РЕФЕРАТ ПО ТЕМЕ МАГИСТЕРСКОЙ РАБОТЫ

Тонкие крутые угольные пласты в нашей стране разрабатываются в Центральном районе Донбасса. Центральный угленосный район Донбасса расположен в западной части Главной антиклинали и занимает участок длиной 65 км и шириной до 15 км. Основные запасы угля находятся в симметричных крыльях антиклинали с крутым залеганием угольных пластов. Наибольшую промышленную угленосность имеют Каменская, Алмазная и Горловская свиты. По району насчитывается 110 угольных пластов и пропластков. Промышленное значение имеют 58 угольных пластов мощностью 0,45-2,5м.

Углубка действующих стволов и строительство новых горизонтов ведутся на глубине 1100-1200м, очистные работы – на глубине 300-1000м. В целом увеличение глубины горных работ и связанное с этим ухудшение условий привели к снижению производительности труда за последние 20 лет на 14%.

Всего в Центральном районе отрабатывается более 500 шахтопластов с углями марок Г, Ж, К, ОС, Т, ПА и А, преобладают коксующиеся марки ( Ж, К, ОС ). Угли пластов имеют высокую нарушенность и трещиноватость, связанную с тектоническими процессами формирования угленосного района в антиклинальную складку, густота трещин колеблется от 100 до 2000 трещин на 1м поверхности угольного забоя. В результате этого коэффициент крепости угля даже ненарушенных пластов составляет 0,5-1,5 единиц по шкале М. М. Протодьяконова, а сопротивление угля резанию от 0 до 165 Н/мм.

Породы кровли (83,1%) и почвы (90,3%) представлены глинистыми и песчанистыми сланцами имеющими небольшую прочность. С ростом глубины разработки возросло горное давление, что привело к еще большему снижению устойчивости боковых пород в очистном забое при отработке крутых пластов. Так за последние десятилетие при увеличении глубины разработки на 200м количество лав, разрабатывающих пласты с неустойчивыми боковыми породами, увеличилось с 29,6% до 42,7%. В этих условиях для выемки угля могут применяться только отбойные молотки, а для крепления лавы – деревянная крепь.

Отработка пластов Центрального района затруднена также из-за наличия большого количества крупных геологических нарушений с разрывом сплошности отдельных свит. В среднем по району на каждые 1000м по простиранию имеется одно такое геологическое нарушение. Кроме того, шахтные поля имеют сеть мелких нарушений. Так, 76% пластов имеют геологические нарушения. При этом в 62,5% пластов нарушения проявляются через 200-500м, и только 24% пластов не имеют геологических нарушений.

Широкие экспериментальные и научно-технические работы по разработке технологии выемки, крепления и управления горным давлением на крутых пластах Донбасса были начаты в 1947г. Из всех проходивших испытания и работавших на шахтах с крутыми пластами мощностью 0,7-1,8м комбайнов (ККП-2, К-19, УКР-1, “Темп-1”, КТ, А-70, КНД и др.) только комбайны “Поиск-1”, “Поиск-2”, и “Темп” в настоящее время серийно выпускаются и эксплуатируются на шахтах страны.

Создание и широкое внедрение средств комплексной механизации сдерживается сложными горно-геологическими условиями залегания тонких крутых пластов. Можно сказать, что на сегодня в 64,5% очистных забоев основным средством выемки угля остаются отбойные молотки, а для крепления лавы применяется деревянная крепь.

Поэтому необходимо создание такого выемочного агрегата (механизма), который мог бы работать в этих сложных горно-геологических условиях шахт Центрального района Донбасса.

При гидравлическом способе ведения горных работ в качестве средства разрушения используется струя воды различного давления и диаметров.

При воздействии импульсной струи происходит следующее:

• струя выпускается свободными порциями, поэтому площадь удара и вся его сила используется целиком,
• за счет воздействия струи усилия сжатия, а затем растяжения породы периодически возникают в конце каждого цикла,
• удар каждого цикла сопровождается двумя важными эффектами: большая горизонтальная скорость действует подобно срезывающему усилию; за короткое время к объекту прилагается большое усилие.

Обширными отечественными и зарубежными исследованиями гидроструйного разрушения горных пород установлены характер и качественные особенности этого процесса. Однако сложность и специфичность механизмов разрушения различными видами струй не позволили выработать единый подход, дающий возможность теоретического определения количественных зависимостей. И в настоящее время такие зависимости получают экспериментально-статистическим методом для различных видов разрушаемого материала и струй.

Для создания научных основ проектирования и эксплуатации импульсные гидроструйных машин необходимо изучение механизма разрушения угля и горных пород импульсными струями, установление основных закономерностей этого процесса и процессов формирования и распространения струй, а также особенности технологии использования этих машин.

Цель работы – создание высокоэффективной гидроимпульсной струи для разрушения угольного массива.

Для достижения поставленной цели используется следующая идея: использование свойств горных пород сопротивляться усилию растяжения на порядок меньше, чем усилию сжатия.

Методика исследований:

• определяются параметры разрушения угольного пласта механическим способом ( резанием угольного массива резцами );
• на основании полученных данных ( удельных энергозатрат на разрушение и ряда других ) производится определение и обоснование параметров гидроимпульсной струи.

Для раскрытия механизма разрушения и установления количественных зависимостей между параметрами и факторами эффективным методом является выявление элементарных процессов отбойки, для которых закономерности могут быть найдены более надежно, последовательное исследование их и получение обобщающих зависимостей.

В отбойке угля гидромониторными струями можно выделить три основных элементарных процесса

• разрушение угля неподвижной импульсной струей – воронкообразование,
• на резание врубовых щелей перемещающихся вдоль забоя импульсной струей – щелеобразование,
• обрушение межцелевых целиков.

Для изучения процесса воронкообразования, не имеющего самостоятельного значения в гидроимпульсном разрушении, достаточно провести исследования на аналоге горного массива в стендовых условиях. В этом случае процесс определения зависимостей образования одной воронки можно заменить процессом образования последовательного ряда воронок при различных длительностях импульса и сопоставление средних для каждого значения результатов.

При щелеобразовании импульсной струей большой скважности (с отношением периода повторения и длительности импульса 10 и более) перемещение струи во времени ее действия на массив составляет не более 10% от производимого за этот период разрушения по длине щели. Поэтому можно пренебречь скоростью перемещения струи в период импульса и принять дискретное перемещение ствола, формирующего импульсную струю. Перемещение его на шаг отбойки во время паузы и неподвижное во время импульса. Процесс щелеобразования при этом будет рассматриваться как последовательность распределенных по длине щели и во времени отдельных актов разрушения неподвижными импульсами.

Такой подход позволяет провести исследование с помощью генератора отдельных импульсов. Щелеобразование является основным процессом отбойки, т. к. в нем сосредоточены основные затраты энергии для разрушения угольного массива. В связи с этим щелеобразование необходимо исследовать как на стенде, так и в шахтных условиях.

Исследование обрушения межцелевых целиков, которое является завершающим процессом гидромониторной отбойки, целесообразно проводить в шахтных условиях на пластах различной крепости и строения.

Можно сделать вывод, что наиболее эффективным способом разрушения угольного массива является импульсная гидромониторная струя.

Далее производим сравнительный анализ энергетических затрат при механическом способе разрушения по сравнению гидравлическим. На основе полученных значений для механического способа производим выбор оптимальных параметров гидромониторной струи (угол струи по отношению к горному массиву, частоту импульсов и других).