Крепь очистных забоев — это ключевая конструкция, обеспечивающая безопасность рабочей зоны в призабойном пространстве, защищая его от обрушения окружающих горных пород.
Классификация крепи
Крепь классифицируется по двум основным признакам:
- По виду связей между элементами: на индивидуальную и механизированную.
- По месту установки: на лавную (для крепления самой очистной выработки) и крепь сопряжения (устанавливается в местах соединения лавы с горизонтальными штреками).
Индивидуальная крепь
Этот тип крепи состоит из отдельных элементов: призабойной и посадочной стоек, а также верхняка. Стойки бывают двух основных типов:
- Стойки трения: устанавливаются с помощью распорного клина. При опускании кровли происходит самозатяжка, и сопротивление стойки возрастает до рабочего значения. Разгрузка осуществляется выбиванием клина.
- Гидравлические стойки: их раздвижка и распор производятся ручным насосом, а разгрузка — специальным разгрузочным устройством. Они обеспечивают более контролируемое и мощное сопротивление.
Основной характеристикой любой стойки является её рабочая характеристика — график зависимости рабочего сопротивления от просадки выдвижной части, что отражает её способность противодействовать горному давлению.
Механизированная крепь
Выбор типа крепи в первую очередь зависит от горно-геологических условий: мощности и угла падения пласта, наличия нарушений и величины горного давления.
Механизированные крепи классифицируются по нескольким признакам:
По функциональному назначению
- Поддерживающие: обеспечивают устойчивость пород кровли над рабочим пространством и управляют её обрушением.
- Оградительные: защищают рабочее пространство от обрушенных пород, но не поддерживают кровлю в устойчивом состоянии.
- Поддерживающе-оградительные и оградительно-поддерживающие: комбинированные типы, где один из элементов развит сильнее, что позволяет увеличить рабочее пространство и улучшить проходимость.
По структурной схеме
- Комплектные: представляют собой единую конструкцию.
- Агрегатированные: секции крепи соединяются с забойным конвейером через домкраты передвижки, что повышает мобильность.
Ключевые параметры и расчет механизированной крепи
Эффективность работы крепи определяется комплексом параметров, которые описывают её взаимодействие с породным массивом. К ним относятся:
- Рабочее и посадочное сопротивление.
- Коэффициенты начального распора, затяжки кровли и ограждения.
- Шаг передвижки и минимальная конструктивная высота.
- Средний подпор при передвижке.
Взаимодействие оценивается по состоянию кровли, её опусканию, податливости стоек и скорости этой податливости. Совершенство крепи часто оценивают по её сопротивляемости вывалообразованию — способности предотвращать обрушение неустойчивых слоев кровли. На этот показатель влияют сопротивление крепи, скорость её просадок, величина некрепленой полосы у забоя и другие факторы.
Критерии и формулы взаимодействия
Для количественной оценки взаимодействия крепи с массивом используются комплексные показатели, связывающие параметры горного давления с параметрами крепи. К ним относятся:
- Работа, совершаемая силами в элементах стоек за рабочий цикл.
- Работа, выраженная через податливость стоек.
- Мощность сил взаимодействия за цикл.
Важно понимать, что крепь взаимодействует не со всем массивом, а с локальной областью над выработкой. Задача заключается в удержании лишь этой части кровли. Оптимальным сопротивлением считается такое, при котором суммарная работа сил по поддержанию кровли минимальна.
Рекомендуемые параметры сопротивления
- Нижняя граница необходимого сопротивления: 0,3–0,5 МПа для высот крепи от 450 до 2500 мм (большей высоте соответствует большее сопротивление).
- Для пластов мощностью 1–4 м:
- При средней кровле: 0,45–0,85 МПа.
- При тяжелой кровле: 0,7–1,3 МПа.
- Сопротивление посадочного ряда: 500–800 кН/м. Для тяжелых кровель рекомендуется 1100–1300 кН/м.
Существует зависимость рационального сопротивления от мощности пласта для разных типов крепей.
Следует отметить, что бесконечное повышение сопротивления экономически и технически нецелесообразно, так как оно ведет к резкому росту массы и стоимости крепи, не всегда давая пропорциональное улучшение устойчивости кровли.
Другие важные аспекты
- Коэффициент начального распора: оптимальное значение лежит в пределах 0,6–0,9. Его повышение улучшает быстродействие системы при динамических нагрузках.
- Остаточный подпор при передвижке: должен обеспечивать поддержку кровли на уровне не менее половины мощности пласта или 0,5 м.
Адаптивность и выбор типоразмера
Горно-геологические условия часто носят случайный характер, что требует от крепи определенной адаптивности. Для оценки оптимальности решений используется критерий адаптации, выражающий вероятность соответствия параметров крепи параметрам массива.
Выбор конкретного типоразмера механизированной крепи осуществляется на основе фактической мощности пласта, ожидаемых величин опускания кровли и необходимого запаса раздвижности. Минимальная и максимальная высоты крепи рассчитываются по соответствующим формулам, учитывающим эти переменные.
