ДонНТУ   Портал магістров

Пешляев Роман Игоревич

Горный Факультет

Кафедра розработки полезных ископаемых

Специальность Разработка месторождений полезных ископаемых

Повышение работоспособности арочной податливой крепи

Научный руководитель: д.т.н., проф. Петренко Юрий Анатолиевич

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования
• 3. Краткое содержание научной работы
• Список источников

Введение

Ритмичной работе угольной промышленности Украины, в числе других причин, препятствует неудовлетворительное положение с поддержанием горных выработок. Протяженность ремонтируемых выработок составляет 45-50  % от протяженности проводимых, а уровень аварийного состояния - свыше 15  % поддерживаемых, достигая по отдельным шахтам 25  % и более. До 40  % выработок ремонтируется перед сдачей в эксплуатацию. Постоянно растет численность рабочих-ремонтников, превысив в настоящее время 15  % подземной группы. Трудоемкость работ по ремонту составляет около 80 чел.-см. на 1000 т суточной добычи в среднем.

Перекрепления и подрывки выполняются обычно, когда выработка уже не соответствует требованиям к эксплуатационному состоянию и её необходимо останавливать. Все работы по ремонту осуществляются практически вручную и характеризуются высоким уровнем травматизма. Объем породы от ремонта составляет 30-60  % всего выдаваемого на поверхность объема породы.

Около 90  % выработок закреплено металлической податливой крепью, однако её параметры часто принимаются недостаточно обосновано. Мероприятия по сохранению устойчивости выработок требуют дополнительных затрат и не применяются по причинам экономического характера.

Предпринятые в последние 30-40 лет попытки улучшить состояние выработок путем применения более мощных профилей и уплотнения крепи положительных результатов не дали. Данные мероприятия привели лишь к росту материальных и трудовых затрат на поддержание.

Ежегодно протяженность подготовительных выработок, находящихся в неудовлетворительном состоянии, увеличивается на 1-2 % (табл. 1).

Таблица 1. Состояние подготовительных выработок на шахтах
Донецко-Макеевского района Донбасса

1. Актуальность темы

Магистерская работа посвящена изучению механизма работы арочной податливой крепи под воздействием косонаправленных нагрузок и повышению ее работоспособности. Научная работа предполагает решение проблем связанных с устойчивостью горных выработок, рациональным использованием металлопрофиля, затратами на ремонт горных выработок.

Актуальность работы заключена в том, что преобладающим видом крепи на шахтах Донбасса остается металлическая арочная податливая крепь, которой закреплено около 90 % горных выработок (табл.2).

Таблица 2. Объем применения и состояние крепи горных выработок

¹⁾ объем применения крепи,  %;
²⁾ деформировано крепи,  %

2. Цель и задачи исследования

Цель работы: выбор направления по повышению работоспособности арочной податливой крепи.

Методика и методы исследования: эквивалентное моделирование, инженерные расчеты и сравнения.

Основные задачи исследования:

1. Исследование режима работы арочной податливой крепи под воздействием силы, при разных углах ее приложения.
2. Исследование режима работы арочной податливой крепи в различных условиях применения.
3. Применение различных мероприятий способствующих повышению качества работы арочной податливой крепи.

3. Краткое содержание научной работы

Опыт эксплуатации выработок, закрепленных арочной крепью, показывает [1], что основным фактором, снижающим устойчивость выработок, является несовпадение направления податливости постоянной крепи с преобладающими смещениями породного контура, которое отмечено в 59 % обследованных выработок.

В выработках, пройденных по простиранию, преобладают смещения контура в направлении, нормальном к напластованию, т.е. большие деформации кровли в сечении наблюдаются со стороны падения пород, а почвы – со стороны восстания. Как в пластовых, так и в полевых штреках замок податливости срабатывает, как правило, со стороны падения пород, а со стороны восстания верхняк и стойка теряют соосность, податливость не реализуется, срез стойки развальцовывается и происходит разрыв хомутов.

Описанный характер деформаций крепи и неравномерное по ширине выработки пучение почвы отмечено при обследовании 8-го западного полевого штрека гор. 840м шахты Новодружеская (рис. 1а) и 7-го западного полевого вентиляционного штрека пласта m₃^н гор. 650м шахты им. Г.Г. Капустина (рис. 1б) и других штреках, проведенных в слоистых породах. При угле падения пород более 10-15° влияние направления преобладающих смещений на устойчивость системы крепь-массив проявляется практически во всех случаях, при меньших углах возможно одновременное срабатывание узлов податливости и сохранение симметричной формы выработки при условии качественного заполнения закрепного пространства, что, однако, в практике крепления выработок встречается редко.

а

б

Рис. 1. Проявление неравномерности смещений пород по контуру выработок:
а – в 8-м западном полевом штреке гор. 840м шахты Новодружеская,
б – в 7-м западном полевом вентиляционном штреке пласта m₃^н гор. 650м шахты
им. Г.Г. Капустина

В выработках пройденных вкрест простирания, а также по падению и восстанию пород (всего в 12 % обследованных) преобладающие смещения контура, отличные от направления податливости, проявляются при расположении продольной оси выработок в диапазоне углов 30-60° к линии простирания пород. Так, для оценки работоспособности арочной крепи, в зависимости от направления наибольших смещений, были проведены лабораторные исследования. Для проведения исследований был разработан и изготовлен специальный стенд (рис. 2).

Рис. 2. Стенд для испытаний работоспособности арочной крепи: 1 – пространственная рама;
2 – модель трехзвенной крепи; 3 – нагрузочный рычаг; 4 – место крепления рычага
к пространственной раме; 5 – калиброванная шкала в местах соединения несущих
элементов крепи; 6 – замок (узел) №1; 7 - замок (узел) №2

Конструкция стенда следующая. В пространственной раме 1 устанавливалась модель АПК (трехзвенной) из СВП-27 - 2 в масштабе 1:20.нагрузку на крепь создавали с помощью рычага 3. Моделировались углы приложения нагрузки 0, 5, 10, 15, 20, 25 и 300, для чего менялось место расположения узла крепления рычага 3 к пространственной раме. Перемещения несущих элементов крепи в замках измерялись с помощью калиброванной шкалы, нанесенной на несущих элементах в районе расположения замков. Результаты измерений в относительных единицах представлены в (табл.3).

Таблица 3. Результаты измерений

Как видно из приведенных данных, уже при угле падения пород 10° наблюдается неравномерность деформации узлов податливости. При этом при угле падения пород 15° (наиболее типичный угол для условий Донбасса) податливость узла № 2 уменьшается на 20  %, а при угле 30° – на 80  %. После этого рама переходит в жесткий режим работы, практически не используя свои потенциальные возможности. Таким образом, проведенные исследования показали, что для повышения работоспособности арочной крепи необходимо изменить место расположения узлов податливости, с учетом угла залегания пород.

Рис. 3. Наглядная схема работы крепи при приложении к ней вектора силы под разными углами.

С этой целью была поставлена и решена следующая задача.

Известно, что элементы трехзвеньевой арочной крепи соединяются с помощью замков податливости. Действующие в поперечных сечениях рамы внутренние силы, обусловленные действием внешней нагрузки, обеспечивают работу замковых соединений. Тогда логично предположить, что в сечениях рамы, где возникают наименьшие поперечные силы, будут обеспечены наилучшие условия для взаимного перемещения элементов крепи и работы замков податливости.

С целью установления местоположения этих сечений были проведены расчеты арочной крепи. Рассматривались две расчетные схемы: двухшарнирная и бесшарнирная арочная крепь.

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.

Проведенные расчеты показали, что сечения рамы, в которых действуют наибольшие продольные силы, а поперечные силы равны нулю, располагаются друг от друга на расстоянии φR (φ – угол между радиусами R, проведенными через эти сечения).

Величина угла (φ в зависимости от угла залегания пород составляет от 70° до 100°. ось симметрии этих сечений повернута относительно вертикальной оси рамы на 10-15° в сторону нормали к напластованию пород.

Выполненные исследования позволили разработать и запатентовать конструкцию крепи [2](рис. 4).

Рис. 4. Предлагаемая конструкция крепи: 1 и 2 – стойки крепи;
3 – элемент составного верхняка; 4 – верхняк; 5, 6 и 7 – узлы
соединения несущих элементов.

В предлагаемой конструкции элементы, образующие составной верхняк, в месте их соединения верхним узлом податливости располагаются так, что их концы расположены параллельно напластованию, вследствие чего данный узел работает при воздействии на него только боковых нагрузок. Концы стоек и составного верхняка в месте их соединения боковыми узлами податливости расположены по линии, параллельной направлению действия основных нагрузок. Поэтому боковые узлы податливости работают только при воздействии на них нагрузок, действующих перпендикулярной напластованию. Дифференцированная и согласованная работа узлов податливости исключает возникновение косонаправленных нагрузок в узлах податливости, а также обеспечит их длительную согласованную работу.

В разработанной конструкции боковые узлы податливости равноудалены от верхнего. Вследствие этого элементы составного верхняка имеют одинаковые размеры, причем их размер остается неизменным при любом залегании пород – изменяться будут только размеры стоек. Стандартизация при изготовлении элементов составного верхняка, позволит снизить затраты на их изготовление.

Сборка металлической податливой крепи осуществляется следующим образом. Вначале соединяют стойку 1 с элементом составного верхняка 3 при помощи узла податливости 5. Затем бурят лунки для стойки 2 и для собранной ранее части конструкции. Устанавливают стойки в проектное положение. После этого поднимают элемент составного верхняка 4 в проектное положение и соединяют элементы крепи в единую конструкцию при помощи узлов податливости 6 и 7.

Использование предлагаемой конструкции позволит за счет согласованной работы всех узлов податливости обеспечить длительную работоспособность крепи, повысить устойчивость выработки, снизить затраты на ее поддержание и изготовление элементов крепи

Другим возможным направлением повышения работоспособности металлической арочной крепи является применение комбинированных крепей, в том числе на основе использования анкерных систем.

Список источников

1. Кошелев К.В., Петренко Ю.А., Новиков А.О. Охрана и ремонт горных выработок. – М.: Недра, 1990. – 218 с.
2. Касьян М.М., Новіков О.О., Петренко Ю.А., Шестопалов І.М., Рєзнік А.В. Металеве податливе кріплення – Патент на корисну модель №64368, зареєстр. 10.11.2011р. – 7 с.
3. Абрамсон Х.И. Тенденции развития техники крепления горных выработок на шахтах //Уголь Украины. – 1985. – № 2. – С. 42-43.
4. Аносов А.С, Коршунов В.Н., Кривцов И.И. Зависимость устойчивости штрека от способа его проведения //Уголь. – 1978. – № 10. – C. 26-27
5. Смирняков В.В., Подолян В.К. Совершенствование конструкций металлических крепей горных выработок. //Шахтное строительство. – 1985. – № 4. – C. 26-28
6. Рева В.Н., Абросимов В.М. 0 совершенствовании способов повышения устойчивости горных выработок //Шахтное строительство. – 1983. – № 8. – C. 9-11.
7. Гайко Г.И. Обоснование способа и параметров усиления арочной крепи подготовительных горных выработок: дис. Канд. Техн. Наук.-Алчевск, 1994 – 148 с.