Вугілля є основою енергетичної незалежності України. Також в Україні є чорні метали, будівельні та інші підземні копалини. Оскільки видобуток з надр не стоїть на місці, ми опановуємо все більші глибини. І чим глибше ми опускаємося, тим більше піддаємося впливу напружень і всіляких неприємних явищ (гірські удари, викиди, зменшення стійкості виробок), відповідно наражаючи життя на небезпеку.
Щоб уникнути неприємних ситуацій, потрібно навчиться передбачати напружений стан масиву. Розрахункові методи це звісно добре, але надійніше міряти безпосередньо в зоні ризику - в шахті.
ВступІснує багато методів вимірювання тиску (кінематичний [ 7 ], метод брейк-ауту [ 6 ], гідророзриву [ 1 ], метод обурення, паралельних свердловин, метод різниці тисків та ін.) Така велика кількість методів свідчить про те, що універсального досі нема. Проте еталонним методом є метод розвантаження.[ 4 ] Головним недоліком цього методу є невелика база вимірювань. У даній роботі ми хочемо збільшити базу вимірювань і тим самим підвищити його точність, не вдаючись до додаткових істотних витрат.
На дуже великій ділянці земної кулі верхні шари земної кори зазнають підвищені горизонтальні напруги, які обумовлені минулими та сучасними переміщеннями тектонічних плит.
Рисунок 1 - карта розподілу величини горизонтальних напружень в межах Європи.[ 2 ]
На рисунку 1 [ 2] показано приклад карти розподілу величини горизонтальних напружень в межах Європи. Видно, що в цілому є тренд стискаючих напружень з південно-східного напряму на північний захід. У результаті дії цих напруг при розробці підземних родовищ виникають негативні прояви гірського тиску, які особливо інтенсивні на тих ділянках, де горизонтальні значення компонент-напружень мають аномальні значення. У даній роботі розроблено пристрій і методику вимірювання деформацій розвантаження за допомогою яких можна відновити напружений стан масиву гірських порід. Метод розвантаження є стандартним методом визначення компонент-напружень у недоторканому масиві. Недолік існуючих методів полягає в тому, що вимірювання здійснюють на глибині свердловини або шпура (довжина шпура), котрі треба пробурити за зону впливу гірничої виробки з якої буриться вимірювальний шпур. Дистанційне наклеювання тензодатчиків і зняття оббурювання торця забою призводить до того, що виникають похибки вимірювань і ці похибки збільшуються через те, що база вимірювань маленька (діаметр шпуру становить не більше 30-50 міліметрів).
Сутність роботиУ даній роботі вдосконалено метод розвантаження для вимірювання компонент-напружень.[ 5 ] Головна ідея модифікованого методу полягає в тому, що вимірювання деформацій розвантаження здійснюється на великій базі, довжина якої складає близько метру та більше і здійснюється на площі очисного або підготовчого вибою.
На забої підготовчої виробки встановлюються два репери, між якими закріплюється спеціальний зйомний маркшейдерський пристрій для найточнішої реєстрації деформацій, потім виконавчим органом комбайну здійснюють заходку на метр-півтора утворюючи порожнину. У результаті деформування цієї порожнини здійснюється розвантаження обсягу порід, що зосталися в підготовчому забої, і ця ділянка роздається у бік порожнини.
Метою даної методики є реєстрація деформацій розвантаження.
Анімація 1 – Іллюстрація застосування пристрою. Анімація зроблена за допомогою програми gif-animation, поєднує в собі 4 кадри з затримкою в 1 секунду.
Рисунок 2 - сконструйований спеціальний маркшейдерський пристрій.
Для реалізації цієї методики сконструйовано спеціальний маркшейдерський пристрій, показаний на малюнку 3, який складається з телескопічної розсувної труби, яка складається з зовнішньої (1) та внутрішньої (2) стійки. Ці стійки пов'язані між собою мікрометром, який має рухливий щуп, що дає можливість переміщатися вздовж телескопічної трубки. Мікрометр закріплюється одним кінцем на стійці (1) і за допомогою мікрометричного гвинта є можливість імітувати деформації стиснення-розтягу цієї стійки. Вимірювальна стійка закріплюється між реперами, які зміцнюються у поглиблення. Один кінець стійки прикріплюється до реперу, встановленому в площині підготовчого очисного вибою, а другий кінець стійки жорстко прикріплюється до важеля (6). Важіль (6) жорстко прикріплюється до другого реперу, який встановлений в площині підготовчого очисного вибою. За рахунок пружних деформацій важеля і стійки відбувається відхилення незакріпленої частини важеля на невеликий кут, це відхилення вимірюється за допомогою лазерного променя(7), що закріплений на рухомий голівці (8). За допомогою цієї головки і мікрометричних гвинтів вистанавлюєтся положення лазера так, щоб пляма променя від нього падала на екран, розташований на певній відстані. Відстань приймається близько декількох (3-5) метрів. Завдяки цій відстані відбувається геометричне посилення переміщення самого важіля за рахунок чого досягається висока точність вимірювання деформацій розтягування вимірювальної стійки.
На рисунку 3 показаний знімок переміщення світлового зайчика від лазера при його торіровці в стендових умовах.
Рисунок 3 - знімок переміщення світлового зайчика від лазера.
Наприклад , для виміру деформацій розвантаження на площині очисного вибою вимірювач встановлюєьться на площині очисного вибою, а до ділянки на якій встановлено вимірювач деформації підходить очисний комбайн, який шнеком формує заходку на 0,8 метрів. При наближенні цього комбайна до установки вимірювача виникають деформації розтягу в площині очисного забою на якому встановлена пара реперів. Даний вимірювач фіксує це розтягнення. Після того, як поміряли деформації, використовується спеціальна методика для відновлення напружень, яка реалізується за допомогою методу визначення кінцевих елементів в тривимірній постановці.
ВисновокРозроблений пристрій і методика вимірювання компонент-напружень у незайманому масиві мають велике значення для підвищення надійності прогнозу негативних проявів підвищеного гірничого тиску і зниження небезпеки робіт у підземних умовах.
На даний момент моя магістерська робота не є остаточно написаною, оскільки потрібна остаточна перевірка в реальних умовах, тобто - спуск до шахти і безпосередні вимірювання.
Література