Спосіб керування покрівлею в лавах з індивідуальними кріпленнями

Спосіб керування покрівлею в очисних вибоях, що полягає в кріпленні привибійного простору, який відрізняється тим, що в процесі просування вибою по амплітудно-частотних характеристиках штучних акустичних сигналів визначають наявність площин розшарування в породах покрівлі і потужність порід Мк, які розшарувалися, яку порівнюють із гранично припустимою потужністю, яку визначають за формулою лл = 5 L д е Р к - несуча здаУ тність кріплення, кН/м , у - об'ємна вага порід покрівлі, кН/м3, і при МК=І\/ іР виконують роботи з осідання покрівлі Винахід стосується гірничої справи і його можна використовувати при визначенні оптимальних параметрів керування покрівлею повним обваленням у лавах з індивідуальними кріпленнями Основним параметром при керуванні покрівлею повним обваленням у процесі подвигания лави є час початку ведіння робіт з посадки покрівлі, що, як правило, визначається кроком посадки покрівлі, тобто відстанню, на яку лава відійде від розрізної печі або попередньої посадки Крок посадки покрівлі повинний відповідати крокові її обвалення, тобто відстані, через яку відбуваються природні опади покрівлі при видаленні кріплення При їхній невідповідності виникають труднощі двоякою роду Якщо крок посадки покрівлі прийнятий більше, ніж крок її обвалення, відбувається спонтанне обвалення покрівлі з завалом лади Навпаки, якщо крок посадки покрівлі менше кроку її обвалення, відбувається зависання покрівлі після видалення привибійного кріплення у виробленому просторі У цьому випадку потрібно вжити заходів до примусового обвалення покрівлі, що здійснюється, як правило, із застосуванням буропідривних робіт На цей час спосіб керування покрівлею і його параметри (крок посадки, несуча здатність кріплення), як для положистих, так і для крутих пластів, визначають в основному з чинних нормативних документів Спосіб полягає втому, що визначають склад порід покрівлі за даними буріння розвідницьких свердловин або проведення гірничих виро бок, а потім, використовуючи нормативні документи, визначають спосіб керування покрівлею і його параметри Останні коригують у процесі ведення гірничих робіт з урахуванням виробничого досвіду (див Посібник з керування покрівлею й кріпленню очисних вибоїв на пластах з кутом падіння до 357ДонВУП - Донецьк, 1976, Круті та крутопохилі пласти Керування гірничим тиском і кріплення в очисних та підготовчих виробках на великих глибинах /ДонНДІ -Донецьк, 1997) Оскільки параметри способу коригуються на основі візуального спостереження за станом покрівлі і кріплення в привибійному просторі очисних вибоїв, то основним недоліком відомого способу, визначеного як прототип, є суб'єктивізм, що призводить до прийняття необгрунтованих рішень у питаннях керування покрівлею і нерідко до серйозних порушень технологічних процесів виймання вугілля Дослідження, проведені в інституті, показали, що найоб'єктивніше час початку робіт з посадки покрівлі можна визначити в результаті аналізу стану масиву порід покрівлі, тобто визначення площин розшарування порід Проте такий аналіз для розв'язання зазначеного завдання практично не здійснюється за браком надійних і порівняно простих способів і засобів дослідження стану масиву ВІДОМІ способи визначення стану масиву порід покрівлі засновані на бурінні свердловин у масив (див Ямщиков В С Методи та засоби дослідження ю о> ю ю 55975 й контролю гірських порід і процесів - М Надра, 1982 - 296с, Методи та засоби рішення задач гірничої геомеханіки / Г Н Кузнецов, К А Ардашев, Н А Филатов та ш - М Надра, 1987 - 2 4 8 с ) Положення площин розшарувань порід по свердловинах встановлюється або по зсувах глибинних реперів різних конструкцій, або шляхом візуального обстеження стінок свердловин за допомогою оптичних приладів Застосування свердловин для визначення стану порід покрівлі вимагає чималих трудовитрат і часу на проведення досліджень Детальне обстеження стану порід покрівлі по довжині лави, а також проведення постійних спостережень у міру и подвигання зв'язано з зупинкою очисних робіт Тому спосіб бурових свердловин можна застосовувати тільки для якісної оцінки стану породного масиву покрівлі в окремих пунктах В основу винаходу поставлено завдання створити такий спосіб керування покрівлею в лавах із індивідуальними кріпленнями, у якому за рахунок використання акустичного контролю стану покрівлі досягається оперативність і одержують більшу КІЛЬКІСТЬ інформації про стан породного масиву, що дозволяє більш об'єктивно оцінити параметри керування покрівлею Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що в способі керування покрівлею в лавах з індивідуальними кріпленнями, що полягає в кріпленні привибійного простору, ВІДПОВІДНО до винаходу, у процесі подвигання вибою по амплітудночастотних характеристиках акустичного сигналу, отриманого штучним шляхом, визначають наявність площин розшарування в породах покрівлі й потужність пік порід, що розшарувалися, яку порівнюють ІЗ ГраНИЧНО ПРИПУСТИМОЮ ПОТУЖНІСТЮ ГПпр, яку визначають за формулою ГПпр = Рк / У де Рк - несуча здатність кріплення, кН/м2, у - об'ємна вага порід покрівлі, кН/м3 і при пік = гппр роблять роботи з посадки покрівлі Фізичною ОСНОВОЮ досліджень стану порід покрівлі є акустичний резонанс, що виникає в шаруватому масиві гірських порід При імпульсному порушенні масиву в шарах гірських порід, розділених ослабленими контактами, виникають періодичні загасаючі коливання, частота яких обернено пропорційна потужності шарів, а амплітуда залежить від ступеня ослаблення контактів між шарами Таким чином, якщо ударити по масиву і зафіксувати акустичні коливання - відгук шаруватого масиву на імпульсне порушення, то, вивчивши амплітудно-частотну характеристику цих коливань, можна зробити висновок про наявність площин розшарування і потужності порід, що розшарувалися На фіг, наведено графік амплітудно-частотної характеристики акустичного сигналу Запропонований спосіб реалізують так У пункті спостережень у покрівлі закріплюють сейсмоприймач, у точках ліворуч і праворуч на видаленні 1 - Зм від нього наносять серію ударів по масиву й акустичний сигнал, сприйманий сейс моприймачем, записують за допомогою магнітного реєстратора на магнітну стрічку Аналогічні виміри роблять як по довжині лави через 5 - 20м, так і в міру и подвигання через 1 - 10м (періодичність вимірів у міру видалення лави від розрізної печі зменшується) Записи акустичних сигналів відтворюють і обробляють на персональному комп'ютері за спеціальною програмою Як показали дослідження, у міру відходу лави від розрізу потужність порід покрівлі, які розшаровуються, тобто безпосередньо навантажують привибійне кріплення лави, росте і на деякій відстані від розрізу навантаження з боку порід покрівлі, які розшаровуються Рп = умк (у - об'ємна вага порід покрівлі, м к - потужність порід, що розшарувалися) стає порівнянна з несучою здатністю кріплення Рк Подальше збільшення потужності порід, що розшарувалися, приведе до порушення рівноваги системи покрівля - кріплення, масовим поломкам кріпи і завалу лави Таким чином, при контролі стану порід покрівлі треба стежити, щоб виконувалася умова Рп= РкЧИ М к = Рк У При досягненні цієї умови ВІДХІД лави від розрізу чи місця попередньої посадки слід вважати рівним крокові посадки покрівлі і здійснювати роботи з посадки покрівлі зводити посадкове кріплення і видаляти привибійне кріплення у виробленому просторі (чи тільки видаляти кріплення - при безорганній посадці) Приклад реалізації способу наведений для умов шахти "Постниковська" ВО "Шахтарськвуплля" Виміри проводилися в 4-й СХІДНІЙ лаві шару пє починаючи від розрізу В міру відходу лави потужність порід покрівлі, які розшаровуються, збільшувалася і на відстані 12м від вугільного масиву вона склала 14 - 26м Приклад графіка амплітудночастотних характеристик акустичного сигналу приведений на фігурі, на якому відзначені відстані до найвираженіших площин розшарування Максимальна потужність порід, що розшарувалися, була порівняна з несучою здатністю кріплення, про що свідчили численні поломки стійок дерев'яного кріплення і частковий завал лави При вантажопідйомності дерев'яного кріплення 400кН на 1 стійку і ЩІЛЬНОСТІ установки кріплення 1,35ст/м2 несуча здатність її складе 540кН/м2 Отже, гранична потужність порід, що розшарувалися, для цих умов (у - 25кН/м3) дорівнює 540 25 = 21,6м, а крок посадки покрівлі не повинний перевищувати 12м Оскільки, ЯК ВИДНО З фігури, покрівля розшаровувалася на пласти невеликої потужності, а загальна їхня потужність у 7 разів перевищувала потужність шару, тобто и було достатньо для підбутовки основної покрівлі й виключення шкідливого впливу періодичних осідань, було рекомендовано застосувати замість утримання покрівлі на опорних ціликах (спосіб дуже трудомісткий, що супроводжується 50%-мі втратами вугілля) повне обвалення порід покрівлі, що успішно застосовується на шахті протягом декількох років 5 55975 A, o m m 15,8 M і^Зм 0,75 0,5 9,7M 0,25 0 (2,5 6,2 V 3,1 2,5 2 , H , 7 i,2