Кафедра РКК   Гірничий факультет   ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат по темі випускної работи

Зміст

1. Обгрунтування та актуальність теми

Сучасні умови видобутку вугілля супроводжуються низкою негативних проявів гірського тиску. Особливо при відпрацюванні вугілля на глибинах більше 800м. Роботи ведуться в умовах викидонебезпечних пластів, при високої природної метаноносності, високих температурах і т.п. У цих умовах при використанні сучасних механізований комплексів питання забезпечення безпеки робіт при первинній посадки покрівлі в очисному вибої є досить актуальним, особливо в умови труднообрушаемих покрівель.

При первинній посадки покрівлі в нормальному режимі спостерігається потріскування і віджимання вугілля в нижній частині лави, вивали в привибійній частини, статтю дерев'яних стійок кріплення в результаті посилення гірничого тиску Поломи стійок підсилює кріплення на штреку протягом 12 -45 м від лави. При посадці в аварійному режимі (при великих зависаннях) спостерігається посадка секцій кріплення на жорстку базу, сильне деформування штреків, значні вивалення по лаві.

Існуючі способи разупрочнения труднообрушаемих порід пов'язані в основному із застосуванням вибухових робіт. Ведення вибухових робіт при попередньому разупрочнения труднообрушаемих покрівель обмежується невибросоопаснимі пластами, а при примусовому обваленні порід за лавою Негазовий шахтами.

Тому питання розробки способу первинної посадки покрівлі в очисному вибої за рахунок невибухового руйнування порід і обгрунтування його параметрів є актульной науково-практичної завданням.

2. . Цілі і завдання дослідження

мета роботи: обгрунтування параметрів примусового обвалення порід покрівлі за допомогою невибухових руйнуючих сумішей (НРС).

ідея роботи: зполягає в запобіганні зависань порід покрівлі у виробленому просторі лав, які можуть призвести до негативних наслідків, шляхом примусового обвалення порід з боку виробленого простору за допомогою НРС.

Завдання які вирішуються в магістерській роботі

  1. Розробка способу примусового обвалення труднообрушаемих порід при первинній посадці
  2. Лабораторні дослідження способу ініціювання заряду НРС в свердловині при примусовій посадці покрівлі.
  3. Лабораторние дослідження запропонованого сопособа прінудітелной посадки на моделях.

Об'єкт дослідження.: вуглепородному масив вміщає гірську виробку

предмет дослідження: процеси руйнування труднообрушаемих порід покрівлі за допомогою НРС при ініціюванні свердловинних зарядів.

методи дослідження: систематизація та аналіз, моделювання на еквівалентних матеріалах, стендові випробування, метод статистичної обробки даних.

3.Наукова новизна і практична цінність роботи

Наукова новизна роботи полягає в наступному:

  1. вперше отримано аналітичну залежність тиску саморозширення і фазового стану продуктів гідратації НРС при ініціюванні їх роботи за допомогою електричного поля.
  2. встановлено закономірності зміни зсувів у виробках при різному кроці первинної посадки.

Практична цінність роботи: полягає в розробці способу невибухового примусового обвалення порід при первинній посадці.

4. Огляд існуючих досліджень і розробок по темі.

У практиці гірничої справи розроблено декілька гіпотез гірського тиску, зсування породного масиву, які засновані в основному на феноменологічних висновках[1-9].. Однак різноманітність гірничо-геологічних умов розробки вугільних пластів і фізико-механічних характеристик породного масиву зменшує можливість застосування гіпотез в інших ділянках родовища і навіть шахтного поля. При збільшення глибини розробки похибка прогнозу при розрахунках за цими гіпотезам росла.

Бурхливий розвиток у другій половині ХХ століття нових методів, способів досліджень поведінки вміщує масиву [10]. в природних умовах, фізичного моделювання поведінки порід на моделях з еквівалентних матеріалів [11]., оптичного моделювання гірського тиску в очисних вибоях[12]. та інших методів лабораторних досліджень дало можливість встановити характер зсування порід над виробленим простором.

Шахтними дослідженнями і лабораторними на фізичних моделях встановлено, що робота безпосередньої і основної покрівлі аналогічна роботі тонких і товстих плит, затиснених по контуру, з трьох і з двох сторін [13].. У роботі основної покрівлі виділяється два режими. Перший режим початкового руху охоплює період часу від проведення розрізної печі до першого обвалення основної покрівлі.

У першому режимі (початкового руху) спостерігається деяка асиметрія вигину основної покрівлі по простяганню пласта. Ізолінії вигинів наведено на рис. 1. У лівій стороні від розрізної печі концентрація ізоліній більше на один метр, ніж попереду рухомого очисного вибою. Характер першого обвалення основної покрівлі та динаміка наступних опускань наведено на рис. 2.

В даний час в результаті досліджень зсування вміщує вугільні пласти масиву над виробленим простором в натурних (шахтних) умовах, встановлено характер пошарового деформування порід. За швидкістю деформування в межах виїмкового поля лави виділяють зону впливу очисних робіт і зону впливу виробленого простору на характер зсування порід. Проблемою прогнозу проявів гірського тиску навколо очисних вибоїв займаються вчені ІФГП НАНУ (14,15).

Характер деформацій основної покрівлі перед першим її обваленням

Рисунок 1 –Характер деформацій основної покрівлі перед першим її обваленням [13].

Характер і форма перших обвалень основної покрівлі

Рисунок 2 –Характер і форма перших обвалень основної покрівлі

Дослідженнями встановлено, що при труднообрушающіхся покрівлях опір кріплення впливає на напружений стан і розшарування тільки нижніх шарів потужністю до 2 м. Збільшення опору кріплення практично не робить впливу на напружений стан більш віддалених шарів і зависання труднообрушающіхся порід. Отже, можна зробити висновок, що управління труднообрушающіміся покрівлями шляхом підвищення опору кріплення буде неефективним.

У вугільній галузі для підвищення ефективності управління важкими породами покрівлі застосовують кілька способів її разупрочнения.

Відомі і застосовуються такі основні способи разупрочнения покрівлі для зниження гірського тиску на запобіжні цілики:

-спосіб підробітку;

-розвантаження свердловинами великого діаметра;

-передове торпедування;

-гідрообробки;

-гідромікроторпедірованіє;

-взривогідрообработка;

-примусове обвалення покрівлі підриванням свердловинних зарядів;

-примусове обвалення покрівлі підриванням шпурових зарядів;

-скважинная взривоподбутовка;

-клинове руйнування;

-спрямований гідророзрив.

Метою застосування цих способів є зниження або повна ліквідація тяжкості прояви гірничого тиску на запобіжні цілики і проявів осад покрівель у динамічній формі.

Найбільше застосування мали способи:

Передове торпедування.

Сутність способу - локальне (місцеве) ослаблення міцних гірських порід основної покрівлі попереду очисного вибою по довжині чи ділянці виїмкового поля шляхом підривання зарядів ВР у довгих свердловинах. Утворені в результаті вибуху штучні концентратори напружень у вигляді зон радіальних тріщин і зруйнованих контактів у площинах нашарування в міру наближення очисного вибою до площини торпедування і подальшого її переходу в змінюється силовому полі напружень масиву порід проростають в магістральні тріщини. Останні розчленовують масив порід основної покрівлі на блоки по висоті і нашаруванню, забезпечуючи плавне її опускання в міру відпрацювання.

Розміри зон тріщиноутворення і руйнування контактів між міцними шарами залежать від типу ВВ, коефіцієнта заряджання, маси та конструкції свердловинного заряду, фізико-механічних властивостей і параметрів хвиль напруг.

В результаті разупрочнения труднообрушающіеся породи розчленовуються на блоки менших розмірів. Це призводить до різкого зниження інтенсивності і важкості прояви первинних і вторинних осад основної покрівлі, до зменшення величини активних зовнішніх навантажень на кріплення очисних вибоїв і розвантаженні їх крайових частин.

Примусове обвалення покрівлі свердловинними зарядами

Сутність способу полягає в посадці труднообрушающіхся порід над виробленим простором на висоту до 10 м шляхом підривання зарядів ВР у свердловинах, пробурених паралельно лінії очисного вибою. Покрівля під дією вибуху розділяється на шари з подальшим її обваленням. Це виключає повітряні удари і формування великих активних навантажень на кріплення.

Примусова первинна посадка підриванням свердловинних зарядів ВР у виробленому просторі застосовується тільки на шахтах, безпечних щодо газу і вибуху пилу.

Таким чином, ці способи мають досить обмежену область застосування в умовах Донбасу.

У магістерській роботі пропонується як засоби руйнування порід використовувати НРК.

У сучасній вітчизняній і зарубіжній практиці накопичений великий досвід використання невибухових руйнуючих сумішей (НРС). Застосування НРС в промисловому будівництві пов'язують з ліквідацією бетонних несучих конструкцій і фундаментів у працюючих цехах та інших об'єктах при їх реконструкції [16]., в дорожньому будівництві - з руйнуванням асфальтобетонного покриття[17]. та ін Основними перевагами невибухового руйнування є відсутність звукового ефекту, розльоту частин зруйнованого об'єкта, можливість руйнування поблизу працюючого устаткування і людей без зміни технологічного процесу. Найважливішою практичної завданням застосування НРС в умовах підземних гірничих виробок є управління часом руйнування порід. Управління швидкістю гідратації в даний час здійснюють в основному за рахунок використанні хімічних добавок, що мають екзотермічну реакцію з оксидом кальцію, однак у цьому випадку прискорення реакції спостерігається відразу після приготування суміші. Таким чином, приготування однієї порції суміші для заряджання великої кількості шпурів є скрутним. Так як під час заряджання НРС в шпури, в ємності з приготовленою сумішшю, реакція гідратації також протікає, причому з більшою, ніж у шпурах швидкістю, що пояснюється великою кількістю речовини і різними граничними умовами (теплопоглинання, теплопровідність). Це може призвести до некерованого підвищенню швидкості реакції і фазового переходу НРС безпосередньо в змішувальній ємності, або в негерметизованих шпурах в процесі заряджання. Що знижує продуктивність і безпеку робіт, і може сприяти виникненню аварійних ситуацій. Таким чином, виникає необхідність приготування суміші малими порціями, що підвищує трудомісткість робіт і час на заряджання шпурів. При цьому забезпечення точності почергового руйнування залишається практично невирішеним завданням.

Пошук способу управління процесом гідратації НРС, для забезпечення необхідної черговості руйнування порід по лініях шпурів, який дозволив би скоротити час руйнування порід в умовах підземних гірничих виробок є важливою науковою задачею. При цьому важливим моментом при практичній реалізації є приготування НРС для всього необхідної кількості шпурів, їх заряджання, і тільки після цього ініціювання процесу руйнування в необхідному порядку.

5.Текущіе і плановані результати за темою досліджень

Для вивчення особливостей роботи НРС під впливом електричного струму були проведені лабораторні дослідження в яких через зразок НРС циліндричної форми з діаметром основи циліндра 40мм і довжиною 60мм, що імітував фрагмент заряду в шпурі, пропускали струм різної напруги. При цьому фіксували зміну температури НРС за допомогою електронних лабораторних термометрів DM-9231A.

Регулювання напруги здійснювали в діапазоні 5-70В за допомогою лабораторного автотрансформатора ЛАТР 2,5, який призначений для плавного регулювання напруги змінного струму частотою 50 або 60 Гц. Для захисту від короткого замикання ЛАТР включали в мережу, яка захищена плавкими запобіжниками з струмом плавкої вставки 10А. При підвищенні напруги вище 70В у проведених експериментах, при відстані між електродами l = 6см, перегорала плавкахвставка запобіжника. Схема експериментальної установки наведена на малюнку 3.

Схема установки для дослідження впливу електричного струму на швидкість гідратації НРС

Рисунок 3 –Схема установки для дослідження впливу електричного струму на швидкість гідратації НРС

1–образец НРС

У результаті проведення першого етапу експерименту із зразками НРС в повітряному середовищі з температурою 25 0С були отримані графіки зміни температури суміші в часі при впливі на зразок електрики з різним напругою (рис. 4). Базовим зразком для проведення порівняння був вибраний зразок НРС, через який струм не пропускали. З графіків, видно, що для всіх зразків спостерігається зростання швидкості гідратації при впливі на них електрики, порівняно з базовим зразком. Підвищення напруги більш 20В при відстані між електродами 6см, призводить до прискорення реакції більш ніж в 10 разів. Напруга 20 і більше В призводить до спрацьовування суміші протягом 10 і менше хвилин.

Графіки зміни температури суміші в часі при впливі на зразок електрики з напругою 1 – 0В, 2 – 5В, 3 – 10В, 4 – 20В, 5 – 30В, 6 – 40В

Рисунок 4 –Графіки зміни температури суміші в часі при впливі на зразок електрики з напругою 1 – 0В, 2 – 5В, 3 – 10В, 4 – 20В, 5 – 30В, 6 – 40В

ількісну оцінку отриманого ефекту прискорення реакції гідратації суміші пропонується проводити за допомогою коефіцієнта прискорення, рівного відношенню часу протікання 1 і 2 стадій гідратації [18]. для базового зразка до аналогічного часу для зразка, на який впливає електричний струм (рис. 3). Отримані дані добре апроксимуються експоненційної залежністю, з коефіцієнтом кореляції 0,987. З отриманих результатів видно, що при дії напруги в діапазоні 5-60В швидкість реакції підвищується до 300 разів. Отримані результати показали принципову можливість керування швидкість гідратації НРС впливом електричного струму. Таким чином, було встановлено, що за допомогою електрики можна ініціювати інтенсифікацію роботу НРС.

Основний перспективою досліджень є можливість використання результатів роботи на підприємствах вугільної промисловості України.

Література

  1. Борисов А.А. Расчеты горного давления в лавах пологих пластов. – М.: Недра, 1964. – 278 с.
  2. Слесарев В.Д. Управление горным давлением при разработке угольных пластов Донецкого бассейна. – М.: Углетехиздат, 1952. – 350 с.
  3. Кузнецов Г.Н. Взаимодействие боковых пород и крепи в очистных выработках пологопадающих пластов каменного угля. – В сб. «Исследования по вопросам маркшейдерского дела», № ХХVII, Углетехиздат, 1953. – с.31-42
  4. Руппенейт К.В. Давление и смещение горных пород в лавах пологопадающих пластов. Углетехиздат, 1957. – 233с.
  5. Панов А.Д., Руппенейт К.В., Либерман Ю.М. Гор¬ное давление в очистных и подготовительных выработках. Госгортехиздат, 1959. – 247с.
  6. Орлов А.А., Сетков З.Ю. и др. Взаимодействие механизированных крепей с кровлей. М., «Недра», 1976, 336 с.
  7. Давидянц В.Т., Измерения проявлений горного давления на шахтах Донецкого бассейна/ В.Т. Давидянц., Г.Л. Козелев.-Углетехиздат,1952,– 116с.
  8. Лабасс А. Управление кровлей посредством обрушения. Междуна¬родная конференция по горному давлению. Углетехиздат, 1957.
  9. Феннер Р. Исследование горного давления. «Глюкауф», 1938, № 32 и 33
  10. Петухов И.М. Методы изучения сдвижения горных пород и угля в массиве. М., Углетехиздат, 1954. – 35 с..
  11. Кузнецов Г.Н. Моделирование проявлений горного давления. – М.: Недра, 1964. – 420 с.
  12. Трумбачев В.Ф. Исследование горного давления в очистных выработках оптическим методом. М., Углетехиздат, 1955. – 99 с.
  13. . Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М., Недра, 1980.–360с.
  14. Лобков Н.И. Определение параметров обрушения трудноуправляемой кровли влавах пологих пластов Донбасса/Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко,Е.Н. Халимендиков. В сб. Физико-технические проблемы горного производства/Вып.№12.Под общей редакцией А.Д. Алексеева.Донецк: ИФГП НАНУ, 2009. –с. 113-123.
  15. Лобков Н.И. К вопросу о механизме формирования горного давления в лавах пологих пластов. В сб. Физико-технические проблемы горного производства/Вып.№6.Под общей редакцией А.Д.Алексеева.-Донецк: ООО“Апекс”,2003.-с.81-87.
  16. Галкин, В.В. Невзрывной способ разрушения строительных конструкций при реконструкции зданий / В.В.Галкин, А. Г. Потапов // Монтажные и специальные работы в строительстве. 1983.- № 6.- С. 21-22.
  17. Заявка 57-119850, Япония, МКИ В 02 С 19/18, Е 04 С 23/08. Композиция для разрушения бетона, дорожного покрытия и т.п. / Нисихара Акио, Мива Мотому, Тада Сюити; Асахи дэнка коге к.к. № 56-5779 заявл. 16.01.81,. опубл. 26.07.82.
  18. Касьян Н.Н. Обоснование методов управления скоростью роста распорно-компрессионных характеристик невзрывчатых разрушающих веществ / Н.Н. Касьян, И.Г. Сахно, Я.О. Шуляк / Вісті Донецького гірничого інституту. – 2010. - №2. – С. 209-219.