Влияние заполнения закрепного пространства

18.03.2020

Согласно наблюдениям в выемочных штреках при буровзрывном способе их проведения средняя ширина зазоров между породным контуром и арками крепи составляет 20 см. Расстояние между боками и крепью имеет наименьшую величину у основания стоек и наибольшую — в так называемых «углах» арочного контура поперечного сечения выработки. Средний объем закрепного пространства составляет 2,2 м3 на 1 м штрека. В штреках, проводимых комбайнами избирательного действия, средняя ширина зазора равна 29 см, в «углах» она на 10 см больше, а непосредственно под сводом несколько меньше. В штреках, проводимых буровзрывным способом, в 40% случаев ширина зазора колеблется от 20 до 50 см и в 10% — не превышает 20 см. При проведении выработок комбайнами большая ширина зазора встречается чаще; в 10% случаев она превышает 60 см.

Форма поперечного сечения штрека, закрепленного арочной крепью, после прохода лавы приближается к трапециевидной или к сводчатой с острым углом в вершине. Наблюдения показывают, что в штреках, проводимых комбайнами, свод выработки выполаживается, а в штреках, проводимых буровзрывным способом, наоборот, становится остроугольным.

Заполнение закрепного пространства вручную. Расстояние между породным контуром выработки и крепью уменьшается уже в нескольких метрах от ее забоя. Уже в 15 м перед лавой из-за конвергенции объем закрепного пространства сокращается наполовину (рис. 7.10) Приконтурный породный массив разрыхляется. Отслаивающаяся порода добавляется к материалу ручной забутовки. Из-за точечного приложения нагрузки крепь деформируется и выдавливается в штрек. Процесс деформирования заканчивается лишь тогда, когда площадь поперечного сечения штрека сокращается до 45% первоначальной величины. При так называемом «самоподбучивании» закрепного пространства, практиковавшемся на шахте «Цольферейн», отделившаяся от массива порода, заполняющая закрепное пространство, на сопряжении штрека с лавой высыпалась. При удалении стоек штрековых рам со стороны лавы наблюдается выпадение затяжки. В этом случае особенные опасения вызывает состояние кромки кровли пласта на сопряжении с контуром штрека. При ее обрушении рамы крепи теряют боковую опору и могут быть выдавлены в образовавшиеся пустоты и деформированы.

Заполнение закрепного пространства твердеющими смесями на основе природного ангидрита. Наряду с обычной забутовкой закрепного пространства или его самоподбучиванием на шахтах уже применяют доведенные до стадии эксплуатационной пригодности способы механизированного заполнения закрепного пространства быстротвердеющими и достаточно податливыми смесями. При подаче пневматическим способом смесей на основе природного ангидрита непосредственно в забое удается заполнять до 93% объема закрепного пространства. Благодаря этому конечная конвергенция уменьшается на 16% начальной высоты штрека. Существенно сокращается также деформирование крепи.

В одном из случаев к механизированному заполнению закрепного пространства пришлось прибегнуть в связи с такой большой конвергенцией в штреке еще до подхода лавы, что стала невозможной передвижка привода лавного конвейера. Благодаря заполнению закрепного пространства природным ангидритом конвергенцию штрека удалось уменьшить на 60 см, устранив тем самым значительные затруднения на сопряжении штрека с лавой. Несущая способность затвердевшего ангидрита оказалась настолько высокой, что непосредственная кровля пласта прочно удерживалась после удаления стоек арочных рам у входа в лаву, и от применявшегося ранее упрочнения породных слоев полиуретаном можно было отказаться.

При возведении ангидритовых околоштрековых полос закрепное пространство в зоне, пересеченной контуром штрека кровли пласта, также обязательно заполняется смесью. Благоприятные результаты, получаемые при применении узких ангидритовых полос, могут быть в значительной мере отнесены на счет заполнения закрепного пространства.

Заполнение закрепного пространства пенопластом. Во многих случаях для заполнения пустот между породным контуром штрека и крепью применяют пенопласт. Специально разработанный для использования в шахтах пенопласт под фирменным названием «изошаум» имеет предел прочности на сжатие 3 МПа после усадки на 70%. Поэтому прежде чем пенопласт начнет оказывать заметное сопротивление, приконтурный породный массив успевает в значительной мере разрыхлиться. Однако породы за крепью не отслаиваются от массива и самопроизвольного заполнения закрепных пустот породной массой не происходит. При заполнении закрепного пространства пенопластом расстояние между породным контуром штрека и крепью сокращается в большей степени, чем при забутовке вручную (примерно на 85%).

Звенья арочных рам нередко выдавливаются в крупные пустоты, заполненные пенопластом, из-за чего податливые арки теряют способность к равномерной просадке. Тем не менее прочность пенопласта часто бывает достаточна для того, чтобы предупредить вывалы пород из кровли на сопряжении штрека с лавой.

Частичное заполнение закрепного пространства рукавами «Буллфлекс». Этот способ предусматривает при установке в забое рам крепи укладку в углубления спецпрофиля тканевых рукавов, в которые затем под давлением нагнетают водный раствор твердеющей смеси. В результате расширения рукавов обеспечиваются прижатие затяжки к породному контуру выработки и достаточное прилегание крепи к породам. Ткань, из которой изготавливаются распорные рукава, должна обладать высокой прочностью, воздухо- и водопроницаемостью и быть удобной при обработке.

Для заполнения распорных рукавов применяют водные растворы мелкозернистых смесей. При давлении нагнетания до 1,4 МПа вода отфильтровывается через водопроницаемую ткань распорного рукава и раствор приобретает благоприятное для затвердевания водоцементное отношение.

Под затяжкой, прижимаемой к породному контуру распорными рукавами, все еще остаются мелкие остаточные пустоты. Измерения показали, что рядом с такими пустотами находятся точки контакта затяжки с породой. Степень заполнения закрепного пространства составляет 70±6,8%. При этом арочные рамы примерно на 30% своего периметра имеют контакт с при-контурным массивом.

Сравнение различных способов заполнения закрепного пространства. Эффективность способа заполнения закрепного пространства можно оценить по снижению как конвергенции, так и деформирования крепи (табл. 7.6).

Для сравнения различных способов заполнения закрепного пространства конечная конвергенция и степень деформирования арочной крепи при забутовке вручную были приняты за единицу. При самоподбучивании арочных рам эти величины примерно на 10% выше.

Из приведенных в табл. 7.6 данных можно сделать вывод, что самоподбучивание арочных рам лишь незначительно хуже, чем обычная забутовка закрепного пространства вручную, если пустоты за крепью в среднем не шире 20 см и распределены по периметру контура выработки более или менее равномерно.

При самоподбучивании закрепного пространства совместно с расклиниванием рам крепи деревянными клиньями конвергенция увеличивается на 20%, а степень деформирования крепи — на 80%. По-видимому, деревянные клинья усиливают неблагоприятное воздействие неравномерной нагрузки на крепь.

При пенопластовом заполнении закрепного пространства конвергенция и деформирование крепи увеличиваются соответственно на 40 и 30%. Таким образом, некоторое улучшение состояния кровли на сопряжении штрека с лавой сопряжено с большей конвергенцией и более сильным деформированием крепи. Неравномерная ширина зазора между породным контуром штрека и крепью из-за почти полной усадки пенопласта проявляется в полной мере.

В то же время заполнение закрепного пространства природным ангидритом снижает конвергенцию штрека и деформацию крепи весьма значительно. Высокие дополнительные затраты на ангидритовое заполнение оправдывают себя в тех случаях, когда необходимо не только улучшить состояние кровли на сопряжении штрека с лавой, но и уменьшить конвергенцию штрека и деформацию крепи.

Если же при забутовке закрепного пространства вручную состояние сопряжения штрека с лавой удовлетворительное и требуется лишь уменьшить остаточную конвергенцию и предупредить сильное деформирование крепи, то вполне достаточно организовать лишь выкладку вслед за подвиганием лавы околоштрековой полосы из быстротвердеющей смеси. В этом случае можно ожидать, что конечная конвергенция будет ненамного больше той, которая наблюдается при замене забутовки закрепного пространства вручную механизированной.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна