ДонНТУ|
Портал магістрів ДонНТУ
Факультет: геотехнологій і управління виробництвом
Спеціальність: розробка корисних копалин
Традиційні підходи до забезпечення стійкості гірничих виробок, що базуються на збільшенні металоємності кріплення на 1 п.м. вироблення (збільшення типорозміру спецпрофілю, зменшення кроку установки аркового податливого кріплення, застосування кріплення посилення і т.д.) в умовах глибоких шахт не дозволяють забезпечити безремонтний стан виробок, що знаходяться в зоні впливу очисних робіт, проте призводять до значного підвищення вартості їх проведення. Це пояснюється неможливістю перешкодити існуючими засобами кріплення утворення та розвитку навколо виробок зони зруйнованих порід (ЗЗП). На актуальність проблеми вказує те, що в даний час середній питомий обсяг кріплення гірничих виробок складає близько 16 м на кожні 1000 т видобутого вугілля, а обсяг перекрепленія - 7,5 м на кожні 1000 т [1], в той час як вартість комплекту аркової кріплення становить близько 2000 грн.
На наш погляд, силова протидія природним геомеханічного процесам, що відбуваються в масиві не має перспективи і не може привести до стану тривалої рівноваги. Автором розвивається технологія забезпечення безремонтного стану виробок, заснована на використанні власної міцності гірських порід та сформованого в навколишньому масиві рівноважного стану.
Оскільки при підтримці виробки, що знаходиться в зоні впливу очисних робіт, умовно можна виділити два етапи пов'язаних з перерозподілом напруг у масиві — викликаний проведенням власне вироблення та веденням очисних робіт, то і засоби кріплення необхідно вибирати окремо для кожного з цих етапів, з урахуванням що склався стан масиву на попередньому етапі. Пропонований підхід зводиться до того, що на першому етапі вироблення кріпиться традиційним способом, а на другому — роль кріплення виконує штучно створена з породних блоків у межах ЗЗП несуча конструкція. Формування цієї конструкції забезпечується шляхом збільшення сил тертя між породний фрагментами, у межах ЗРП, що досягається за допомогою їх распора. У якості засобу створення распора пропонується застосування невзривчатих руйнуючих речовин (НРР), здатних різко збільшуватися в обсязі та створювати високий тиск, які починають застосовуватися у вітчизняній практиці. Лабораторні дослідження властивостей НРР [2], показали, що ці речовини здатні забезпечити необхідний тиск у масиві.
Принципова схема формування несучої конструкції в межах ЗЗП, відповідно до пропонованої технології, наведена на рисунку 1. На рисунку прийняті наступні позначення: В — відстань між шпурамі з распорними елементами в поперечному перерізі виробки, (м), у — глибина шпуров, (м).
Однак для обгрунтування параметрів пропонованого способу зміцнення і розробки технологічних паспортів необхідно визначити область впливу шпура з матеріалом що саморасширяється матеріалом, для визначення мінімальної щільності распорних елементів на одиницю площі зміцнення порід у виробці. Тому тема магістерської роботи актуальна.
Мета роботи — обгрунтування параметрів і визначення області застосування пропонованої технології зміцнення масиву в межах зони зруйнованих порід, заснованої на застосуванні матеріалів, що саморозширяються.
Ідея роботи полягає у створенні стійкої несучої конструкції з структурно-неоднорідного породного масиву за допомогою распорних елементів на основі невзривчатих руйнуючих речовин за рахунок використання ефекту їх саморасширення.
1. Встановлення закономірностей передачі тиску від розширення через дискретний матеріал.
2. Визначення галузи впливу распорного елемента.
3. Визначення мінімально необхідної щільності распорних елементів на одиницю площі зміцнення порід.
Об'єкт дослідження — структурно неоднорідний порідний масив.
Предмет досліджень — процеси зміцнення дискретних масивів.
Методи дослідження — аналітичний, систематизація, метод фізичного моделювання, метод статистичної обробки даних.
Наукова новизна роботи полягає в наступному:
- вперше встановлені закономірності зміни коефіцієнта передачі тиску від розширення в дискретному середовищі;
-досліджені явища розсіювання і фокусування тиску навколо распорного елементу.
практична цінність роботи полягає в розробці технології спрямованого керованого зміцнення структурно неоднорідного породного масиву, що дозволяє забезпечити стійкий стан вміщающих їм гірничих виробок та знизити витрати на їх підтримку.
Питання зміцнення порід які містять гірничі виробки вивчені досить детально. Розроблені технологічні схеми та нормативні документи. Однак існуючі технології зміцнення мають ряд недоліків. Спорудження захисної оболонки навколо виробки шляхом ін'єкційного зміцнення [3] порід пов'язано з необхідністю використання спеціального обладнання і дорогих зміцнюючих матеріалів. Крім цього існуючі способи нагнітання зміцнюючих складів не забезпечують спрямовану локальну обробку породного масиву в необхідних межах.
В останні роки у світовій практиці починаючи широко застосовуватися невибухові руйнують матеріали, здатні різко збільшуватися в обсязі та створювати високий тиск в результаті протікання реакцій гідратації.
Матеріали на основі невибухових руйнуючих речовин (НРР) в даний час застосовуються в інженерному будівництві для руйнування фундаментів та інших будівельних конструкцій. У гірничому виробництві ці речовини застосовуються для руйнування міцних крихких порід, дроблення негабаритних блоків при видобутку скельних порід відкритим способом, відбійки камнесамоцветної сировини та в інших випадках замість традиційних вибухових речовин (ДОСТ 9479-84). Це обумовлено високою безпекою виконання робіт, відсутністю сейсмічного ефекту та вибухових газів.
Автором поставлена задача визначення можливості застосування НРР з протилежною метою — для зміцнення масиву в межах зони зруйнованих порід, і забезпечення її стійкості. В якості технічного засобу створення распора передбачається застосування невибухової руйнівнуючої речовини НРР-80, що випускається в даний час в Україні. Вказаний матеріал являється порошкоподібною речовиною на основі оксиду кальцію, пилящий, негорюч, невзривонебезпечний, що дозволяє застосовувати його в шахтних умовах.
Наукові розробки в даному напрямку в світі не велися.
Основною перспективою досліджень є можливість використання результатів роботи на підприємствах вугільної промисловості України.
Результати магістерської роботи будуть служити основою для подальших досліджень.
На даний момент магістерська робота знаходиться в стадії розробки, у січні 2010 року більш докладну інформацію можна отримати у автора Овчиннікова Сергія Федоровича або у наукового керівника Сахно Івана Георгійовича.