Реферат по теме выпускной работы
Содержание
- Введение
- 1. Актуальность темы
- 2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
- 3. Обзор способов закрепления анкерной крепи
- 4. Закрепление анкерной крепи за счет естественного деформирования стенок шпура
- Выводы
- Список источников
Введение
Экономика и энергетическая безопасность Украины зависит от угольной промышленности как основы индустрии страны. Перспективы наращивания угледобычи объективно связаны с осложнением горно-геологических условий и увеличением глубины разработки, среднее значение которой составляет 700м, а максимальное – 1400м, где достаточно интенсивно проявляется горное давление. При этом, особенно актуальной есть проблема обеспечения устойчивости поддержания горных выработок.
Эффективность работы угольных шахт в первую очередь определяется себестоимостью угля, в которой до 45% составляют затраты на проведение, крепления и поддержание подготовительных выработок. При этом 90 – 95% выработок закреплены арочной крепью из спецпрофиля СВП. Ежегодно длина ремонтируемых выработок достигает 49 – 57%. Одним из перспективных направлений уменьшения затрат за счет использования несущей способности породного массива есть применение анкерного крепления. При этом в 5 – 10 раз уменьшаются затраты металлопроката, в 2 – 5 раз увеличивается продуктивность при креплении и 2 – 3 раза темпы проведения выработок. Применение анкерной крепи перспективны, но в условиях Украины объем ее применения составляет 1 – 2%. Одной из основных причин, мешающих применения анкерной крепи на шахтах является не достаточное понимания ее роли в процессе поддержания выработки, а также отсутствие нормативной базы , позволяющей с учетом конкретной геомеханической ситуации и опыта использования обосновать параметры крепления.
1. Актуальность темы
Стоимость установки одного анкера составляет 100 – 120грн. из которых 40% составляет стоимость закрепляющей смеси. По этому, разработка и исследование новых способов закрепления анкеров за счет природного деформирования стенок шпура есть актуальной и научно – технической задачей.
2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
Целью исследования является обоснование параметров нового способа закрепления анкера за счет природного деформирования стенок шпура.
Основные задачи исследования:
- Выполнить анализ способов и средств закрепления анкера;
- Провести аналитические, лабораторные и шахтные исследования по определению:
- рациональных направлений по периметру сечения где может реализоваться новый способ закрепления анкера;
- исследовать в лабораторных и шахтных условиях величину смещений стенок шпура для обоснования целесообразных размеров диаметров шпура и анкера.
На базе выполненных исследований будут определены горно-геологические и горно-технические условия ( прочность пород, глубина разработки, соотношение диаметров шпура и анкера ) где возможно использование ресурсозберигающей технологии закрепления анкера.
3.Обзор способов закрепления анкерной крепи
Существуют различные варианты способов закрепления анкерной крепи:
К первому способу относятся закрепления, основанные на использовании замков различной конструкции, которые распираются в шпуре за счет клина или при вращении анкера. К ним относятся деревянных клинощелевые анкера с опорными элементами в виде: а – деревянного клина; б - квадратной головки; в – запрессованной втулки с пластиной; г – конусной втулки с деревянным клином; д – запрессованной муфты с резьбой, шайбой и гайкой; е – шайбы с металлическим клином; (рис.1), замковые металлические анкера: а – ШК-1м; б – АК-8у; в – АКМ; г – ЭС-2Э; д – АД-1; е – АП-2м; ж – клинощелевого типа (рис.2). Несущая способность которых составляет 18 – 120 кН при времени установки анкера 2 – 5 мин [1].
Рисунок
1 –Деревянные клинощелевые анкера
Рисунок
2 –Замковые металлические анкера
Ко второму способу закрепления относят способы предусматривающие использование вяжущих материалов. При этом анкер закрепляется на некотором участке или по всей длине. Усилие закрепления анкера таким способом составляет 50-130 кН. Установка анкера производится за 2-5 мин., но включение в работу происходит через более длительный период, связанный с временем схватывания связующего состава (рис3).
Рисунок
3 –Армополимерные анкера
Такой способ установки, с использованием полимерных смол (рис.4), получил наибольшее распространение в отечественной и зарубежной практике
Рисунок
4 –Конструкции ампул с быстро твердеющими химическими составами
Наряду с высокой технологичностью, реализация данного способа закрепления анкера связана с использованием дорогостоящей смолы, стоимость которой составляет 20-40% от общих затрат на установку анкера. Стоимость установки одного анкера – 200-250 грн., в том числе стоимость связующего компонента – 100-200 грн. Общие затраты на крепление 1 п.м. выработки анкерной крепью – 1000-2500 грн [7].
В третьем способе закрепление анкера производится без связующих составов и механических замков – беззамковые способы закрепления. Закрепление анкера осуществляется за счет энергии взрыва (рис. 5) [1], или за счет выпрямления предварительно смятой внутрь тонкостенной трубы диаметром 41 мм в шпуре диаметром 30-39 мм, под действием давления воды 30 МПа [2].
Рисунок
5 –Конструкции взрывораспорных трубчатых анкеров
Известен способ закрепления трубчато тонкостенного анкера с продольным разрезом за счет упругих свойств при введении анкера диаметром 38 мм в шпур диаметром 35 мм. Усилие закрепления составляет от 25 до 50 кН/м. Время установки анкера 2 мин. Одним из ресурсосберегающих способов установки анкеров является безшпуровая технология разработанная в США.
Способ установки анкерной крепи предусматривающий закрепление анкера без предварительного бурения шпура за счет вдавливания анкера с помощью гидравлической установки в окружающий выработку массив[3]. Сплошной анкерный стержень диаметром 20,6 мм вдавливается в породы прочностью 30-40 МПа на глубину 0,5-0,8 м. Одной из проблем при реализации данного способа установки анкера является обеспечение заданного направления его установки[4].
4. Закрепление анкерной крепи за счет естественного деформирования стенок шпура
Данный способ основан на использовании процессов естественного деформирования стенок шпура. Учитывая тот факт, что зона влияния выработки распространяется на 3-4 ее радиуса [6], шпур длиной 2-3м, пробуренный с контура выработки вглубь массива, попадает в зону действия повышенных напряжений. При этом вокруг шпура также формируется зона повышенных напряжений. В связи с тем, что уровень действующих напряжений в окрестности шпура выше чем вокруг выработки, можно предположить, что деформационные процессы вокруг шпура будут происходить с опережением деформационных процессов в породном массиве вокруг выработки. На рис. 6 показана схема к объяснению механизма закрепления анкера[5].
Рисунок
6– Cхема к объяснению механизма закрепления анкера
.
(анимация: 10 кадров, 6 циклов повторения, 60 килобайт)
Реализация разработанного способа закрепления анкера производится в два этапа. На первом этапе в пробурены шпур вводится анкер, который с помощью пластмассовой втулки закрепляется в донной части скважины. После этого устанавливают опорную плиту и с помощью гайки производят предварительное натяжение анкера. На втором этапе за счет деформирования стенок скважины производится закрепление анкера по всей длине, что возможно только в случае, когда конвергенция стенок скважины превышает разность между диаметром шпура и анкера.
Выводы
Краткий обзор существующих способов закрепления анкерной крепи показывает, что для их реализации необходимы определенные материальные затраты, связанные с бурением шпуров, специальным изготовлением анкеров, необходимостью применения дорогих связующих материалов, использование специального оборудования. Поэтому, поиск и разработка ресурсосберегающих способов и средств закрепления анкерной крепи является актуальной задачей. Совершенствование способов закрепления анкерной крепи, необходимо вести в направлении разработки и использования малооперационных и простых способов и средств. Таким образом, предложенный способ закрепления анкеров позволит значительно (в 1,5-2 раза) снизить затраты на установку анкерной крепи.
Список источников
- Анкерная крепь: Справочник / А.П. Широков, В.А. Лидер, М.А. Дзауров и др.– М: Недра 1990. – С.34–205
- Юхимов Я.И. Анкерные крепи и средства контроля за состоянием кровли (зарубежная информация)/ Я.И. Юхимов, В.Г. Галыперий // Уголь Украины, 1983. – №10. – С.44–46
- Харрелл М.В. Новый гидравлический способ установки анкерных болтов/ М.В. Харрелл// Mining Congress Journal/ – 1971. – №6.
- Патент на корисну модель №55763 Україна. МКИ E21D 20/00. Спосыб встановлення анкера/ Касьян М.М., Новіков О.О., Петренко Ю.А., Дрипан П.С., Шестопалов І.М., Гладкий С.Ю., Виговський Д.Д. – Заявл. 04.06.2010; опубл. 27.12.2010; бюл. №24. – 6с.
- Мельников Н.И. Анкерная крепь. – М.: Недра,1980. – 252 с.
- Гетце В. Основы применения анкерной крепи в горизонтальных выработках арочного сечения// Глюкауф. – 1977. – №15 – С.25–27
- Штаноговая крепь/ В.Н. Семевский, В.М. Волжский, О.В. Темофеев, А.П. Широков – М.: Недра, 1965. –328с.