ДонНТУ |
Портал магистров ДонНТУ
Факультет: геотехнологий и управления производством
Специальность: Разработка полезных месторождений
Традиционные подходы к обеспечению устойчивости горных выработок, основанные на увеличении металлоемкости крепи на 1 п.м. выработки (увеличение типоразмера спецпрофиля, уменьшения шага установки арочной податливой крепи, применение крепи усиления и т.д.) в условиях глубоких шахт не позволяют обеспечить безремонтное состояние выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ, однако приводят к значительному повышению стоимости их проведения. Это объясняется невозможностью воспрепятствовать существующими средствами крепления образованию и развитию вокруг выработок зоны разрушенных пород (ЗРП). На актуальность проблемы указывает то, что в настоящее время средний удельный объем крепления горных выработок составляет около 16 м на каждые 1000 т добытого угля, а объем перекрепления — 7,5 м на каждые 1000 т [1], в то время как стоимость комплекта арочной крепи составляет около 2000 грн.
На наш взгляд, силовое противодействие естественным геомеханическим процессам, происходящим в массиве не имеет перспективы и не может привести к состоянию длительного устойчивого равновесия. Автором развивается технология обеспечения безремонтного состояния выработок, основанная на использовании собственной прочности горных пород и сложившегося в окружающем массиве равновесного состояния.
Поскольку при поддержании выработки, находящейся в зоне влияния очистных работ, условно можно выделить два этапа связаные с перераспределением напряжений в массиве — вызванный проведением собственно выработки и ведением очистных работ, то и средства крепления необходимо выбирать отдельно для каждого из этих этапов, с учетом сложившегося состояния массива на предыдущем этапе. Предлагаемый подход сводится к тому, что на первом этапе выработка крепится традиционным способом, а на втором — роль крепи выполняет искусственно создаваемая из породных блоков в пределах ЗРП несущая конструкция. Формирование этой конструкции обеспечивается путем увеличения сил трения между породными фрагментами, в пределах ЗРП, что достигается при помощи их распора. В качестве средства создания распора предлагается применение невзрывчатых разрушающих веществ (НРВ), способных резко увеличиваться в объеме и создавать высокие давления, которые начинают применяться в отечественной практике. Лабораторные исследования свойств НРВ [2], показали, что эти вещества способны обеспечить необходимые давления в массиве.
Принципиальная схема формирования несущей конструкции в пределах ЗРП, согласно предлагаемой технологии, приведена на рисунке 1. На рисунке приняты следующие обозначения: В — расстояние между шпурами с распорными элементами в поперечном сечении выработки, (м), у — глубина шпуров, (м).
Однако для обоснования параметров предлагаемого способа упрочнения и разработки технологических паспортов необходимо определить область влияния шпура с саморасширяющимся материалом, для определения минимальной плотности распорных элементов на единицу площади укрепляемых пород в выработке. Поэтому тема магистерской работы актуальна.
Цель работы — обоснование параметров и определение области применения предлагаемой технологии укрепления массива в пределах зоны разрушенных пород, основанной на применении саморасширяющихся материалов
Идея работы — заключается в создании устойчивой несущей конструкции из структурно-неоднородного породного массива при помощи распорных элементов на основе невзрывчатых разрушающих веществ за счет использовании эффекта их саморасширения.
1. Установление закономерностей передачи давления от расширения через дискретный материал.
2. Определение области влияния распорного элемента.
3. Определение минимально необходимой плотности распорных элементов на единицу площади укрепляемых пород.
Объект исследования — структурно неоднородный породный массив.
Предмет исследований — процессы упрочнения дискретных массивов.
Методы исследования — систематизация, аналитический, метод физического моделирования, метод статистической обработки данных.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- впервые установлены закономерности изменения коэффициента передачи давления от расширения в дискретной среде;
- исследованы явления рассеяния и фокусировки давления вокруг распорного элемента.
Практическая ценность работы заключается в разработке технологии направленного управляемого укрепления структурно неоднородного породного массива, позволяющей обеспечить устойчивое состояние вмещаемых им горных выработок и снизить затраты на их поддержание.
Вопросы укрепления пород вмещающих горные выработки изучены достаточно детально[8]. Разработаны технологические схемы и нормативные документы. Однако существующие технологии укрепления имеют ряд недостатков. Сооружение защитной оболочки вокруг выработки путем инъекционного укрепления [3] пород сопряжено с необходимостью использования специального оборудования и дорогостоящих скрепляющих материалов. Кроме этого существующие способы нагнетания скрепляющих составов не обеспечивают направленную локальную обработку породного массива в требуемых пределах.
В последние годы в мировой практике начинают широко применяться невзрывчатые разрушающие материалы, способные резко увеличиваться в объеме и создавать высокие давления в результате протекания реакций гидратации.
Материалы на основе невзрывчатых разрушающих веществ (НРВ) в настоящее время применяются в инженерном строительстве для разрушения фундаментов и других строительных конструкций. В горном деле эти вещества применяются для разрушения прочных хрупких пород, дробления негабаритных блоков при добыче скальных пород открытым способом, отбойке камнесамоцветного сырья и других случаях взамен традиционных взрывчатых веществ (ГОСТ 9479-84). Это обусловлено высокой безопасностью выполнения работ, отсутствуем сейсмического эффекта и взрывных газов.
Автором поставлена задача определения возможности применения НРВ с противоположной целью — для укрепления вмещающего горную выработку массива в пределах зоны разрушенных пород, и обеспечения ее устойчивости.
В качестве технического средства создания распора предполагается применение невзрывчатого разрушающего средства НРВ-80, выпускаемого в настоящее время в Украине. Указанный материал представляет собой порошкообразное вещество на основе оксида кальция, является пылящим, негорючим, невзрывоопасным, что позволяет применять его в шахтных условиях.
Научные разработки в данном направлении в мире не велись.
Основной перспективой исследований является возможность использования результатов работы на предприятиях угольной промышленности Украины.
Результаты магистерской работы будут служить основой для дальнейших исследований.
На данный момент магистерская работа находится в стадии разрабоки, в январе 2010 года более подробную информацию можно получить у автора Овчинникова Сергея Фёдоровича или у научного руководителя Сахно Ивана Георгиевича