ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Введення

Шахтні стволи є найважливішими виробками гірничодобувного підприємства, які забезпечують безперервне транспортування корисних копалин, вантажів, устаткування, матеріалів, спуску-підйому людей. Всі конструктивні елементи стволів повинні мати високу надійність і володіти високим терміном безремонтної експлуатації. Своєчасне і якісне спорудження вертикальних шахтних стволів має визначальне значення для успішного розвитку, підтримки та реконструкції потужностей гірничо-видобувної промисловості, особливо в Донбасі, де постійно збільшується глибина розробки вугільних пластів. У басейні на частку стволів припадає 20–25 % вартості і 35–50 % тривалості будівництва шахт [1]. Згідно з дослідженнями, понад 75 % порушень кріплення вертикальних стволів у Донбасі припадає на райони сполучень. Основними видами пошкоджень і руйнувань є сколювання, вивали кріплення і порід, відшарування, тріщини кріплення, деформації арматурних елементів, вигини розстрілів і провідників. При цьому збільшується час простою шахтного ствола через ремонтні роботи, що негативним чином позначається на техніко-економічних показниках роботи гірничого підприємства.

1. Актуальність теми

Особливе місце в комплексі будівництва вертикальних стволів шахт займає спорудження сполучень. Вітчизняний і зарубіжний досвід свідчить, що, незважаючи на певні технічні досягнення в цьому питанні, кріплення сполучень стволів залишається матеріалоємним, малопродуктивним і має значну вартість. Порушення кріплення вертикальних стволів в районі сполучень призводять до її вивалив, відхиленню від проектного положення ярусів армуваннязміни геометрії контуру ствола, зміщення провідників, що в свою чергу порушує ритмічність роботи підйому, а в деяких випадках призводять до повного виходу його з ладу [2].

2. Мета і завдання дослідження

Метою магістерської роботи є обгрунтування параметрів споруди сполучення глибоких вертикальних стволів з приствольними виробками з метою збільшення терміну їх безремонтної експлуатації, підвищення стійкості ствола, швидкості, технологічності та ефективності проходки.

Основні завдання дослідження:

Об'єкт дослідження: сполучення глибоких вертикальних стволів з приствольним двором.

Предмет дослідження: конструкція кріплення, застосовувана при спорудженні сполучень.

Методи дослідження: математична і статична обробка результатів експериментальних і лабораторних досліджень, а також даних, отриманих в процесі експлуатації сполучень; побудова моделі за допомогою методу скінченних елементів; метод інженерного аналізу.

Ідея роботи полягає у збільшенні терміну безремонтної експлуатації сполучення вертикального ствола, зменшення проявів гірського тиску в районі сполучення.

Наукова новизна

В ході дослідженнь встановлена така наукова новизна:

Наукове значення

Наукове значення роботи полягає у визначенні залежності розповсюдження порушень сполучень вертикальних стволів з горизонтальними виробками, які реалізовані у вигляді формул і графіків і обгрунтуванні на їх підставі параметрів і регламентів анкерно-бетонного кріплення зазначених ділянок.

Практичне значення

Збільшення надійності сполучень і підвищення міцності кріплення на вказаній ділянці, що призводить до збільшення терміну безремонтної експлуатації вертикального ствола шахти.

3. Основні положення

Вертикальні стволи в Донбасі в даний час споруджуються і експлуатуються в найрізноманітніших гірничо- і гідрогеологічних умовах,які ускладнюються із збільшенням глибини розробки родовищ корисних копалин. Відрізняючись своєю унікальністю і важливістю у виробничому комплексі гірничодобувного підприємства, вони вимагають постійного пошуку і розробки ефективних рішень щодо інтенсифікації їх будівництва і безремонтної експлуатації, що, у свою чергу, є актуальною науково-технічної проблемою розвитку вугільної промисловості України. Особливо важливі питання, що стосуються причин виникнення порушень кріплення вертикальних стволів шахт. Глибина розробки більшості шахт України сягає 700 м, але максимальна глибина розробки становить 1400–1500 м, що обумовлює підвищені вимоги до надійності і міцності бетонного кріплення вертикальних стволів [3, 4].

Для кріплення стволів, проводимихих буропідривним способом, застосовують в основному монолітне бетонне кріплення. Застосування даної крепі, возводимої за допомогою інвентарних забійних металевих опалубок, зумовило перехід до суміщеної технологічної схеми [5] з подачею швидкотвердіючої бетонної суміші за опалубку по трубах. Вид кріплення і технологічна схема робіт істотно впливають на безпеку праці прохідників, яка в першу чергу обумовлюється стійкістю оголених породних стінок, до зведення постійного кріплення. Найбільш безпечні умови створюються при кріпленні ствола монолітним бетоном при суміщеній схемі робіт [5], де висота оголення породних стінок залежить від висоти забійної опалубки і часу, відведеного в циклі на вантаження гірничої маси.

Одними з найбільш важливих і технічно складних (з причини великої площі перетину) споруд шахти є спряження вертикальних стволів з приствольним двором. Це обумовлено тим, що термін служби ствола, а відповідно і сполучень, дорівнює терміну служби всієї розвідувальної шахти або окремого її горизонту. Від надійності експлуатації цих сполучень залежить нормальне функціонування всієї шахти, що і зумовлює підвищені вимоги до кріплення сполучень. Вона повинна бути максимально надійною і проектуватися з матеріалів з підвищенними вогнестійкістю і здатністю протистояти корозії. Найчастіше кріплення сполучень зводять з монолітного бетону.

У різних джерелах під сполученням гірських виробок розуміють зону взаємного впливу двох і більшого числа пересічних виробок, в якій відбувається взаємне накладення зон розвантаження в покрівлі і зон бічного опорного тиску. У результаті накладення цих зон кріплення може відчувати підвищений гірський тиск. У зв'язку з цим, виникає необхідність застосування заходів щодо збільшення міцності кріплення (підвищення несучої здатності елементів кріплення, зменшення кроку установки кріплення тощо), для збільшення терміну її експлуатації. Кількість сполучень горизонтальних і похилих виробок на вугільній шахті складає всього 6–7% загального обсягу гірничих робіт. Однак проходка їх технологічно складна, вимагає великих трудовитрат і займає багато часу. Це обумовлено значними прольотами (до 10–12 м) і великими оголеннями покрівлі, а також складною конструкцією і конфігурацією кріплення сполучення.

Види сполучень гірничих виробок шахти можна розділити на три групи, які розрізняють за особливостями технологічних операцій і умов закладення.

До першої групи належать сполучення, що розташовуються в межах приствольного двору, вироблення якого при проведенні намагаються закласти в міцних стійких породах. Термін служби сполучень дорівнює терміну служби шахти, блоку.

До другої групи відносять сполучення, які розташовуються на протяжних горизонтальних виробках, що охороняються вугільними ціликами шириною 50–70 м. У цьому випадку, термін служби сполучення знаходиться в межах від терміну служби шахти до терміну служби панелі, крила.

У третій групі знаходяться сполучення, розташовані на похилих виробках, охорона яких здійснюється вугільними ціликами шириною 10–70 м. Для спорудження сполучень цієї групи застосовуються різні види матеріалів і конструкцій. Термін їх служби коливається від терміну служби ділянки до терміну служби бремсбергового або уклонного полів [6].

Вид постійного кріплення сполучення визначає вид кріплення сполучених виробок. В якості постійного кріплення застосовують монолітне бетонне і залізобетонне, металеве і метало-бетонне кріплення, збірне залізобетонне, кам'яне. Процес пошарової розсічки сполучень часто призводить до значного зростання інтенсивності напружень у кріплення ствола вище покрівлі пристовбурних вироблень. Вже після реалізації першої західки інтенсивність еквівалентних напружень зростає в два і більше разів з наступним збільшенням по параболічної залежності. Стабілізація напруг відбувається при видаленні забою сполучення від стінки ствола на 7,5–8 м. На шахтах кріплення сполучень зводять з склепінчастим або плоским перекриттям. Кріплення з плоским перекриттям мають переваги порівняно зі склепінчастими з причини спрощеної конструкції і меншого об'єма виймальної при проходці породи, що дозволяє зменьшити сроки будівництва сполучень. Однак такі кріплення мають меншу несучу здатність і при великих прольотах вимагають збільшення товщини перекриття, що веде до подорожчання споруди сполучення. Необхідно розширювати застосування нових інноваційних та нетрадиційних матеріалів і технологій, котрі дозволяють підвищувати механічні властивості бетонної крепі, у тому числі їх гідроізолюючу здатність. Кріплення з плоским перекриттям найчастіше використовують при трапецієподібній або прямокутній формі поперечного перерізу сполучення виробок і при ширині прольоту сполучень не більше 4–5 м. При ширині ж прольоту більше 5 м і в слабких породах в сполученнях рекомендують застосовувати склепінчасте перекриття [6].

Проведений аналіз дозволяє виділити ряд основних факторів, що впливають на розподіл напружень і деформацій у районі сполучень:

За ступенем навантаженості і напружено-деформованого стану кріплення сполучення з горизонтальними виробками приствольного двору виділяють чотири зони:

Схема розташування характерних зон спряження

Рисунок 1 – Схема розташування характерних зон сполучення: I – зона примикання ствола до горизонтальної виробки; II – те ж до грунту виробки; III – зона найбільш ослабленого перерізу спряження IV – зона найбільш ослабленого перерізу горизонтальної виробки.

Протяжність I і II зон приймається рівною 5r0, де r0 - радіус ствола у світлі. Оскільки радіус більшості стволів, що знаходяться в експлуатації, становить не більше 4,2 м - протяжність I і II зон становить 21 м [8].

При будівництві сполучень у контактуючому кріпленні ствола виникають кілька характерних зон їх впливу: ділянки вище і нижче виробок, стінки ствола між прорізами спряжень.

Залежність коефіцієнта збільшення напружень в кріпленні ствола над покрівлею спряження

Рисунок 2 – Залежність коефіцієнта збільшення напружень в кріплення ствола над покрівлею спряження від ставлення hсл/В
(анімація: 6 кадрів, 5 циклів повторення, 41 кілобайт)

На рис. 2 hсл - висота шару, В - ширина приствольої виробки

З рис. 2 випливає, що технологічно виправдане зменшення висоти шарів розсічки приствольних виробок дозволяє забезпечити менш різкий процес завантаження вище розташованого кріплення ствола при проходці верхнього шару спряження.

Висновок

У результаті аналізу літературних джерел визначені мета і завдання даної магістерської роботи. За результатами дослідженнь отримано залежності і результати комп'ютерного моделювання геомеханічних процесів в околиці спряження вертикального ствола і колоствольного двору. Ці залежності дозволили сформулювати рекомендації з оптимального вибору типу і матеріалу кріплення при спорудженні спряжень у різних гірничо-геологічних умовах.

Список джерел

  1. Тюркян Р.А. Научно-технические вопросы повышения эффективности сооружения вертикальных стволов (на примере ш. им. Засядько) / Р.А. Тюркян, В.В. Орел // Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Сб. научн. Трудов. – Донецк: ООО «НОРДКомпьютер», 2002. – 60 с.
  2. Борщевский С.В. Оценка современной технологии сооружения сопряжений вертикальных стволов с околоствольными дворами. / С.В. Борщевский, А.А. Бородуля, А.Ж. Сирачев // Сборник трудов кафедры СШ и ПС, ДонНТУ 2004. – 256 с.
  3. Борщевский C.B. Физико-технические и организационные основы интенсивных технологий сооружения стволов в условиях повышенной водоносности породного массива / С.В. Борщевский // Автореф. дис. докт. техн. наук: Национальный горный университет. – Днепропетровск, 2008. – 31 с.
  4. Левит В.В. Геомеханические основы разработки и выбора комбинированных способов крепления вертикальных стволов в структурно неоднородных породах / В.В. Левит // Автореф., докт. техн. наук. Днепропетровск. 1999. – 36 с.
  5. Прокопова М.В. Факторы, влияющие на напряженно-деформированное состояние крепи вертикальных стволов / М.В. Прокопова, Р.В. Харитонов / Научно-технические проблемы разработки угольных месторождений, шахтного и подземного строительства: Сб. науч. тр. Шахтинский институт ЮРГТУ (НПИ). – Новочеркасск: УПЦ «Набола» ЮРГТУ (НПИ), 2005. – С. 116–118.
  6. Н.С. Булычёв, Х.И. Абрамсон. Крепь вертикальных стволов шахт. // Изд-во «Недра». Москва – 1978. – С. 13–22.
  7. Плешко М.С. Анализ факторов влияющих на напряженно-деформированное состояние вмещающих пород и крепи сопряжений вертикальных стволов. / М.С. Плешко, В. Крошнев // Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Сб. научн. трудов. Вып 17, – Донецк: Норд – Пресс, 2011. – 285 с.
  8. Плешко М.С. Влияние технологии проходки на напряженно-деформированное состояние примыкающей к выработке крепи ствола. / М.С. Плешко, Е.Е. Головнева. // Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Сб. научн. трудов. Вып 17, – Донецк: Норд – Пресс, 2011. – 285 с.