Кафедра РКК   Гірничий факультет &nb ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат по темі випускної роботи

Зміст

Введення

Як показують результати обстежень стану підготовчих вироблень, проведених незалежними організаціями (ДОННТУ, ДГУ, ДОНГТУ й ін.), серед основних причин втрати стійкості вироблень, підтримуваних поза зонами впливу очисних робіт є: невідповідність параметрів застосовуваних кріплень гірничо-геологічним і технічним умовам підтримки; відсутність контакту кріплення з породним масивом після її зведення, а також наступні порушення, що встановлюється в масиві рівноважного стану гірськими роботами.

1. Актуальність теми

Не для кого не секрет, що більша частина підготовчих гірських вироблень перебуває в неудоблетворительном стані, тому я вважаю за необхідне провести аналіз відомих способів підвищення стійкості, що дасть можливість виділити необхідні облости для подальшої роботи

2. Огляд досліджень і розробок

2.1 Провдение вироблень комбайном або БВР. Гідності й недоліки

Аналіз технічної літератури, присвяченої підвищенню стійкості вироблень, свідчить про наявність великої кількості по-різному спрямованих векторів, що характеризують пропоновані шляхи розв'язку цієї складної проблеми. Так, у ряді робіт автори відзначають той факт, що більш сприятливі умови підтримки забезпечуються у виробленнях, проведених комбайнами. Однак, по твердженнях авторів інших робіт, вплив способу проведення на стійкість вироблення зафіксоване лише в плині 8-12 місяців після її проведення. У той же час, виробничий досвід показує, що область застосування більшої частини парку прохідницьких комбайнів обмежена міцністю, що вміщають вироблення порід до 40 Мпа.[1]

При використанні буро-вибухової технології проведення вироблень, стійкість приконтурного масиву підвищують шляхом застосування контурного висадження. Цей спосіб значно знижує інтенсивність трещинообразования в породах, що вміщають, пo порівнянню зі звичайним висадженням (так, доведене, що при контурному висадженні по піщаникові глибина трещинообразования в 7-8 раз, а по сланцю в 3-4 рази менше). При цьому забезпечується більш точне оконтуривание поперечного переріза, зменшується амплітуда неравномерностей породних оголень, а отже, і концентрація діючих напруг. У цей час удосконалювання контурного висадження йде по шляху розробки технологій, що передбачають виконання на стінках шпурів профільних надрізів, орієнтованих по напрямкові отбойки.

Разом з тим, широкому застосуванню контурного висадження в галузі перешкоджає те, що існуюче бурильне встаткування не дозволяє бурити, що оконтурюють шпури впритул до проектного контуру, паралельно осі вироблення.

2.2 Конструкції кріплень. Їхньої гідності й недоліки

До інших напрямків підвищення стійкості металевих аркових кріплень у виробленнях є численні спроби створити систему " кріплення-масив" з урахуванням вектора переважних зсувів у породній товщі ("підігнати" кріплення під масив) і часу виникнення щільного контакту між кріпленням і масивом (Рис. 1). Для цього вітчизняними й закордонними розроблювачами кріплень запропонована велика кількість конструкцій, покликаних розв'язати ці проблеми.

Малюнок 1 - Обрису кріплення підготовчих гірських вироблень
При тиску з боку покрівлі кріплення можуть бути: плоскими (а), арковими (б). Опорами таких кріплень можуть служити як міцні гірські породи боків вироблення, так і ис- кусственные опори у вигляді стійок (в, г) або стінок кріплення (д). Ці опори можуть сприймати також незначне бічне навантаження. При значному бічному тиску бічним опорам надають криволінійну форму (е, ж). При тиску з боку ґрунту застосовують нижні елементи - лежні, що мають прямолінійні (з, і) або криволінійні обриси (до, л). Нарешті, при наявності сильного всебічного тиску кріплення надають форму еліпса (м) або кола (н).



Так, у ДПИ розроблене кріплення АПК-4, що полягає із чотирьох взаємозамінних елементів, з'єднаних трьома замками, які переміщаються разом з ланками при роботі кріплення в режимі піддатливості (мал. 2). Конструкція добре зарекомендувала себе в умовах інтенсивних бічних навантажень. У Кузбасі розроблена й застосовується подковообразная аркова трехзвенная кріплення, що добре пручається бічним зсувам і навантаженням. В ИГД ім. А.А. Скочинского запропоноване кріплення МПК- А4, верхній сегмент якої складається із двох відрізків профілю СВП, що з'єднуються між собою податливим кулачковим вузлом. Наявність податливого вузла у зводі арки забезпечує бічну піддатливість. У Санкт-петербурзькому гірничому інституті створене складне металеве кріплення. Кожна рама кріплення складається із двох криволінійних стійок і верхняка, що з'єднуються спеціальними замками, що виконують одночасно функції вузлів піддатливості й шарнірів. Залежно від величини й напрямку прогнозованих зсувів елементи кріплення можуть бути з'єднані по трьом різним схемам. Для умов всебічного гірського тиску розроблені також конструкції кільцевих податливих кріплень Ш 1-ДО4, КПК, КПК- ПЛ. У Німеччині розроблене багатоланкове кріплення збільшеної піддатливості, що забезпечує щільний контакт кріплення з бічними породами. Вона складається з однотипних ланок, які в зоні піддатливості скріплюються сполучними накладками.

Малюнок 2 - Загальний вид кріплення АПК-4:
1 - ніжка; 2 - полуверхняк; 3 - нимний замок; 4 - верхній замок; 5 - вузол межрамной зв'язки; 6 - діафрагма



У всіх розроблені в останні роки кріпленнях, крім зміни конфігурації, конструкції й розташування по периметру елементів піддатливості удосконалювалися також і вони самі, а також профілі, використовувані для виготовлення кріплень.

Розглянуті вище конструкції рамних кріплень у цей час мають досить обмежене застосування через складність виготовлення, наявності конструктивних недоробок, складності зведення й організаційних причин.

Для поліпшення умов роботи кріплення у виробленнях із тривалим терміном служби застосовується тампонаж закрепного простору. Разом з тим, ряд учених неоднозначно оцінюють вплив твердості матеріалу створюваної тампонажної оболонки на роботу податливого кріплення. Крім того, для ведення робіт необхідно не тільки спеціальне устаткування, але й попереднє виконання робіт з герметизації (ізоляції) вироблення, що робить спосіб трудо- і матеріалоємним.

Для важких гірничо-геологічних умов були розроблені комбіновані конструкції кріплення, нашедшие в останні роки широке поширення (обсяг застосування до 5 %): анкер- металева[2-3], АНТ (арка, набрызг, тампонаж), ШСНГ (штанга, сітка, набрызг, тампонаж) і інші, у яких підтримуючі елементи тем або іншим способом зв'язуються для забезпечення спільної роботи із приконтурным масивом. Разом з тим, ці конструкції мають ряд технологічних недоробок, а механізм їх роботи, з погляду геомеханіки, дотепер недостатньо вивчений.

Малюнок 3 - Робота шарнірно-арковому кріплення:
Шарнирность конструкції: без деформації елементів (а), стрілчасту форму (б)при значному тиску зверху й робити ретельну расклинку й забутовку.


Оскільки переважним видом кріплення в цей час залишається аркова податлива, то в цілому ряді робіт для підвищення її стійкості пропонується застосовувати різні способи посилення кріплення, збільшення її твердості в напрямку переважних зсувів без істотних конструктивних змін. Так, наприклад, пропонується використовувати, що напружує стяжку на рівні замків піддатливості, установлювану за допомогою гвинтових домкратів. Це, за задумом авторів, створює у верхняке кріплення крутне момент, спрямований у протилежну сторону моменту від зовнішньої косонаправленной навантаження.

Малюнок 4 - Аркове тверде кріплення


Малюнок 5 - Схема зведення металевому кріплення зі спецпрофиля
<Кріплення встановлюють у наступній послідовності: ніжки з'єднують зі стійками внахлестку на 300 мм і затягують хомутами, на ґрунт установлюють лежні (а) або черевики й установлюють бічні стійки (6), які втримуються в такому положенні бічними стяжками, з'єднаними з раніше встановленими арками. На верхні вигнуті кінці стійок укладають арковий верхняк (в) таким чином, щоб кожний кінець його на ділянці довжиною 400 мм з'єднувався внахлестку з кінцями бічних стійок. частини, що потім з'єднуються, скріплюють хомутами в одне ціле. Після складання арки роблять розклинення, затягування боків і покрівлі вироблення, а також забутовку порожнеч між затягуваннями й породою (г)


2.3 Способи спрямовані на швидке введення кріплення вработу.

У ряді робіт авторами встановлений взаємозв'язок між якістю, а також властивостями забутовки закрепного простору з наступною стійкістю вироблення. У роботах авторами пропонується заповнювати порожнечі за кріпленням здрібненою породою за допомогою спеціальних забутовочных машин, укладати за кріплення тканевые рукава із сумішами, що твердіють, заповнювати закрепное простір пінопластом. Усе вище названі вище способи на шахтах практично не використовуються, оскільки для їхньої реалізації потрібне додаткове встаткування, розмістити яке досить складно в стиснутих умовах прохідницького вибою. Крім того, забутовку закрепного простору практично неможливо сполучити з іншими технологічними процесами у вибої, що знижує темпи прохідницьких робіт.

В останні 20 років у ДОННТУ й ДОНГТУ минулому розроблені способи охорони, спрямовані на згладжування технічних огріхів (усунення переборів порід) у технології вилучення породи при проведенні вироблень. Вони засновані на використанні ідеї вибуховий забутовки закрепного простору шляхом висадження зарядів розпушування, що одночасно виконують функцію локального розвантаження порід від підвищених напруг. Через необхідність точно дотримувати технології й параметри робіт при загальній високій культурі виробництва, способи широкого застосування на шахтах не знайшли

Велика кількість теоретичних і експериментальних робіт присвячене використанню у виробленнях способу ін'єкційного зміцнення порід, спрямованого на забезпечення спільної роботи кріплення й приконтурного масиву для поліпшення стану кріплення[4]. Досвід застосування способу показує, що ін'єкція скріпних розчинів у масив на глибину до 3,0 м під тиском до 3,0 Мпа - більш ефективний засіб впливу на стійкість кріплення, чому тампонаж закрепного простору. Необхідною умовою застосування ін'єкційного зміцнення є наявність навколо вироблення тріщинуватої зони. Для реалізації способу необхідно спеціальне устаткування й великий

Більшою кількістю дослідників доведене, що швидкому введенню податливого кріплення в роботу сприяє її попередній розпір. Для цього при установці кріплення вона примусово вдавлюється в породне оголення, при цьому за рахунок зминання й ущільнення порід забезпечується їхній кращий контакт скрепью. [5]

Малюнок 6 - Послідовність робіт зі зведення шарнірно-аркового кріплення
(анімація: 6 кадрів, тривалість кожного кадра - 50 мс, 34 Кб)


2.4 Способи охорони основаные на розвантаженні порід

З метою зниження напруг в, що вміщають вироблення породах, а також збереження природної міцності порід і залучення їх у спільну роботу із кріпленням для охорони вироблень, у ДОНУГИ й ДПИ був запропонований ряд способів охорони на основі локального розвантаження. Це способи скважинной розвантаження й взрыво- щілинного розвантаження. Незважаючи на свою простоту й одержуваний позитивний ефект, способи не знайшли на шахтах широкого застосування по наступних причинах[6]. Буравлення шпар необхідно робити поза зонами опорного тиску і його неможливо сполучати із процесами прохідницького циклу. Крім того, застосування способів на 10-15% збільшують зсуви порід з боку покрівлі, виникають складності з підтримкою сполучень " лава-штрек". Спосіб взрыво- щілинного розвантаження малоефективний в умовах слабо-метаморфизованных і обводнених порід[7].

На основі способів локального розвантаження й зміцнення, у КГМИ й ДПИ були розроблені способи охорони АРПУ й взрыво-укрепления. Сутність першого полягає в перерозподілі напруг навколо вироблення шляхом їхнього розвантаження, з відділенням частини порід від масиву й наступним використанням їх у якості природнього будівельного матеріалу для створення в ґрунті вироблення грузонесущего зворотного зводу з укріплених порід. Розвантаження здійснюється висадженням у шпурах камуфлетных зарядів ВВ. Потім бурять тампонажні шпури, у які нагнітають скріпний розчин. Утворена В ґрунті розвантажена зона міняє співвідношення висоти й ширини вироблення. Вона здобуває еліптичну форму, завдяки чому концентрація напруг у масиві зменшується, що збільшує стійкість вироблення в цілому[8].

Спосіб взрыво- зміцнення передбачає одночасне виконання робіт з розвантаження породного масиву і його зміцненню. Сутність його полягає в буравленні шпурів у приконтурный масив з розміщенням ампул зі скріпним складом і зарядів ВВ. При висадженні відбувається розпушування порід по довжині шпуру, руйнування оболонок ампул і проникнення скріпного розчину (пінополіуретану, эпоксидной смоли з отвердителем) у тріщини, що утворювалися, [9].

До недоліків даних способів слід віднести високу їх трудоемокость і матеріалоємність, а також необхідність наявності додаткового встаткування[10-11].

Наприкінці 80-х років минулого століття в ДПИ був розроблений спосіб підтримки вироблень " кріплення-охорона", який реалізує ідею сполучення розвантаження масиву, що вміщає, від підвищених напруг із процесом кріплення. Сутність способу полягає в утворенні на заданому видаленні від контуру вироблення зони зруйнованих порід, що досягається шляхом вибухового розкріплення трубчастих анкерів, установлюваних по периметру вироблення в радіально пробурених шпурах. Приконтурный цілина порід, посилений анкерами, покликано виконувати роль кріплення[12].

Висновки

Проведений аналіз технічних розв'язків, спрямованих на підвищення стійкості рамного кріплення у виробленнях показує, що найбільш перспективним напрямком є розробка комбінованих способів охорони, що дозволяють, з одного боку, змінювати напрямок переважних зсувів порід у вироблення, забезпечуючи паспортні умови роботи кріплення, а також її щільний контакт із масивом, що вміщає, а з іншого сторони - максимально утягувати приконтурный масив у спільну роботу із кріпленням і використовувати при цьому природну міцність порід, що вміщають. Крім того, пропоновані способи повинні бути складовою частиною технології проведення й кріплення вироблення.

Список джерел

  1. В.В. Виноградов. Геомеханика управления состоянием массива вблизи горных выработок. – К.: Наук. думка, 1989. – 192 с.
  2. Терещук Р.Н. Состояние и перспективы применения анкерной крепи //Научный вестник. - 2000. - №2. - С.6-9;
  3. B.J. Buys, Р. S. Heyns, P.W. Loveday. Rock bolt condition monitoring using ultrasonic guided waves //The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. - 2009. - V. 108. -p.95-105
  4. Касьян Н. Н., Петренко Ю. А., Новиков А. О. О перспективах применения анкерной крепи наугольных шахтах Донбасса //Научные труды ДонНТУ. - 2009. №10. - ст. 109-115;
  5. В.Г. Горохов. Методологический анализ системотехники. – М.: Радио и связь, 1982. – 160 с.
  6. М. Месарович., Мако Д., И. Такахара. Теория иерархических многоуровневых систем: Пер. с англ. – М.: Мир, 1973. – 334 с.
  7. Инструкция по выбору рамных податливых крепей горных выработок. Изд. 2-е, перераб. и доп. – СПб., 1991. – 125 с.
  8. Г.Ю. Альбертс., К. Цастрау. Проходка горизонтальной породной выработки с использованием нового австрийского способа туннелестроения // Глюкауф, 1981. – № 7. – С. 20–26.
  9. Б.А. Картозия., В.А. Пшеничный. Теоретические основы крепления горных выработок крепью регулируемого сопротивления // Специальные способы строительства подземных сооружений и шахт. – М.: МГИ, 1984. – С. 600.
  10. А.В. Быков. Ускорить внедрение крепей регулируемого сопротивления на шахтах Донбасса // Шахтное строительство, 1986. – № 3. – С. 3–8.
  11. Г.В. Бабиюк. Системное обоснование и разработка адаптивных способов обеспечения надежности горных выработок: Автореф. дис… докт. техн. наук: 05.15.04 / Национальный горных университет. – Днепропетровск, 2005. – 35 с.
  12. Г.Г. Литвинский, Г.И. Гайко., Н.И. Кулдыркаев. Стальные рамные крепи горных выработок. – К.: Техніка, 1999. – 216 с.