Реферат з теми магістерської роботи

Вступ

Основним напрямком економічного розвитку України передбачається збільшення вуглевидобування в гірничо-геологічних умовах, що ускладнюються. Тому найгостріше стає проблема безремонтного підтримання гірничих виробок. У більшій мірі це стосується виїмкових виробок, які підтримуються у виробленому просторі позаду лав і наражаються інтенсивні прояви гірського тиску від ведення очисних робіт.

Підтримання виробок позаду лави, що вимагає застосування штучних споруд (бутових смуг, кострів, бутокострів, органного кріплення, залізобетонних тумб, литих смуг й ін.), більшість з яких, окрім бутової смуги, пов'язані із застосуванням дорогих матеріалів і попередніх технологій при виготовленні елементів охоронних конструкцій. Але й застосування бутових смуг також не позбавлене недоліків, основними з яких є: висока трудомісткість робіт по їх зведенню, високий ступінь усадки, великий об'єм рядової породи для її спорудження й ін. [2]

Тому розробка ефективних, безвідходних і недорогих штучних охоронних споруд, що передбачають використання мінімального об'єму рядової породи спільно з обмежуючими елементами, є вельми актуальною задачею.

Актуальність

Ефективна робота шахт багато в чому залежить від стійкості гірничих виробок, тому що незадовільний стан останніх істотно стримує темпи ведення очисних і підготовчих робіт. Так питомий обсяг перекріплення виробок на діючих шахтах Донбасу досягає 7,5м на 1000т видобутку, а витрати праці на ремонт і підтримання виробок близько 50 чол.-змін на такий же обсяг видобутку.

Аналіз сучасних тенденцій підземної розробки вугільних пластів України дозволяє зробити висновок про те, що із збільшенням глибини ведення гірничих робіт з 600 до 1000м питома вага стовпової системи розробки зменшилася у 1,74 рази (з 68 до 39%) за рахунок збільшення частки комбінованих (з 19 до 20%) і суцільної (з 13 до 41%) систем розробки.

Рис.1 - Охорона штреку односторонньою бутовою смугою

Таким чином, найбільш поширеною системою розробки є суцільна і, яку в найближчому майбутньому планується замінити на комбіновані, такі, що припускають повторне використання виробок з метою збільшення темпів підготовки виїмкових стовпів до відробки при одночасному зменшенні витрат на підтримання виробок, які їх оконтурюють.

Вищесказане указує на те, що в даний час і в майбутньому більш поширеними будуть схеми відробки виїмкових дільниць з підтриманням дільничних виробок за очисним вибоєм, які вимагають застосування штучних споруд для охорони підготовчих виробок.

Рис.2 - Охорона штреку двусторонньою бутовою смугою

Більшість існуючих до цього часу способів охорони виїмкових виробок мають ряд недоліків, основним з яких є дорожнеча їх виготовлення і встановлення.

Виключенням може бути тільки застосування бутових смуг, які споруджуються з рядової породи. Але для даного способу охорони характерна висока трудомісткість зведення і низька ефективність з точки зору підтримання виробок. Низька ефективність даної штучної споруди обумовлена тим, що вона не відразу після спорудження чинить достатній опір опусканню крівлі, а тільки після значної усадки (до 60% від потужності пласта). [1]

Аналіз відомих способів охорони виїмкових виробок штучними спорудами з рядової породи показує, що перспективними є породні опори з гнучкими розділовими прокладками, смуги з породних опорних елементів у оболонці. Застосування розділових прокладок і оболонок забезпечує високу вантажонесучу здатність охоронної споруди і її податливість до 10-17% від потужності пласта.

В той же час охоронні споруди повинні виконувати не тільки підтримуючі і підсилюючі функції, а також функцію направленої активної дії на навколишній масив для забезпечення стійкості виїмкових виробок. Для цього на основі виявлених закономірностей деформацій масиву гірських порід і порід в охоронних спорудах передбачається розробка і впровадження ресурсозберігаючих технологій ефективного підтримання підготовчих виробок позаду лави на основі використання породних опор з обмежуючими елементами з урахуванням направленого використання гірського тиску.

Мета

Мета роботи – розробка та впровадження ефективних, ресурсозберігаючих й недорогих способів охорони виробок, що передбачають використання рядової породи й гнучких розділових прокладок.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

1. Обґрунтувати доцільність і переваги використання способів охорони виробок з використанням рядової породи й гнучких розділових прокладок для підтримання виїмкових виробок позаду очисного вибою.
2. Геомеханічне обґрунтування можливості забезпечення стійкості виїмкових виробок використанням охоронних споруд з гнучкими розділяючими прокладками.
3. Лабораторні дослідження нових способів охорони виробок, що передбачають використання рядової породи й гнучких розділових прокладок.
4. Обґрунтування параметрів охоронних споруд з гнучкими розділяючими прокладками для забезпечення стійкості виїмкових виробок для підтримання їх позаду очисного вибою.
5. Шахтні випробування нових способів охорони виробок з використанням рядової породи й гнучких розділових прокладок.

Практична цінність

Розробка нових технологій охорони виїмкових виробок породними опорами з гнучкими розділяючими прокладками з урахуванням направленого використання гірського тиску дозволить суттєво зменшити витрати на підтримання виробок, збільшити їх стійкість і тим самим забезпечити ефективну роботу комплексно-механізованих очисних вибоїв глибоких шахт.

Лабораторні випробування

Моделювання - це відтворення характеристик деякого об'єкта на іншому об'єкті (на моделі), спеціально створеному для їх вивчення [3]. Між моделлю та об'єктом, що цікавлять дослідника, має існувати необхідне і достатнє подібність.

Моделювання, як метод наукового дослідження об'єктів пізнання, дуже широко використовується в різних галузях науки, в тому числі і в гірничій справі. У певних випадках методи моделювання досить ефективні, а іноді єдино можливі при дослідженні натурних об'єктів, недоступних для безпосереднього експерименту [4]. Подібність між моделлю і натурою визначається схожістю функцій здійснюваних моделлю і вихідної системою або подібністю фізичних характеристик моделі і модельованого об'єкта, або в тотожності математичного опису поведінки вихідної системи та її моделі. У кожному конкретному випадку модель може виконати свою роль лише в тому випадку, коли ступінь її відповідності з вихідною системою визначена досить суворо. Таке відповідність визначає теорія подібності. Теорія подібності визначає необхідні співвідношення подібності (константи подібності), відповідно до яких при моделюванні реальний натурний об'єкт замінюється деякою його моделлю.

Рис.3 - Лабораторна модель у дії
(анімація виконана у програмі Adobe Photoshop, містить 8 кадрів, 7 повторів)

Для визначення усіх параметрів охоронних споруд з гнучкими розділяючими прокладками ми теж вдаємося до моделювання. Для цього ми використовували моделі бутових смуг розміром 12см х 12см х 12см із рядовою породою усередині. У якості гнучких прокладок була використана сітка із розміром осередків 0,5см. Лабораторна модель у дії представлена на рис.3. Було проведено цілий ряд випробувань для моделів з різними розмірами породи та різними сітками. Були отримані перші результати, й вони вражають. Але випробування йдуть і досі.

Висновок

В результаті виконання роботи буде здійснене обгрунтування ефективних, ресурсозберігаючих і недорогих способів охорони виймкових виробок, що повтороно використовуються, штучнимим порідними спорудженнями з використанням гнучких розділяючих прокладок.

На дану мить магістерська робота знаходиться в стадії розробки. Більш докладну інформацію по роботі можна буде отрімати у автора (Павленко М.В.) чи керівника роботи (Касьяна М.М.) в січні 2011 року.

Дослідження за темою у ДонНТУ

1. Касьян Н.Н., Ильин А.И., Иващенко В.Д., Хазипов И.В. Лабораторне испытания охранных сооружений с использованием породних стоек // Геотехнологии и управление производством ХХІ век.– Донецк: ДонНТУ.– Т.1.–2006.– С. 93-97.
2. Касьян Н.Н., Негрей С.Г., Сахно И.Г. Установление характера перераспределения вертикального давления в боках выработки в пределах зоны разрушенных пород // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: гірничо-геологічна. Випуск 111. Том 2 – Донецьк: ДонНТУ. – 2006. – С. 14-18.
3. Негрей С.Г. Обеспечение эксплуатационного состояния выемочной выработки в зоне временного опорного давления перед лавой / Материалы VIІI-й Международной конференции «VIІІ szkoła geomechaniki 2007». Гливице – Устронь. 16-19 сентября 2007г. – С. 111-118.
4. Касьян Н.Н., Негрей С.Г., Хазипов И.В.Лабораторные испытания опорных породных конструкций, сооружаемых с использованием гибких разделительных прокладок / Физико-технические проблемы горного производства. – Донецк: «Цифрова типографія». – вып. 10. – 2007. – С. 106-111.
5. Сахно И.Г., Негрей С.Г., Лызенко А.А. Математическое моделирование деформационных процессов в разрушенных горных породах с помощью метода конечных элементов / Новые технологии подземного строительства и добычи полезных ископаемых: Материалы международной научно-технической конференции. 11-13.05.2008г., г.Алчевск, ДонГТУ. – Алчевск. – 2008. – С. 122-126.
6. Сахно И.Г., Негрей С.Г., Лызенко А.А. Новый подход к анализу напряженно-деформированного состояния разрушенных горных пород / Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Сб. научн. трудов. Вып.14. – Донецк: «Норд-Пресс», 2008. – С.117-119.
7. Сахно И.Г., Негрей С.Г., Лызенко А.А. Математическое моделирование процессов выдавливания пород почвы в подготовительной выработке с помощью метода конечных элементов / Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Сб. научн.трудов. Вып.14.– Донецк: «Норд-Пресс», 2008. – С.121-124.
8. Негрей С., Соловьев Г., Толкачев А., Сахно И. Мокриенко В., Куцерубов В.Алгоритм расчета параметров способа предотвращения выдавливания пород почвы / Материалы ХIІI-й Международной конференции «Geotechnika- Geotechnics 2008». Гливице – Устронь. 14-17.09.2008г. – С. 227-243.
9. Негрей С.Г., Мокриенко В.Н. Об особенностях пучения пород почвы выемочных выработок в условиях пласта m₃ шахты им. В.М.Бажанова / Проблеми гірничої технології: Матеріали регіональної науково-практичної конференції, Красноармійський індустріальний інститут ДонНТУ, 28.11.2008г. – С. 97-102.
10. Касьян Н.Н., Хазипов И.В., Рыкалов И.С. Обоснование параметров охранного сооружения, возводимого из опорних элементов, состоящих из породы, заключенной в оболочку / Проблеми гірничої технології: Матеріали регіональної науково-практичної конференції, Красноармійський індустріальний інститут ДонНТУ, 28.11.2008г. – С. 6-11.