|
|
|
Інститут гірничої справи та геологіїСпеціальність: Розробка корисних копалиньТема магістерської роботи: «Вибір і обгрунтування раціонального способу збереження стійкості грунту виїмкових виробок при стовповій системі розробки»Керівник: Соловьйов Генадій Іванович |
1. Актуальність роботи. Однією з головних завдань подальшого розвитку підземної вуглевидобутку залишається створення ефективних засобів та способів протидії зростаючим з глибиною шкідливим проявам гірського тиску в підземних виробках вугільних шахт з метою збереження їх стійкості.
Досвід вуглевидобутку в складних гірничо-геологічних умовах глибоких шахт Донбасу показує, що сумарна трудомісткість робіт з ремонту та перекріплення виїмкових виробок в даний час складає близько 80% загальних трудовитрат на проведення виробок. На шахтах Донбасу Українського щорічно ремонтується і перекрепляется більше 25% загальної кількості підтримуваних виробок, що складає більше 2000 км на рік. При цьому рівень механізації ремонтних робіт не перевищує 3 - 5%.
Гірськоюнаукою і практикою постійно удосконалюються вживані і створюються нові способи та засоби мінімізації шкідливих проявів гірського тиску в виїмкових виробках. Однак при розробці нових технологічних рішень щодо збереження стійкості виїмкових виробок не завжди досить повно враховуються специфічні особливості їх експлуатації, наприклад, підтримання транспортних і вентиляційних виїмкових виробок позаду лав при прямоточною провітрюванні інтенсивно відпрацьовуються виїмкових полів. Механічні процеси в масиві розглядаються, головним чином, без детального обліку нерівномірності прояву гірського тиску по довжині вироблення і особливостей деформування окремих шарів покрівлі, грунту і боків виробки внаслідок чого можливості вдосконалення засобів посилення кріплення виробок використовуються не повністю. Чи не вивченість цього аспекту завдання збереження стійкості виїмкових виробок в особливо складних умовах експлуатації є однією з основних причин відсутності наукових обгрунтувань застосування нових конструкцій кріплення підсилення для компенсації негативних наслідків нерівномірного навантаження сусідніх комплектів кріплення, а також відсутності обгрунтованих рекомендацій з вибору параметрів пропонованих технологічних рішень.
Таким чином, розробка нових технологічних рішень щодо збереження стійкості грунту та запобігання вдавлювання ніжок комплектів крепі в слабкі породи грунту є досить актуальною, особливо при використанні в очисному забої високопродуктивних механізованих комплексів.
2. Ціль работи полягає в розробці нового способу запобігання здимання порід підошви, що виключає проколювання грунту ніжками кріплення і визначенні його раціональних параметрів.
3. Наукова новизна. Як один з можливих варіантів вирішення поставленої задачі пропонується застосування нової конструкції кріплення посилення, яка представляє собою похилі податливі "ремонтіни" з прямолінійного спецпрофілю, шарнірно з'єднуються з відрізком спецпрофілю, закріплюється в середній частині кожної ніжки крепі двома замками (Хомутами, планками і гайками). Застосування даної підсилює крепі дозволяє перерозподілити навантаження, сприймаємо комплектом кріплення на 4 опори - 2 ніжки кріплення і 2 додаткові опори, які при необхідності можуть бути оснащені додатковими поздовжніми стабілізаторами у вигляді поперечно приварених планок для виключення проколювання грунту(рис. 1).
Рисунок 1 – Схема установки похилій податливою кріплення підсилення для запобігання здимання, проколювання грунту та інтенсивних бічних зсувів контуру.
Крім перерозподілу вертикального навантаження на грунт дана підсилює кріплення з-за свого похилого розташування створює бічній відсіч зсувів ніжок крепі в порожнину вироблення при дії підвищених бічних навантажень на кріплення виїмкових вироблення.
На дане технічне рішеня подана заявка на отримання патенту на винахід.
4. Практична цінність. Застосування відомих способів обмежується значною трудомісткістю здійснення, захаращених виїмкових виробок, значні матеріальні витрати.
Таким чином, використання нової конструкції підсилює кріплення, що працює з використанням принципу активної протидії видавлювання порід грунту, запобігання проколювання ніжками кріплення грунту, і створення бічного протидії зсувів ніжок крепі в порожнину виробки, дозволить значною мірою підвищити ефективність застосування даного технологічного рішення в інтенсивно деформівних підготовчих виробках глибоких шахт в зоні впливу очисних робіт .
5. Методи досліджень. У даній роботі застосовуються такі методи досліджень: огляд літературних джерел і патентний пошук по даній темі; інженерний аналіз ефективності застосування існуючих способів і засобів кріплення та охорони підготовчих виробок глибоких шахт; інструментальні та візуальні спостереження за проявами гірського тиску в різних зонах підтримки підготовчих виробок при використанні шахтних способів кріплення та охорони виробок і пропонованої нової кріплення підсилення; лабораторні дослідження на структурних моделях і на моделях з еквівалентних матеріалів; аналітичні дослідження з використання методів сил, кінцевих різниць та скінченних елементів.
Інструментальні спостереження за проявами гірського тиску проводяться зазвичай на характерній ділянці підготовчої виробки, який у міру руху і наближення до нього очисного забою по черзі підтримується поза зоною впливу забою, в зоні опорного тиску, у створі лавою і за нею в зоні впливу виробленого простору при дотриманні способів кріплення виробки і зведення опорних конструкцій на сполученнях очисного вибою з виробками, передбачених технологічними паспортами ведення очисних робіт і кріплення підготовчих виробок.
Вимірювання відносних зміщень покрівлі і грунту, а також бокові підготовчих виробок правило, здійснюється з допомогою замірних рулеток (інструкції ВНІМІ), металевих телескопічний стійок або спеціальних приладів для дистанційних вимірювань. Вимірювання проводяться за контурним і глибинним вимірну станцію, що встановлюються на контрольно і експериментальних ділянках з періодичністю вимірів: поза зоною впливу очисних робіт - один раз на тиждень, а в зоні впливу лави - один раз на 1 - 2 дні.
Для визначення відносних зміщень порід покрівлі, грунту і бічні виробок в загальній конвергенції проводиться поточний завмер їх зміщень від центральних (Горизонтальних і вертикальних) ліній, що утворюються за рахунок навішування довгою гумки між гачками протилежних реперів.
Для визначення абсолютних зміщень бічних порід з періодичністю 1 - 2 рази за квартал проводиться прокладка нівелірної ходи з підготовчої виробленні з експериментальними ділянками.
Для уточнення фізико-механічних характеристик бічних порід необхідно при бурінні свердловин для глибинних замірних станцій робити відбір породних проб за допомогою керноотборніка. Визначення міцнісних та деформаційних властивостей відібраних зразків порід буде вироблено в лабораторіях гірничого інституту ДонНТУ.
З огляду на специфіку і мета проведення досліджень з цієї роботи, яка полягає в розробці та впровадженні в умовах шахт ім. Є.Т. Абакумова і їм. М.І. Калініна нових способів збереження стійкості інтенсивно деформуються виїмкових виробок за рахунок оптимізації взаємодії елементів структурно-різнорідної системи "бокові породи - кріплення - опорні конструкції кріплення посилення".
Заміри зміщень бічних порід на контурі виїмкових виробок здійснюються по 3 групам контурних замірних станцій (у центрі кожної ділянки спостережень і на відстані 10 м від нього в обидва боки по довжині виробітку). Контурна вимірну станцію споруджується на трьох сусідніх рамах кріплення і на кожній з них встановлюються співвісно по 2 контурних репера: у покрівлі-грунті і в боках виробки (над і під вугільним пластом). Контурний репер представляє собою відрізок дерев'яного стрижня циліндричної форми діаметром 35-40 мм, довжиною в покрівлі - 0,8 м, у грунті - і боках вироблення - по 0,6 м (рис. 2).
Рис.2 Пристрій контурних замірних станцій для проведення інструментальних спостережень за проявами гірського тиску на контурі виїмкових вироблення.
Для здійснення вимірів в виступаючий у вироблення кінець кожного репера вставляється металевий гачок для зачеплення вимірювальної рулетки. Всі шпури буряться діаметром 42 мм на глибину, відповідну довжині встановлюваних у них реперів. Фіксація реперів у шпурах проводиться з допомогою дерев'яних клинів.
6. Апробація работи. У даний час нова конструкція кріплення посилення проходить дослідно-промислову перевірку на шахтах ім. Є.Т Абакумова і їм. М.І. Калініна ДП "Донецьквугілля".
Литература
1. Роенко А.Н. Новый подход к исследованию явления пучения пород для обоснования мер борьбы с ним // Уголь Украины. – 1997. №2-3.- С. 20-22.
2. Черняк И.Л. Предотвращение пучения почвы горных выработок.- М.: “Недра”, 1978.- 237с.
3. Литвинский Г.Г. Механизм пучения пород почвы подготовительных выработок // Уголь. – 1987. №2.- С. 15-17.
4. Соловьев Г.И., Захаров В.С. Особенности деформирования контура выработки при ее жестко-каркасном усилении // Сборник научных трудов международной научно-практической конференции “Перспективы развития горных технологий в начале третьего тысячелетия”. Алчевск. 1999. С.116-118.
5. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Негрей С.Г., Мороз О.К. Моделирование механических процессов в породах почвы подготовительной выработки // Сборник трудов VII-й международной научно-технической конференции “Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века”. Донецк-Севастополь. 2000. С. 105-109.
6. Соловьев Г.И., Сытник А.Ф., Кублицкий Е.В. Экспериментально-аналитический метод определения параметров усиливающей крепи // Сборник трудов VII-й международной научно-технической конференции “Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века”. Донецк-Севастополь. 2000. С. 186-191.
7. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Кублицкий Е.В., Сытник А.Ф. Определение рациональных параметров усиливающей крепи экспериментально-аналитическим методом // Материалы IX-й Международной конференции “Геотехника-2000”. Гливице –Устронь. 17-21 октября 2000г. С.49-53.
8. Соловьев Г.И., Негрей С.Г. О неравномерности проявлений горного давления в выемочных выработках в зоне влияния очистных работ // Материалы IX-й Международной конференции “Геотехника-2000”. Гливице –Устронь. 17-21 октября 2000г. С.170-175.
9. Захаров В.С., Соловьев Г.И Лапоног В.В., Ляшок Я.А. О повышении устойчивости пород кровли на концевых участках лав // Известия Донецкого горного института. 1998. №1. С.32-35.
10 Бондаренко Ю.В., Татьянченко А.Г., Соловьев Г.И., Захаров В.С. Разработка математической модели процесса деформирования контура выработки при использовании каркасной крепи усиления // Известия Донецкого горного института. 1998. №2. С.92-97.
11. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Захаров В.С. Изменения деформаций контура кровли выемочной выработки при использовании каркасной крепи усиления // Известия Донецкого горного института. 1999. №1. С.66-70.
12. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Захаров В.С. Лабораторные исследования взаимодействия каркасной усиливающей и основной крепи выемочной выработки // Известия Донецкого горного института. 1999. №2. С.124-131.
13. Соловьев Г.И., Негрей С.Г. Об особенностях пучения почвы выемочных выработок в условиях шахты “Южнодонбасская №3” // Известия Донецкого горного института. 1999. №3. С.39-42.
14. Соловьев Г.И., Негрей С.Г., Гирин В.С., Кублицкий Е.В. О напряженном состоянии почвы горных выработок // Физические процессы горного производства – Донецк – ДонФТИ.– 2001. – №4.
15. Ю.В. Бондаренко, Г.И. Соловьев, С.Г. Негрей, Е.В. Кублицкий, О влиянии плотности разрушенного породного массива на устойчивость выработки. Сборник научных трудов НГА Украины №12, Том 2. – Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2001с. 91-94.
16. Соловьев Г.И., Негрей С.Г., Кублицкий Е.В. Опытно-промышленная проверка способа локализации выдавливания пород почвы // Геотехнологии на рубеже ХХI века. – Донецк: ДУНПГО. 2001. Т1.- С.63-68.
17. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Кублицкий Е.В., Петренко А.В. Определение параметров жестко-каркасного усиления крепи выемочной выработки // Геотехнологии на рубеже ХХI века. – Донецк: ДУНПГО. 2001. Т1.- С.68-74.
18. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Кублицкий Е.В., Мороз О.К. О влиянии жесткости каркасной крепи усиления на смещения пород кровли // Известия Донецкого горного института. 2001. № 1. С.59-61.
19. Бондаренко Ю.В., Соловьев Г.И., Негрей С.Г. О распределении напряжений в почве горных выработок // Известия Донецкого горного института. 2001. № 1. С.55-59.
20. Соловьев Г.И., Татьянченко А.Г., Петренко А.В. О математической модели каркасной крепи усиления горных выработок // Известия Донецкого горного института. 2001. № 1. С.61-64.