Магистр ДонНТУ Касьяненко Андрей Леонидович

Касьяненко Андрей Леонидович

Факультет: Геотехнологий и управления производством
Специальность: Разработка месторождений полезных ископаемых
Тема выпускной работы: Выбор и обоснование рациональных параметров способа предотвращения выдавливания пород почвы
Руководитель: Соловьёв Геннадий Иванович
РЕФЕРАТ  Украинский  Русский  Английский
ВВЕДЕНИЕ | ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ | ЦЕЛЬ РАБОТЫ | ЗАДАЧИ РАБОТЫ | ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ | МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ | НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ | НАУЧНАЯ НОВИЗНА | ДОСТОВЕРНОСТЬ | ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ | РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ | АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ | ПУБЛИКАЦИИ | ОБЪЕМ РАБОТЫ | СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ | ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

ВВЕДЕНИЕ

При отработке угольных пластов в условиях глубоких шахт Донбасса одним из весьма затратных механизмов является обеспечение устойчивости подготовительных выработок, поддерживаемых в зоне влияния очистных работ.
На состояние вмещающей толщи пород оказывают влияние многочисленные факторы, которые можно разделить на две группы: естественные и производственные. В процессе ведения очистных и подготовительных работ в большинстве случаев не имеется возможностей управлять естественными факторами, к ним приходится приспосабливаться, смягчать или компенсировать их вредное влияние. Группа производственных факторов включает комплекс технологических, технических и организационных решений, которые принимаются и реализуются согласно паспорту или нормативов ведения тех или иных горных работ. Все эти решения подвластны горному специалисту-технологу, который может их выбирать, видоизменять, комбинировать и совершенствовать. Следовательно, не исключая важности учета естественных факторов основное управление состоянием окружающих выработку пород осуществляется путем выбора в отдельности или комбинаций рациональных технолого-технических и организационных решений.
Высокопроизводительная отработка запасов лав, особенно в сложных условиях глубоких шахт, должна обеспечиваться, как правило, без выполнения в участковых подготовительных выработках ремонтно-восстановительных работ, нарушающих технологический режим добычи угля. Проведение и поддержание участковых подготовительных выработок составляет большую долю затрат в себестоимости добываемого угля. Уменьшение их количества на один отрабатываемый очистной забой — это один из существенных резервов повышения производительности труда и уменьшения издержек производства. Решение вопросов эффективной охраны выемочных штреков или ходков в первую очередь следует определять с помощью технико-экономического анализа.[1]

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Переход горных работ на глубины порядка 800–1000 м и более сопряжен со значительной интенсификацией выдавливания пород почвы в полость подготовительных выработок, потеря сечения которых достигает 60–80% на сопряжении с лавой. Применяемые способы борьбы с пучением не отличаются большим разнообразием и в основном сводятся к ручной или, в лучшем случае, механической подрывке пород почвы.
Научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими институтами разработаны и испытаны различные способы охраны горных выработок, направленными, в том числе, и на борьбу с пучением.
Однако из-за сложности механизма пучения незакрепленных пород почвы пласта в условиях больших глубин разработки, когда доминирующую роль приобретают объемные и временные факторы, а также и прочностные характеристики вмещающих пород, неучет их в способах борьбы с пучением приводит к негативным результатам.
Таким образом, разработка новых способов охраны подготовительных выработок, поддерживаемых в зоне влияния очистным забоем, является актуальной научно-технической задачей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является разработка рационального сочетания способов сохранения устойчивости подготовительных выработок глубоких шахт, поддерживаемых в зоне влияния очистных работ, обеспечивающих минимально возможную величину пучения почвы при бесцеликовой разработке. Заключается в использовании перераспределения напряжений и деформаций в почве пласта при одновременном применении нескольких способов воздействия на окружающие выработку породы, обеспечивающих наибольшую эффективность ее поддержания.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Заключается в использовании перераспределения напряжений и деформаций в почве пласта при одновременном применении нескольких способов воздействия на окружающие выработку породы, обеспечивающих наибольшую эффективность ее поддержания.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

  • установление закономерностей изменения напряжений и деформации в почве пласта при различных способах воздействия на приконтурный массив пород на моделях из эквивалентных материалов;
  • разработка комплексного способа охраны выработок при бесцеликовой отработке угольных пластов;
  • промышленные испытания способа.

    • МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

    Применен комплексный метод, заключающийся в обобщении опыта охраны горных выработок на шахтах, моделировании на моделях из эквивалентных материалов, математическом моделировании методом конечных элементов (МКЭ) и экспериментальных исследованиях в шахтных условиях.

    НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

  • предложен и обоснован комплексный метод охраны выработок, основанный на механическом воздействии на почву угольного пласта, а также в случае необходимости использования разгрузочных щелей в почве;
  • рассматриваются закономерности изменения напряжений в почве выработки и интенсивности ее пучения в зависимости от способа их охраны (для 10-и способов);
  • определяется область рационального применения комплексного метода охраны подготовительных выработок на глубоких горизонтах их заложения (800-1000 м и более) при средне- и труднообрушаемых породах кровли, неустойчивых и разнопрочных слоев пород в почве угольного пласта.

    • НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследований состоит в следующем

  • выявлено, что одновременное воздействие с помощью различных спо-собов на части приконтурного массива позволяет разгрузить почву пласта под выработкой и уменьшить деформации верхних слоев до допустимых значений;
  • волнообразный характер изменения напряжений в почве пласта в мо-мент прохода очистного забоя, позволяющий выявить зоны неустойчивого состояния охраняемой выработки;
  • величина и направление дополнительных напряжений в почве пласта, а также интенсивность пучения пород почвы зависит от способа и места силового воздействия на приконтурный массив;
  • предложены критерии выбора рациональных параметров разгрузки почвы.

    • ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,

    ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ

    Подтверждается большим объемом натурных наблюдений (шахтным экспериментом), и лабораторными исследованиями, аналитическими исследованиям с использованием MКЭ, вероятностно-статистическим обобщением полученных результатов исследований.

    ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ

    Заключается в разработке комплексного способа охраны выработок и технология его реализации при бесцеликовой разработке угольных пластов в условиях разнопрочных пород почвы.

    РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ

    Разработанный комплексный способ охраны горных выработок апробирован в условиях шахты им. Е. Т. Абакумова ГП «ДУЭК» при разработке пологих пластов в сложных горно-геологических условиях. Проведены промышленные испытания способа. Планируемый экономический эффект от внедрения комплексного способа охраны выработок составит в 2008-2009 г.г. году 0,2-0,5 млн. грн. в год.

    АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

    Основные положения и результаты работы планируется доложить на технико-экономических совещаниях ГП «ДУЭК» и на научно-технических отечественных и зарубежных конференциях.

    ПУБЛИКАЦИИ

    По результатам выполненных исследовании автором опубликовано 1 работа и находится в печати 3 работы.

    ОБЪЕМ РАБОТЫ

    Диссертация общим объемом 181 с. состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из III наименований, содержит 36 рисунков, 24 таблицы, 2 приложения.

    СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

    На основании анализа современного состояния охраны и поддержания горных выработок, горно-геологических и горнотехнических особенностей разработки на шахте им. Е. Т. Абакумова ГП «ДУЭК», сформулированы цели и задачи исследований.
    В настоящее врем разработка угольных пластов на шахте им. Е. Т. Абакумова ведется на глубине 1000 м. В тектоническом отношении месторождение характеризуется относительно спокойным залеганием, осложненным рядом разрывных нарушений: надвиги, сбросы. Амплитуда нарушений небольшая – от 5 до 13 м. По газовому фактору шахта отнесена к сверхкатегорийной. В горных работах из кровли пластов в тектонических нарушенных зонах отмечены суфлярные выделения газа. Все угольные пласты в границах шахтного поля невыбросоопасны. Исследованные слои песчаников относятся к выбросоопасным низкой и средней степени. Геотермические условия сложные. Максимальная температура пород составляет 34,3 °C. Выработки, проводимые по алевролитам и песчаникам силикозоопасные. Угольные пласты опасны по взрываемости угольной пыли, не склонны к самовозгоранию. Протяженность поддерживаемых выработок на шахте составляет от 8-14 км.
    Подготовка и отработка шахтного поля осуществляется панелями по падению, к границам шахтного поля. Отработка панелей по пластам ведется по столбовой системе обратным ходом от границы панели по простиранию. В данный момент на шахте работает один участок который отрабатывает 7-ю западную лаву пласта m3 механизированным комплексом. В кровле пласта располагаются средне- и труднообрушаемые породы, а в почве породы, склонные к пучению. Среднее подвигание очистного забоя составляет 60 м/мес., средняя добыча угля составляет 20000 т/мес.
    Основным способом охраны участковых выработок на сопряжении их с лавой является установка крепей усиления. Для поддержания консолей кровли со стороны выработанного пространства применяется двухрядная органная крепь. Опыт работы показал, что возведение костров и бутовых полос менее эффективен. Кроме того, бутовые полосы не технологичны и весьма трудоемки при столбовой системе разработки. Однако такой способ охраны не обеспечивает безремонтное поддержание выработок. Величина пучения почвы на пласте m3 достигает 1,5-3,0 м, после чего производится подрывка почвы. Трудоемкость уборки пород составляет 0,9 чел.-см на 1 м выработки.
    Все исследователи, изучающие причины пучения и физико-механические процессы, происходящие вокруг выработки, считают, что одно из основных причин деформаций пород, является повышенное горное давление и наличие обнаженной поверхности почвы.
    В последние годы разработаны и испытаны такие способы, как взрыво-щелевая разгрузка почвы, взрывоукрепление, устройство разгрузочных щелей, подрезка угольного пласта врубмашиной, выбуривание скважин в массиве, производство отрезных щелей буровым способом и др. Однако экспериментальная проверка способов производилась в разных горно-геологических условиях и не все они оказались в достаточной степени эффективными.
    Таким образом, большие производственные затраты на поддержание выработок, отсутствие эффективных способов охраны свидетельствует об актуальности данной проблемы, что и позволило сформулировать перечисленные выше задачи исследований.
    В породном массиве вокруг выемочного штрека до подхода лавы, во время ее прохода и после него происходят деформационные процессы, приводящие к сдвижению пород. На глубине 700 м при боковых породах средней крепости (предел прочности пород кровли и почвы на сжатие соответственно 100—600 и 45—70 МПа), наличии в почве нерабочего тонкого пласта-спутника и отработке пласта с одной стороны штрека наблюдаются следующие явления (рис. 1).[3]
    1. Опережающее лаву опорное давление создает систему разломов, распространяющуюся в обе стороны от штрека на 15—20 м. Со стороны угольного массива эти разломы ориентированы под углом 25— 35° к штреку. В кровле и почве штрека происходит расслоение пород.
    2. При выемке угля в первой лаве монолитный породный блок кровли опускается вертикально как единое целое, причем он поворачивается примерно на 20°.
    3. Вследствие этого в кровле штрека образуется разлом, проходящий под углом около 70°. Речь может идти о разломе от изгиба.
    4. Кровля пласта над угольным массивом может подвергнуться сильному раздавливанию. Вследствие концентрации напряжений возможно дальнейшее развитие разломов.
    5. Одновременно происходит выдавливание угля в полости штрека, из-за чего при слабой непосредственной кровле пласта могут образоваться разломы с зияющими трещинами. Расчлененные этими разломами породные глыбы смещаются относительно друг друга. Образуются зоны скалывания с S-образными вторичными разломами.
    6. В породах почвы образуются сбросовые трещины.
    7. Почва штрека, уже сильно ослабленная расслоением пород, под действием надвига разрушается.
    8. По форме обломков можно было сделать вывод, что наиболее сильно сдвигаются породы вдоль пласта-спутника справа от штрека.
    9. Полностью развивается сдвижение пород вокруг штрека, подобное тому, которое наблюдается в сыпучих грунтах в соответствии с условием Прандтля.

    Анимированый рисунок сдвижения и разрушения породного массива вокруг штрека(10 повторов)

    Анимированный рисунок. 1. Характер сдвижения и разрушения породного массива вокруг выемочного штрека (по Й. Грамбергу) [3, c. 275]
    1 — общее опускание; 2 — осадка; 3 — различаемые в зоне обрушения плоскости отрыва; 4 — первичные разломы в направлении действия давления; 5 — породные блоки; 6 — смятые породные блоки;7 — полностью разрушенный уголь пласта-спутника;

    ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

    1. М.П. Зборщик, М.А. Ильяшов. Геомеханика подземной разработки угольных пластов, т.1, Донецк, 2006, - 255 с.
    2. Я. Фармер. Выработки угольных шахт. М.: «Недра», 1990. - 268 с.
    3. О. Якоби. Практика управления горным давлением. М.: «Недра», 1987. - 564 с.
    4. Заславский Ю.3. Исследование проявлений горного давления в капитальных выработках глубоких шахт донецкого бассейна М.:«недра», 1966, - 179 с. 1966
    5. Черняк И.Л. Предотвращение пучения почвы горных выработок.- М.: «Недра», 1978.- 237с.
    6. Роенко А.Н. Новый подход к исследованию явления пучения пород для обоснования мер борьбы с ним // Уголь Украины. – 1997. №2-3.- С. 20-22.
    7. Литвинский Г.Г. Механизм пучения пород почвы подготовительных выработок // Уголь. – 1987. №2.- С. 15-17.
    8. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Негрей С.Г., Мороз О.К. Моделирование механических процессов в породах почвы подготовительной выработки // Сборник трудов VII-й международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века». Донецк-Севастополь. 2000. С. 105-109.
    9. Соловьёв Г.И., Негрей С.Г. Об особенностях пучения почвы выемочных выработок в условиях шахты «Южнодонбасская №3» // Известия Донецкого горного института. 1999, №3, С.39-42.ссылка
    10. Ю.В. Бондаренко, Г.И. Соловьёв, С.Г. Негрей, Е.В. Кублицкий. О влиянии плотности разрушенного породного массива на устойчивость выработки. Сборник научных трудов НГА Украины №12, Том 2. – Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2001, с. 91-94.ссылка
    11. Наумец Д.В., Негрей С.Г. Исследование влияния изменения физико-механических характеристик разрушенного породного массива на устойчивость почвы выработки //Конкурсная работа, Алчевск, март 2008.ссылка

    ВВЕДЕНИЕ | ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ | ЦЕЛЬ РАБОТЫ | ЗАДАЧИ РАБОТЫ | ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ | МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ | НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ | НАУЧНАЯ НОВИЗНА | ДОСТОВЕРНОСТЬ | ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ | РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ | АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ | ПУБЛИКАЦИИ | ОБЪЕМ РАБОТЫ | СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ | ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
    контактная информация :

    ICQ:413-913-922
    Я в контакте
    Почта