ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Содержание

1. Обгрунтування і актуальність теми

Однією з найбільш актуальних завдань вугільної галузі, поряд з нарощуванням обсягів видобутку, традиційно залишається забезпечення експлуатаційного стану гірничих виробок. Питання відновлення експлуатаційного стану виробок стоїть досить гостро, особливо для схильних до впливу очисних робіт і підтримуваних за лавою. Незважаючи на досягнуті результати в технології і техніці проведення та кріплення виробок, ремонт і перекріплення залишаються незмінними технологічними процесами виробничої діяльності вугільних шахт. Так в даний час на шахтах Україна щорічно ремонтується близько 300 км. виробок, при цьому заміна деформованих елементів кріплення, зазвичай супроводжується прісечкой порід покрівлі, грунту і боків, а процес перекріплення залишається до цих пір практично не механізованим. В умовах глибоких шахт Донбасу середній питомий об’єм перекріплення виробок становить 7,5 м на 1000 т видобутку. Досвід [1–3] показує, що ведення ремонтних робіт порушує сформоване рівноважний стан і призводить до інтенсивного деформування вміщає вироблення масиву, що негативно позначається на післяремонтне стані виробітку. Таким чином, в даний час питання відновлення експлуатаційного стану гірничих виробок досить актуальне.

2. Цілі і задачі дослідження

Ціль роботи – обгрунтування параметрів руйнування гірських порід за допомогою НРС при проведенні ремонту виробок.

Ідея роботи полягає в збереженні природних міцнісних властивостей законтурного порід при прісечке зміщених в порожнину вироблення порід при веденні ремонту гірничих виробок за рахунок квазістатичного руйнування порід.

Завдання, що вирішуються в магістерській роботі:

  1. Встановлення аналітичної залежності для розрахунку відстані між шпуровими зарядами НРС.
  2. Розробка модифікованої суміші НРС, що дозволяє скоротити час руйнування порід, і вивчення її властивостей.
  3. Розробка технологічної схеми ведення робіт по ремонту гірничої виробки при руйнуванні порід за допомогою НРС.

Об’єкт дослідження – масив вміщає гірську виробку. Предмет досліджень – процеси руйнування порід квазістатичного дією НРС. Методи дослідження – систематизація, аналітичний, метод фізичного моделювання, метод статистичної обробки даних.

3. Наукова новизна і практична цінність роботи

Наукова новизна роботи полягає у наступному:

Практична цінність роботи полягає в розробці технології ремонту гірничих виробок з прісечкой міцних порід шпуровими зарядами НРС.

4. Огляд існуючих досліджень і розробок

Світова практика розробки родовищ вугілля орієнтована на безремонтної поддерджаніе вирботок, реалізація концепції безремонтного підтримки виробок для шахт Україні на практиці до цих пір не здійснено, незважаючи на впровадження в останні роки на передових вугледобувних підприємствах України сучасних, що відповідають світовому рівню, засобів і технологій підтримки гірничих виробок. Таким чином, у передовій зарубіжній практиці аналогів предлааемим рішенням немає.

Як правило роботи з руйнування бічних порід при ремонті виробок проводять або за допомогою буропідривних робіт, або механічним способом, в основному за допомогою відбійних молотків. Область застосування того чи іншого способу визначається міцністю порід, і можливістю розвитку вивала при проведенні прісечкі. Як правило руйнування за допомогою відбійних молотків проводиться в тому випадку коли прісекаемие породи мають міцність до 4–5 одиниць за шкалою проф. М.М. Протодьяконова, і розвинену систему природних і техногенних тріщин. Руйнування порід за допомогою відбійних молотків пов’язано з великою часткою ручної праці, низькою безпекою і продуктивністю робіт. Так, посування однієї точки перекріплення, із заміною рами арочної крепі за добу становить одну рідше дві рами.

Буропідривною спосіб руйнування прісекаемих порід при веденні ремонту вироблення дозволяє підвищити темпи ведення робіт, тому що основна частина часу виробничого процесу при перекріплення виробки витрачається на руйнування порід. Однак ударно-динамічний вплив на деформовані в порожнину вироблення породи при підриванні шпурових зарядів вибухових речовин, призводить до розвитку існуючої системи тріщин, відшарування, розпушуванню вміщуючих порід, що тягне за собою вивалообразованіе, і зниження міцності порід приконтурного зони. Крім того, це викликає посилення конвергенції і не дозволяє забезпечити стійкість виробки в післяремонтний період.

Однак у ряді випадків, коли прікотурная область представлена міцними породами з високим ступенем тріщинуватості, руйнування яких за допомогою відбійних молотків фізично неможливо, альтернативи буропідривного способу руйнування немає. У той же час ведення БВР в таких умовах призводить до розвитку виваливши з покрівлі, що викликає необхідність закладки пустот утворених при обваленні, зниження темпів ведення ремонтних робіт, підвищення трудомісткості та вартості робіт по перекріплення.

Відомі спроби щадного руйнування порід приконтурного зони за рахунок застосування контурного підривання, способів м’якого підривання за допомогою пластикових зарядів (зарядні трубки К і КК фірми Форсіт і російські типу Гранілен), а також за допомогою механічних пристроїв та інструментів, наприклад гідроклинів [3]. Однак ці способи не знайшли застосування при веденні ремонтних робіт через низьку ефективність, нетехнологічність і необхідності придбання, обслуговування додаткового обладнання для приводу гідроклинів. Відомі способи підвищення стійкості порід приконтурного зони та запобігання вивалоообразованія, засновані на зміцненні їх хімічними композиціями [4]. Однак широкого практичного застосування ці способи не знайшли через складність управління зоною зміцнення в процесі нагнітання в’яжучих складів, високої вартості робіт по зміцненню, підвищенню трудомісткості робіт.

У магістерській роботі пропонується дещо новий підхід до вирішення проблеми відновлення експлуатаційного стану виробок. Основна ідея його полягає в здійсненні прісечкі порід деформованих в порожнину виробки з допомогою невибухових руйнують складів. Такий підхід може бути реалізований як в умовах міцних так і в умовах слабких порід. При цьому може здійснюватися прісечка як по всьому перетину, так і якоїсь частини виробки. У загальному випадку пропонований спосіб ремонту гірничих виробок ведеться в такій послідовності: визначають орієнтацію системи кліважних тріщин в зміщених в порожнину вироблення породах, виробляють посилення кріплення на ділянці ведення ремонтних робіт, після посилення кріплення послаблюють замки на рамах деформованої металевої арочної крепі і ведуть отбойку порід зміщених в порожнину вироблення шляхом буріння шпурів та розміщення в них невибухових руйнують складів, при цьому шпури бурять по лініях еквідистантним проектному контуру виробки. Після обвалення порід до проектного контура виробляють витяг деформованої металевої арочної рами кріплення і зведення рами нової кріплення з проектного контуру. Пропонований спосіб ремонту представлений на малюнку 1.

Спосіб ремонту гірничих виробок

Рисунок 1 – Спосіб ремонту гірничих виробок
(1 – гірнича виробка, 2 – кліважние тріщини, 3 – деформовані породи, 4 – деформовані рами кріплення, 5 – кріплення посилення, 6 – замок деформованої рами кріплення, 7 – шпур, 8 – проектний контур виробки, 9 – контур зміщених в порожнину вироблення порід, 10 – невибуховий руйнуючий склад, 11 – рама нового кріплення)

Відбійка вміщуючих порід шляхом буріння шпурів та розміщення в них невибухових руйнівних речовин дозволяє за рахунок зростання квазістатичного тиску саморозширення НРС отримати руйнування порід по необхідному проектному контуру, при цьому виключити вивалообразованіе в покрівлі і боках виробки, мінімізувати розшарування приконтурного порід і забезпечити стійкість гірничої виробки після ремонту , що дозволяє скоротити трудові та матеріальні витрати на забезпечення експлуатаційного стану виробки. При цьому зруйновані породи плавно опускаються на рами деформованої кріплення з послабленням хомутами, що забезпечує безпеку і запобігає утворенню вивала. Попереднє визначення орієнтації системи кліважних тріщин дозволяє врахувати кінетику зрушень порід після їх руйнування і мінімізувати енерговитрати на руйнування порід при ремонті виробітку. Буріння шпурів по лініях еквідистантним проектному контуру виробки, забезпечує почергове обвалення порід від деформованого контуру виробки до проектного, при цьому враховуються природні лінії ковзання в приконтурного породах, закономірність передачі тиску від саморозширення НРС в шпурі вглиб масиву, відстань до відкритої поверхні, що дозволяє забезпечити руйнування породи від розтягуючих напружень. При цьому законтурному область порід залишається непорушеною, що сприяє забезпеченню стійкості ремонтованої гірничої виробки.

У сучасній вітчизняній і зарубіжній практиці щадного руйнування гірських порід, елементів будівель і споруд накопичений великий позитивний досвід використання невибухових руйнують складів (НРС) на основі оксиду кальцію. Застосування НРС в промисловому будівництві пов’язують з ліквідацією бетонних несучих конструкцій і фундаментів в працюючих цехах і інших об’єктах при їх реконструкції [5], в дорожньому будівництві – з руйнуванням асфальтобетонного покриття [6] та ін Основними перевагами невибухового руйнування в цьому випадку є відсутність звукового ефекту, розльоту частин зруйнованого об’єкта, можливість руйнування поблизу працюючого устаткування і людей. Основними напрямками застосування НРС в гірничій справі є видобуток і оброблення блоків цінних гірських порід [7], видобуток блочного каменю і руйнування негабаритів [8, 9] при відкритому способі видобутку, в цих випадках застосування НРС за рахунок відсутності динамічного ефекту при руйнуванні дозволяє підвищити якість обробки видобуваються матеріалів і значно знизити кількість відходів.

Однією з основних задач гірничодобувної галузі є скорочення витрат на ведення гірських робіт і підвищення безпеки праці працюючих. Вирішення цих завдань в ряді випадків може бути досягнуто за рахунок використання НРС. Перспективними напрямками застосування НРС в умовах вугільних шахт є їх використання при проходці виробок, оконтурюванні сполучень та ремонті вертикальних стовбурів [10, 11], креплененіі виробок [12], відновлення експлуатаційного перетину [13] та ін.

Однак, незважаючи на наявний практичний досвід, накопичений при веденні відкритих гірничих робіт і в будівництві, пряме його перенесення в підземні умови не представляється можливим, оскільки ведення робіт в умовах підземних гірничих виробок пов’язане зі спеціальним режимом безпеки, обумовленим пилогазової складової шахтної атмосфери і тепловим режимом , стисненими умовами ведення робіт, високою концентрацією людей і техніки на одиницю площі.

Нпруги по Мізесу

Рисунок 2 – Картина розподілу еквівалентних напруг по Мізесу

Поточні й заплановані результати по темі досліджень

Основною перспективою досліджень є можливість використання результатів роботи на підприємствах вугільної промисловості України.

Перелік посилань

  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.