Сущность управления кровлей полным обрушением заключается в периодическом обрушении нависающей вследствие выемки угля консоли пород кровли по всей длине очистного забоя. Расстояние, через которое осуществляется обрушение пород кровли, называют шагом обрушения или шагом посадки.
Величина шага обрушения зависит от типа призабойной крепи, технологии и средств механизации очистных работ, свойств пород кровли и других факторов.
Шаг обрушения кровли в очистных забоях с индивидуальной крепью принимается кратным ширине захвата исполнительного органа комбайна или ширине вынимаемой ленты при буровзрывной выемке. В очистных забоях, где осуществляется буровзрывная выемка угля с индивидуальной деревянной крепью, шаг обрушения принимается равным ширине нескольких лент. Он может достигать 5–6 м и более. В лавах, оборудованных узкозахватными комбайнами и металлической крепью, шаг обрушения обычно равен длине металлического верхняка. При механизированных крепях он равен шагу передвижки крепи.
Шаг посадки, обусловленный технологией очистных работ, может совпадать или не совпадать с естественным шагом обрушения пород кровли. Если естественный шаг обрушения кровли превышает технологический шаг посадки, то происходит зависание пород в выработанном пространстве. Это вызывает повышенное давление на крепь. Такая ситуация возникает при наличии в кровле прочных пород.
Чтобы осуществить посадку кровли, необходимо по линии обрушения установить специальную посадочную крепь, которая отделяет призабойное пространство от выработанного, и каким-либо образом удалить на участке обрушения призабойную крепь. Технология работ по управлению кровлей полным обрушением зависит от типа крепи в очистном забое. В лавах с механизированной крепью процесс крепления и управления кровлей является единым. Здесь роль человека сводится к передвижке крепи гидродомкратом. Кровля при этом стихийно обрушается вслед за передвижкой крепи. Этот процесс в лавах с индивидуальной крепью характерен наличием ручных работ по установке, перемещению и удалению крепи.
На пластах с углами падения до 15° посадка кровли может производиться как снизу вверх, так и сверху вниз. При углах падения более 15° посадку кровли производят только в направлении снизу вверх. Это вызвано необходимостью обеспечения безопасных условий ведения работ.
Обрушение пород непосредственной кровли сопровождается увеличением их объема. Следовательно, при определенном соотношении мощности пласта и толщины обрушающихся слоев непосредственной кровли будет происходить самоподбучивание основной кровли. В этом случае устраняется пригрузка со стороны основной кровли, и крепь в лаве работает в благоприятных условиях. Если иметь в виду, что коэффициент разрыхления пород кровли после уплотнения составляет 1,12–1,15, то самоподбучивание будет происходить при hн = m / (Кр – 1) = (6–8) m, где hн — мощность обрушающейся непосредственной кровли, м; m — мощность пласта, м; Кр — коэффициент разрыхления пород кровли после уплотнения. Если самоподбучивание основной кровли не происходит, что возможно при мощности обрушающейся непосредственной кровли менее 6–8-кратной мощности пласта, то крепь будет испытывать повышенные нагрузки.
Эффективность управления кровлей полным обрушением зависит от склонности пород к обрушению. При наличии в кровле прочных пород значительной мощности, обычно являющихся труднообрушаемыми или трудноуправляемыми, осуществляют их разупрочнение посредством передового торпедирования или гидрообработки.
Передовое торпедирование заключается в предварительном ослаблении пород кровли взрыванием зарядов в скважинах, пробуренных впереди очистного забоя (рис. 4.46). В зависимости от длины очистного забоя заложение скважин может быть одно- и двустороннее. Одностороннее заложение скважин применяют в лавах длиной до 100–120 м. Диаметр скважин обычно составляет 100 мм.
Величина заряда ВВ и параметры заложения скважин зависят от мощности и прочности слоев труднообрушаемой кровли, длины лавы и некоторых других факторов.
Ослабление породного массива может быть осуществлено также гидрообработкой, сущность которой заключается в нагнетании в него жидкости под давлением. Вследствие воздействия воды происходит размокание пород, ослабление контактов по напластованию и естественным трещинам.
Разупрочнение массива тем или иным способом обусловливает лучшую обрушаемость пород кровли при выемке угля. Уменьшается вероятность зависания консолей. Улучшаются условия взаимодействия крепей с боковыми породами. Разупрочнение труднообрушающихся пород создает благоприятные условия для работы механизированных крепей. При труднообрушающихся породах их применение затруднено, они деформируются и приходят в неработоспособное состояние.
В отличие от комплексно-механизированных забоев, где обрушение кровли происходит стихийно вслед за передвижкой секций крепи, посадка кровли в лавах с индивидуальной крепью отличается трудоемкостью и повышенной опасностью.
Процесс посадки кровли заключается в выполнении следующих операций (рис. 4.47): последовательная разгрузка из-под давления посадочных стоек ОКУМ, передвижка их к забою на шаг посадки и установка по линии обрушения, снятие призабойной крепи и переноска ее в рабочее пространство лавы. После удаления крепи кровля обрушается. Рабочие, осуществляющие посадку кровли, находятся в закрепленной зоне.
В очистных забоях с призабойной деревянной крепью осуществляют механизированные способы ее удаления, например, при помощи каната и лебедки. Лебедка устанавливается на вентиляционном штреке. При наматывании каната на барабан происходит выбивка призабойной и органной крепи. Выбивка крепи канатом может быть применена при любых углах падения, но наиболее эффективна на крутых пластах. Выбивка деревянной крепи может также производиться взрыванием стоек. Все это значительно повышает безопасность работ при посадке кровли.
Рис. 4.47. Управление кровлей полным обрушением при механизированной выемке с индивидуальной крепью: 1 — посадочные стойки ОКУМ
