Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета та завдання дослiдження
- 3. Короткий зміст наукової роботи
- Перелік посилань
Вступ
Ритмічній праці вугільної промисловості України, в числі інших причин, перешкоджає незадовільний стан з підтриманням гірничих виробок. Протяжність ремонтованих виробок становить 45-50 % від протяжності проводяться, а рівень аварійного стану - понад 15 % підтримуваних, досягаючи по окремих шахтах 25 % і більше. До 40 % виробок ремонтується перед здачею в експлуатацію. Постійно зростає чисельність робітників-ремонтників, перевищивши в даний час 15 % підземної групи. Трудомісткість робіт з ремонту складає близько 80 чол.-зм. на 1000 т добового видобутку в середньому.
Перекріплення та підривання виконуються зазвичай, коли вироблення вже не відповідає вимогам до експлуатаційного стану і її необхідно зупиняти. Всі роботи по ремонту здійснюються практично вручну і характеризуються високим рівнем травматизму. Обсяг породи від ремонту становить 30-60 % всього видається на поверхню обсягу породи.
Близько 90 % виробок закріплено металевої піддатливою кріпленням, проте її параметри часто приймаються недостатньо обгрунтовано. Заходи зі збереження стійкості виробок вимагають додаткових витрат і не застосовуються з причин економічного характеру.
Вжиті в останні 30-40 років спроби поліпшити стан виробок шляхом застосування більш потужних профілів і ущільнення кріплення позитивних результатів не дали. Дані заходи привели лише до зростання матеріальних і трудових витрат на підтримку.
Щорічно протяжність підготовчих виробок, що знаходяться в незадовільному стані, збільшується на 1-2 % (табл. 1).
Донецько-Макіївського району Донбасу
| Станом на | Протяжність виробок, км | Протяжність ділянок, не задовольняють вимогам Правил Безпеки | |
| км | % | ||
| 2000 | 845,77 | 144,66 | 17,1 |
| 2002 | 643,38 | 127,41 | 19,8 |
| 2006 | 530,28 | 102,27 | 19,3 |
| 2007 | 480,15 | 92,7 | 19,3 |
| 2009 | 426,07 | 21,0 | 22,2 |
| 2010 | 419,92 | 93,27 | 22.2 |
1. Актуальність теми
Магістерська робота присвячена вивченню механізму роботи арочної податливою кріплення під впливом косонаправленном навантажень і підвищення її працездатності. Наукова робота передбачає вирішення проблем пов'язаних зі стійкістю гірських виробок, раціональним використанням металопрофілю, витратами на ремонт гірських виробок.
Актуальність роботи полягає в тому, що переважним видом кріплення на шахтах Донбасу залишається металева арочна податлива крепь, якою закріплено близько 90 % гірничих виробок (табл.2).
| Вид кріппення | 2004 | 2006 | 2008 | 2010 | ||||
| 1* | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | |
| Металева підатлива | 90,2 | 70,4 | 90,4 | 71,6 | 90,5 | 71,9 | 90,6 | 73,2 |
| Бетонна і залізобетонна | 4,4 | 32,2 | 3,5 | 34,3 | 2,7 | 31,8 | 2,5 | 30,9 |
| Змішана | 3,2 | 43,4 | 2,8 | 41,6 | 2,85 | 42,0 | 2,8 | 41,2 |
| Комбінована на основі анкерної | 1,5 | 20,3 | 2,6 | 21,1 | 3,1 | 20,8 | 3,2 | 21,2 |
| Анкерна | 0,3 | 10,2 | 0,5 | 12,1 | 0,7 | 11,7 | 0,8 | 11,9 |
| Другі види | 0,4 | 50,2 | 0,2 | 49,3 | 0,15 | 48,1 | 0,1 | 46,0 |
| Загальне | 100 | - | 100 | - | 100 | - | 100 | - |
2. Мета та завдання дослідження
Мета роботи: вибір напрямку з підвищення працездатності арочної податливою кріплення.
Методика та методи дослідження: еквівалентне моделювання, інженерні розрахунки та порівняння.
Основні завдання дослідження:
- Дослідження режиму роботи арочної податливою кріплення під впливом сили, при різних кутах її застосування.
- Дослідження режиму роботи арочної податливою кріплення в різних умовах застосування.
- Застосування різних заходів сприяють підвищенню якості роботи арочної податливою кріплення.
3. Короткий зміст наукової роботи
Досвід експлуатації виробок, закріплених арочної кріпленням, показує [1], що основним чинником, що знижує стійкість виробок, є розбіжність напрямки податливості постійного кріплення з переважаючими зміщеннями породного контуру, яке зазначено в 59 % обстежених виробок.
У виробках, пройдених по простяганню, переважають зміщення контуру в напрямку, нормальному до нашарування, тобто великі деформації покрівлі в перерізі спостерігаються з боку падіння порід, а грунту - з боку повстання. Як у пластових, так і в польових штреках замок податливості спрацьовує, як правило, з боку падіння порід, а з боку повстання верхняк та стійка втрачають співвісність, податливість не реалізується, зріз стійки розвальцьовуються і відбувається розрив хомутів.
Описаний характер деформацій кріплення і нерівномірне по ширині вироблення пучение грунту відзначено при обстеженні 8-го західного польового штреку гір. 840м шахти Новодружеська
(рис. 1а) і 7-го західного польового штреку пласта m3н гор. 650м шахти ім. Г.Г. Капустіна (рис. 1б) та інших штреках, проведених в шаруватих породах. При куті падіння порід більш 10-150 вплив напрямки переважаючих зсувів на стійкість системи крепь-масив
виявляється практично у всіх випадках, при менших кутах можливе одночасне спрацьовування вузлів піддатливості і збереження симетричної форми вироблення за умови якісного заповнення закріпного простору, що, однак, в практиці кріплення виробок зустрічається рідко.
а - в 8-м західному польовому штреку гір. 840м шахти
Новодружеська,
б - в 7-м західному польовому вентиляційному штреку пласта m3н гор. 650м шахти
ім. Г.Г. Капустіна
У виробках пройдених навхрест простягання, а також з падіння і повстання порід (усього в 12 % обстежених) переважаючі зміщення контуру, відмінні від напрямку податливості, проявляються при розташуванні поздовжньої осі виробок в діапазоні кутів 30-60° до лінії простягання порід. Так, для оцінки працездатності арочної крепі, в залежності від напрямку найбільших зсувів, були проведені лабораторні дослідження. Для проведення досліджень був розроблений і виготовлений спеціальний стенд (рис. 2).
2 – модель триланкової кріплення; 3 – навантажувальний важіль; 4 – місце кріплення важіля
до просторової рами; 5 – калібрована шкала в місцях з'єднання несучих
елементів кріплення; 6 – замок (вузел) №1; 7 - замок (вузел) №2
Конструкція стенду наступна. В просторової рами 1 встановлювалася модель АПК (триланкової) з СВП-27 - 2 у масштабі 1:20. Навантаження на кріплення створювали за допомогою важеля 3. Моделювалися кути додатка навантаження 0, 5, 10, 15, 20, 25 і 300, для чого змінювалося місце розташування вузла кріплення важеля 3 до просторової рами. Переміщення несучих елементів кріплення в замках вимірювалися за допомогою каліброваної шкали, нанесеної на несучих елементах в районі розташування замків. Результати вимірювань у відносних одиницях представлені в (табл. 3).
| Угол залягання порід,град | Підатливість вузла №1 | Підатливость вузла №2 |
| 0 | 1,0 | 1,0 |
| 5 | 1,0 | 1,0 |
| 10 | 1,1 | 0,9 |
| 15 | 1,6 | 0,8 |
| 20 | 2,0 | 0,4 |
| 25 | 2,2 | 0,25 |
| 30 | 2,2 | 0,2 |
Як видно з наведених даних, уже при куті падіння порід 10° спостерігається нерівномірність деформації вузлів піддатливості. При цьому при куті падіння порід 15° (найтиповіший кут для умов Донбасу) підатливість вузла №2 зменшується на 20 %, а при углі залягання 30° – на 80 %. Після цього рама переходить у твердий режим роботи, практично не використовуючи свої потенційні можливості. Таким чином, проведені дослідження показали, що для підвищення працездатності арочної крепі необхідно змінити місце розташування вузлів піддатливості, з урахуванням кута залягання порід.
З цією метою була поставлена та вирішена наступна задача.
Відомо, що елементи триланкова арочної крепі з'єднуються за допомогою замків податливості. Діючі в поперечних перерізах рами внутрішні сили, обумовлені дією зовнішнього навантаження, забезпечують роботу замкових з'єднань. Тоді логічно припустити, що в перерізах рами, де виникають найменші поперечні сили, будуть забезпечені найкращі умови для взаємного переміщення елементів кріплення і роботи замків податливості.
З метою встановлення місця розташування цих перерізів були проведені розрахунки арочної крепі. Розглядалися дві розрахункові схеми: двухшарнирная і безшарнірних арочна кріплення.
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.
Виконані дослідження дозволили розробити та запатентувати конструкцію кріплення [2](рис. 4).
3 – эелемент складеного верхняка; 4 – верхняк; 5, 6 и 7 – вузли
з'єднання несучих елементів.
У запропонованій конструкції елементи, що утворюють складовою верхняк, в місці їх з'єднання верхнім вузлом податливості розташовуються так, що їх кінці розташовані паралельно нашарування, внаслідок чого даний вузол працює при впливі на нього тільки бічних навантажень. Кінці стояків і складеного верхняка в місці їх з'єднання бічними вузлами податливості розташовані по лінії, паралельній напрямку дії основних навантажень. Тому бічні вузли податливості працюють тільки при впливі на них навантажень, що діють перпендикулярній нашарування. Диференційована і узгоджена робота вузлів піддатливості виключає виникнення косонаправленном навантажень у вузлах податливості, а також забезпечить їх тривалу узгоджену роботу.
У розробленій конструкції бічні вузли податливості рівновіддалені від верхнього. Внаслідок цього елементи складеного верхняка мають однакові розміри, причому їх розмір залишається незмінним при будь-якому заляганні порід - змінюватися будуть тільки розміри стійок. Стандартизація при виготовленні елементів складеного верхняка, дозволить знизити витрати на їх виготовлення.
Збірка металевої піддатливою кріплення здійснюється наступним чином. Спочатку з'єднують стійку 1 з елементом складеного верхняка 3 за допомогою вузла податливості 5. Потім бурят лунки для стійки 2 і для зібраної раніше частини конструкції. Встановлюють стійки в проектне положення. Після цього піднімають елемент складеного верхняка 4 в проектне положення і з'єднують елементи кріплення в єдину конструкцію за допомогою вузлів піддатливості 6 і 7.
Використання пропонованої конструкції дозволить за рахунок узгодженої роботи всіх вузлів піддатливості забезпечити тривалу працездатність кріплення, підвищити стійкість виробки, знизити витрати на її підтримання та виготовлення елементів кріплення
Іншим можливим напрямом підвищення працездатності металевої арочної крепі є застосування комбінованих кріплень, в тому числі на основі використання анкерних систем.
При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2012 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.
Перелік посилань
- Кошелев К.В., Петренко Ю.А., Новиков А.О. Охрана и ремонт горных выработок. – М.: Недра, 1990. – 218 с.
- 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.
- Абрамсон Х.И. Тенденции развития техники крепления горных выработок на шахтах //Уголь Украины. – 1985. – № 2. – С. 42-43.
- Аносов А.С, Коршунов В.Н., Кривцов И.И. Зависимость устойчивости штрека от способа его проведения //Уголь. – 1978. – № 10. – C. 26-27
- Смирняков В.В., Подолян В.К. Совершенствование конструкций металлических крепей горных выработок. //Шахтное строительство. – 1985. – № 4. – C. 26-28
- Рева В.Н., Абросимов В.М. 0 совершенствовании способов повышения устойчивости горных выработок //Шахтное строительство. – 1983. – № 8. – C. 9-11.
- Гайко Г.И. Обоснование способа и параметров усиления арочной крепи подготовительных горных выработок: дис. Канд. Техн. Наук.-Алчевск, 1994 – 148 с.