Результаты исследований с применением динамометрических гидравлических стоек (по Г. Янсу)

На наиболее частую причину конвергенции в штреках, т. е. на деформирование контура выработки из-за разгрузки, смятия, расслоении и разрыхления приконтурного массива, можно до известной степени влиять за счет установки крепи, быстро воспринимающей нагрузку. Даже в штреках, испытывающих сильное горное давление, не требуется крепь удельным сопротивлением свыше 200 кН/м2, если исходить из того, что выемочные штреки имеют, как правило, ограниченный срок службы, а крепь устанавливается таким образом, что она в равной мере воздействует как на кровлю, так и на почву. При незамкнутом контуре крепи, каковой является арочная крепь, в штреках, подверженных сильному давлению, основная компонента деформации контура выработки приходится на почву.

Эффект снижения деформационной составляющей конвергенции за счет применения крепи с более высоким сопротивлением по мере его повышения становится все более слабым. Более того, даже при использовании крепи со сверхвысоким сопротивлением, например 1200 кН/м2 (такие крепи неприемлемы на практике по экономическим и техническим соображениям), не удалось бы полностью приостановить развитие конвергенции.

На составляющую конвергенции, обусловленную абсолютным опусканием породного массива в результате выемки угольных пластов, усилием крепи существенно повлиять нельзя.

Опытный штрек 1, оборудованный динамометрическими стойками, был пройден по пласту R1 на глубине 785 м в западной части Рурского бассейна. Мощность пласта 1,25 м, угол падения 4—9°. Удельное сопротивление крепи составляло около 100 кН/м2. Почва оставалась незакрепленной. Сопротивление динамометрических стоек было различным (рис. 6.61). Оно не имело определенной величины в период установки стоек, а затем после прохода лавы повысилось до 580 кН/м2. Динамометрические стойки удалялись в 200 м за лавой и заменялись деревянными.

Детальный анализ полученных результатов показал, что деформационная доля конвергенции не превышала 4% общей конвергенции, что объяснялось разгрузкой пласта, по которому был пройден штрек, вследствие над- и подработки.

Внезапное резкое уменьшение сопротивления крепи и столь же резкое его повышение (см. рис. 6.61) не отражались на характере развития конвергенции. Из этого следует, что компонента конвергенции, обусловленная абсолютным опусканием породного массива, равная 96% общей конвергенции, не может быть уменьшена при том сопротивлении, которое имела крепь, установленная в опытном штреке. Применение же крепи с большим сопротивлением нецелесообразно по экономическим соображениям.

Опытный штрек 2 был оборудован на глубине 920 м на пласте Н в средней части Рурского бассейна. Удельное сопротивление измерительной крепи вначале было весьма мало, и лишь через 29 сут после установки стоек оно повысилось до 290 кН/м3. Несколько позже оно возросло до 470 кН/м2. Через 98 сут удельное сопротивление внезапно снизилось до 50 кН/м2. При этом было отмечено некоторое усиление конвергенции. Лишь через 550 сут сопротивление крепи снизилось до нуля, что снова сопровождалось увеличением конвергенции.

Развитие конвергенции при различном сопротивлении крепи характеризуется графиком (рис. 6.62). При сопротивлении крепи 50 кН/м2 можно было предупредить по меньшей мере 40%, а при сопротивлении 470 кН/м2 — 58% конвергенции, ожидавшейся при полном отсутствии сопротивления крепи. Из этого можно сделать вывод, что по мере повышения сопротивления крепи доля конвергенции, которая может быть предупреждена увеличением сопротивления крепи, становится все меньше и меньше, т. е. эффект от повышения сопротивления крепи, выражающийся в снижении конвергенций, ослабевает.

В отношении влияния несущей способности крепи на состояние выработки приведенные выше данные дают основание предполагать, что после снижения через 100 сут удельного сопротивления со 120 до 0 кН/м2 смещения пород в выработку усилились и именно в такой мере, в какой раньше было достигнуто некоторое замедление уменьшения площади поперечного сечения выработки (рис. 6,63,а).

Обратная картина наблюдается при повышении начального сопротивления крепи, происшедшем через 215 сут после ее установки. В этом случае можно предположить, что существовавшие раньше темпы уменьшения площади поперечного сечения выработки замедлились. Если бы с самого начала крепь работала с повышенным сопротивлением (см. рис. 6.63,б), то достигнутое уменьшение площади поперечного сечения штрека произошло бы значительно позднее.

Другие зависимости, относящиеся к конвергенции и сопротивлению крепи, приведены на рис. 6.64.