Кравченко Иван Сергеевич

Институт горного дела и геологии

Кафедра строительства шахт и подземных сооружений

Специальность «Шахтное и подземное строительство»

Обоснование параметров технологии разрушения массива при помощи статическо-динамического нагружения для условий шахт Донецкой угольной энергетической компании

Научный руководитель: д.т.н., проф. Шкуматов Александр Николаевич

Введение

Актуальность темы

Цели и задачи магистерской работы

Предполагаемая научная новизна

Обзор исследований по теме в мире

Обзор исследований по теме преподавателей, аспирантов и магистрантов в ДонНТУ

Краткое изложение собственных результатов, имеющихся к моменту завершения работы над авторефератом

Список используемых источников

Дальнейшее развитие топливно-энергетических отраслей промышленности остаётся одной из важнейших народно-хозяйственных задач и во многом будет определяться научно-техническим прогрессом в шахтном строительстве. Курс взят на реконструкцию и техническое перевооружение действующих предприятий на базе внедрения новых высокоэффективных технологических процессов и оборудования.

Все возрастающая потребность в угле и металле требует ускорения работ по подготовке новых горизонтов, вскрытие которых на большинстве действующих шахт связанно с углубкой существующих вертикальных стволов [1, с.3].

При строительстве и реконструкции горных предприятий выполняются значительные объемы строительно–монтажных работ на поверхности шахты и сооружению капитальных горных выработок.

С ростом добычи и сроком службы, горные предприятия вовлекают в эксплуатацию запасы на все большей глубине. И естественно, что горно-геологические условия все более усложняются, а степень сложности этих условий в основном определяется газообильностью, наличием горных ударов, внезапных выбросов породы, угля и газа, устойчивостью пород при обнажении, температурой вмещающих пород и водообильностью [2, с.3].

Ввод в действие новых или реконструируемых предприятий с высокими показателями предъявят к шахтному строительству соответствующие требования. Высокие нагрузки с подвиганием лавы 5-10 м/сут требуют воспроизводства очистного фронта со скоростью на 10 – 15% большей, чем подвигание очистного забоя. Следовательно, проведение горизонтальных и наклонных выработок остаётся одной из главных задач по воспроизводству очистного фронта [3, с.3].

В связи с этим перед шахтостроителями стоят важные задачи по улучшению основных технико-экономических показателей строительства горных выработок на основе повышения организационного и технического уровня строительства, применения более совершенной техники и технологии производства работ, введение новых прогрессивных материалов и конструкций [1, с.3].

Строительство горизонтальных и наклонных выработок является одной из главных задач по воспроизводству очистного фронта и их быстрое строительство, применение новых технологий и технологических схем является жизненно необходимым для нормальной эксплуатации любого горного предприятия.

На сегодня при производстве горных работ буровзрывной способ является основным способом разрушения горных пород при отделении их от массива [4, с. 255]. Однако буровзрывной способ имеет ряд недостатков: нарушение законтурного массива; высокая температура взрыва, что может повлечь за собой взрыв метана и угольной пыли; обязательное обучение квалифицированных специалистов (мастеров-взрывников); покупка лицензии и получение разрешения на использование взрывчатых веществ и ведения взрывных работ у соответствующих органов Горгостехнадзора, милиции и т. д. Тем более, что не везде и не всегда при добыче полезных ископаемых, разрушении зданий и сооружений возможно или экономически оправдано применение буровзрывного способа. Все большее и большее распространение получают невзрывчатые разрушающие вещества (НРВ).

Традиционными направлениями применения невзрывчатых разрушающих веществ является:

• Направленное разрушение всех видов горных пород;
• Разделка негабаритов;
• Пассировка;
• Отделение отдельных блоков от массива горных пород;
• Направленное разрушение бетонных, железобетонных, каменных и т. п. объектов.

Нетрадиционными направлениями применения невзрывчатых разрушающих веществ являетюся:

• Укрепление законтурного массива. По этому направлению ведутся исследования.
• Комбинированные способы разрушения горных пород.

Достоинства применения НРВ очевидны:

1. Разрушение производится без шума;
2. Быстрота и экономичность разрушения;
3. Отсутствует разлет осколков;
4. Отсутствует вибрация;
5. Отсутствуют выделения вредных газов, наносящих ущерб экологии;
6. Разрушение не сопровождается сейсмическим воздействием на рядом стоящие объекты;
7. Не требует приостановки других работ;
8. Возможность использовать как расширяющуюся добавку в смесь для ремонта и бурения нефтяных и газовых скважин;
9. Может использоваться в закрытых помещениях и в местах с ограниченным доступом;
10. Возможность разрушения объектов под водой;
11. Может использоваться в зонах обозначенных как взрывоопасные и пожароопасные [5, с.1];
12. Не возникает необходимость в покупке лицензии и получении разрешений на использование НРВ у органов Горгостехнадзора, милиции и службы безопасности;
13. Исключается необходимость отцепления места использования НРВ, эвакуации жителей из близлежащих домов и т.д.

Однако, несмотря на ряд преимуществ, НРВ имеет несколько существенных недостатков:

1. Ограничения применения по температуре разрушаемого объекта;
2. Сравнительно продолжительный период разрушения, который существенно зависит от температуры объекта и окружающей среды;
3. Необходимость наличия трех свободных пересекающихся поверхностей. В случае их отсутствия требуются дополнительные технологические мероприятия [6].

На данный момент на кафедре СШ и ПС проводятся лабораторные исследования, целью которых является уменьшение времени разрушения массива при помощи НРВ-80, которое создает статическую нагрузку на массив. При этом применяются дополнительные средства, создающие динамический удар. Это вызвано тем, что только статическое нагружение не дает гарантии разрушения массива горных пород в одной плоскости [5]. Динамическую нагрузку создают при достижении 60-90% от предела прочности массива на растяжение. Конструкция комбинированного шпурового заряда, заполненного НРВ-80 и дополнительным средством, создающим динамический удар, приведена на рис. 1.

Рис. 1 Конструкция комбинированного шпурового заряда:
1)Дополнительное средство для создания динамической нагрузки; 2) НРВ;3) Массив горных пород.

Таким образом, основная идея работы состоит в следующем: массив разрушается за счет нанесения динамического удара дополнительным средством на предварительно напряженный массив. Тем самым сокращается время его разрушения.

Цели и задачи магистерской работы

Для написания магистерской работы и более углубленного изучения темы применения невзрывчатых разрушающих веществ была поставлена следующая цель — повышение эффективности безвзрывной добычи полезных ископаемых, теоретическое обоснование усовершенствованной комбинированной технологии добычи полезных ископаемых и разрушения бетонных, железобетонных и каменных объектов.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать и обобщить ранее накопленный опыт применения невзрывчатых разрушающих веществ;
2. Теоретически обосновать применение комбинированной технологии разрушения горного массива;
3. Провести лабораторные и производственные испытания усовершенствованной комбинированной технологии добычи полезных ископаемых.

Методы исследования: исследование, анализ и обобщение раннее полученных при исследованиях данных, теоретические исследования с использованием теорий теплопроводности и теплопередачи, полупромышленные испытания и приведение технико-экономических показателей.

Теоретическая, нормативная и эмпирическая базы исследований. Магистерская работа выполнена с соблюдением всех существующих норм, правил, ГОСТ, ДСТУ, применены теория теплопроводности и теплопередачи, основы теплотехники. Работа четко структурирована.

Предполагаемая научная новизна работы:

К рассмотрению будет представлена усовершенствованная комбинированная технология безвзрывной добычи полезных ископаемых и разрушения бетонных, железобетонных, каменных и т. п. объектов, в основе которой (технологии) лежит возможность применения невзрывчатых разрушающих веществ любого типа как отечественного, так и зарубежного производства.

Планируемые практические результаты:

1. Усовершенствовать комбинированную технологию добычи полезных ископаемых и разрушения бетонных объектов без взрыва;
2. Снижение времени разрушения объектов до минимума, заявленного в паспортных данных невзрывчатого разрушающего вещества (НРВ);

Обзор исследований по теме в мире

В РФ проводятся исследования по следующим основным направлениям:

1. Обоснование рациональных параметров добычи гранитных блоков шпуровым способом с применением невзрывчатых разрушающих средств [7].
2. Низкотемпературная технология невзрывчатого разрушающего вещества [8].
3. Разработка способа и обоснование параметров разрушения горных пород с использованием невзрывчатых разрушающих составов при низких температурах [9].
4. Технология разработки скальных массивов с использованием невзрывчатых разрушающих составов [10].
5. Обоснование параметров экологически чистого направленного невзрывного метода разрушения пород на основе расширяющейся цементной смеси при разработке гипсовых месторождений [11].
6. Разработка щадящих технологий добычи ювелирного и поделочного самоцветного сырья :на примере месторождений Восточной Сибири [12].

Обзор исследований по теме преподавателей, аспирантов и магистрантов в ДонНТУ

1. Обоснование параметров и конструкции патрона невзрывного разрушающего материала создающего направленное разрушение [13].
2. Обоснование параметров новой технологии укрепления структурно-неоднородного породного массива, основанной на применении саморасширяющихся материалов [14].
3. Обоснование параметров невзрывного способа разрушения поверхностных монолитных строительных конструкций [15].
4. Комбинированная технология разработки проходческого забоя криволинейно-уступной формы [16].

Краткое изложение собственных результатов, имеющихся к моменту завершения работы над авторефератом

К моменту написания данного автореферата были успешно произведены лабораторные испытания и сравнение применения двух типов замораживающих колонок. Сделан наиболее рациональный подбор параметров оборудования для шпуров диаметром 30 мм. Расположение оборудования и его центровка представлена на анимационном рисунке (Рис. 2).

Рис. 2 Схема расположение оборудования и его центровка
Анимация: 6 кадров, 7 циклов, обьём 64 кбайт, сделано в Gif animator

В перспективе планируется разработка и подбор наиболее рациональных параметров комбинированной технологии разрушения массива и добычи полезных ископаемых.

При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора и его руководителя после указанной даты.

Список используемых источников

1. Веселов Ю.А., Задорожний А.М. Углубка стволов шахт: Справочник. – М.: Недра, 1989. – 239 с.: ил
2. Сыркин П.С., Мартыненко И.А., Прокопов А.Ю. Шахтное и подземное строительство. Ч.I Оснащение вертикальных стволов.: Учеб. Пособие/Юж.-Рос. Гос. Техн. Ун-т Новочеркасск: ЮРГТУ, – 2000. – 300 с.
3. Сыркин П.С., Мартыненко И.А., Данилкин М.С. Шахтное и подземное строительство. Технология строительства горизонтальных и наклонных выработок: Учеб. Пособие/ Шахтинский ин-т ЮРГТУ. Новочеркасск: ЮРГТУ, – 202. – 430 с.
4. Шевцов Н.Р., Таранов П.Я., Левит В.В., Гудзь А.Г. Разрушение горных пород взрывом: Учебник для вузов. – 4-е издание переработанное и дополненное – Донецк: 2003. – 501 с.
5. НРВ-80. Безвзрывное разрушение//Сайт компании ЧП "ВСВ ПЛЮС" – [Электронный ресурс]. URL: http://nrv.ucoz.ua/ (дата обращения 31.05.2011).
6. Найданов К. Ц.–Д. Безопасная технология отбойки камнесамоцветного сырья с использованием порошковых невзрывчатых разрушающих средств (НРС) // Приложение к журналу «Вестник ЧитГУ». – Чита:ЧитГУ, 2006. – №1. – С. 162-168.
7. Пшеничная Е. Г. Обоснование рациональных параметров добычи гранитных блоков шпуровым способом с применением невзрывчатых разрушающих средств: Автореф. дис. ... к. т. н. – Магнитогорск, 2004. – 130 c.
8. Шереметьев Ю. Г. Низкотемпературная технология невзрывчатого разрушающего вещества: Автореф. дис. ... к. т. н. – Белгород, 2001. – 150 c.
9. Пустобриков В. Н. Разработка способа и обоснование параметров разрушения горных пород с использованием невзрывчатых разрушающих составов при низких температурах: Автореф. дис. ... к. т. н. – Владикавказ, 2005. – 282 c.
10. Дзагоев Л. М. Технология разработки скальных массивов с использованием невзрывчатых разрушающих составов: Автореф. дис. ... к. т. н. – Владикавказ, 2002. – 213 c.
11. Шаров К. В. Обоснование параметров экологически чистого направленного невзрывного метода разрушения пород на основе расширяющейся цементной смеси при разработке гипсовых месторождений: Автореф. дис. ... к. т. н. – М., 2001. – 164 c.
12. Найданов К. Ц.-Д. Разработка щадящих технологий добычи ювелирного и поделочного самоцветного сырья :на примере месторождений Восточной Сибири: Автореф. дис. ... к. т. н. – Чита, 2007. – 160 c.
13. Митейко В. С. Обоснование параметров и конструкции патрона невзрывного разрушающего материала создающего направленное разрушение // Персональная Web-страница магистров. – 2010. [Электронный ресурс]. URL: http://masters.donntu.ru/2010/igg/miteiko/diss/index.htm (дата обращения 31.05.2011).
14. Овчинников С. Ф. Обоснование параметров новой технологии укрепления структурно-неоднородного породного массива, основанной на применении саморасширяющихся материалов // Персональная Web-страница магистров. – 2010. [Электронный ресурс]. URL: http://masters.donntu.ru/2010/igg/miteiko/diss/index.htm (дата обращения 31.05.2011).
15. Меркело А. А. Обоснование параметров невзрывного способа разрушения поверхностных монолитных строительных конструкций / / Персональная Web-страница магистров. – 2010. [Электронный ресурс]. URL: http://masters.donntu.ru/2002/ggeo/merkelo/diss/diss.htm (дата обращения 31.05.2011).
16. Шкуматов О.М. Комбінована технологія розробки прохідницького вибою криволінійно-уступної форми / О.М. Шкуматов, В.А. Галоян // Наукові праці Донецького національного технічного університету Серія: “Гірничо-геологічна”. – Донецьк: ДонНТУ, 2009. – Вип.10. – С. 70–73.

---

Резюме | Биография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальный раздел