Реферат по теме выпускной работы
Введение
Уголь является основным полезным ископаемым в Украине.
В Донбассе одни из самых глубоких шахт в мире. Некоторые шахты ведут добычу угля на глубине 1000 –1300 м. Откачивается воды до 11 метров кубических на одну тонну добытого угля. В Донецко–Макеевском районе добываются коксующиеся угли, в ПО «Павлоградуголь»–низкометаморфизированные угли. На шахтах вблизи городов Торез, Шахтерск, Свердловск разрабатывают полуантрациты и антрациты. В Донбассе разрабатываются угли всех марок – от бурого до антрацитов.
Более 80% шахт Донбасса – газовые, в том числе и сверхкатегорные, то есть на каждую тонну добытого угля выделяется более 15 метров кубических метана. Содержание горючих газов в угле настолько большое, что Донбасс можно считать одним из крупнейших месторождений природного газа в СНГ. Запасы газа составляют около 2,5 триллионов кубических метров.
1. Актуальность темы
Горное давление, собирательное понятие в горной геомеханике, объединяющее совокупность силовых полей (напряжённых состояний), формирующихся в земных недрах вследствие естественных и производственных воздействий. Главным возбудителем Г. д. служит гравитация; дополнительными возбудителями, имеющими разную распространённость, длительность и силу действия, являются геотектонические процессы, а также производственная деятельность по добыванию полезных ископаемых, строительству подземных и наземных сооружений. Непрерывно или скачкообразно перераспределяясь в породных массивах в силу различных причин, Г. д. способно производить как разрушительную, так и полезную работу (например, по облегчению добычи полезных ископаемых). Явления, вызываемые Г. д. (деформации, смещения и разрушения элементов породных массивов и земной поверхности, взаимодействие элементов массивов с инженерными сооружениями, в том числе нагружение крепей горных выработок), известны в технике под названием "проявления горного давления", целесообразное управление которыми представляет одну из важнейших практических задач горного производства и горной науки. Правильное расположение, проведение и поддержание горных выработок — средства эффективного местного регулирования Г. д. которые находят широкое применение на шахтах (например, для борьбы с горными ударами за счёт опережающей выемки "защитных" пластов). Понятие Г. д. возникло в 19 в. Учение об управлении Г. д. нашло отражение в трудах М. М. Протодьяконова-старшего, П. М. Цимбаревича, В. Д. Слесарева и ряда др. советских исследователей. За границей существенные исследования проведены К. Бахом (Германия), Г. Шпакелером (ГДР), Р. Феннером (Чили), Ф. Мором (ФРГ), А. Лабасом (Бельгия) и др. Для крепления подготовительных выработок наибольшее распространение получили металлические арочные и кольцевые податливые рамные крепи. Податливые крепи способны под действием давления горных пород сокращать свои размеры, а следовательно, и поперечное сечение выработки в результате смещения элементов или их деформации при сохранении несущей способности и работоспособности конструкции. Элементы металлических податливых рам выполняют из спецпрофиля, соединяя их между собой внахлёстку с помощью хомутов и болтов; податливость крепи достигается за счёт скольжения элементов крепи в местах их соединения. Смешанные рамные крепи состоят из железобетонных пустотелых (трубчатых и прямоугольных) стоек и металлических верхняков, соединяемых при помощи подвесной скобы. Как самостоятельный вид крепи, особенно в горнорудной промышленности, в сочетании с рамными крепями используют анкерную крепь. Применяют (преимущественно на рудных шахтах) также жёсткие металлические крепи (трапециевидные, арочные и кольцевые) из двутавровых балок и бывших в употреблении рельсов с соединением элементов накладками и болтами с гайками, реже — с помощью специальных башмаков. Крепёжные рамы устанавливают в выработке обычно на расстоянии 0,5—1 м одна от другой. Кровля и бока выработки между рамами ограждаются т. н. затяжками — железобетонными плитами, металлическими решётками и сетками различных конструкций, досками, распилами. Деревянную рамную крепь (в т. ч. деревянные затяжки) в основном применяют в выработках небольшого сечения и с небольшим сроком службы (до 3—5 лет). Выработки со значительным сроком службы, как правило, закрепляются негорючими материалами (металлом, бетоном и т. д.). Рамы трапециевидной формы устанавливают обычно через 0,5—1 м (вразбежку) с закреплением кровли и боков выработки между рамами деревянными затяжками или всплошную. При давлении со стороны почвы выработки применяют замкнутые (полные) рамы с лежнем . Деревянная венцовая крепь, возводимая в подготовительных вертикальных и наклонных (свыше 45°) выработках небольшого сечения (шурфах, гезенках, скатах, сбойках и др.), бывает сплошная (рис. 4, в), когда венцы укладывают один на другой, и на стойках , когда между венцами устанавливаются стойки длиной 0,5—2 м. Венцы изготавливают из круглого леса или брусьев и соединяют между собой заделкой "в лапу", а стойки с венцами — обычно в паз. Однако имели место случаи разрушения рекомендованных крепей, например, в зонах тектонических нарушений на контактах геологических блоков. На одной и той же глубине в одних случаях деформации проявлялись в виде вывалов и разрушений кровли, в других – в разрушении и осыпании стенок выработки, пучении почвы. Это, а также отмечаемая зачастую асси–метричная форма вывалов в закрепленных выработках, уже ставило под сомнение правильность распространения существующих теоретических подходов на все возможные условия расположения горных выработок.
2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
Целью магистерской работы является разработка новых методов прогнозирования диформаций горных выраблток.
Краткие сведения о шахте.
Шахта "Кураховская" распложена в г. Горняк и поселке Кураховка. Донецкой области, административно подчинена Государственному предприятию "Селидовуголь". Шахта "Кураховская" введена в эксплуатацию в 1943 году.Производственная мощность шахты 600 тыс.т. Структурное подразделение «Шахта "Куpаховская» входит в состав Государственного предприятия "Селидовуголь". Пpомплощадка шахты находится в г. Гоpняк и поселке Куpаховка. Шахтное поле вскpыто шестью наклонными стволами и тремя вертикальными стволами.
Система пpоветpивания шахты – комбинированная, схема проветривания – всасывающая. На шахте применяется панельная схема подготовки. Порядок отработки шахтных пластов – нисходящий. Залегание пластов – пологое. Геологические нарушения встречаются редко.
Шахта не газовая, но опасна по пыли.
Тpанспоpтная система шахты состоит из конвейерных линий и колесного тpанспоpта. Уровень конвейеризации 95%. Доставка людей в забои осуществляется в две ступени. Время доставки – 1,5 час. Шахта добывает уголь маpки Д и ДГ. Годовой план – 400 т.т. В настоящее время на шахте производится pеконстpукция системы тpанспоpта, идет подготовка к увеличению уровня добычи до 700 т.т в год.
Основными факторами, сдерживающим увеличение добычи угля, являются: ведение горных работ на значительной глубине и на большом pасстоянии от основных тpанспоpтных и воздухоподающих выpаботок.
Краткая геологическая характеристика месторождения.
Участок шахтного поля шахты "Кураховская" расположен в южной части Кураховского месторождения и занимает продуктивные свиты среднего карбона С5 и C6. Границами шахтного поля являются: по падению – на юго–западе граница промышленных запасов, на северо–востоке нижняя техническая граница, проходящая по изогипсе минус 1000 м по всем пластам; по простиранию: на северо–западе – граница поля шахты № 105, на юго–западе граница шахты "Островская". Размеры шахтного поля по простиранию 7850vм, по падению 2600 м.
Шахтное поле разделено по простиранию на три части: южную, центральную и северную. Общий порядок отработки пластов – нисходящий, за исключением пласта k8, по которому горные работы проводятся с опережением, что обусловлено сложившимся на шахте порядком отработки запасов и отсутствием вредного влияния при его выемке на вышележащие пласты. Размеры панелей по простиранию обусловлены сложившейся схемой подготовки и составляют 2–3,5 км по простиранию, 1–1,5 км по падению.
На шахте отрабатывались пласты k8, l2, l4, l3, l1. Промышленные запасы составляют 92,4 млн т. В настоящее время горные работы ведутся по пластам k8, l2. Основная мощность отрабатываемых пластов 0,8 – 1,2 м. Шахтное поле характеризуется слаборазвитой тектоникой. Залегание пластов – пологое. В северной части шахтного поля угол падения пластов составляет 9 – 14 градусов, в южной части – увеличивается до 29.
Геологические нарушения встречаются редко и представлены в основном микроразрывами с вертикальной амплитудой смещения до 0,15 м. Шахта негазовая, но опасна по взрыву угольной пыли. Шахта имеет значительный приток воды; общее количество воды составляет 600 м3/час.
3. Обзор исследований и разработок
В результате многочисленных экспериментальных и теоретических исследований, а также практикой ведения горных работ были выявлены существенные недостатки рамно–арочных крепей : несоответствие податливости (300–500 мм) и несущей способности крепи (150–200 кН) условиям поддержания выработок с высоким горным давлением и неустойчивыми боковыми породами;крепь ие выдерживает давление боковых пород, так как по отношению к боковым нагрузкам имеет низкое сопротивление; крепь выдерживает большие нагрузки и максимальную податливость только в условиях, когда направление последней совпадает с направлением смещений пород; крепь не в состоянии сдерживать процессы расслоения и обрушения пород вокруг выработки; крепь обеспечивает только лишь защитную функцию свода выработки, не упрочняя его; крепление выработок весьма трудоемко, металлоемко и высокозатратно; крепь самостоятельно н обеспечивает удовлетворительного поддержания выработок и возникает необходимость применения дополнительных охранных сооружений.
Увеличение податливости крепи в сложных горно–геологических условиях не сняло вышеперечисленных недостатков, так как рамы из СВП обладают низкой несущей способностью. В результате разрушения породного массива увеличивается нагрузка на арочную крепь. При невысокой несущей способности крепи и достаточной податливости, разрушение пород не только не приостанавливается, но и усиливается.
Устойчивость штреков, поддерживаемых рамно–арочной крепью, при столбовой системе разработки и в условиях повышенного горного давления на больших глубинах, определяется формированием по длине выработки 5–ти основных зон напряженно–деформированного состояния породного массива, расположенных: вне зоны влияния очистных работ; в 60–70 м впереди лавы; в интервале 0–40 м позади лавы; в интервале 40–200 м позади лавы; свыше 200 м позади лавы.
В работе Л.Ф. Булата и В.В. Виноградова подчеркивается, что повсеместно применяемая традиционная технология поддерживающего и подпорного крепления выработок рамно–арочной крепью давно исчерпала свои возможности. Этот вывод основан на исследованиях 60–90 гг., которые показали, что никакая экономически целесообразная жесткая рамная крепь в выработках, проведенных в слабых и средней прочности горных породах на больших глубинах, не может противодействовать горному давлению, поэтому бороться с образованием зоны разрушения путем увеличения несущей способности крепи нецелесообразно.
Рис. 1.Схема установки стойки усиления(анимация, 6 кадра, длительность 1 с, 5 повторений, размер 85,2 КБ)
Рис. 2. Состояние выработок на исследуемой шахте а) и б) Испытания крепи КМП–АП3 с замковыми соединениями ЗШ.000 на стенде Донецкого научно–исследовательского угольного института (ДонУГИ)
Проблема обеспечения устойчивости подготовительных выра боток выемочных участков является одной из основных проблем подземной разработки угольных пластов, без решения которой не возможны обеспечение безопасности горных работ и повышение технико-экономической эффективности эксплуатации угольных шахт. Научные исследования и практика работы шахт показывают, что при стоимости проведения и крепления 1 км подготовительных выработок в пределах от 5 до 9 млн грн. современным требованиям экономически эффективной и безопасной угледобычи на шахтах Украины, разрабатывающих пологие угольные пласты мощностью 0,85–2 м, наиболее полно отвечает технология сохранения выработок для повторного использования с помощью применения эффективных анкерных крепей, крепей усиления и искусственных охранных конструкций Однако практика применения на шахтах, отрабатывающих пласты мощностью до 2 м в сложных горно–геологических условиях (большие глубины разработки, наличие зон повышенного горного давления, слоистые и трещиноватые породы непосредственной кровли и труднообрушающиеся породы основной кровли) сущес твующих видов анкерных крепей и крепей усиления с рабочей несущей способностью 50–150 кН/м2, а также существующих охранных конструкций показала их недостаточную техническую и экономическую эффективность или безопасность применения. При выборе их параметров в соответствии с действующими нормативными документами состояние охраняемых выработок часто является неудовлетворительным. Неудовлетворительное состояние выработок ухудшает условия проветривания выемочных участков, снижает безопасность ведения горных работ, вызывает необходимость выполнения в них трудоемкого и дорогостоящего ремонта, что снижает нагрузки на очистные забои и в конечном итоге приводит к неэффективной работе шахт.
Выводы
С помощью прогнозирования диформаций горных выроботок,можно определить вид крепи,для лутчшей её устойчивости.На примере этого многие шахты используют именно тот вид крепи который наиболее подходит,при данных геологических условиях.Но методы прогнозирования тоже не стоят на месте и я в своей работе буду находить более подходящий для моего предприятия.
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
- Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. ВНИМИ, 1986 – 222 с
- Мельников Н.И. Анкерная крепь [Текст] / Н.И. Мельников. – М.: Недра, 1980. – 252 с. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. – Изд. 4–е, дополненное. Л., 1986. – 222 с.
- Стовпник С.Н. Анкерное усиление рамных крепей на шахтах западного Донбасса [Текст] / С.Н. Стовпник // Уголь Украины. – 2007. № s7 – 25 с
- Евсеев В.С., Утрихин А.Н., Мурашев В.И. Определение предельной глубины применения анкерной крепи в подготовительных выработках // Уголь. – 1984 . – № 6. – С. 18–20.
- А.Ф. Борзых, Е.П. Горовой, В.И.Радченко. Охрана наклонных подготовительных выработок путем их проведения вприсечку // Уголь Украины – 2001. – №6.–С. 7–9.