ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

1. Обоснование и актуальность темы

Одной из наиболее актуальных задач угольной отрасли, наряду с наращиванием объемов добычи, традиционно остается обеспечение эксплуатационного состояния горных выработок. Вопрос восстановления эксплуатационного состояния выработок стоит достаточно остро, особенно для подверженных влиянию очистных работ и поддерживаемых за лавой. Несмотря на достигнутые результаты в технологии и технике проведения и крепления выработок, ремонт и перекрепление остаются неизменными технологическими процессами производственной деятельности угольных шахт. Так в настоящее время на шахтах Украины ежегодно ремонтируется около 300 км. выработок, при этом замена деформированных элементов крепления, обычно сопровождается присечкой пород кровли, почвы и боков, а процесс перекрепления остается до сих пор практически не механизированным. В условиях глубоких шахт Донбасса средний удельный объем перекрепления выработок составляет 7,5 м на 1000 т добычи. Опыт [1–3] показывает, что ведение ремонтных работ нарушает сложившееся равновесное состояние и приводит к интенсивному деформированию вмещающего выработки массива, что негативно сказывается на послеремонтном состоянии выработки. Таким образом, в настоящее время вопрос восстановления эксплуатационного состояния горных выработок достаточно актуален.

2. Цели и задачи исследования

Цель работы – обоснование параметров разрушения горных пород с помощью НРС при проведении ремонта выработок.

Идея работы заключается в сохранении естественных прочностных свойств законтурных пород при присечке смещенных в полость выработки пород при ведении ремонта горных выработок за счет квазистатического разрушения пород.

Задачи, решаемые в магистерской работе:

  1. Установление аналитической зависимости для расчета расстояния между шпуровыми зарядами НРС.
  2. Разработка модифицированной смеси НРС, позволяющей сократить время разрушения пород, и изучение ее свойств.
  3. Разработка технологической схемы ведения работ по ремонту горной выработки при разрушении пород с помощью НРС.

Объект исследования – массив вмещающий горную выработку. Предмет исследований – процессы разрушения пород квазистатическим действием НРС. Методы исследования – систематизация, аналитический, метод физического моделирования, метод статистической обработки данных.

3. Научная новизна и практическая ценность работы

Научная новизна работы заключается в следующем:

Практическая ценность работы заключается в разработке технологии ремонта горных выработок с присечкой прочных пород шпуровыми зарядами НРС.

4. Обзор существующих исследований и разработок

Мировая практика разработки месторождений угля ориентирована на безремонтное поддерджание вырботок, реализация концепции безремонтного поддержания выработок для шахт Украины на практике до сих пор не осуществлена, несмотря на внедрение в последние годы на передовых угледобывающих предприятиях Украины современных, отвечающих мировому уровню, средств и технологий поддержания горных выработок. Таким образом, в передовой зарубежной практике аналогов предлааемым решениям нет.

Как правило работы по разрушению боковых пород при ремонте выработок проводят либо с помощью буровзрывных работ, либо механическим способом, в основном при помощи отбойных молотков. Область применения того или иного способа определяется прочностью пород, и возможностью развития вывала при проведении присечки. Как правило разрушение с помощью отбойных молотков производится в том случае когда присекаемые породы имеют прочность до 4–5 единиц по шкале проф. М.М. Протодьяконова, и развитую систему природных и техногенных трещин. Разрушение пород с помощью отбойных молотков связано с большой долей ручного труда, низкой безопасностью и производительностью работ. Так, подвигание одной точки перекрепления, с заменой рамы арочной крепи за сутки составляет одну реже две рамы.

Буровзрывной способ разрушения присекаемых пород при ведении ремонта выработки позволяет повысить темпы ведения работ, так как основная часть времени производственного процесса при перекреплении выработки затрачивается на разрушение пород. Однако ударно-динамическое воздействие на деформированные в полость выработки породы при взрывании шпуровых зарядов взрывчатых веществ, приводит к развитию существующей системы трещин, отслаиванию, разрыхлению вмещающих пород, что влечет за собой вывалообразование, и снижение прочности пород приконтурной зоны. Кроме того, это вызывает усиление конвергенции и не позволяет обеспечить устойчивость выработки в послеремонтный период.

Однако в ряде случаев, когда прикотурная область представлена прочными породами с высокой степенью трещиноватости, разрушение которых с помощью отбойных молотков физически невозможно, альтернативы буровзрывному способу разрушения нет. В то же время ведение БВР в таких условиях приводит к развитию вывалов из кровли, что вызывает необходимость закладки пустот образованных при обрушении, снижение темпов ведения ремонтных работ, повышение трудоемкости и стоимости работ по перекреплению.

Известны попытки щадящего разрушения пород приконтурной зоны за счет применения контурного взрывания, способов мягкого взрывания с помощью пластиковых зарядов (зарядные трубки К и КК фирмы Форсит и российские типа Гранилен), а также при помощи механических приспособлений и инструментов, например гидроклиньев [3]. Однако эти способы не нашли применения при ведении ремонтных работ из-за низкой эффективности, нетехнологичности и необходимости приобретения, обслуживания дополнительного оборудования для привода гидроклиньев. Известны способы повышения устойчивости пород приконтурной зоны и предотвращения вывалоообразования, основанные на упрочнении их химическими композициями [4]. Однако широкого практического применения эти способы не нашли из-за сложности управления зоной упрочнения в процессе нагнетания вяжущих составов, высокой стоимости работ по упрочнению, повышению трудоемкости работ.

В магистерской работе предлагается несколько новый подход к решению проблемы восстановления эксплуатационного состояния выработок. Основная идея его заключается в осуществлении присечки пород деформированных в полость выработки с помощью невзрывчатых разрушающих составов. Такой подход может быть реализован как в условиях прочных так и в условиях слабых пород. При этом может осуществляться присечка как по всему сечению, так и какой-то части выработки. В общем случае предлагаемый способ ремонта горных выработок ведется в такой последовательности: определяют ориентацию системы кливажных трещин в смещенных в полость выработки породах, производят усиление крепи на участке ведения ремонтных работ, после усиления крепи ослабляют замки на рамах деформированной металлической арочной крепи и ведут отбойку пород смещенных в полость выработки путем бурения шпуров и размещения в них невзрывчатых разрушающих составов, при этом шпуры бурят по линиям эквидистантным проектному контуру выработки. После обрушения пород до проектного контура производят извлечение деформированной металлической арочной рамы крепи и возведение рамы новой крепи по проектному контуру. Предлагаемый способ ремонта представлен на рисунке 1.

Способ ремонта горных выработок

Рисунок 1 – Способ ремонта горных выработок
(1 – горная выработка, 2 – кливажные трещины, 3 – деформированные породы, 4 – деформированные рамы крепи, 5 – крепь усиления, 6 – замок деформированной рамы крепи, 7 – шпур, 8 – проектный контур выработки, 9 – контур смещенных в полость выработки пород, 10 – невзрывчатый разрушающий состав, 11 – рама новой крепи)

Отбойка вмещающих пород путем бурения шпуров и размещения в них невзрывчатых разрушающих веществ позволяет за счет роста квазистатического давления саморасширения НРС получить разрушение пород по требуемому проектному контуру, при этом исключить вывалообразование в кровле и боках выработки, минимизировать расслоения приконтурных пород и обеспечить устойчивость горной выработки после ремонта, что позволяет сократить трудовые и материальные затраты на обеспечение эксплуатационного состояния выработки. При этом разрушенные породы плавно опускаются на рамы деформированной крепи с послабленными хомутами, что обеспечивает безопасность и предотвращает образование вывала. Предварительное определение ориентации системы кливажных трещин позволяет учесть кинетику сдвижений пород после их разрушения и минимизировать энергозатраты на разрушение пород при ремонте выработки. Бурение шпуров по линиям эквидистантным проектному контуру выработки, обеспечивает поочередное обрушение пород от деформированного контура выработки до проектного, при этом учитываются естественные линии скольжения в приконтурных породах, закономерность передачи давления от саморасширения НРС в шпуре вглубь массива, расстояние до открытой поверхности, что позволяет обеспечить разрушение породы от растягивающих напряжений. При этом законтурная область пород остается ненарушенной, что способствует обеспечению устойчивости ремонтируемой горной выработки.

В современной отечественной и зарубежной практике щадящего разрушения горных пород, элементов зданий и сооружений накоплен большой положительный опыт использования невзрывчатых разрушающих составов (НРС) на основе оксида кальция. Применение НРС в промышленном строительстве связывают с ликвидацией бетонных несущих конструкций и фундаментов в работающих цехах и других объектах при их реконструкции [5], в дорожном строительстве – с разрушением асфальтобетонного покрытия [6] и др. Основными преимуществами невзрывного разрушения в этом случае является отсутствие звукового эффекта, разлета частей разрушенного объекта, возможность разрушения вблизи работающего оборудования и людей. Основными направлениями применения НРС в горном деле является добыча и разделывание блоков ценных горных пород [7], добыча блочного камня и разрушение негабаритов [8, 9] при открытом способе добыче, в этих случаях применение НРС за счет отсутствия динамического эффекта при разрушении позволяет повысить качество разделки добываемых материалов и значительно снизить количество отходов.

Одной из основных задач горнодобывающей отрасли является сокращение затрат на ведение горных работ и повышение безопасности труда работающих. Решение этих задач в ряде случаев может быть достигнуто за счет использования НРС. Перспективными направлениями применения НРС в условиях угольных шахт является их использование при проходке выработок, оконтуривании сопряжений и ремонте вертикальных стволов [10, 11], крепленении выработок [12], восстановлении эксплуатационного сечения [13] и др.

Однако, несмотря на имеющийся практический опыт, накопленный при ведении открытых горных работ и в строительстве, прямое его перенесение в подземные условия не представляется возможным, поскольку ведение работ в условиях подземных горных выработок связано со специальным режимом безопасности, обусловленным пылегазовой составляющей шахтной атмосферы и тепловым режимом, стесненными условиями ведения работ, высокой концентрацией людей и техники на единицу площади.

Hапряжения по Мизесу

Рисунок 2 – Картина распределения эквивалентных напряжений по Мизесу

Текущие и планируемые результаты по теме исследований

Основной перспективой исследований является возможность использования результатов работы на предприятиях угольной промышленности Украины.

Список источников

  1. Кошелев К.В. Охрана и ремонт горных выработок / Кошелев К.В., Петренко Ю.А., Новиков А.О. – М.: Недра, 1990. – 218 с.
  2. Негрей С.Г. Обоснование параметров механического отпора породам почвы выемочных выработок при отработке лав обратным ходом друк. Дисс. канд. техн. наук: 05.15.02. – Донецк, 2007. – 296 с.
  3. Борзых А.Ф. Содержание, ремонт и ликвидация выработок угольных шахт / Борзых А.Ф., Зюков Ю.Е., Княжев С.Н. – Алчевск: ДонГТУ, 2004. – 614 с.
  4. Черняк И. Л. Упрочнение пород в подготовительных выработках / И. Л. Черняк – М.: Недра, 1993. – 256 с.
  5. Галкин, В.В. Невзрывной способ разрушения строительных конструкций при реконструкции зданий / В.В.Галкин, А. Г. Потапов // Монтажные и специальные работы в строительстве. 1983. – № 6. – С. 21–22.
  6. Заявка 57–119850, Япония, МКИ В 02 С 19/18, Е 04 С 23/08. Композиция для разрушения бетона, дорожного покрытия и т.п. / Нисихара Акио, Мива Мотому, Тада Сюити; Асахи дэнка коге к.к. № 56-5779 заявл. 16.01.81,. опубл. 26.07.82.
  7. Найданов, К.Ц. Разработка щадящих технологий добычи ювелирного и поделочного самоцветного сырья (на примере Восточной Сибири): Автореф. дис. канд. техн. наук: 25.00.22/ГОУ ВПО «Читинский гос. ун-т». – Чита, 2007. – 21 с.
  8. Пшеничная, Е. Г. Обоснование рациональных параметров технологии добычи гранитных блоков с применением невзрывчатых разрушающих средств: Автореф. дис. канд. техн. наук: 25.00.22, 25.00.20 / Магнитог. гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова, Магнитогорск, 2004, 20 с.
  9. Артамонов, С.М. Добыча блоков природного камня недробящим способом / С.М. Артамонов, С.Г. Агеев // Строительные материалы. 1985. – № 7. – С. 9–10.
  10. Шкуматов, О.М. Комбінована технологія розробки прохідницького вибою криволінійно-уступної форми / О.М. Шкуматов, В.А. Галоян // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: «Гірничо-геологічна». 2009. – Вип. 10. – С. 70–73.
  11. Шевцов, М.Р. Стан технології та обґрунтування умов руйнування суцільного середовища гірських порід і будівельних конструкцій / М.Р. Шевцов, С.О. Калякин, І.В. Купенко, О.М. Шкуматов, О.І. Рубльова // Проблеми гірського тиску. 2009. – №17.– С. 226–249.
  12. Пат. № 96816, МПК(2011.01) E21D 11/00, E21D 21/00, E21D 11/00 Спосіб кріплення гірничих виробок / М.М. Касьян, І.Г. Сахно (Україна). – a201000705; заявл. 25.01.2010, опубл. 12.12.2011, бюл. № 23. – 8с.:ил.
  13. Рекомендации по применению невзрывчатых разрушающих составов в условиях подземных горных выработок угольных шахт Донбасса / Н.Н. Касьян, И.Г. Сахно – Донецк: ДонНТУ, 2011, – 30 с.