из расчета возможного в них всей взорванной породы. Отставание бутовых полос от забоя лавы равно ширине призабойного пространства (2 – 3 м). Частичная закладка применяется на пластах мощностью 0,5 – 1,2 м при слабой кровле или почве, при наличии в пласте породных прослойков значительной мощности.

Источник

Способы управления горным давлением

Процессы перераспределения напряжений с образованием вокруг контура выработки различных зон обрушений пород раз­виваются во, времени с разной скоростью в зависимости от горно-геологических условий: состояния пород, степени трещиноватости, глубины заложения выработки и ее размеров. При хрупкой горной породе и большой величине действующих на контуре напряжений (особенно при наличии тектонических про­цессов) возможно внезапное взрывообразное разрушение по­верхностей обнажений – горные уда­ры. Горным ударам иногда сопутствует отскок от плоскостей обнажения различных по размерам частей породы с большой скоростью — «стреляние» пород.

При большой пластичности пород и неустойчивом состоянии контура выработки иногда происходит медленное течение пород внутрь выработки без заметного разрушения сплошности мас­сива.

Совокупность сил, действующих в массиве вокруг горных выработок, принято называть горным давлением. В более уз­ком понимании горным давлением называют давление горных пород, окружающих выработки, на горную крепь.

Горное давление проявляется в разных формах, главными из которых являются деформации боковых пород, их обруше­ние, деформации и разрушение крепей, горные удары, пучение и др. Характер проявлений горного давления зависит от многих факторов: физико-механических свойств массива горных пород, их трещиноватости, формы и размеров подземных выработок, глубины их заложения, срока службы, наличия или отсутствия крепи и др.

Для охраны горных выработок от обрушения и безопасного ведения горных работ в них намечают мероприятия по регули­рованию проявлений горного давления, которые обычно назы­вают мероприятиями по управлению горным давлением. Эти мероприятия сводятся к выбору крепи и рациональных способов крепления выработок, а также проведению специальных мер по предупреждению массовых обрушений боковых пород в очист­ные выработки, предотвращению горных ударов и внезапных выбросов угля и газа. Для охраны капитальных и подготови­тельных выработок глубоких шахт перед постановкой крепи окружающий выработку массив иногда упрочняют различными специальными способами для повышения устойчивости пород­ных обнажений и крепи выработок.

По условиям поддержания выработки подразделяют на две основные группы:

— Первую составляют выработки, находящиеся вне зоны влияния очистных работ.

— Вторую группу составляют выработки, находящиеся в зонах опорного давления и сдвиже­ния пород выработанных пространств, создаваемых в резуль­тате выемки рудных тел или угольных пластов.

Известны следующие способы управления горным давлением для охраны выработок глубоких горизонтов:

1. использова­ние естественных горно-геологических условий;

2. снижение дей­ствующих напряжений в массиве пород, окружающих выра­ботку;

3. использование рациональных конструкций крепей;

4. упроч­нение пород;

5. применение современной рациональной технологии сооружения выработок.

1. Использование естественных горно-геологических условий для охраны капитальных выработок сводится к размещению их в прочных породах и расположению вкрест простирания пород. Опыт показывает, что выработки, пройденные вкрест простира­ния пород, имеют значительно большую устойчивость по срав­нению с выработками, пройденными, по простиранию.

Подготовительные выработки лучше проходить вне зоны влияния очистных работ или в обширных зонах разгрузки, кото­рые образуются над и под очистными выработками больших размеров.

2. Снижение напряженного состояния массива горных пород сводится к его подработке посредством выемки расположенного над массивом пласта. Напряжения в горном массиве в этом случае понижаются, что сказывается на повышении устойчи­вости выработок, расположенных ниже пласта. Иногда делают специальную разгрузку массива путем образования в нем вер­тикальных или горизонтальных щелей взрывными скважинами.

3. Управление горным давлением с использованием рациональ­ных конструкций крепей заключается в выборе и возведении для конкретных горно-геологических условий жестких или по­датливых видов крепей. Этот выбор производится при условии, что заранее известна величина смещений породного контура выработки.

4. Эффективным способом повышения устойчивости выработок в слабых и трещиноватых породах на глубоких горизонтах яв­ляется упрочнение массива способом тампонажа. Применение этого способа способствует восстановлению естественной проч­ности массива, а иногда и искусственному повышению его проч­ности. Наибольшее распространение получили механический (анкерная крепь), термический (замораживание) и физико-хими­ческий (цементация, химическое укрепление) способы упрочнения пород.

4.1. Анкерную крепь как средство упрочнения горных пород ши­роко применяют в угольной и горнорудной промышленности. Наибольший эффект достигается после нагнетания раствора в массив через шпуры с последующей установкой железобетон­ных анкеров.

4.2. Упрочнение горных пород способом замораживания приме­няют в основном при проходке вертикальных стволов в сильно обводненных породах. Это наиболее трудоемкий и дорогостоя­щий способ охраны выработок в период проходки.

4.3. Для обеспечения и повышения устойчивости капитальных выработок, пройденных в слабых легкообрушающихся породах, в последнее время применяют на шахтах Донбасса упрочнение пород посредством тампонажа (цементации) горного массива. Вокруг выработки, таким образом, создается прочная породная оболочка, способная выдержать значительное горное давление.

5. Управление горным давлением путем применения рацио­нальной технологии включает следующие способы:

— применение контурного взрывания, или комбайнового спо­соба проведения;

— проведение выработок в два этапа;

— возведение жестких крепей с отставанием от проходческих работ;

— последо­вательное ведение проходческих работ в выработках, распо­ложенных параллельно;

— забутовка (заполнение) пустот между крепью и породным обнажением.

5.1. Применение контурного взрывания, или комбайнового спо­соба проходки, способствует снижению коэффициента концент­рации напряжений на контуре выработки в 2—3 раза по срав­нению с обычным буровзрывным способом проходки. Неровности контура за крепью обычно создают сосредоточен­ную нагрузку на крепь, вызывающую ее деформацию и разру­шение.

5.2. Сущность способа двойной проходки выработки заключается в проведении передовой выработки с временной податливой крепью и последующим расширением ее до проектных разме­ров. Расширение выработки до проектных размеров произво­дится с отставанием во времени на 2—3 мес с одновременным возведением постоянной жесткой крепи. Такой способ проведе­ния способствует постепенному снижению напряжений в зоне неупругих деформаций и лучшей сохранности крепи выработки. Этот способ применяется в Донбассе.

5.3. Возведение жестких крепей с отставанием от проходческих работ на 1—4 месяца способствует тому, что за этот период реа­лизуется 50—80 % конечных смещений породного контура и крепь не разрушается. В слабых трещиноватых и обводненных породах, где смещение пород носит незатухающий характер, возведение жесткой крепи ведут с отставанием в 1,5—2 месяца от проходческих работ. При длительных перерывах в проходческих работах постоян­ная крепь должна отставать от забоя на 15—20 м, так как за­бой выработки сдерживает проявление смещений пород только на расстоянии 10—15 м. Время и место возведения податливой крепи не оказывают существенного влияния на устойчивость выработок при условии совпадения направлений податливости и наибольших смещений пород.

5.4. Существенное влияние на устойчивость капитальных выра­боток оказывают их взаимное расположение и последователь­ность проходческих работ. Практика показывает, что большая изрезанность массива пород в пределах околоствольных дворов является одной из причин разрушения крепи. Так, при располо­жении выработок на относительно небольшом расстоянии одна от другой коэффициент концентрации напряжений на контурах увеличивается в 1,2—1,5 раза. На основе наблюдений уста­новлено, что взаимное влияние выработок в породах с коэффи­циентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова f = 3÷8, пройденных на, глубинах 600—1000 м, исключается, если расстояние между ними не менее 15—20 м (для глубин 600 м) и не менее 20—50 м (для глубин 1000 м). Меньшие рас­стояния между выработками относятся к породам с f = 8. Если невозможно выдержать эти расстояния между выработками, то параллельные выработки должны провериться одновременно с последовательным ведением в них проходческих работ.

5.5. Для снижения и более равномерного распределения горного давления на крепь существенное влияние оказывает забутовка пространства за крепью выработки. Правильный выбор вида забутовки и ее параметров значительно способствует улучше­нию условий работы крепи.

Источник