Основным направлением экономического развитияУкраины предусматривается увеличение добычи угля в усложняющихся горно-геологических условиях. Поэтому остро встает проблема безремонтного поддержания горных выработок. В большей степени это касается выемочных выработок, поддерживаемых в выработанном пространстве позади лав и подвергающихся интенсивным проявлениям горного давления от ведения очистных работ.Потому разработка эффективных, безотходных и недорогих искусственных охранных сооружений, предусматривающих использование минимального объема рядовой породы совместно с ограничивающими элементами, является весьма актуальной задачей.
Дальнейшая разработка пластовых месторождений полезных ископаемых в условиях увеличения глубины ведения горных работ сопряжена с проблемой обеспечения эксплуатационного состояния выемочных выработок. В связи с этим всё большее распространение находят схемы отработки выемочных участков с поддержанием подготовительных выработок вслед за очистным забоем, и все больше внимания уделяется разработке эффективных способов и средств охраны подготовительных выработок. Наиболее дешевыми по материальным затратам являются способы, предусматривающие использование рядовой породы. И, несмотря на то, что являются одними из наиболее трудозатратных, они и самые распространенные. Самым известным сооружением из рядовой породы является бутовая полоса. Для ее сооружения используется порода от проведения выемочных штреков или от специально проводимых вслед за лавой бутовых штреков. Ограниченная область применения, высокая трудоемкость, значительная усадка – это основные недостатки бутовой полосы. Кроме того, после усадки до 30–45% бутовая полоса начинает работать как целик, выдавливая горные породы в выработку. Для повышения жесткости породной конструкции предложено применение бутовых полос с жесткими разделительными прокладками между слоями, параллельными основанию. В этом случае может быть создана устойчивая породная конструкция, но с технологической точки зрения ее возведение будет весьма проблематичным. По нашему мнению, для уменьшения податливости охранного сооружения, его несущей способности, а также трудоемкости работ по возведению, необходимо применение гибких разделительных прокладок из металлической сетки.
Обоснование параметров способа охраны выемочных выработок породными опорами с разделительными гибкими прокладками.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Научные положения, которые защищаются в работе:
Исследование закономерностей перераспределения напряжений в породных конструкциях с разделительными гибкими прокладками для увеличения их несущей способности. Объектом исследований является напряженно–деформированное состояние армированной гибкой сеткой породной конструкции. Предметом исследований являются параметры способа охраны выемочных выработок породными опорами с разделительными гибкими прокладками. Методы исследований: Методическую основу исследований составляет комплексный подход, который включает анализ и обобщение научной литературы по проблеме охраны выемочных выработок в зоне влияния очистных работ, физическое моделирование на структурных моделях, математическое моделирование с применением ПЭВМ.
Научное значение работы заключается в раскрытии закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния охранных породных конструкций с ограничивающими поверхностями для определения параметров предлагаемого способа.
Практическое значение работы заключается в разработке способа охраны выемочных выработок породными опорами с разделительными гибкими прокладками.
Моделирование как метод научного исследования объектов познания очень широко используется в различных отраслях науки, в том числе и в горном деле. В определенных случаях методы моделирования достаточно эффективны, а иногда единственно возможны при исследовании натурных объектов, недоступных для непосредственного эксперимента. Подобие между моделью и натурой определяется сходством функций осуществляемых моделью и исходной системой или сходством физических характеристик модели и моделируемого объекта, либо в тождестве математического описания поведения исходной системы и ее модели. В каждом конкретном случае модель может выполнить свою роль только в том случае, когда степень ее соответствия с исходной системой определена достаточно строго. Такое соответствие определяет теория подобия.
Была отработана серия моделей при различных величинах пригрузки на охранное сооружение, которая составляла от 0 до 15кН.
В результате отработки моделей при различных величинах пригрузки на охранное сооружение нами установлены зависимости усадки и расширения охранного сооружения от ряда факторов. Полученные зависимости представлены на рисунках 1.2 и 1.3.
Рисунок 1.2. График зависимости величины усадки породной полосы без и с гибкой разделительной прокладкой h от величины пригрузки F при различных: ширине полосы h и крупности вмещающих ее пород dф
Рисунок 1.3. График зависимости величин расширения породной полосы без и с гибкой разделительной прокладкой h от величины пригрузки F при различных: ширине полосы h и крупности вмещающих ее пород dф
Из графиков следует, что увеличением ширины бутовой полосы ее податливость уменьшается. Так при увеличении ширины от 3 до 6h (где h- высота полосы) величина податливость уменьшается в 2,8-3,9 раза в зависимости от крупности фракции, в свою очередь, при применении гибкой разделительной прокладки это изменение составит, 1,8-2,0. Причем величина податливости изменяется от 65 до 16% в первом и от 42 до 13%– во втором случаях, что указывает на то, что упаковка породной полосы без прокладки имеет более интенсивный характер, в свою же очередь полоса с ограничивающей поверхностью на раннем этапе начинает противостоять оказываемым на нее пригрузкам.
В свободной насыпке усадки объема с 3-мя прокладками практически не было, а при объеме без ограничивающих поверхностей усадка составила около 50%.
При пригрузке моделируемых объемов с различным количеством прокладок изменение усадки составило около 19-30% (в большинстве случаев 19-20%). Равномерность усадки объемов независимо от количества ограничивающих поверхностей указывает на то, что формирование породной грузонесущей конструкции осуществляется на начальном этапе ее деформирования и функция ограничивающих прокладок заключается в том, чтобы содействовать этому и не допустить расширения породного объема еще до того момента, как произойдет самозаклинивание породных отдельностей в ядре.
Рис 1.4 Графики зависимости величины усадки породного объема от количества ограничивающих поверхностей в нем.
В результате выполнения работы будет произведено обоснование эффективных, ресурсосберегающих и недорогих средств охраны повторно используемых выемочных выработок искусственными породными сооружениями с использованием гибких разделяющих прокладок.На основании лабораторных исследований на структурных моделях были определены параметры охранных сооружений с разделительными прокладками. Установлено, что применение гибких разделительных прокладок существенно уменьшает усадку породной полосы. Объем необходимой породы для выкладки охранного сооружения в 1,5-8 раз меньше чем необходимо для бутовой полосы.