Способы управления кровлей пласта
7.7. УПРАВЛЕНИЕ КРОВЛЕЙ
Управление кровлей — совокупность мероприятий по регулированию нагрузки на крепь очистного забоя, проводимых с целью обеспечения безопасной и эффективной выемки полезного ископаемого. Способы управления кровлей делят на три основные группы: естественное поддержание; обрушение пород кровли; искусственное поддержание кровли в выработанном пространстве.
Естественное поддержание применяют тогда, когда вмещающие породы после выемки полезного ископаемого сохраняют устойчивость при отсутствии крепи. Обычно такие случаи встречаются при отработке сланцевых, угольных или калийных пластов короткими забоями, где пролеты кровли невелики. При естественном поддержании широко используют удержание кровли на целиках, в связи с чем оно сопряжено со значительными (до 30—40 %) потерями полезного ископаемого.
Обрушение пород кровли в выработанном пространстве по всей длине забоя называют полным обрушением, отдельными зонами — частичным. В настоящее время в угольных шахтах применяют в основном полное обрушение пород кровли, на долю которого приходится около 97 % добычи угля из действующих очистных забоев.
При использовании индивидуальной крепи призабойную и специальную крепи переносят вслед за подвиганием забоем. Расстояние, через которое производят переноску специальной крепи и обрушение пород, называют шагом посадки непосредственной кровли. При этом мощность непосредственной кровли должна быть в 6—8 раз больше мощности пласта, а почва пласта — достаточно крепкой, чтобы не допускать значительного вдавливания стоек.
В угольных шахтах широко распространена безорганная посадка кровли, которая применяется в очистных забоях, закрепленных металлической индивидуальной крепью, так как ее общее сопротивление и жесткость значительно превышают аналогичные характеристики деревянной крепи. При ней обрушение кровли ведут на уплотненный стойками индивидуальной крепи последний от забоя ряд призабойной крепи. Усиливающие стойки в посадочном ряду устанавливают за цикл или два перед посадкой (рис. 7.20).
Расчет параметров призабойной крепи при безорганной посадке проводят следующим образом. Если известно, что на призабойную крепь оказывает давление какой-либо слой пород
В лавах, оборудованных механизированными комплексами, процессы крепления призабойного пространства и управления кровлей совмещены, т. к. передвижка секций крепи создает условия для обрушения пород в выработанном пространстве. При использовании механизированных крепей посадка кровли происходит обычно после каждой передвижки крепи.
При залегании в кровле труднообрушающихся пород (песчаники, известняки) она имеет шаг обрушения, намного превышающий шаг передвижки механизированной крепи. Для сокращения шага естественного обрушения кровли ее разупрочняют путем взрывания зарядов в скважинах (торпедирование кровли) или нагнетания жидкости. В отдельных случаях используют механизированные крепи с повышенным сопротивлением 1МК-ЮЗ, МТ, М-130 и 2УКП, у которых рабочее сопротивление секции составляет соответственно 2,8; 5,2; 3,1 и 4,2 МН.
Для предотвращения неуправляемого обрушения неустойчивых, легкообрушающихся пород кровли их укрепляют склеивающими полимерными растворами — карбамидными, пенополиуретановыми и др. Для этого в кровлю через опережающие шпуры нагнетают раствор полимера с добавкой отвердителя. Через 1—3 ч раствор затвердевает, скрепляя массив.
Для удержания неустойчивых пород и предотвращения их расслоения в механизированных забоях применяют также передвижку секции с постоянным подпором.
Частичное обрушение пород кровли производят в заранее выбранных зонах выработанного пространства. Такими зонами являются полосы шириной по 15—20 м, располагаемые по направлению подвигания очистного забоя. Из-за сложности работ частичное обрушение имеет весьма ограниченное применение.
Если обрушенные породы непосредственной кровли не обеспечивают подпора пород основной кровли, то на пластах мощностью до 2 м с труднообрушающимися породами кровли иногда применяют искусственное ее поддержание в выработанном пространстве — частичную закладку выработанного пространства. Она предусматривает выкладку в выработанном пространстве бутовых полос из породы. Как правило, частичную закладку используют в тех случаях, когда мощность непосредственной кровли не превышает 4—6-кратной вынимаемой мощности пласта. Для выкладки бутовых полос используют породу, полученную от подрывки кровли буровзрывным способом в бутовых штреках.
Другим способом искусственного поддержания кровли в выработанном пространстве является управление кровлей полной закладкой, который заключается в заполнении всего
выработанного пространства каким-либо закладочным материалом (предварительно разрушенные породы, песчано-гравийная смесь, песок, отходы обогатительных фабрик и др.)- Этот способ применяют для поддержания трудноуправляемой кровли, выемки пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, и пластов с углем, склонным к самовозгоранию, извлечения запасов полезного ископаемого под охраняемыми от сдвижений объектами на поверхности. Различают пневматическую, гидравлическую, механическую и самотечную закладку.
Пневматическая закладка предусматривает подачу закладочного материала в выработанное пространство с помощью сжатого воздуха. Закладочный материал предварительно дробят на куски размером не более 80 мм, а затем с помощью пневмозакладочной машины, устанавливаемой обычно на вентиляционном штреке, подают по проложенному в лаве трубопроводу под давлением сжатого воздуха 0,3—0,5 МПа. По мере подвигания забоя трубопровод демонтируют на секции, переносят на новую полосу и вновь монтируют.
При использовании в очистных забоях механизированных комплексов закладочный трубопровод передвигается вместе с крепью без разборки . В трубопроводе имеются отверстия, через которые закладочный материал подается в выработанное пространство.
Для подачи закладочного материала в выработанное пространство используют пневмозакладочные комплексы ПЗП и ПЗК, состоящие из пневмозакладочных машин ПЗБ и ДЗМ-2, дробильно-сортировочные машины, конвейеры, питатели, опрокидыватели, бункеры и другое оборудование. Машину ПЗБ располагают не далее 150-170 м от очистного забоя. Производительность комплексов по закладке составляет соответственно 200 и 100 м /ч.
Закладочный массив под действием опорного давления уплотняется. Усадка закладочного массива, возведенного пневматическим способом, может составлять 25—30 %. Расход закладочного материала 0,7—0,85 м3 на 1 т добываемого угля. Из всех видов закладки пневматическая закладка характеризуется наибольшими энергозатратами (до 15 кВт-ч на 1 м3 закладочного материала).
Источник
Управление кровлей
Управление кровлей – 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.
В зависимости от строения, свойства боковых пород, характера проявления горного давления и осуществления мероприятий по регулированию горного давления в угольных шахтах применяют шесть способов управления горным давлением: полное обрушение, плавное опускание, частичная закладка, частичное обрушение, удержание на кострах и полная закладка.
Наиболее распространенный способ управления кровлей – полное обрушение. Этот способ является самым экономичным, отличается малой трудоемкостью, высокой производительностью и позволяет полностью механизировать работы по управлению кровлей.
Назначение способа – предупредить или ослабить интенсивное обрушение основной кровли, уменьшить опускание толщи вышележащих пород путем заполнения выработанного пространства разрушенными породами непосредственной кровли.
Сущность способа в том, что по мере подвигания очистного забоя и увеличения консоли непосредственной кровли производят ее периодическое обрушение (посадку) за пределами призабойного пространства на величину шага самопроизвольного обрушения непосредственной кровли. Величина шага зависит от устойчивости пород и принимается кратной ширине вынимаемой в лаве полосы угля (захвату комбайна).
Управление кровлей полным обрушением применяют в породах 1 и 2 классов по классификации ВУГИ; 1-3 классов – по классификации ДонУГИ, т.е. когда в непосредственной кровле залегают породы, склонные к обрушению после удаления крепи.
При применении деревянной крепи в лаве мощность легкообрушающихся пород должна быть не менее 6-8-кратной мощности пласта (1 класс по классификации ВУГИ). В этих условиях непосредственная кровля, обрушаясь, разрыхляется и увеличивается в объеме в 1,15-1,3 раза, заполняет выработанное пространство. Основная кровля прогибается без вторичных осадок и опирается на обрушенные породы непосредственной кровли.
При применении металлической крепи, обладающей большей несущей способностью, полное обрушение можно применять при мощности непосредственной кровли меньше 6-8-кратной мощности пласта, а также в породах средне- и труднообрушающихся при наличии вторичных осадок основной кровли.
Для предупреждения обрушения не только основной, но и непосредственной кровли, применяется способ управления кровлей частичной закладкой.
Сущность способа состоит в том, что выработанное пространство частично заполняется породой в виде полос, на которые опирается непосредственная кровля. По мере уплотнения породы в полосах кровля прогибается без обрушения вблизи призабойного пространства. Частичную закладку применяют при пологом и наклонном залеганиях в породах 4 класса по классификации ДонУГИ, т.е. когда в непосредственной кровле залегают мощные монолитные и труднообрушающиеся породы или когда над пластом залегает основная кровля при мощности пластов не более 1,5 м.
Управление кровлей частичным обрушением. Назначение способа – не допустить интенсивных вторичных осадок основной кровли. Сущность способа в том, что, как и при частичной закладке, выработанное пространство за пределами призабойного частично заполняется породой в виде полос по простиранию, в остальной части выработанного пространства непосредственная кровля обрушается. Основная кровля при этом не обрушается, а опирается через необрушенные участки непосредственной кровли на бутовые полосы.
Применяют частичное обрушение редко, в породах 2 класса по классификации ВУГИ, когда в непосредственной кровле залегают легкообрушающиеся породы мощностью менее 6-кратной мощности пласта угля при деревянной крепи и менее 3-4-кратной мощности при индивидуальной металлической крепи.
В породах 5 класса по классификации ДонУГИ, т.е. когда в непосредственно над пластом залегают породы, способные плавно опускаться без видимых нарушений или с местными нарушениями без потери связи между отдельными частями кровли, при мощности пласта до 1-1,2 м и при наличии в почве пучащих пород, применяют способ плавного опускания кровли.
Сущность способа состоит в том, что, применяя податливую призабойную и специальную (ограждающую призабойное пространство) крепи, обеспечивают плавный прогиб и опускание кровли на почву без нарушения ее сплошности.
Удержание пород на кострах применяют на тонких крутонаклонных и крутых пластах в породах различных классов. Сущность способа состоит в том, что по мере подвигания очистного забоя выкладываются деревянные костры.
Этот способ характеризуется высокой трудоемкостью и большим расходом леса. Применение этого способа сокращается.
Источник
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
