Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета і задачі дослідження
- 3. Способи зміцнення породи
- 3.1 Буріння розвантажувальніх свердловин
- 3.2 Вибухощільове розвантаження
- 3.3 Проведення компенсаційних щілин
- 3.4 Попередній розпір
- а)Схема ДПІ
- б) Схема МДІ
- 3.5 Анкерування
- 3.6 Передове торпедування
- 4.Поточні та планові резульрати за темою дослідження
- Перелік літератури
1. Актуальність теми
На шахтах України близько 70% виробок, що підтримуються, знаходяться в незадовільному стані. Збільшення глибини розробки вугільних родовищ призводить до значного збільшення зміщення порід у виробку. Отже, потрібно мати великі перетини виробки. Зміщення порід у виробку викликають необхідність її ремонту (перекріплення і підривання грунту), що збільшує собівартість.
Існує кілька способів управління станом породного масиву навколо виробки, вони дозволяють зменшити зміщення порід, але вимагають певних витрат. Тому питання економічного обґрунтування умов застосування способів управління станом породного масиву навколо дільничних підготовчих виробок є актуальною науково-практичною задачею.
2.Мета і завдання дослідження
Мета роботи: методом калькуляційного моделювання встановити математичні залежності витрат на виконання способів управління станом породного масиву навколо дільничних породних виробок і, використовуючи відомі параметри впливу цих способів на показники зсування порід, встановити область застосування кожного способу залежно від глибини розробки і якості порід.
Ідея роботи: полягає у використанні методу калькуляційного моделювання на розробку цінових показників виконання робіт по впливу на стан породного масиву навколо виробки.
Завдання дослідження:
- 1.Скласти калькуляційні моделі витрат на виконання відомих способів управління станом породного масиву навколо дільничних підготовчих виробок. Провести розрахунки впливу глибини розробки і якісних властивостей порід на параметри зміщення порід у виробку.
- 2.Скласти комп'ютерні моделі визначення нижнього рівня співвідношення глибини робіт і властивостей порід на економічну доцільність застосування того чи іншого способу управління станом породного масиву навколо дільничних підготовчих виробок.
3.Способи зміцнення порід
3.1 Бурення розвантажувальних свердловин
Даний метод полягає в бурінні розвантажувальних свердловин з боку масиву вугілля або цілика за зоною опорного тиску (Мал.1.1) . Розвантажувальні свердловини буряться по вугіллю діаметром (d) 0,25–0,5 метрів, довжиною 6–10 метрів, відстань між свердловинами приймається (2–2,5) діаметра свердловини. Після даного заходу під впливом опорного тиску цілики між пробуреними свердловинами роздавлюються, що дозволяє змістити максимум опорного тиску вглиб масиву, в наслідок чого формується локальна зона розвантаження навколо виробки. Отже, породи покрівлі з обох сторін виробки тиснуть на кріплення, і воно працює в податливому режимі. За даними ДонУГИ трудомісткість на підтримку виробки знижується в 2–3 рази в порівнянні з відсутністю свердловин. Цей спосіб краще застосовувати при зворотньому відпрацюванні лави, так як при прямому порядку відпрацювання бурінню свердловин можуть заважати прохідницькі роботи.
3.2 Вибухощільове розвантаження.
Вибухощільове розвантаження полягає у підриванні зарядів вибухових речовин у розвантажувальних шпурах (Мал.1.2), пробурених з боків виробки довжиною lш = (0,5–0,7) В, де В — ширина виробки, і під кутом до горизонталі від 10 до 30 градусів. Відстань між шпурами по довжині вироблення, як правило, від 0,5 до 2 метрів і обчислюється за формулою: [3]:
Для визначення відстані між розвантажувальними шпурами потрібно обчислити масу камуфлетного заряду за формулою: [3]:
Після підривання зарядів вибухової речовини виникає зона підвищеної тріщіноватості і формується локальна зона розвантаження, що дозволяє змістити в глиб масиву максимум локальної концентрації напруги. Вибухощільове розвантаження породного масиву дозволяє зменшити спучення порід грунту в 2-3 рази за рахунок перерізання шарів і призводить до прискорення формування ЗНД з значно меншими розмірами, ніж у випадку відсутності вибухощільового розвантаження. Але при цьому зміщення порід покрівлі збільшується в 1,1–1,15 рази в той час, як з боків виробки зміщення порід майже не змінюється.
Використання вибухощільового розвантаження так само призводить до кращого розподілу навантаження по всьому периметру кріплення.
Використання даного методу дозволяє досягти економічного ефекту до 40–60% на 1 погонний метр на рік від початкової вартості проведення. [1] Як показала практика, відставання робіт з вибухощільового розвантаженню від вибою виробки, як правило, не повинне перевищувати в часі 1–3 місяці. Оскільки роботи з вибухощільового розвантаження повинні проводитися до формування зони непружних деформацій. Не дотримання цієї умови може спричинити збільшення розмірів зони непружних деформацій, що, безсумнівно, призведе до збільшення навантаження на кріплення.
3.3 Проведення компенсаційних щілин.
Буріння компенсаційних щілин (Рис.1.2)проводиться вертикально в грунт виробки в один або два ряди. Процес буріння компенсаційних щілин полягає в наступному: при проведенні першої підривання грунту слід пробурити шпури по центру виробки. Довжина шпуру становить до 2 метрів, а відстань між ними 0,5–2 метра. До проведення підривання в шпурах проводять підривання камуфлетне підривання вибухової речовини. Компенсаційні щілини будуть перерізати схильні до спучення шари гірських порід, це відбуватиметься доки ці щілини не зімкнуться, внаслідок чого спучення порід грунту буде або повністю відсутнє, або буде незначним.
3.4 Попередній розпір
Даний спосіб передбачає установку гідравлічних стійок під арку основного кріплення в момент проведення виробки. Після установки гідравлічних стійок і створення ними розпору виконують затягування замків на арці, після чого гідравлічні стійки посилення знімаються. Корисний ефект від попереднього розпору полягає у швидкому включенні кріплення в роботу, що значно підвищує стійкість виробки за рахунок зменшення розміру ЗНД і призводить до зниження зсуву покрівлі в 1,4 рази. На шахтах Донбасу використовуються 2 схеми попереднього розпору: а) схема ДПІ (Мал.1.4.1)і б) схема МДІ(Мал.1.4.2).
а)Схема ДПІ
Малюнок 1.4.1. Схема попереднього розпору ДПІ
(анімація: 3 кадри, 6 циклів повторення, 8.34 кілобайт)
б)Схема МДІ
Схема запропонована ДПІ поступається схемі МДІ, так як схема МДІ забезпечує одночасне притиснення і верхняка, і ніжок кріплення до породному оголення, що дозволяє створити систему «кріплення-порода». Даний метод дозволяє зменшити зміщення на 20–30%. [1] Спосіб перспективний, але досить трудомісткий.
3.5 Анкерування
Межа міцності на стиск гірських порід набагато вище межі міцності на розтяг. Чим більше міцність шару гірських порід, тим менша розтягуюча напруга, менший прогин шару, менша ймовірність того, що шар зруйнується. (Мал.1.5). Шари гірських порід, зшиті між собою, починають працювати як більш міцний, тобто більш потужний шар. Це і є основний принцип підвищення стійкості виробок, які проведенні в шаруватих породах. Місце встановлення анкерного кріплення : прохідницький забій або на невеликому віддаленні від нього.
Якщо в безпосередній близькості від виробітку присутній міцний пісковик або вапняк, шари гірських порід слід підшивати до нього металевими клиновими анкерами довжиною 2,5–3 метра. [1]
Якщо над виробкою залягають шари більш слабких порід, наприклад, піщаного сланцю, слід застосовувати металеві або полімерні анкери з хімічним закріпленням, час затвердіння якого 15–40 хвилин при застосуванні двокомпонентних і 7–15 хвилин при використанні трикомпонентних зв'язують складів. [1]
Коли над виробкою залягають шари глинистих сланців, то необхідно застосовувати анкери з крученої бурової сталі. Діаметр шпуру повинен бути менше максимального діаметра бурової сталі на 4–8 мм. [1]
Як правило виробки проводяться по шарах гірських порід з різною міцністю, тому досить зміцнити слабкий шар. Через це породи слабкого шару перестануть видавлюватися у виробку і не буде збільшуватися проліт вище розташованих шарів гірських порід, їх прогин не збільшується і вони не руйнуються.
3.6 Передове торпедування
Сутність передового торпедування(Мал.1.6)полягає в активному впливі на напружений стан масиву порід покрівлі шляхом підривання попереду очисного вибою спеціальних (торпедних) зарядів, розташованих в довгих свердловинах, які утворюють зону тріщин. Їх утворення змінює характер деформування і руйнування порід основної покрівлі; опускання покрівлі різко зменшується.
Передове торпедування використовується для запобігання раптових викидів вугілля і газу, зниження інтенсивності осідання порід основної покрівлі в очисних вибоях. Параметри свердловинного методу підривання при передовому торпедування: діаметр свердловини — 76 ... 112 мм, довжина свердловин — 30 ... 110 м і більше, діаметр монозаряд - 55 ... 70 мм, довжина монозаряду — 10 ... 55 мм і більше, маса заряду в свердловині — 50 ... 210 кг і більше. Передове торпедування — складна і дуже небезпечна операція. Підривання в шахтах, небезпечних по газу і пилу, свердловинних зарядів великої маси вимагає застосування спеціальних технічних засобів і заходів щодо попередження займання пилометаноповітряних сумішей.
До недоліків, виявлених при торпедуванні вугільного пласта в геологічні порушення слід віднести необхідність буріння свердловин по викидонебезпечних вугільніх пластах, що не завжди можливо, особливо в зонах з підвищеною викидонебезпечністю, причому в окремих випадках саме буріння свердловин в таких зонах може призвести до раптового викиду вугілля і газу.
4.Поточні та планові резульрати за темою дослідження
У магістерській роботі на даний момент найбільш повно розглянута тема попереднього розпору. Була використана методика калькуляціного моделювання витрат. Для цього розроблена комп'ютерна програма калькуляційних витрат, яка надалі була перетворена в калькуляційну модель. Відповідно до цієї моделі зроблено висновки, що витрати на установку стійок попереднього розпору можна порахувати по залежності:
на котру впливає:
1.тип стійки;
2.глибина ведення робіт;
3.температура;
4.викидонебезпечність пласта;
5.обводненість пласта.
Дана магістерська робота знаходиться на стадії розробки, тому кінцеві результати з даного питання можна отримати після 1 січня 2015 у студента Батрака Володимира Павловича або наукового керівника Стрельнікова Вадима Івановича.
У даній роботі планується:
1.Встановити залежність витрат на ремонт виробки від інтенсивності зсувів порід;
2.Встановити величину витрат для кожного способу зміцнення масиву порід навколо виробки;
3.Встановити природні умови (глибина робіт, міцність порід), при якій даний спосіб управління станом масиву економічно виправданий.
Перелік літератури
1.Управління станом масиву гірських порід: навч. пособ.для студ. / С.С. Гребьонкін, В.М. Павлиш, В.Л. Самойлов, та ін - Донецьк: "ВІК", 2010. - 191 с.
2.Методичні вказівки до курсового проекту з дисципліни «Управління станом масиву гірських порід» для студентів гірського направлення всіх форм навчання. / Упоряд.: В.Л. Самойлов, С.В. Подкопаев, В.Є. Нефедов, В.І. Стрельников, Н.Н. Малишева. За ред. Самойлова В.Л.-Донецьк: ДонНТУ, 2013.-140с.
3.Технологічні схеми зниження напруженого стану породного масиву навколо капітальних гірничих виробок (вибухощільове розвантаження) / Кошелев К.В., Стрільців Є.В., Косков І.Г. та ін-Харків-Донецьк: ВНІІОМШС, 1979.-35с.
4.Проскуряков Н.М. Управління станом масиву гірських порід: Посібн. для вузів. М.: Недра, 1991. - 386 с.
5.Стандарт Мінвуглепрому України «Підготовчі виробки на пологих пластах. Вибір кріплення, способів і засобів охорони »СОУ 10.1.00185790.011: 2007. - Київ, 2007. - 113 с.
6.Вказівки з раціонального розташування, охорони і підтримки гірничих виробок на вугільних шахтах СРСР. - Л.: Слухаючи, 1986. - 222 с
7.В.Г. Горохів. Методологічний аналіз системотехніки. - М.: Радіо і зв'язок, 1982. - 160 с.
8.Терещук Р.Н. Стан та перспективи застосування анкерного кріплення / / Науковий вісник. - 2000. - № 2. - С.6-9
9.Кошелев К.В. Охорона і ремонт гірських виробок / Кошелев К.В., Петренко Ю.А., Новіков А.О. - М.: Надра, 1990. - 218
10.Роенко А.Н. Новий підхід до дослідження явища здимання порід для обгрунтування заходів боротьби з ним / / Вугілля України. - 1997. № 2-3. - С. 20-22.