Реферат по теме выпускной работы
- Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. ВНИМИ, 1986 – 222 с.
- Мельников Н.И. Анкерная крепь [Текст] / Н.И. Мельников. – М.: Недра, 1980. – 252 с.
- Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. – Изд. 4‐е, дополненное. Л., 1986. – 222 с.
- Стовпник С.Н. Анкерное усиление рамных крепей на шахтах западного Донбасса [Текст] / С.Н. Стовпник // Уголь Украины. – 2007. № 7 – 25 с.
- Евсеев В.С., Утрихин А.Н., Мурашев В.И. Определение предельной глубины применения анкерной крепи в подготовительных выработках // Уголь. – 1984 . – № 6. – С. 18‐20.
- А.Ф. Борзых, Е.П. Горовой, В.И. Радченко. Охрана наклонных подготовительных выработок путем их проведения вприсечку // Уголь Украины – 2001. – № 6. – С. 7‐9.
2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
3. Обзор исследований и разработокя
Введение
В Украине основным полезным ископаемым на сегодняшний день является уголь.
Промышленные запасы до глубины 1800 метров, кондиционные по мощности и зольности, составляют более 108 миллиардов тонн. При потреблении Украиной в год 100 – 110 миллионов тонн угля, запасов хватит на 1000 лет. В Донбассе в основном разрабатывается средний отдел карбона С2, средняя мощность разрабатываемых пластов составляет примерно один метр, средняя глубина разработки 750 метров.
В Донбассе одни из самых глубоких шахт в мире. Некоторые шахты ведут добычу угля на глубине 1000 –1300 м. Откачивается воды до 11 метров кубических на одну тонну добытого угля. В Донецко–Макеевском районе добываются коксующиеся угли, в ПО «Павлоградуголь»–низкометаморфизированные угли. На шахтах вблизи городов Торез, Шахтерск, Свердловск разрабатывают полуантрациты и антрациты. В Донбассе разрабатываются угли всех марок – от бурого до антрацитов.
Более 80% шахт Донбасса – газовые, в том числе и сверхкатегорные, то есть на каждую тонну добытого угля выделяется более 15 метров кубических метана. Содержание горючих газов в угле настолько большое, что Донбасс можно считать одним из крупнейших месторождений природного газа в СНГ. Запасы газа составляют около 2,5 триллионов кубических метров.
1. Актуальность темы
Крепление и поддержание горных выработок в устойчивом состоянии в период эксплуатации является одним из наиболее ответственных и ресурсоемких технологических процессов горного производства. Выбор крепи с недостаточной несущей способностью приводит к возрастанию риска внезапных обрушений, вероятности незапланированных простоев. Установка крепи с излишней несущей способностью становится причиной роста непроизводительных затрат. При разработке месторождений полезных ископаемых рудного узла применяемые типы крепей до настоящего времени рассчитывались и конструировались исходя из представлений, что вокруг подземных выработок действует симметричное относительно вертикали поле напряжений. Крепление горных выработок в соответствии с нормативными документами, разработанными на основе описанного подхода, в основном обеспечивало необходимую устойчивость их контура. Однако имели место случаи разрушения рекомендованных крепей, например, в зонах тектонических нарушений на контактах геологических блоков. На одной и той же глубине в одних случаях деформации проявлялись в виде вывалов и разрушений кровли, в других – в разрушении и осыпании стенок выработки, пучении почвы. Это, а также отмечаемая зачастую асси–метричная форма вывалов в закрепленных выработках, уже ставило под сомнение правильность распространения существующих теоретических подходов на все возможные условия расположения горных выработок.
2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
Целью магистерской работы является усовершенствование способов крепления горных выработок с учетом выбора и анализа наиболее рационального способа охраны.
Краткие сведения о шахте.
Шахта "Кураховская" распложена в г. Горняк и поселке Кураховка. Донецкой области, административно подчинена Государственному предприятию "Селидовуголь". Шахта "Кураховская" введена в эксплуатацию в 1943 году.Производственная мощность шахты 600 тыс.т. Структурное подразделение «Шахта "Куpаховская» входит в состав Государственного предприятия "Селидовуголь". Пpомплощадка шахты находится в г. Гоpняк и поселке Куpаховка. Шахтное поле вскpыто шестью наклонными стволами и тремя вертикальными стволами.
Система пpоветpивания шахты – комбинированная, схема проветривания – всасывающая. На шахте применяется панельная схема подготовки. Порядок отработки шахтных пластов – нисходящий. Залегание пластов – пологое. Геологические нарушения встречаются редко.
Шахта не газовая, но опасна по пыли.
Тpанспоpтная система шахты состоит из конвейерных линий и колесного тpанспоpта. Уровень конвейеризации 95%. Доставка людей в забои осуществляется в две ступени. Время доставки – 1,5 час. Шахта добывает уголь маpки Д и ДГ. Годовой план – 400 тыс.т. В настоящее время на шахте производится pеконстpукция системы тpанспоpта, идет подготовка к увеличению уровня добычи до 700 тыс.т. в год.
Основными факторами, сдерживающим увеличение добычи угля, являются: ведение горных работ на значительной глубине и на большом pасстоянии от основных тpанспоpтных и воздухоподающих выpаботок.
Краткая геологическая характеристика месторождения.
Участок шахтного поля шахты "Кураховская" расположен в южной части Кураховского месторождения и занимает продуктивные свиты среднего карбона С5 и C6. Границами шахтного поля являются: по падению – на юго–западе граница промышленных запасов, на северо–востоке нижняя техническая граница, проходящая по изогипсе минус 1000 м по всем пластам; по простиранию: на северо–западе – граница поля шахты № 105, на юго–западе граница шахты "Островская". Размеры шахтного поля по простиранию 7850 м, по падению 2600 м.
Шахтное поле разделено по простиранию на три части: южную, центральную и северную. Общий порядок отработки пластов – нисходящий, за исключением пласта k8, по которому горные работы проводятся с опережением, что обусловлено сложившимся на шахте порядком отработки запасов и отсутствием вредного влияния при его выемке на вышележащие пласты. Размеры панелей по простиранию обусловлены сложившейся схемой подготовки и составляют 2–3,5 км по простиранию, 1–1,5 км по падению.
На шахте отрабатывались пласты k8, l2, l4, l3, l1. Промышленные запасы составляют 92,4 млн т. В настоящее время горные работы ведутся по пластам k8, l2. Основная мощность отрабатываемых пластов 0,8 – 1,2 м. Шахтное поле характеризуется слаборазвитой тектоникой. Залегание пластов – пологое. В северной части шахтного поля угол падения пластов составляет 9 – 14 градусов, в южной части – увеличивается до 29.
Геологические нарушения встречаются редко и представлены в основном микроразрывами с вертикальной амплитудой смещения до 0,15 м. Шахта негазовая, но опасна по взрыву угольной пыли. Шахта имеет значительный приток воды; общее количество воды составляет 600 м3/час.
3. Обзор исследований и разработок
В результате многочисленных экспериментальных и теоретических исследований, а также практикой ведения горных работ были выявлены существенные недостатки рамно–арочных крепей : несоответствие податливости (300–500 мм) и несущей способности крепи (150–200 кН) условиям поддержания выработок с высоким горным давлением и неустойчивыми боковыми породами;крепь ие выдерживает давление боковых пород, так как по отношению к боковым нагрузкам имеет низкое сопротивление; крепь выдерживает большие нагрузки и максимальную податливость только в условиях, когда направление последней совпадает с направлением смещений пород; крепь не в состоянии сдерживать процессы расслоения и обрушения пород вокруг выработки; крепь обеспечивает только лишь защитную функцию свода выработки, не упрочняя его; крепление выработок весьма трудоемко, металлоемко и высокозатратно; крепь самостоятельно н обеспечивает удовлетворительного поддержания выработок и возникает необходимость применения дополнительных охранных сооружений.
Увеличение податливости крепи в сложных горно–геологических условиях не сняло вышеперечисленных недостатков, так как рамы из СВП обладают низкой несущей способностью. В результате разрушения породного массива увеличивается нагрузка на арочную крепь. При невысокой несущей способности крепи и достаточной податливости, разрушение пород не только не приостанавливается, но и усиливается.
Устойчивость штреков, поддерживаемых рамно–арочной крепью, при столбовой системе разработки и в условиях повышенного горного давления на больших глубинах, определяется формированием по длине выработки 5–ти основных зон напряженно–деформированного состояния породного массива, расположенных: вне зоны влияния очистных работ; в 60–70 м впереди лавы; в интервале 0–40 м позади лавы; в интервале 40–200 м позади лавы; свыше 200 м позади лавы.
В работе Л.Ф. Булата и В.В. Виноградова подчеркивается, что повсеместно применяемая традиционная технология поддерживающего и подпорного крепления выработок рамно–арочной крепью давно исчерпала свои возможности. Этот вывод основан на исследованиях 60–90 гг., которые показали, что никакая экономически целесообразная жесткая рамная крепь в выработках, проведенных в слабых и средней прочности горных породах на больших глубинах, не может противодействовать горному давлению, поэтому бороться с образованием зоны разрушения путем увеличения несущей способности крепи нецелесообразно.
Рис. 1.Схема установки стойки усиления(анимация, 6 кадра, длительность 1 с, 5 повторений, размер 85,2 КБ)
Рис. 2. Состояние выработок на исследуемой шахте а) и б) Испытания крепи КМП–АП3 с замковыми соединениями ЗШ.000 на стенде Донецкого научно–исследовательского угольного института (ДонУГИ)
Стало очевидным, что для повышения устойчивости выработок в сложных горно–геологических условиях, когда подпорные типы крепи не справляются с поставленной задачей необходимо максимально использовать несущую способность самого породного массива. Поэтому в последующие годы делаются попытки применения комбинации рамной и анкерной крепи. Эти крепи существенно отличаются друг от друга по принципу работы и характеру воздействия на породный массив. Рамно–арочная крепь непосредственно не изменяет деформационные свойства горных пород, а выполняет функции поддерживающей крепи и при этом ограничивает деформации пород и препятствует их разрешению. Ликерная же крепь способна увеличивать прочностные свойства массива и повышать его несущую способность. Упрочненная толща пород препятствует развитию деформаций массива вокруг выработки. Своевременное анкерование противостоит расслоению пород кровли, процесс разрушения заанкерованной толщи под действием повышенного первичного горного давления, что значительно улучшает условия работы рамной крепи. С.Н. Стовпник провел исследования на шахтах Западного Донбасса по использованию анкерной крепи в качестве усиления рамных конструкций. Он пришел к выводу, что можно усовершенствовать подход к проектирование выработок, выбирая параметры рамной крепи и обеспечивая несущую способность конструкции, соответствующую горному давлению в установившийся период сдвижения. Во время активных сдвижений необходимо предусмотреть возможность анкерного усиления приконтурной части массива для увеличения несущей способности системы крепь–массив до уровня нагрузок, действующих при повышенном горном давлении. При этом подчеркнуто, что анкерное усиление достаточно эффективно, если общая несущая способность анкеров, установленных на каждой раме, соответствует величине проявления горного давления в период интенсивных сдвижений и обеспечивает снижение фактической нагрузки на раму. Такой подход экономически себя оправдывает, однако возникают проблемы, связанные с качеством закрепления анкеров в условиях неустойчивых пород, в частности, нарушение сцепления в системе стержень "анкер–смола–порода". Процессы, происходящие в системе "анкер–смола–порода", на данный момент недостаточно изучены, несмотря на то, что именно они определяют характер работы анкерной крепи. Надежное закрепление стержня анкера в шпуре обеспечивает возможность системы "анкер–смола–порода" противостоять разрушающим воздействиям податливо, не теряя своей несущей способности одномоментно, что является важным фактором для повышения устойчивости выработки в целом.
Выводы
Благодаря экспериментам, проведенным в шахтных условиях, возможно выявить уровень влияния усиления рамной крепи жесткими анкерами в процессе формирования зоны разрушенных пород вокруг выработки и дать количественную, и качественную оценку данным взаимодействиям. Специфичности развития деформационных процессов во вмещающем выработку массиве, установленные ранее, будут применены для аргументации теоретической задачи и обоснования расчетной схемы по определению рациональных параметров комбинированных крепей.
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2012 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.