ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В настоящее время в мировой и отечественной практике наблюдается реализация концепции Шахта-Лава, которая заключается в тенденции сокращения действующих комплексно-механизированных лав до одной-двух высокопроизводительных на отдельно взятом предприятии. В этих условиях своевременное воспроизводство линий очистных забоев, монтаж и демонтаж становится неотъемлемой частью непрерывного процесса добычи угля. Отметим, что подготовка лавы к демонтажу и сам демонтаж механизированного комплекса являются наиболее трудоемкими и затратными процессами.

1. Обоснование и актуальность темы

На шахтах широкое распространение получили две основные схемы подготовки механизированных комплексов к демонтажу [1]:

  1. Подготовка демонтажной камеры механизированным комплексом.
  2. Ввод механизированного комплекса в заранее подготовленную демонтажную камеру.

Первая схема является наиболее распространенной. Вторая – ввод механизированного комплекса в заранее подготовленную демонтажную камеру является наиболее перспективным с точки зрения минимизации затрат времени на демонтаж механизированного комплекса. Данная схема развивается по двум направления. Первое направление включает в себя проведение и подготовку демонтажной камеры до подхода лавы и заводку под брус секций механизированной крепи при погашении целика между лавой и демонтажной камерой. Второе направление включает проведение двух демонтажных выработок, разделенных между собой угольным целиком [2–4].

В период подготовки камер в погашаемом целике необходимо создать непрерывное защитное перекрытие с использованием проколот. Назначение межкамерного целика сводится к снижению нагрузки на крепь демонтажных камер в период ввода механизированного комплекса в выработку.

С увеличением глубины ведения отработки угольных месторождений возрастает горное давление и количество труднообрушаемых кровель. В связи с этим изучение проявления горного давления при ведении демонтажных работ относятся к числу актуальных задач. Исследования в данном направлении позволят выявить особенности и характер проявления напряженного состояния массива пород при подходе лавы к демонтажной камере и обосновать безопасные параметры горных работ, связанных с демонтажем очистных механизированных комплексов [5].

2. Цель и задачи исследования

Цель работы – обоснование параметров способа обеспечения устойчивости предварительно проведенных демонтажных выработок.

Идея работы заключается в обеспечении устойчивости предварительно проведенной демонтажной камеры за счет принудительного обрушения породной консоли со стороны выработанного пространства с помощью невзрывчатых разрушающих веществ (НРВ).

Задачи, решаемые в магистерской работе:

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

Объект исследования – массив, вмещающий горную выработку.

Предмет исследований – процессы разрушения пород основной кровли квазистатическим действием НРВ.

Методы исследования – систематизация, математическое моделирование, метод физического моделирования, метод статистической обработки данных.

3. Обзор существующих исследований и разработок по теме

Исследованиями установлено, что при труднообрушающихся кровлях сопротивление крепи влияет на напряженное состояние и расслоение только нижних слоев мощностью до 2 м. Увеличения сопротивления крепи практически не оказывает влияния на напряженное состояние более удаленных слоев и зависания труднообрушающихся пород. Следовательно, можно сделать вывод, что управление труднообрушающимися кровлями путем повышения сопротивления крепи будет неэффективным.

В угольной отрасли для повышения эффективности управления тяжелыми породами кровли применяют несколько способов ее разупрочнения. Известны и применяются следующие основные способы разупрочнения кровли для снижения горного давления на предохранительные целики [6]:

Целью применения этих способов является снижение или полная ликвидация тяжести проявления горного давления на предохранительные целики и проявлений осадок кровель в динамической форме.

3.1 Способ подработки


Подработка – региональное ослабление труднообрушающихся пород кровли пласта посредством предварительной выемки нижележащего пласта. Ослабление или разупрочнение происходит за счет разрушения межслоевых связей, а также образования или развития трещин в породах в процессе деформирования и перемещения подработанной толщи. Степень разупрочнения пород снижается с удалением вынимаемого пласта от подрабатываемого и с уменьшением его мощности. Площадь зоны разупрочнения в плоскости напластования сокращается по мере удаления от подрабатывающего пласта. Она определяется углами разупрочнения его по простиранию, восстанию и падению [7–10].

Выбирая способ и средство управления тяжелой кровлей в очистных забоях, следует учитывать воздействие подработки, проведенной с целью борьбы с горными ударами, выбросами угля и газа на улучшение условий поддержания выработок и водоносных горизонтов. Область применения способа ограничена конкретными горно-геологическими и горнотехническими условиями.

Рассматриваемый способ в сравнении с другими является самым простым, легковоспроизводимым и достаточно широко используется в практике. Ограничением являются выработки, пройденные во вмещающих породах.

3.2 Передовое торпедирование


Сущность способа – локальное (местное) ослабление прочных горных пород основной кровли впереди очистного забоя по длине или участку выемочного поля путем взрывания зарядов ВВ в длинных скважинах. Образующиеся в результате взрыва искусственные концентраторы напряжений в виде зон радиальных трещин и разрушенных контактов в плоскостях напластования по мере приближения очистного забоя к плоскости торпедирования и последующего ее перехода в изменяющемся силовом поле напряжений массива пород прорастают в магистральные трещины. Последние расчленяют массив пород основной кровли на блоки по высоте и напластованию, обеспечивая плавное ее опускание по мере отработки.

В результате разупрочнения труднообрушающиеся породы расчленяются на блоки меньших размеров. Это приводит к резкому снижению интенсивности и тяжести проявления первичных и вторичных осадок основной кровли, к уменьшению величины активных внешних нагрузок на крепь очистных забоев и разгрузке их краевых частей.

Передовое торпедирование – универсальный способ для любых горно-геологических условий залегания пластов с труднообрушающимися породами кровли при любой их мощности и прочности для шахт при столбовой и комбинированной системах разработки, при бурении и взрывании скважин из выработок, проветриваемых за счет общешахтной депрессии [6–9].

3.3 Гидрообработка


Гидрообработка массива основной кровли производится также как и торпедирование, через длинные наклонные скважины в режиме гидроувлажнения или гидроразрыва. Использование этого способа впереди очистного забоя позволяет снизить прочностные свойства пород за счет ослабления массива по трещинам и межслоевым контактам, а также за счет развития в дополнительной трещиноватости и расслаиваемости при нагнетании жидкости.

При гидрообработке кровли очень трудно получить равномерное насыщение жидкостью массива в связи с тем, что породы, его слагающие, как правило, обладают весьма низкой проницаемостью. Эффективный радиус обработки основной кровли при гидроувлажнении в зависимости от фильтрационных свойств породного массива может изменяться в пределах от 4 до 11 м. При нагнетании жидкости в скважину в режиме гидроразрыва разупрочнение массива происходит также неравномерно. Гидроразрыв пород протекает неуправляемо, развиваясь на случайных участках скважины и в первую очередь через имеющиеся в массиве трещины породного или техногенного происхождения [11].

3.4 Гидромикроторпедирование


Сущность способа заключается в следующем. В скважинах взрывают небольшие заряды ВВ в оболочке специальной конструкции в водной среде под давлением с последующей гидрообработкой породного массива. Заряды ВВ располагают в местах залегания ослабленных контактов и прослоев. Перед взрыванием первого заряда в скважину нагнетают жидкость для заполнения пор и трещин. После первого взрыва в той же скважине в таком же режиме производятся последующие взрывания. В дальнейшем в скважину нагнетают жидкость. Этими мероприятиями достигается разупрочнение массива за счет образования трещин расслоения и увлажнения пород. Слои обрушаются в несколько стадий и не создают повышенных нагрузок на крепи очистных выработок.

Гидромикроторпедирование применяется при любых типах кровли и системах разработки на шахтах, опасных по газу и пыли, а также по внезапным выбросам угля и газа.

3.5 Взрывогидрообработка


Сущность способа состоит в комбинации передового торпедирования для предварительного создания трещиноватости в массиве труднообрушающихся монолитных пород кровли взрыванием скважинных зарядов диаметром 36–38 мм, массой ВВ 35–40 кг и последующего увлажнения от шахтного противопожарного трубопровода с напором 0,5–1,0 МПа.

После воздействия взрыва и увлажнения пород осадки основной кровли при работе очистных забоев не проявляются. Взрывогидрообработка применяется в основном на пластах с основной кровлей, представленной песчаниками небольшой прочности (60–70 МПа), склонными к размоканию [12].

Анимация 1

Рисунок 1 – Картина распределения в модели эквивалентных напряжений, рассчитанных по энергетической теории

3.6 Принудительное обрушение кровли скважинными зарядами


Сущность способа заключается в посадке труднообрушающихся пород над выработанным пространством на высоту до 10 м путем взрывания зарядов ВВ в скважинах, пробуренных параллельно линии очистного забоя. Кровля под действием взрыва разделяется на слои с последующим ее обрушением. Это исключает воздушные удары и формирование больших активных нагрузок на крепи. Принудительная первичная посадка взрыванием скважинных зарядов ВВ в выработанном пространстве применяется только на шахтах, не опасных по газу и взрыву пыли.

Разработанные способы имеют ограниченную область применения на выбросоопасных пластах и пластах большой газоносности, требуют значительных материальных и трудовых затрат для реализации. Поэтому необходима разработка способа направленного разрушения пород основной кровли без динамического воздействия на породы и с соблюдением безопасного режима работы.

Схема дегазации разрабатываемого пласта

Рисунок 2 – Схема дегазации разрабатываемого пласта
(1 – вентиляционный штрек; 2 – откаточный штрек; 3 – газопровод; 4 – дегазационные скважины; 5 – очистной забой; 6 – камера)

Выводы

Текущие и планируемые результаты по теме исследований. Основной перспективой исследований является возможность использования результатов работы на предприятиях угольной промышленности Украины.

Список источников

  1. 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.
  2. Черняк И. Л. Упрочнение пород в подготовительных выработках / И. Л. Черняк – М.: Недра, 1993. – 256 с.
  3. Кошелев К.В. Охрана и ремонт горных выработок / Кошелев К.В., Петренко Ю.А., Новиков А.О. – М.: Недра, 1990. – 218 с.
  4. 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.
  5. Борзых А.Ф. Содержание, ремонт и ликвидация выработок угольных шахт / Борзых А.Ф., Зюков Ю.Е., Княжев С.Н. – Алчевск: ДонГТУ, 2004. – 614 с.
  6. 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.
  7. 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.
  8. Артамонов, С.М. Добыча блоков природного камня недробящим способом / С.М. Артамонов, С.Г. Агеев // Строительные материалы. 1985. – № 7. – С. 9–10.
  9. 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.
  10. 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. – 8 с.:ил.
  11. 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.
  12. 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.