Факультет:
Геотехнологии и управления производством
Специальность: Разработка полезных месторождений и геомеханические процессы горного производства
Тема магистерской работы: Исследования особенностей взаимодействия крепления горных выработок глубоких шахт с вмещающим масивом при формировании вокруг выработок зоны разрушенных пород"
Руководитель: доктор технических наук, профессор, Петренко Юрий Анатолиевич
Принятая Верховным Советом Украины Национальная энергетическая программа придает особое значение развитию угольной промышленности (общий объем добычи угля до 2010 года должен достигнуть 170 млн. тонн в год). Предусматривается строительство 20 новых шахт, завершение строительства второй очереди на 15 предприятиях, реконструкция 63 шахт.
Развитие угольной промышленности в Донбассе сопровождается увеличением глубины горных работ, сечений и общей протяженности поддерживаемых выработок. Только за последние 20 лет объем добычи угля на шахтах с глубиной разработки более 700 метров возрос в 2 раза. За этот же период средняя несущая способность крепи выросла в 2,5 раза, стоимость крепления в 2,3 раза, а трудоемкость в 3,7 раза. Однако попытки обеспечить безремонтное поддержание выработок за счет увеличение несущей способности крепи положительных результатов не дали. Ежегодно протяженность выработок, находящихся в неудовлетворительном состоянии, увеличивается на шахтах Донбасса на 2-3%.
При ремонте выработок, связанном с заменой элементов крепи, в 92% случаев зафиксированы выпуски породы. В 55% вес выпускаемой породы на 20 – 250% превышает несущую способность постоянной крепи. В этой связи вполне обосновано предположение, что именно масса выпускаемой при ремонте породы является причиной нарушения эксплуатационного состояния горной выработки.
Таким образом, совершенствование методик расчёта нагрузки на арочную податливую крепь с учётом воздействия на неё обрушенных пород является весьма актуальной задачей.
Целью данной работы являлось исследование особенностей взаимодействия крепления горных выработок глубоких шахт с вмещающим массивом при формировании вокруг выработок зоны разрушенных пород.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1. Установление основных причин деформирования арочной податливой крепи в условиях глубоких шахт Донбасса.
2. Установление зависимости параметров свода обрушения от размеров зоны неупругой деформации вокруг выработок.
3. Разработка методики расчёта нагрузки на арочную податливую крепь в условиях интенсивно разрушающегося породного массива, вмещающего горную выработку.
При решении данных задач использовался комплексный метод исследований, включающий в себя анализ состояния горных выработок в условиях глубоких шахт Донбасса, шахтные исследования характера нагружения арочной податливой крепи и аналитические исследования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-впервые установлено, что нагружение арочной податливой крепи в <условиях шахт Донбасса осуществляется не только в режиме «заданной нагрузки» или «заданной деформации», но процесс носит более сложный комбинированный характер. В начале нагружение крепи происходит за счёт смещений контура выработки, а затем под воздействием веса обрушенной приконтурной части массива.
-впервые установлена зависимость между параметрами свода обрушения и размерами зоны неупругих деформаций;
-разработана методика расчёта нагрузки на арочную податливую крепь, отличающаяся тем, что учитывается вес обрушенных пород.
Практическая ценность данной работы заключается в том, что использование разработанной методики при выборе параметров крепи позволит существенно снизить затраты на поддержание выработок за счёт сокращения количества ремонтов.
Результаты работы будут реализованы при разработке паспортов поддержания подготовительных выработок 25-ой западной лавы пласта m3 шахты «Украина» ГП «Селидовуголь».
Основное содержание работы изложено в трёх разделах.
В первом разделе на основании обследования шахт ГП «Селидовуголь» приведены сведения о протяжённости поддержанных выработок, степени их деформации и видах крепи. Сделан вывод о несоответствии параметров крепи условиям их нагружения. Для выяснения причин деформирования арочной податливой крепи проведено детальное обследование конкретных выработок. В результате было доказано, что основные деформации крепи со стороны кровли связаны с воздействием на неё обрушенных пород. Данные, собранные при обследовании 17 выработок, были сведены в таблицу, в которой указаны сечения и размеры выработок при её сооружении; сечения и размеры выработок на момент ремонтных работ; объёмы выпуска породы при перекреплении; процент изменения сечения.
Во втором разделе был выполнен обзор методик расчёта нагрузки на крепь. Были проанализированы наиболее известные гипотезы горного давления, а также нормативные методы расчёта нагрузки на крепь. В результате было установлено, что ни одна из существующих в настоящее время методик расчёта не учитывает полностью особенности механизма нагружения крепи в условиях глубоких шахт. Данный механизм носит комбинированный характер, в начале нагружение крепи происходит в режиме «заданной деформации» за счёт смещения контура выработки, затем, после образования вокруг выработки зоны неупругих деформаций и реализации основных смещений её контура, нагрузку на крепь оказывает вес части пород в пределах этой зоны, отделившихся от приконтурного массива.
В третьем разделе в результате решения аналитико-эксперементальной задачи была получена зависимость для определения нагрузки на крепь с учётом особенности механизма её нагружения.
1. 1. Вывалообразования в горных выработках шахт Донбасса / К.В.Кошелев, И.И.Бурма, Д.А.Герасимчук, О.К.Кошелев. – К: Техника, 1994, – 135 с. Вивалоутворення у гірничих виробках шахт Донбасу / К.В.Кошелев, І.І.Бурма, Д.А.Герасимчук, О.К.Кошелев. – К: Техніка, 1994, – 135 с. Мова рос.
2. Исследования проявления горного давления в капитальных выработках глубоких шахт Донецкого бассейна / Ю.З.Заславский – М: Недра, 1996, -- 180 с.
3. Горное давление и крепь выработок / А.П.Максимов. – М: Недра, 1973, – 289 с.
4.4. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР / Ленинград: ВНИМИ, 1986, – 223 с.