ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме

Содержание

 

Цель работы: исследование устойчивости подготовительных выработок крутых пластов на современных глубинах разработки.

Идея работы заключается в использовании геомеханических особенностей и закономерностей формирования напряжённого состояния вмещающих пород в окрестности горной выработки для снижения вредных проявлений горного давления на современных глубинах разработки.

Объект исследования: под-надработанный массив горных пород.

Предмет исследования: процессы, происходящие в углепородном массиве при ведении горных работ в котором возможны проявления природных опасностей.

Методы исследований: для достижения поставленной цели использован следующий их комплекс: анализ и обобщение опыта разработки пологих пластов Донбасса, статистическая обработка экспериментальных данных, учитывающая физическую сущность процессов, происходящих в углепородном массиве.

Научное значение работы заключается в обосновании способов повышения устойчивости конвейерных (откаточных) штреков зависящих от проявлений комплекса природных опасностей при разгрузке, включающих реальность разрушения осадочного, длительное время напряженного массива, содержащего органические вещества, газонасыщенные водные растворы обладающие памятью.

Введение

Развитие угольной промышленности Украины сопряжено с периодами крупного роста и спада объемов добываемого угля. На протяжении всей истории основным поставщиком угля был и остается Донецкий угольный бассейн. В 1916 г. в Донбассе добыто 28,6 млн. угля. Затем в связи с первой мировой войной, октябрьскими событиями 1917 г. и гражданской войной добыча угля в 1920 г, уменьшилась до 4,5 млн. т. После периода спада рост объемов добычи продолжался до 1940 г., в котором он был равен 76,2 млн. т; при этом производительность труда рабочего по добыче угля составляла 26,7 т/мес, зольность угля 14%. В период второй мировой войны 1941–1945 гг. шахты и предприятия угольной промышленности Украины были разрушены. Восстановление их началось в 1943 г. и уже в 1950 г. добыча угля достигла 78 млн. т, т.е. она превысила довоенный уровень. В дальнейшем рост объемов добычи угля продолжался включительно по 1976 г. и достиг 218,2 млн. т. Третий спад добычи продолжался до 1996 г., в котором объем ее составил всего 74,8 млн. т. При этом зольность угля возросла до 33,8%, а производительность труда рабочего уменьшилась до 15,6 т/мес. Все эти показатели оказались намного худшими по сравнению с показателями работы отрасли в 1940 и 1950 годах.

В кризисный период работы всего народного хозяйства Украины падение объемов добычи угля прекратилось в 1996 г., начался постепенный рост и в 2000–2003 гг. наступила примерная стабилизация добычи на уровне 80–85 млн. т в год.

В условиях кризиса добыча осложняется не только плохим финансированием, но и горногеологическими условиями, что приводит к увиличению количества подготовительных выработок в аварийном состоянии, и как следствие повышению травматизма рабочих.

Наиболее сложные условия поддержания выработок отмечаются на крутом падении, где в массиве наблюдаются участки интенсивной геологической нарушенности, а совместная отработка свит сближенных пластов сопровождается образованием многочисленных зон повышенного горного давления. Возникла необходимость усовершенствования методики подготовки откаточного горизонта с точки зрения расположения подготовительных (полевых) выработок.

1. Актуальность темы

Общеизвестно, что в Донецком бассейне основные запасы коксующихся углей дефицитных марок сосредоточены в Центральном районе. Основное количество очистных забоев на шахтах этого района, расположено на горизонтах с температурой горного массива около 36 °С. Как известно [1], уровень травматизма на участках с повышенной температурой воздуха на 20–30% выше, чем на участках с нормальным микроклиматом, а производительность труда на 40–70% ниже. В связи с этим, разработка крутых пластов в районе характеризуется относительно низким уровнем технико – экономических показателей. Это связано и с геологией месторождения, в котором угольные пласты характеризуются значительными колебаниями мощности, повышенной геологической нарушенностью и тектонической трещиноватостью вмещающих пород. При разработке угольных месторождений ЦРД применяется этажный способ подготовки шахтных полей с отработкой этажей в нисходящем порядке. Изучение процессов сдвижения и деформаций боковых пород показало, что при таком порядке отработки происходит образование характерных зон сдвижения и, с увеличением угла падения пластов, появляется тенденция к сдвигу породных слоёв по напластованию [2]. Последнее приводит к потере несущей способности крепи в очистном забое и выработанном пространстве и, как следствие этого – к возможному завалу очистного забоя и прилегающих к нему подготовительных выработок.

Потеря сечения штрека

Рисунок 1 – Потеря сечения штрека

В силу специфических особенностей разработки крутых пластов, связанных с углами падения, превышающих углы внутреннего трения пород, под действием сил гравитации расслоившиеся породы кровли верхней части лав смещаются вниз, что способствует сокращению площади обрушения непосредственной кровли на величину неподбученной части выработанного пространства. Ранее было установлено [3], что чем меньше мощность пород непосредственной кровли, тем большая часть очистного забоя остаётся неподбученной, и следовательно тем большая опасность возникновения аварийных ситуаций в очистном забое. В реальных условиях разработки крутых пластов, осадочный (угленосный) массив представляет собой чередующиеся слои как угольных пластов и прослоев, так и самых различных пород.

Следует отметить, что пласты в районе залегают свитами, расстояние между пластами в них в 60% случаев не превышает 50 м. Поэтому ведение горных работ по одному пласту вызывает существенное перераспределение горного давления в других пластах свиты, в результате чего возникают зоны повышенного горного давления (ЗПГД), что оказывает серьезное влияние на эксплуатационное состояние горных выработок. Отличительная особенность осадочного (угленосного) массива заключается в том, что во всех случаях контакт между слоями представлен глинистыми разностями. В зонах разгрузки глинистые породы развиваясь и увеличиваясь в объёме во времени, отрывают слои более прочных пород. Такие процессы, происходящие в породах междупластья, способствуют, прежде всего, расслоению, проскальзыванию пород на контактах под – или надработанных слоёв. В таких условиях серьёзную опасность представляют и сползания пород почвы, способствующие в большинстве случаев завалам штреков.

2. Содержание работы

Наибольшее распространение в Центральном районе Донбасса получили такие способы управления горным давлением в очистных забоях, как удержание кровли на кострах, полное ее обрушение и плавное опускание [7].

Рис. 2

Рисунок 2 – Распределение касательных напряжений (Н = 1200 м) при отсутствии над штреком средств охраны

Рис. 3

Рисунок 3 – Распределение касательных напряжений (Н = 1200 м) при возведении над штреком податливой конструкции ограниченных размеров

По сравнению с 1970 г. число очистных забоев с управлением кровлей удержанием на кострах возросло на 19,7 %. Это произошло главным образом в связи с ухудшением горно-геологических условий, но и сам способ существенно изменился. Известно, что на крутых пластах обрушение кровли, как правило, начинается в верхней части лавы, а дальше распространяется неупорядоченно, отдельными участками по всей ее длине. Для достижения равномерного обрушения пород стали применять специальную крепь с высокой несущей способностью, устанавливаемую по простиранию, но вероятность осадок основной кровли не уменьшилась. Очевидно, это происходит потому, что наблюдаются неуправляемые сдвижения боковых пород по нормали и в плоскости пласта, которым применяемая крепь противодействовать не может.

Считается, что к наиболее перспективным следует относить способ управления кровлей полным обрушением. Однако при существующей технике его выполнение ничем не отличается от управления кровлей удержанием на кострах. Сократилось распространение способа управления кровлей полной закладкой выработанного пространства, которая обеспечивает равномерность проявления горного давления как по высоте этажа, так и по простиранию пласта. Для расширения области применения полной закладки на 16 шахтах ЦРД были построены дробильно-закладочные комплексы (ДЗК). Тем не менее из-за отсутствия эффективных средств транспортирования закладочного материала к забоям ДЗК не эксплуатируются.

Основным средством механизации выемки угля в очистных забоях на крутых пластах остаются молотки [6]. В 1996 г. с их помощью добыто 70% всего угля. Причины, сдерживающие темпы работ по механизации процессов крепления и управления горным давлением – в специфических особенностях залегания пластов, обусловливающих необходимость в дополнительных специальных требованиях к средствам выемки, а также в недостаточной изученности закономерностей проявлений давления и взаимодействия крепей с боковыми и обрушенными породами для выбора перспективных схем.

Анализ результатов применения комплексов оборудования с механизированными крепями, предназначенных для забоев с полным обрушением кровли, показывает, что специфика рассматриваемых условий не позволяет рассчитывать на устойчивую надежную работу очистных забоев. Учитывая разнообразие горно-геологических условий залегания крутых пластов и опыт работы шахт, следует ориентироваться прежде всего на полную закладку выработанного пространства. Причем технология выемки должна учитывать диагональное расположение очистного забоя с нависающим над ним закладочным массивом, что наиболее полно отвечает условиям работы механизированных крепей и отработки пластов, склонных к высыпаниям и опасных по внезапным выбросам угля и газа. Отличительная особенность осадочного (угленосного) массива заключается в том, что во всех случаях контакт между слоями представлен глинистыми разностями. В зонах разгрузки глинистые породы развиваясь и увеличиваясь в объёме во времени, отрывают слои более прочных пород. Такие процессы, происходящие в породах междупластья, способствуют, прежде всего, расслоению, проскальзыванию пород на контактах под – или надработанных слоёв. В таких условиях серьёзную опасность представляют и сползания пород почвы, способствующие в большинстве случаев завалам штреков.

На крутом падении процесс сдвижения подработанной толщи горных пород начинается с ее расслоения. Породы перемещаются в направлении, перпендикулярном напластованию. Тангенциальная составляющая силы веса, способствует отрыву кусков, блоков пород. Обрушившиеся породы скатываются в нижнюю часть лавы и подбучивают породы кровли, верхняя часть лавы остается практически не подбученной. Практически все штреки на крутом падении крепятся арочной крепью, имеющей податливость в вертикальном направлении, а перемещение пород происходит в направлении, перпендикулярном напластованию (рис.10.3). Поэтому происходит заклинивание замка и деформация крепи.

На крутом падении целесообразно применять специальные крепи, имеющие податливость, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях (например, КМП А-4).Кроме того, отличаются и способы охраны выемочных штреков крутопадающих пластов.

Выводы

При разработке крутых пластов в ЦРД следует ориентироваться на традиционный способ подготовки шахтных полей. В качестве способа охраны пластовых выработок целесообразно применять широкие податливые опоры, расположенные в выработанном пространстве. Наличие таких опор предотвращает оседание пород висячего блока и сползания пород почвы за счёт улучшения состояния боковых пород. Такой подход в комплексе с использованием специализированных видов крепей, позволит снизить вероятность травматизма от обвалов и обрушений при производстве ремонтных работ по перекреплению штреков. Обеспечение эксплуатационного состояния штреков, при этом, повысит эффективность использования комплексов оборудования с механизированными крепями.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2012 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Жуков В.Е. Теоретические и экспериментальные предпосылки технологического прорыва при разработке крутых пластов.//Уголь Украины. – 1998. – № 5. – с. 3–6.
  2. Жуков В.Е. Об одной стратегической ошибке разрешения проблемы разработки крутых пластов.//Уголь Украины. – 2001. – № 7. – с.6–10.
  3. Методические указания по исследованию проявлений горного давления на моделях из эквивалентных материалов./МУП СССР.ВНИМИ. – Л., 1976. – 85с.
  4. Глушихин Ф.П., Злотников М.С. Эквивалентные материалы для моделирования горного давления / ЦНИЭИуголь. – М., 1978. – 34 с.
  5. Моделирование проявлений горного давления / Кузнецов Г.Н., Будько М.Н., Васильев Ю.И., Шклярский М.Ф., Юревич Г.Г. – Л.: Недра, 1968. – 280 с.
  6. Атремов А.В. Исследование влияния факторов вентиляции на крепость угля. // Тр. Новочеркасского политехнического института. – Т.45/59. – 1957. – С.147 – 161.
  7. Жуков В.Е. Теоретическое и экспериментальное исследование совершенствования технологии очистных работ и отработки шахтных полей в Центральном районе Донбасса. Автореф. дисc. докт.техн.наук.– М.; ИГД им. Скочинского, 1973. – 30 с.
  8. Николин В.И., Подкопаев С.В., Бичаров М.З. Наряду с полями напряжений более реальны и значимы поля деформаций // Геомеханика в горном деле. Екатеринбург: ИГД УрО РАН.–2003.–С. 11–16.
  9. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. – М.: ИГД им. Скочинского. – 1989. – 191 с.
  10. Бриллинджер Д. Временные ряды. Обработка данных и теория. Пер. с англ. М.: МИР. –1980. – 429 с.
  11. Николин В.И., Подкопаев С.В., Малеев Н.В., Агафонов А.В. Снижение травматизма от проявлений горного давления. – Донецк: Недр-Прем. 2005. – 332 с.