Реферат по теме выпускной работы
Содержание
- 1. Актуальность темы
- 2. Цель и задачи исследования
- 3. Способы упрочнения пород
- 3.1 Бурение разгрузочных скважин
- 3.2 Взрывощелевая разгрузка
- 3.3 Проведение компенсационных щелей
- 3.4 Предварительный распор
- а)схема ДПИ
- б)схема МГИ
- 3.5 Анкерование
- 3.6 Передовое торпедирование
- 4. Текущие и планируемые результаты по теме исследования
- Список источников
1. Актуальность темы
На шахтах Украины около 70% поддержуемых выработок находятся в неудовлетворительном состоянии. Увеличение глубины разработки угольных месторождений приводит к значительному увеличению смещения пород в выработку следовательно нужно иметь большие сечения. Смещения пород в выработку вызывают необходимость ее ремонта (перекрепления и подрывки почвы) что увеличивает себестоимость.
Существует несколько способов управления состоянием породного массива вокруг выработки, они позволяют уменьшить смещения пород, но требуют определенных затрат. Поэтому вопрос экономического обоснования условий применения способов управления состоянием породного массива вокруг участковых подготовительных выработок является актуальной научно-практической задачей.
2. Цель и задачи исследования
Цель работы: методом калькуляционного моделирования установить математические зависимости расходов на выполнение способов управления состоянием породного массива вокруг участковых породных выработок и, используя известные параметры влияния этих способов на показатели сдвижения пород установить область применения каждого способа в зависимости от глубины разработки и качества пород.
Идея работы: заключается в использовании метода калькуляционного моделирования на разработку ценовых показателей выполнения работ по влиянию на состояние породного массива вокруг выработки.
Основные задачи исследования:
- 1.Составить калькуляционные модели затрат на выполнение известных способов управления состоянием породного массива вокруг участковых подготовительных выработок. Провести расчеты влияния глубины разработки и качественных свойств пород на параметры смещения пород в выработку.
- 2.Составить компьютерные модели определения нижнего уровня соотношение глубины работ и свойств пород на экономическую целесообразность применения того или иного способа управления состоянием породного массива вокруг участковых подготовительных выработок.
3. Способы упрочнения пород
3.1 Бурение разгрузочных скважин
Данный метод заключается в бурении разгрузочных скважин со стороны массива угля или целика за зоной опорного давления (Рис.1.1) . Разгрузочные скважины бурятся по углю диаметром (d) 0,25–0,5 метров, длиной 6–10 метров, расстояние между скважинами принимается (2–2,5) диаметра скважины. После данного мероприятия под воздействием опорного давления целики между пробуренными скважинами раздавливаются, что позволяет сместить максимум опорного давления вглубь массива в следствии чего формируется локальная зона разгрузки вокруг выработки. Следовательно породы кровли с обеих сторон выработки давят на крепь и она работает в податливом режиме. В данных ДонУГИ указано что трудоемкость на поддержание выработки снижается в 2–3 раза по сравнению с отсутствием скважин. Это способ лучше применять при обратной отработке лавы, так как при прямом порядке отработки бурению скважин могут мешать проходческие работы.
3.2 Взрывощелевая разгрузка
Взрывощелевая разгрузка предполагает камуфлетное взрывание зарядов взрывчатых веществ в разгрузочных шпурах(Рис.1.2), пробуренных по бокам выработки длинной lш=(0,5–0,7)В, где В — ширина выработки, и под углом к горизонтали от 10 до 30 градусов. Расстояние между шпурами по длинне выработки как правило от 0,5 до 2 метров и рассчитывается по формуле[3]:
Для определения расстояния между разгрузочными шпурами требуется вычислить массу камуфлетного заряда по формуле[3]:
После взрывания зарядов взрывчатого вещества возникает зона повышенной трещеноватости и формируется локальная зона разгрузки, что позволяет сместить в глубь массива максимум локальной концентрации напряжения. Взрывощелевая разгрузка породного массива позволяет уменьшить пучение пород почвы в 2–3 раза за счет перерезания слоев и приводит к ускорению формирования ЗНД(зоны неупругих деформаций) с значительно меньшими размерами чем в случае отсутствия взрывощелевой разгрузки. Но при этом смещение пород кровли увеличивается в 1,1–1,15 раза в то время как со стороны боков выработки смещение пород почти не изменяется.
Использование взрывощелевой разгрузки так же приводит к лучшему распределению нагрузки по всему периметру крепи.
Исользование данного метода позволяет достичь экономического эффекта до 40–60% на 1 погонный метр в год от изначальной стоимости проведения.[1] Как показала практика отставание работ по взрыващелевой разгрузке от забоя выработки,как правило, не должны превышать во времени 1–3 месяца. Так как работы по взрывощелевой разгрузке должны проводиться до формирования зоны неупругих деформаций. Не соблюдение этого условия может повлечь за собой увеличение размеров зоны неупругих деформаций, что несомненно приведет к увеличению нагрузки на крепь.
3.3 Проведение компенсационных щелей
Бурение компенсационных щелей(Рис.1.2) производится вертикально в почву выработки в один или два ряда. Процесс бурения компенсационных щелей заключается в следующем: при проведении первой подрывки почвы в выработке следует пробурить шпуры по центру выработки. Длина шпура составляет до 2 метров, а расстояние между ними 0,5–2 метра. До проведения подрывки в шпурах проводят камуфлетное взрывание взрывчатого вещества. Компенсацыонные щели будут перерезать склонные к пучению слои горных пород, это будет происходить пока края щелей не сомкнутся в следствии чего пучение пород почвы будет либо полностью отсутствовать, либо будет незначительным.
3.4 Предварительный распор
Данный способ предполагает установку гидравлических стоек под арку основной крепи в момент проведения выработки. После установки гидравлических стоек и создания ими распора производят затягивание замков на арке, после чего гидравлические стойки усиления снимаются. Полезный эффект от предварительного распора заключается в быстром включении крепи в работу, что в следствии значительно повышает устойчивость выработки за счет уменьшения размера ЗНД и приводит к снижению смещения кровли в 1,4 раза. На шахтах Донбасса используются 2 схемы предварительного распора: а) схема ДПИ (Рис.1.4.1)и б) схема МГИ.(Рис.1.4.2)
а)Схема ДПИ
Рисунок 1.4.1. Схема предварительного распора ДПИ
(анимация: 3 кадрa, 6 циклов повторения, 8.34 килобайт)
б)Схема МГИ
Схема предложенная ДПИ уступает схеме МГИ, так как схема МГИ обеспечивает одновременное прижатие и верхняка, и ножек крепи к породному обнажению, что позволяет создать систему «крепь-порода». Данный метод позволяет уменьшить смещения на 20 - 30 %.[1, 7] Способ преспективен, но достаточно трудоемкий.
3.5 Анкерование
Предел прочности на сжатие горных пород гораздо выше предела прочности на растяжение. Чем больше прочность слоя горных пород тем меньше растягивающее напряжение, меньше прогиб слоя, а так же меньше вероятность того что слой (Рис.1.5). Слои горных пород сшитые между собой начинают работать как боле прочный, то есть более мощный слой. Это и есть основной принцип повышения устойчивости выработки, которая проведении в слоистых породах. Место установки анкерной крепи: проходческий забой или на небольшом удалении от него.
Если в непосредственной близости от выработки присутствует прочный песчаник или известняк, слои горных пород следует подшивать к нему металлическими клиновыми анкерами длинной 2,5–3 метра.[1]
Если над выработкой залегают слои более слабых пород, например, песчаного сланца, следует применять металлические или полимерные анкера с химическим закреплением время затвердевания которого 15–40 минут при применении двухкомпонентных и 7–15 минут при использовании трехкомпонентных связывающих составов.[1]
Когда над выработкой залегают слои глинистых сланцев, то необходимо применять анкера из витой буровой стали. Диаметр шпура должен быть меньше максимального диаметра буровой стали на 4–8 мм.[1]
Как правило выработки проводятся по слоям горных пород с различной прочностью, потому достаточно упрочнить слабый слой. Из-за этого породы слабого слоя перестанут выдавливаться в выработку и не будет увеличиваться пролет выше расположенных слоев горных пород, их прогиб не увеличивается и они не разрушаются.
3.6 Передовое торпедирование
Сущность передового торпедирования(Рис.1.6) заключается в активном воздействии на напряженное состояние массива пород кровли путем взрывания впереди очистного забоя специальных (торпедных) зарядов, расположенных в длинных скважинах, которые образуют зону трещин. Их образование изменяет характер деформирования и разрушение пород основной кровли; опускание кровли резко уменьшается, а проявление вторичных осадок почти не ощущается.
Передовое торпедирование используют для предотвращения внезапных выбросов угля и газа, снижения интенсивности оседания труднообрушаемых пород основной кровли в очистных забоях. Параметры скважинного метода взрывания при передовом торпедировании: диаметр скважины — 76…112 мм, длина скважин — 30…110 м и более, диаметр монозаряда — 55…70 мм, длина монозаряда — 10…55 мм и более, масса заряда в скважине — 50…210 кг и более. Передовое торпедирование – сложная и весьма опасная операция. Взрывание в шахтах, опасных по газу и пыли, скважинных зарядов большой массы требует применения специальных технических средств и мероприятий по предупреждению воспламенения пылеметановоздушных смесей.
К недостаткам, выявленным при торпедировании угольного пласта в геологических нарушениях следует отнести необходимость бурения скважин по выбросоопасному угольному пласту, что не всегда возможно, особенно, в зонах с повышенной выбросоопасностью, причем в отдельных случаях само бурение скважин в таких зонах может принести к внезапному выбросу угля и газа.
4. Текущие и планируемык результаты по теме исследования
В магистерской работе на данный момент наиболее полно рассмотрена тема предварительного распора .Была использована методика калькуляционного моделирования затрат. Для этого была разработана компьютерная программа калькуляционных затрат, которая в последствии и была преобразована в калькуляционную модель. Согласно этой модели были сделаны выводы, что затраты на установку стоек предварительного распора можно посчитать по зависимости:
на которую влияет:
1.тип стойки;
2.глубина ведения работ;
3.температура;
4.выбросоопасность пласта;
5.обводненность пласта.
Данная магистерская работа находится на стадии разработки и поэтому конечные результаты по данному вопросу можно получить после 1 января 2015 года у студента Батрака Владимира Павловича или научного руководителя Стрельникова Вадима Ивановича.
В данной работе планируется:
1.Установить зависимость затрат на ремонт выработки от интенсивности смещений пород;
2.Установить величину затрат для каждого способа упрочнения массива пород вокруг выработки;
3.Установить природные условия (глубина работ, прочность пород) при которой данный способ управления состоянием массива экономически оправдан.
Список источников
1.Управление состоянием массива горных пород: учеб. пособ.для студ./ С.С. Гребёнкин, В.Н. Павлыш, В.Л. Самойлов,и др. – Донецк:”ВИК”, 2010.– 191 с.
2.Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Управление состоянием массива горных пород» для студентов горного направления всех форм обучения . /Сост.: В.Л. Самойлов, С.В. Подкопаев, В.Е. Нефедов, В.И. Стрельников, Н.Н. Малышева. Под ред. Самойлова В.Л.-Донецк:ДонНТУ,2013.-140с.
3.Технологические схемы снижения напряженного состояния породного массива вокруг капитальных горных выработок(взрывощелевая разгрузка)/Кошелев К.В., Стрельцов Е.В., Косков И.Г. и др.-Харьков-Донецк:ВНИИОМШС,1979.-35с.
4.Проскуряков Н.М. Управление состоянием массива горных пород: Учеб.для вузов. М.: Недра, 1991. – 386 с.
5.Стандарт Мінвуглепрому України «Підготовчі виробки на пологих пластах. Вибір кріплення, способів і засобів охорони» СОУ 10.1.00185790.011: 2007. – Київ, 2007. – 113 с.
6.Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. – Л.: ВНИМИ, 1986. – 222 с
7.В.Г. Горохов. Методологический анализ системотехники. – М.: Радио и связь, 1982. – 160 с.
8.Терещук Р.Н. Состояние и перспективы применения анкерной крепи //Научный вестник. - 2000. - №2. - С.6-9
9.Кошелев К.В. Охрана и ремонт горных выработок / Кошелев К.В., Петренко Ю.А., Новиков А.О. – М.: Недра, 1990. – 218
10.Роенко А.Н. Новый подход к исследованию явления пучения пород для обоснования мер борьбы с ним // Уголь Украины. – 1997. №2-3.- С. 20-22.