Горное давление в очистном забое
Горные породы в нетронутом массиве находятся в состоянии напряженного равновесия. Угольный пласт на глубине Н испытывает напряжение σ = γН где γ — средняя плотность горных пород, кг/м3; Н — глубина залегания пласта, м. В процессе выемки угля впереди забоя происходит перераспределение напряжений (рис. 4.30). При этом различают три зоны, примыкающие к забою.
Рис. 4.30. Схема распределения опорного давления на угольный пласт впереди очистного забоя: а — в кровле пласта; б — в почве пласта
В зоне 1 сохраняются напряжения, характерные для нетронутого массива. Уголь находится в состоянии трехосного сжатия.
Зона 2 — зона опорного давления и характеризуется повышенным напряжением σ = kγН, где k — коэффициент концентрации напряжений (k > 1). В этой зоне уголь находится в состоянии двуосного сжатия. Максимум опорного давления находится на расстоянии от трех до пяти-шести мощностей пласта от кромки пласта.
Опорное давление проявляется по всему периметру выработанного пространства (впереди и позади лавы, в верхней и нижней ее частях). Оно скрывает влияние на состояние крепи подготовительных выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ, может вызвать внезапное разрушение целиков угля.
Опорное давление является следствием пригрузки от нависающей консоли непосредственной и основной кровли, воспринимаемой краевой частью угольного массива.
Зона 3 непосредственно примыкает к забою. В ней уголь обычно раздавлен и напряженное состояние им утрачено. Это обстоятельство способствует облегчению отбойки угля от массива соответствующими исполнительными органами выемочных машин.
По мере подвигания очистного забоя волна опорного давления постоянно перемещается, создавая повышенные и пониженные, по сравнению со статическими, напряжения в угольном пласте и прилегающих к нему породах. Это свидетельствует о том, что при выемке полезного ископаемого в массиве, окружающем очистную выработку, протекают сложные процессы в изменении его напряженного состояния: горные породы последовательно проходят стадии повышенных и пониженных, по сравнению со статическими, напряжений в угольном пласте и прилегающих к нему породах, разгрузки, упругого восстановления. Эти явления протекают не только в кровле, но и в почве угольного пласта.
В результате извлечения полезного ископаемого в забое очистной выработки происходит обнажение кровли. Кровля под действием собственного веса и веса вышележащих пород приходит в движение. При опускании кровли происходит ее расслоение по плоскостям напластования, переходящее с течением времени в обрушение. Сначала обрушается непосредственная кровля, а затем и основная.
Первая посадка кровли происходит при отходе очистных работ от разрезной печи на более или менее значительное расстояние, достигающее иногда 50–60 м и более. При дальнейшем подвигании очистного забоя, когда произошла первая посадка кровли, осуществляют регулярное обрушение непосредственной кровли, называемое первичной посадкой. В большинстве случаев породы основной кровли зависают в виде консоли и обрушаются после подвигания забоя на некоторое расстояние. Обрушение консоли основной кровли называют вторичной посадкой.
Для создания безопасных условий в призабойном пространстве устанавливают крепь и осуществляют комплекс мероприятий по управлению горным давлением.
Крепь может удерживать кровлю от обрушений только в непосредственной близости от забоя. Здесь кровля пласта и вышележащие породы удерживаются также силами сцепления. На некотором расстоянии от забоя влияние этой связи настолько ослабевает, что обычное крепление оказывается уже недостаточным. Давление пород со стороны выработанного пространства может восприниматься закладочным массивом или специальной крепью (рис. 4.31). Крепи различной конструкции и закладка защищают призабойное пространство от обрушений. В настоящее время для защиты призабойного пространства на пологих и наклонных пластах широко применяют механизированные крепи.
Рис. 4.31. Поддержание выработанного пространства закладкой (а), специальной стоечной крепью (б) и механизированной крепью (в)
Для объяснения поведения пород кровли в очистном забое и определения нагрузок на крепь предложены различные гипотезы горного давления: гипотеза свода М.М.Протодьяконова, гипотеза балок В.Д.Слесарева и др. Одной из гипотез, объясняющей формирование нагрузки на крепь, является гипотеза шарнирных блоков Г.Н.Кузнецова (рис. 4.32).
Рис. 4.32. Схема блочного обрушения пород кровли (по Г.Н.Кузнецову)
Согласно гипотезе шарнирных блоков нагрузка на крепь создается весом пород непосредственной кровли блока ABCD, который обламывается от массива по плоскости CD под углом φ к вертикали. Предполагается, что обламывающийся блок непосредственной кровли поворачивается у забоя, как вокруг жесткой опоры. При этом основная кровля опускается в виде отдельных блоков на обрушенные породы непосредственной кровли. В отдельных случаях можно предположить, что угол наклона непосредственной и основной кровли будет приблизительно одинаковым. Исходя из этого допущения, можно определить величину податливости крепи по формуле
Δm = a tgβ,
где Δm — величина податливости крепи, мм; а — расстояние от крепи до забоя, мм; β —угол наклона кровли, град;
tgβ = ΔM/L,
где ΔM — величина опускания конца блока основной кровли, мм; L — длина блока основной кровли, равная ее шагу обрушения, мм.
Величину ΔM можно определить по формуле
ΔM = m + h(1 – k1k2),
где m — мощность пласта, мм; h — мощность непосредственной кровли, мм; k1 — коэффициент разрыхления пород непосредственной кровли; k2 — коэффициент уплотнения обрушенных пород.
Давление на крепь оказывает масса пород блока, равная
Q = lhγ,
где Q — масса блока непосредственной кровли, т; h — мощность непосредственной кровли, м; l — длина блока непосредственной кровли, м; γ —плотность пород, т/м3.
Величину l можно определить по формуле
,
где Rиз — предел прочности пород при изгибе, кг/см2.
Составив условия равновесия системы «кровля—крепь», можно определить ожидаемую реакцию крепи.
Крепь очистных выработок
Крепь очистных выработок — это искусственное сооружение, возводимое для предотвращения обрушения пород кровли, сохранения необходимой площади поперечного сечения призабойного пространства и управления горным давлением.
Крепь должна удовлетворять следующим требованиям: она должна быть прочной и устойчивой; обладать податливостью; иметь минимальный вес; обеспечивать механизацию установки и передвижки; иметь необходимую площадь призабойного пространства для пропуска достаточного количества воздуха; не мешать выполнению других производственных процессов; должна быть недорогой, надежной и долговечной.
Прочность крепи — способность ее сопротивляться горному давлению, не разрушаясь и не получая остаточных деформаций.
Рабочее сопротивление — сопротивление нагрузке, являющейся безопасной в отношении деформации крепи, составляет до 70 % разрушающей нагрузки.
Начальное сопротивление — сопротивление, развиваемое крепью при ее установке или распоре (для гидравлических крепей).
Устойчивость крепи — способность ее сохранять первоначальное положение под влиянием горного давления.
Жесткость крепи — способность ее сопротивляться образованию деформаций. Различают жесткие и податливые крепи. Под действием горного давления жесткая крепь испытывает упругие деформации. В отличие от нее податливая крепь под действием нагрузки способна изменять свои линейные размеры по высоте, не меняя несущей способности. Это изменение размеров крепи заложено в ее конструкцию.
Податливая крепь в очистном забое обусловливает равномерное распределение нагрузки, снижает напряженность в нижних слоях непосредственной кровли, легко освобождается из-под давления.
Все известные виды крепей очистных выработок могут быть разделены на три класса: индивидуальные, комплектные и передвижные (рис. 4.33).
Под индивидуальной крепью понимают крепь очистных выработок, состоящую из отдельных, не связанных между собой конструктивно элементов, устанавливаемых вручную вслед за подвиганием забоя. Индивидуальная крепь подразделяется на призабойную и специальную (посадочную).
Призабойная крепь устанавливается вслед за подвиганием забоя и служит для поддерживания непосредственной кровли в рабочем пространстве очистной выработки, примыкающем к забою. Это пространство называется призабойным.
Специальная или посадочная крепь устанавливается на границе с погашаемым выработанным пространством и выполняет роль режущей опоры при управлении кровлей полным обрушением.
Комплектные крепи — это передвижные крепи, отдельные комплекты которых не связаны между собой по длине лавы. Эти крепи не получили распространения.
Рис. 4.33. Классификация крепей очистных выработок
В настоящее время широко применяются передвижные крепи, в которых процесс установки и перемещения происходит непрерывно. К ним относятся гидрофицированные крепи механизированных комплексов, щитовые перекрытия различных конструкций и другие виды крепей.
Призабойная крепь
Призабойная крепь представляет собой, как правило, раму, состоящую из верхняка и подбиваемых под него стоек. Ее основное назначение — обеспечение безопасных условий работы в очистном забое. Она должна противостоять горному давлению, не допускать вывалов отдельных кусков породы, не вдавливаться в почву, обеспечивать необходимое свободное пространство для работающих людей и размещения оборудования. Она должна быть простой, легко устанавливаться и извлекаться. Рамы призабойной крепи могут располагаться перпендикулярно (рис. 4.34, а) линии забоя или параллельно (рис. 4.34, б) ей. Верхняки рекомендуется располагать перпендикулярно трещинам в кровле. При механизированной выемке угля, что более всего распространено на пологом и наклонном падении, верхняки располагают перпендикулярно забою. Расстояние между рамами по падению равно 0,8–1,0 м.
При разработке крутонаклонных и крутых пластов средней мощности и в некоторых других условиях, где выемка угля осуществляется буровзрывным способом, рамы располагают по падению (параллельно забою). При наличии почв, склонных к сползанию, стойки устанавливают на лежни. Расстояние между рамами равно 0,9–1,0 м.
Расстояние между стойками в рамах может быть различным и составлять в среднем 0,7–1,0 м, иногда более. Например, при ширине захвата выемочной машины 0,63 м стойки в рамах могут устанавливаться друг от друга на расстоянии 1,25 м.
Рис. 4.34. Призабойная крепь: 1—стойки; 2 — верхняки
Число стоек, приходящееся на 1 м2 площади обнаженной кровли, называют плотностью крепи.
При наличии неустойчивых и сильнотрещиноватых кровель с целью предотвращения просыпания породы между верхняками, перпендикулярно им, и кровлей укладывают затяжки из досок или горбылей. В отдельных случаях затяжка кровли может быть сплошной.
Призабойная крепь может быть деревянной и металлической. Применение деревянной крепи связано с большим расходом леса. Тем не менее, рамы, устанавливаемые по падению, обычно состоят из деревянных элементов. Стойки делают из круглого леса диаметром до 20–25 см и длиной, соответствующей мощности пласта без толщины верхняка. В качестве верхняков используют распилы длиной до 2–3 м. Укладывают их плоской стороной к кровле.
Деревянная крепь в качестве основной применяется в условиях, для которых еще не созданы механизированные крепи или применение их пока нерационально. В качестве вспомогательной она применяется довольно широко.
При механизированной выемке наиболее целесообразной является металлическая крепь. Ее применение улучшает состояние кровли и увеличивает безопасность работ.
Металлические стойки. В зависимости от рабочей характеристики металлические стойки подразделяются на жесткие и податливые (рис. 4.35). Жесткие металлические стойки не применяются. По способу достижения податливости металлические стойки подразделяются на стойки трения и гидравлические.
Рис. 4.35. Рабочие характеристики стоек крутонарастающего (1), пологонарастающего (2) и постоянного (3) сопротивления
Под рабочей характеристикой стойки понимают изменение ее сопротивления R опусканию пород кровли при ее податливости Δh. Стойки трения могут быть нарастающего и постоянного сопротивления. Первые могут иметь характеристику круто- и пологонарастающего сопротивления.
Стойка трения состоит из выдвижной части, корпуса и замкового устройства. Выдвижная часть удерживается в рабочем положении за счет сил трения, возникающих в замковом устройстве. В настоящее время изготавливаются металлические стойки трения постоянного сопротивления типов ТУ, Т, ТЖ. Они предназначены для крепления на пластах мощностью от 0,5 до 2,5 м.
На рис. 4.36 представлена стойка трения типа ТЖ. Она состоит из корпуса 1, выдвижной части 2 и деталей замкового устройства. Корпус стойки представляет собой желоб с приваренными к нему корпусом замка 3 и нижней опорой 9. В стенках корпуса в шахматном порядке расположены два ряда отверстий 4, через которые с помощью установочных клиньев 7 осуществляется распор стойки между кровлей и почвой при ее установке в лаве. Выдвижная часть, имеющая трубчатую форму, оканчивается верхней опорой 10 под металлический верхняк. Замковое устройство состоит из корпуса 3 сварной конструкции, ползуна 6, проставки 8, горизонтального клина 7 и пружины 5.
Начальное сопротивление стойки обеспечивается силами трения, возникающими между поверхностями выдвижной части и замка при забивке горизонтального клина.
Рис. 4.36. Стойка трения типа ТЖ
При увеличении нагрузки выдвижная часть проседает, увлекая за собой ползун, который, поворачивая клин с проставкой, устанавливает их в горизонтальное положение. При повороте горизонтального клина происходит самозатяжка стойки.
После этого стойка работает в режиме постоянного сопротивления.
У некоторых типов стоек трения начальный распор осуществляется винтовыми домкратами. Чтобы вывести стойку трения из-под нагрузки, необходимо нанести удар по узкому концу горизонтального клина. После этого выдвижная часть проскальзывает внутрь корпуса стойки.
Гидравлические стойки изготавливают с внутренним и внешним питанием (табл. 4.3).
Таблица 4.3 Краткая техническая характеристика гидравлических стоек
| Показатели | Тип стоек | |
| 2ГСК | 2ГВС | |
| Пределы применения по мощности пласта, м | 1,8–3,4 | |
| Начальный распор, кН | ||
| Рабочее сопротивление, кН | ||
| Номинальное давление жидкости, MПa | ||
| Масса, кг | 57,9–78,6 | 51,9–70,9 |
Стойка с внутренним питанием является полностью автономным механизмом, включающим насос с механизмом привода, силовой цилиндр, резервуар для рабочей жидкости, предохранительный и разгрузочный клапаны. К ним относятся стойки типов ГСУМ и 2ГСК. В стойках с внешним питанием подача рабочей жидкости под давлением осуществляется от вынесенной насосной станции с резервуаром для рабочей жидкости. Такая стойка состоит из цилиндра, впускного, предохранительного и разгрузочного клапанов. Присоединение гидростоек к напорной гидромагистрали осуществляется с помощью специального легкосъемного устройства — пистолета с запорным краном. Выпускаются стойки двух типов: 2ГВС и 2ГВТ.
Изменение типоразмеров гидравлических стоек по высоте достигается путем применения ряда сменных насадок. Верхние насадки могут быть для деревянных и металлических верхняков.
В качестве рабочей жидкости в гидравлических стойках могут применяться минеральное масло и водомасляная эмульсия.
На рис. 4.37 изображена схема гидравлической стойки с внутренним питанием. Гидравлическая стойка имеет цилиндрический корпус 1 и выдвижную часть 2. Рабочая жидкость заполняет полость А выдвижной части. В выдвижную часть встроен подвижной поршень 3, перекачивающий жидкость из полости А в полость В Этот поршень приводится в движение кривошипным механизмом 4 при его качании съемной рукояткой 5. При движении поршня рабочая жидкость проходит через клапаны 6 и 7, поднимая выдвижную часть 2, Под влиянием нагрузки давление жидкости в полости В увеличивается. Когда оно достигает величины, на которую настроен предохранительный клапан 5, последний открывается и жидкость переливается из полости В в полость А. Этим достигается податливость стойки под нагрузкой. Чтобы вывести стойку из-под нагрузки, необходимо включить разгрузочное устройство 9, после чего жидкость также переливается в полость А. Рабочая жидкость переливается в полость А через отверстие 10 выдвижной части.
Гидравлические металлические стойки в настоящее время являются основным типом индивидуальной крепи, особенно со средствами узкозахватной выемки. По сравнению со стойками трения они имеют следующее преимущество: стабильную характеристику постоянного сопротивления, не зависящую от внешних условий. Как показали исследования, в шахтных условиях их фактическое рабочее сопротивление почти на 30% превышает сопротивление стоек трения; обеспечивается более высокое начальное сопротивление, позволяющее стойке быстрее достичь рабочего сопротивления. Это уменьшает расслоение и опускание кровли в лаве, улучшает ее состояние; уменьшается трудоемкость работ по креплению и извлечению стоек; возможны дистанционная разгрузка и, как следствие, снижение потерь в процессе эксплуатации.
Рис. 4.37. Гидравлическая стойка с внутренним питанием
Вместе с тем гидравлические стойки имеют более высокую стоимость, требуют большей осторожности в эксплуатации.
Применение металлических стоек повышает безопасность работ, значительно снижает расход лесных материалов, способствует внедрению более эффективных технологических схем выемки угля. Однако, чтобы применение их было эффективным, они должны использоваться многократно.
Металлические верхняки. Применение металлических стоек оказывается наиболее эффективным в комплексе с металлическими верхняками. Их назначение — равномерная передача рабочего сопротивления стоек на большую поверхность пород кровли и предотвращение вывалов кусков породы. Их применение обеспечивает консольное бесстоечное поддержание кровли в лавах с узкозахватной техникой.
Металлические верхняки выпускались трех типоразмеров — 0,8; 1,0 и 1,25 м. Серийно изготавливаются верхняки М71С, В2ОБ.
Металлические шарнирные верхняки M7IC предназначены для поддержания кровли в очистных забоях пологих пластов средней мощности. Верхняк M7IC (рис. 4.38) представляет собой звено балки 2 с проушиной 1 и вилкой 4, имеет упор 3 и клин 5.
Рис. 4.38. Металлический шарнирный верхняк М71С
Звено верхняка представляет собой сварную балку коробчатого профиля. С одного конца балки приварена проушина, а с другого — вилка. Клин верхняка выполнен неотъемным, что исключает его потерю в процессе эксплуатации.
Консольное навешивание верхняков обеспечивается забивкой клина в отверстие проушины.
В зависимости от типоразмера масса верхняка составляет 23; 27,2 и 32,9 кг.
Посадочная крепь
Посадочная крепь, выполняющая функцию режущей опоры при управлении кровлей полным обрушением, может быть деревянной и металлической. Деревянная посадочная крепь имеет ограниченное распространение, например при немеханизированной выемке.
Деревянная посадочная крепь может быть в виде органного ряда. Органная крепь представляет собой стойки, установленные всплошную в одну линию вдоль очистного забоя. Она может быть одно- и многорядной. Органная и другие деревянные крепи могут применяться в отдельных случаях как специальная крепь вспомогательного назначения.
В качестве посадочной крепи широко применялись посадочные стойки ОКУМ (рис. 4.39). Стойка состоит из станины 1, основного винта 2, настроечного винта 3, насадки 4 и замкового устройства с колодкой 5 и горизонтальным клином 6.
В зависимости от типоразмера стойки ОКУМ имеют рабочее сопротивление от 1000 до 2000 кН, массу от 95,2 до 363,7 кг. Установка и распор стойки ОКУМ между почвой и кровлей осуществляются вывинчиванием основного винта с помощью ломиков, вставляемых в его отверстие. Основной винт удерживается в нужном положении замковым устройством за счет трения между ним и колодкой, когда клин забит. Начальный распор стойки производится вывинчиванием настроечного винта также с помощью ломика. Разгрузка стойки из-под давления осуществляется под защитой соседней. Передвижка стойки на новое место может производиться с помощью ручной лебедки, либо вручную при небольшой ее массе.
Посадочные стойки ОКУМ устанавливают на линии обрушения кровли. Расстояние между ними составляет 1,5–2,0 м. В отдельных случаях при большом горном давлении их устанавливают в два ряда в шахматном порядке.
Рис. 4.39. Посадочная стойка ОКУМ
Механизированные крепи
Механизированной называется крепь очистных комплексов и агрегатов, все секции которой кинематически связаны между собой и передвигаются с помощью домкратов вслед за подвиганием забоя. Она состоит из отдельных секций, каждая из которых преимущественно имеет основание, гидравлические стойки, верхняк и гидравлический домкрат для передвижения секций. Механизированная крепь ограждает призабойное пространство, механизирует процесс крепления и управления кровлей. Секции механизированной крепи устанавливаются в забое по всей длине лавы.
По характеру взаимодействия с боковыми породами механизированные крепи подразделяются на крепи оградительного, поддерживающего, оградительно-поддерживающего и поддерживающе-оградительного типов.
Крепи оградительного типа содержат только оградительные элементы, препятствующие проникновению обрушенных пород в призабойное пространство. В современных типах механизированных комплексов распространения не получили.
Крепи поддерживающего типа (рис. 4.40, а) имеют верхняк, поддерживающий кровлю на всей ширине призабойного пространства, применяются на пластах тонких и частично средней мощности. Оградительные элементы либо отсутствуют, либо выполняют вспомогательную роль, предотвращая проникновение обрушенных пород кровли в рабочее пространство лавы.
К крепям поддерживающего типа относятся крепи М87, КД90, МТ и др.
Оградительно-поддерживающая крепь (рис. 4.40, б) имеет серповидное ограждение, поддерживающее обрушенные породы кровли и предотвращающее их проникновение в рабочее пространство лавы, а также козырек, поддерживающий кровлю непосредственно у забоя. К крепям этого типа относятся крепи механизированных комплексов ОКП, УКП, КПК.
Рис. 4.40. Схемы механизированных крепей поддерживающего (а), оградительно-поддерживающего (б) и поддерживающе-оградительного (в) типов
Крепи поддерживающе-оградительного типа (рис. 4.40, в) имеют поддерживающие и оградительные элементы, активно воспринимающие нагрузку со стороны поддерживаемых пород кровли. К крепям этого типа относятся крепи Ml30, Ml38 и др.
Подавляющее большинство механизированных крепей предназначены для пологих и наклонных пластов. На пластах крутонаклонного и крутого падения в небольшом количестве применялись крепи КПК, АКЗ и др.
В табл. 4.4 приведена краткая техническая характеристика некоторых механизированных крепей нового технического уровня, применяемых на пластах пологого и наклонного падения.
Таблица 4.4 Краткая характеристика крепей механизированных комплексов
| Показатели | Тип крепей | ||||
| КД90 | 4ОКП70 | М138 | M142 | М171 | |
| Мощность пласта, м | 1,1–2,0 | 1,6–2,8 | 1,2–3,0 | 2,0–6,5 | 2,0–5,5 |
| Угол падения, град | |||||
| Длина лавы, м | |||||
| Сопротивление крепи, кН/м2 | |||||
| Шаг установки секции, м | 1.35 | 1,1 | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
| Число гидростоек в секции | |||||
| Масса секции, т | 4,8 | 5,3 |
Секции механизированных крепей могут быть одно- и многостоечные. По числу рядов стоек они могут быть одно-, двух и трехрядными. Крепи оградительно-поддерживающего типа одностоечные, за исключением секций крепи комплекса 2УКП, имеющих две гидростойки. Одностоечные секции менее устойчивы. Многостоечные секции применяют в крепях поддерживающего и поддерживающе-оградительного типов.
У большинства механизированных крепей гидродомкрат передвижения секций расположен внизу (МТ, ОКП и др.), этим же домкратом осуществляется передвижка конвейера. У крепи M130 домкрат передвижения секций расположен вверху; для передвижки конвейера имеется специальный домкрат.
Секции механизированной крепи в забое могут перемещаться последовательно вслед за выемкой угля (основная схема) или через одну (сначала четная, затем нечетная) в различных вариантах.
Наиболее распространенным видом поддерживающей механизированной крепи является крепь типа МТ.
Механизированная крепь МТ (рис. 4.41) является составной частью комплекса КМТ. Крепь МТ — поддерживающего типа, агрегатированная, состоит из секций кустового типа, направляющих балок и рессорных буферов. Секция крепи включает перекрытие 3, четыре гидравлические стойки 4, основание 5, щиток ограждения 1, блок управления секцией 2, два домкрата передвижения, кронштейны для соединения с конвейером. Передвижение секции осуществляется с активным подпором.
Представителем крепей оградительно-поддерживающего типа является крепь комплекса ОКП70 (рис. 4.42). Крепь состоит из отдельных линейных секций и двух концевых секций. Секции связаны гидродомкратом передвижки с конвейером, являющимся опорной базой комплекса.
Линейная секция имеет основание 1, перекрытие 8, поддерживающий козырек 4, гидростойку 7. Перекрытие с основанием связано траверсами 9 и 11. На гидростойке смонтирован гидрозамок 10. Гидродомкраты 12 двустороннего действия, предназначены для передвижки секций и конвейера. Между верхними частями оградительных перекрытий соседних секций расположены домкраты 5, выравнивая секции с гидрозамками 6. Они служат для обеспечения боковой устойчивости крепи. Каждая секция имеет блок управления в передней части основания 2 с отсекателем 3. Передвижка секций состоит из следующих операций: разгрузка секции из-под давления, подтягивание ее гидродомкратом к конвейеру, распор.
Крепь M130 (рис. 4.43) является представителем крепей поддерживающе-оградительного типа, со сплошным перекрытием кровли, состоит из линейных секций I и II типов и концевых секций с удлиненными козырьками.
Линейная секция состоит из перекрытия 1 с козырьком 2, прижимаемым к кровле гидродомкратом, двух гидростоек 5 и 8 двустороннего действия с опорными плитами на почву пласта, гидродомкрата 6 для передвижки секций и оградительного телескопического щита 10, соединенного тягой 9 с задней стойкой. Секция крепи имеет противоотжимное устройство в виде съемного щита 3, шарнирно соединенного с козырьком, и управляется двумя гидродомкратами 4. Передвижка гидростоек и конвейера осуществляется гидродомкратом 7. Верхние перекрытия секций имеют между собой шпунтовую связь. Перемещение секций происходит по шпунтовым направляющим соседней секции. Передвижка секций заключается в следующем. По мере выемки угля комбайном передвигают к забою гидродомкратами передвижения две соседние секции I типа вместе с задними стойками. Передние стойки остаются на месте, но наклоняются к забою. Затем передвигается находящаяся между ними секция II типа. После этого перемещаются конвейер и передние гидростойки передвинутых секций I и II типов.
Механизированные крепи предназначены для пологих и наклонных пластов, могут применяться для выемки как по простиранию с предельными углами падения пластов, указанными в табл. 1.4, так и по падению (восстанию) пластов с углами падения до 8–10°
Несмотря на специфические требования, были созданы механизированные крепи для крутонаклонных и крутых пластов с выемкой их как по простиранию, так и по падению пласта. Для работы по простиранию созданы крепи КПК, АКЗ и др., для работы по падению — щитовые агрегаты АНЩ, АЩМ.
Механизированные крепи позволяют осуществить комплексную механизацию, а в перспективе и комплексную автоматизацию работ в очистном забое.
Они должны обеспечивать: приспосабливаемость к изменяющейся мощности и гипсометрии пласта, соответствие шага передвижки ширине захвата выемочной машины; наличие свободного пространства для прохода людей и вентиляции; нормальное состояние кровли в забое; удобство транспортных, монтажных и демонтажных работ; направленность передвижения секций и боковую устойчивость их при работе и передвижке, скорость крепления вдоль лавы не менее максимальной величины рабочей скорости комбайна; управляемость в плоскости пласта; возможность замены секций в лаве; свободный доступ к отдельным узлам для их осмотра и текущего ремонта.
Щитовые перекрытия
При разработке крутых пластов в ряде случаев выемка угля производится в нисходящем порядке под защитой щитовых перекрытий различных конструкций. Они подразделяются на оградительные и оградительно-поддерживающие. Оградительные щитовые крепи опираются на целики угля, а оградительно-поддерживающие распираются между кровлей и почвой.
Щитовые крепи крутых пластов подразделяются на секционные, бессекционные, арочные, распорные и др. Секционные щиты в зависимости от мощности пласта могут быть одинарные, сдвоенные (соединены гибкой связью). Щитовые крепи на крутых пластах перемещаются под действием собственного веса и веса налегающих пород. На крутонаклонных пластах применялись самопередвигающиеся и щиты с принудительной подачей. Наибольшее распространение получили секционные щиты конструкции Н.А.Чинакала (рис. 4.44).
Щитовое перекрытие состоит обычно из четырех-пяти секций. Длина секции по простиранию 6 м. Секции укладываются рядом и связываются между собой канатами. Размер секции вкрест простирания принимают на 0,5–1,0 м меньше мощности пласта, оставляя у кровли и почвы пласта пачки угля. Это необходимо для предотвращения прорыва породы под щит и нормального движения щита при изменении мощности пласта.
Основой секции является металлическая рама 1 из швеллерных балок. Продольные и поперечные элементы рамы соединяются болтами. На раму укладывают в несколько рядов накатник 2 из окантованных бревен. Сначала укладывают обычно два ряда бревен вкрест простирания, затем по простиранию и т.д. Накатник скрепляют с металлической рамой стяжными брусьями 5, накладками, хомутами и болтами. Со стороны почвы и кровли у секции монтируют салазки, предотвращающие сползание бревен накатника и снижающие трение щита о боковые породы. Одинарные щиты применяют на пластах мощностью до 9,0 м. При большой мощности иногда применялись сдвоенные щиты. Управление плоским щитом в процессе выемки угля является довольно сложной задачей. Они успешно работают при углах падения более 55°, где управление ими упрощается.
При разработке крутых пластов мощностью 3–5 м применяют бессекционные щиты. Гибкий одинарный бессекционный щит состоит из одного ряда окантованных бревен, укладываемых вкрест простирания пласта. Бревна соединяются между собой четырьмя поясами из швеллерных балок, уложенных по простиранию пласта. Эти щиты хорошо изгибаются по простиранию пласта, так как в них отсутствуют продольные ряды накатника. Благодаря деформации металлических поясов щит приспосабливается к изменяющейся конфигурации забоя. Длина такого щита в большинстве случаев принимается равной до 30–36 м.
В гибких бессекционных щитах уменьшается расход металла и леса. Поэтому такие щиты находят применение и на пластах мощностью более 5 м, но с более прочной конструкцией наката — со сдвоенной балкой, состоящей из двух рядов наката, уложенных вкрест простирания пласта.
Плоские секционные и бессекционные щиты являются крепями оградительного типа. К оградительно-поддерживающим щитовым крепям относятся распорные крепи агрегатов АЩМ и АНЩ, предназначенных для пластов средней мощности.
Для выемки пластов мощностью 4–6 м с углами падения 35–45° применяются щитовые перекрытия ЩРП.
Гибкие перекрытия
При разработке мощных угольных пластов применяются гибкие перекрытия, отделяющие полезное ископаемое от обрушенных пород. Гибкое металлическое перекрытие (рис. 4.45) представляет собой каркас из металлических лент с уложенной поверх него проволочной сеткой.
Рис. 4.45. Гибкое металлическое перекрытие конструкции КузНИУИ:1 — стойки; 2 — сетка; 3 — металлические полосы
Каркас гибкого перекрытия представляет собой плетеную конструкцию из металлической ленты сечением 50×3 мм. На 1 м2 площади перекрытия укладываются впереплет 4–5 металлических лент. Чтобы предотвратить просыпание породы через ячейки каркаса, на него также впереплет настилаются 2–3 ряда металлической проволочной сетки. Такое перекрытие ограждает рабочее пространство очистного забоя от проникновения обрушенных пород, исключает возведение другой ветви в технологическом процессе выемки угля.