Совершенствование способов охраны повторно использумеых подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ.

Автор: Андрощук Николай Васильевич
Описание: Разработка способов охраны повторно используемых участковых подготовительных выработок литыми полосами из быстротвердеющих материалов, позволяющих обеспечить устойчивость этих выработок за лавой при бесцеликовой отработке тонких и средней мощности пологих угольных пластов. промышленности и пути ее улучшения.
Источник: http://www.svoruem.com/forum/1915.html

Совершенствование способов охраны повторно использумеых подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ. Актуальность проблемы. Одной из основных задач в области создания и развития научно-технической базы общества является повышение производительности труда. В угольной промышленности эта задача может быть решена на основе дальнейшего повышения технической вооруженности и совершенствования организации труда. Однако даже при полной автоматизации и механизации основных производственных процессов существенное повышение эффективности работы угольных предприятий может быть достигнуто только при технологически удовлетворительном состоянии горных выработок. Проблема обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в общем комплексе работ при современном состоянии шахтного фонда является одной из наиболее актуальных. Использование горных выработок повторно позволяет уменьшить число проводимых и одновременно поддерживаемых выработок, увеличить концентрацию горных работ и, следовательно, снизить относительные затраты на добычу полезного ископаемого. При переходе горных работ на глубокие горизонты сохранить выработку для повторного использования, с применением используемых в настоящее время способов охраны, без ее ремонта или перекрепления в большинстве случаев не представляется возможным. Протяженность участковых повторно используемых подготовительных выработок на шахтах России, требующих полного или частичного восстановления, превышает 20 %, а в отдельных районах достигает 40 - 50% общей протяженности поддерживаемых выработок. На их ремонт ежегодно задалживается от 5 до 15% списочного состава подземных рабочих.

Неудовлетворительное состояние выработок и выполнение в них ремонтных работ отрицательно влияют на работу транспорта, ухудшают условия проветривания, снижают безопасность при ведении горных работ. Стоимость ремонтно-восстановительных работ во многих случаях соизмерима со стоимостью проведения новой горной выработки. Из общего числа нарушений крепи подготовительных выработок 90 - 95% случаев наблюдаются в зонах влияния очистных работ. Вне зон влияния очистных работ крепи, применяемые в подготовительных выработках, как правило, работают без опасных деформаций в пределах всего срока службы. Обзор существующих способов и средств охраны выработок на угольных шахтах РФ показывает, что большинство из них имеют ограниченную область применения из-за высокой стоимости и трудоемкости работ или недостаточной их эффективности. Некоторые способы охраны, показавшие высокую эффективность на зарубежных угольных предприятиях, на шахтах России вообще не применяются. Так, использование литых полос из быстротвердеющих материалов в большинстве . случаев позволяет улучшить состояние участковых подготовительных выработок и обеспечивает возможность их повторного использования без ремонтно-восстановительных работ. Однако несовершенство применяемой технологии возведения полос, дефицит быстротвердеющих материалов и недостаточный опыт работающего персонала. привели к ситуации, при которой данный способ наугольных предприятиях России не используется. Имеющиеся возможности механизации и автоматизации работ, связанных с возведением литых полос, их безопасность и невысокая трудоемкость объективно предопределяют перспективность этого способа охраны при отработке пологих пластов мощностью до 1.8-2.0 м. Цель работы. Разработка способов охраны повторно используемых участковых подготовительных выработок литыми полосами из быстротвердеющих материалов, позволяющих обеспечить устойчивость этих выработок за лавой при бесцеликовой отработке тонких и средней мощности пологих угольных пластов.

Основная идея работы. Определение параметров литых полос необходимо производить с учетом отрицательного влияния нагрузки, создаваемой опускающимися породами кровли, на процесс набора прочности вяжущих материалов в начальные периоды их твердения. В соответствие с поставленной целью основными задачами исследований являлись: • установление характера и степени влияния основных факторов, определяющих устойчивость участковых подготовительных выработок, поддерживаемых на границе с выработанным пространством; • исследование динамики смещений пород кровли в участковых подготовительных выработках за лавой; • определение зависимости характера и степени набора прочности твердеющих материалов от времени затвердевания; • разработка методики экспресс- оценки прочности твердеющего материала литых полос; • определение влияния опускающихся пород кровли на формирование дислокаций и трещин в литой полосе в период ее затвердевания и набора начальной прочности; • разработка методики определения параметров литых полос, учитывающей фактор негативного влияния опускающихся пород кровли на затвердевание материала; • разработка мероприятий, предотвращающих влияние негативных факторов на эффективность способа охраны, основанного на возведении литых полос.

Методы исследований. Исследования выполнялись с использованием комплексного метода, включающего аналитические, шахтные и лабораторные исследования, а также анализ и обобщение работ предшественников.

Научные положения, защищаемые автором 1. Состояние участковых подготовительных выработок в период их повторного использования в значительной степени зависит от эффективности управления горным давлением на сопряжениях лав с этими выработками и компрессионных характеристик сооружений, возводимых для охраны выработок за лавой. 2. Конечная прочность твердеющих материалов, используемых для охраны участковых подготовительных выработок, существенно зависит от характера и интенсивности нагружения литых полос на ранних этапах твердения вяжущего материала опускающимися породами кровли в зонах максимальных смещений. 3. Оптимальные параметры способов охраны участковых подготовительных выработок за лавой с использованием литых полос необходимо определять с учетом места возведения и режимов их нагружения на ранних этапах твердения.

Достоверность научных положений и рекомендаций обоснована значительным объемом шахтных исследований (проанализированы данные о состоянии и объемах ремонтно-восстановительных работ в 110 участковых повторно используемых подготовительных выработках АО «Ростовуголь»), представительным количеством определений прочности образцов (более 140 испытаний), хорошей сходимостью результатов при этих лабораторных экспериментах. Научная новизна работы. • Установлены качественные и количественные зависимости изменения прочности вяжущих материалов от величины пригрузки на ранних этапах их твердения. • Предложена математическая модель, позволяющая для конкретных горнотехнических ситуаций исследовать влияние величины пригрузки со стороны пород кровли на степень набора прочности вяжущих материалов на ранних этапах их твердения.

Практическая значимость. • Разработана методика определения оптимальных параметров литых полос, позволяющая снизить трудоемкость работ и затраты на ремонт выработок при их повторном использовании, а также затраты на возведение литых полос на 15-20%. • Разработаны технологические схемы охраны повторно используемых участковых подготовительных выработок, позволяющие расширить область экономически целесообразного использования литых полос и создающих объективные предпосылки для обеспечения безремонтного поддержания выработок за лавой. • Обосновано, что в условиях шахт АО «Ростовуголь» применение способов охраны участковых подготовительных выработок литыми полосами, экономически оправдано в условиях более чем 60% шахтопластов. • Установлено влияние фактора времени на прочностные характеристики твердеющих материалов, определяющих параметры литых полос при различных схемах их возведения. Реализация результатов работы. Выводы и рекомендации использованы в проектах реконструкции глубоких шахт АО "Ростовуголь" и АО "Гуковуголь", выполняемых институтом "Ростовгипрошахт", а также при решении оперативных вопросов, связанных с выбором способов охраны участковых подготовительных выработок на действующих шахтах. Личный вклад автора. Сформулированы цель и задачи исследований, разработана методика проведения шахтных и лабораторных исследований, предложены технологические схемы возведения литых полос и методики определения их параметров. Апробаиия работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных конференциях молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В.Плеханова (технического университета) «Полезные ископаемые России и их освоение» (1996, 1997 гг.), семинарах кафедры РПМ СПГГИ (ТУ), технических советах шахт АО "Гуковуголь". Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 3 статьях. По результатам работы получено решение о выдаче патента и поданы две заявки на изобретение. Результаты работы вошли в годовые и заключительные отчеты по НИР. …

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Диссертация представляет собой законченную научно-исследовательскую работу, в которой предлагается новое решение актуальной научной задачи определения оптимальных параметров охранных сооружений из твердеющих материалов с учетом фактора негативного влияния опускающихся пород кровли на процесс набора прочности твердеющего материала на ранних этапах твердения. Основные научные и практические выводы, сделанные в результате исследований, заключаются в следующем: 1.Состояние повторно используемых участковых подготовительных выработок при бесцеликовой технологии отработки пластов в большинстве случаев определяется тем, насколько эффективно решены вопросы управления горным давлением на сопряжениях лавы с данными выработками. Более чем в 80-90% случаев максимальные скорости смещений пород в выработках наблюдаются в створе с лавой или за лавой на расстоянии от нее, не превышающем 20 м. В условиях шахт АО «Ростовуголь» на указанном участке скорости сближения кровли и почвы выработки достигают 30-70 мм/сут, величины сближения - 500 мм, реализуется до 50% суммарных смещений за весь срок существования выработки. 2.Величины и характер деформирования пород кровли на участке ее максимальных опусканий за лавой определяются, главным образом, компрессионными свойствами охранных сооружений и величиной промежутка времени между обнажением кровли и моментом соприкосновения опускающихся пород кровли с полосой из быстротвердеющих материалов. 3.Одними из основных причин того, что способы охраны участковых подготовительных выработок, основанные на использовании литых полос из быстротвердеющих материалов, не применяются на шахтах стран СНГ являются: дефицит и стоимость быстротвердеющих материалов; низкая скорость твердения материалов, что при использовании традиционных технологий возведения литых полос приводит или к увеличению их ширины и расхода материала, или к разрушению полос горным давлением. 4.Несущая способность литой полосы в различные периоды ее существования зависит, в основном, от типа и характеристик вяжущего состава и заполнителя, времени, прошедшего с момента затвердения, и режима нагружения полосы опускающимися породами кровли на ранних стадиях твердения. Увеличение несущей способности литых полос при использовании известных твердеющих материалов и отсутствии внешних пригрузок происходит постепенно с достижением на 3 сутки - 30-50%, на 7 сутки - 60-80%, на 28 сутки - 90-100% номинальной несущей способности. 5.При воздействии пригрузок на охранные конструкции из твердеющих материалов на ранних этапах твердения наиболее существенное влияние на конечную прочность материала оказывают пригрузки величиной более 0,5ЛС. При этом значительно снижаются прочностные характеристики твердеющего материала. Так, при пригрузке о = 0.1/?с прочность твердеющего материала на 3 сутки составляет 98% от прочности материала, не подвергнувшегося воздействию пригрузок, при величине ст = 0.7/?с прочности для того же момента времени составила 52%, а при о = 0.9/?с - всего 17%. 6.Разработан способ охраны участковых подготовительных выработок, основанный на возведении литых полос из твердеющих материалов впереди очистного забоя вне зоны опорного давления лавы и интенсивных деформаций вмещающих пород. Использование данного способа исключает воздействие пригрузок на литую полосу на раннем этапе ее твердения. Материал полосы к моменту ее пригрузки опускающимися породами кровли уже имеет достаточную прочность для противодействия опусканиям кровли на сопряжении. При реализации предложенного способа охраны возможно использование вяжущих материалов практически с любым временем их затвердевания. 7.Использование предложенного способа охраны участковых подготовительных выработок при бесцеликовой технологии отработки пластов в условиях АО «Ростовуголь» позволяет за счет уменьшения ширины полосы снизить на 20-35% расход твердеющего материала, а также уменьшить затраты на поддержание повторно используемых выработок в период их поддержания за первой лавой в 1.5-1.8 раза.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах: 1. Андрощук Н.В. Влияние опускающихся пород кровли на процесс затвердевания материала литых полос при охране участковых подготовительных выработок. - Сборник трудов молодых ученых СПГГИ(ТУ). - Санкт-Петербург, 1997, изд. СПГГИ. 2. Андрощук Н.В. Состояние и перспективы использования литых полос из твердеющих материалов для охраны выработок. - Научная конференция молодых ученых СПГГИ (ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение». Тезисы докладов. - Санкт-Петербург, 1996, изд. СПГГИ. 3. Андрощук Н.В. Определение зависимости набора прочности вяжущих материалов с течением времени. - Научная конференция молодых ученых СПГГИ (ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение». Тезисы докладов. - Санкт-Петербург, 1997, изд. СПГГИ.