Макеев Игорь Николаевич

Горный факультет

Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых

Специальность «Разработка месторождений полезных ископаемых»

Сравнение методик прогнозирования состояния участковых горных выработок

Научный руководитель: д.т.н., проф. Гавриш Николай Николаевич

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, планируемые результаты
• 3. Обзор исследований и разработок
• Выводы
• Список источников

Введение

Важнейшим условием высокоэффективной и безопасной работы шахт является обеспечение рабочего состояния горных выработок с минимальными затратами на их проведение и поддержание.

Обеспечение рабочего состояния выработок в течении всего срока их службы становится более важным в связи с переходом горных работ на большие глубины и в более сложные горно-геологические условия. Но для таких случаев, научно-исследовательские работы и опыт шахт показали, что даже на больших глубинах в сложных горно-геологических условиях возможно обеспечить, как правило, безремонтное поддержание выработок со снижением затрат и потерь угля в целиках, при условии правильного выбора их расположения в массиве, способов и параметров охраны и средств поддержания на основе инженерных расчетов сдвижения массива, смещений пород в выработках и нагрузок на их крепь[1].

Для этого научно-исследовательскими институтами, (ВНИМИ, ДонУГИ и ДонНТУ), были составлены методики расчета смещения пород в горных выработках, что позволило изучить все факторы влияющие на смещение пород в горных выработках и их деформацию. Методики расчета предназначены для решения практических задач выбора рационального расположения, способа и параметров охраны и средств поддержания в рабочем состоянии в течении установленного срока службы всех вскрывающих, подготавливающих и примыкающих к очистным забоям подготовительных выработок на угольных шахтах.

1. Актуальность темы

Горное давление(г.д.), собирательное понятие в горной геомеханике, объединяющее совокупность силовых полей (напряжённых состояний), формирующихся в земных недрах вследствие естественных и производственных воздействий. Главным возбудителем г.д. служит гравитация; дополнительными возбудителями, имеющими разную распространённость, длительность и силу действия, являются геотектонические процессы, а также производственная деятельность по добыванию полезных ископаемых, строительству подземных и наземных сооружений. Непрерывно или скачкообразно перераспределяясь в породных массивах в силу различных причин, г. д. способно производить как разрушительную, так и полезную работу (например, по облегчению добычи полезных ископаемых). Явления, вызываемые г. д. (деформации, смещения и разрушения элементов породных массивов и земной поверхности, взаимодействие элементов массивов с инженерными сооружениями, в том числе нагружение крепей горных выработок), известны в технике под названием "проявления горного давления", целесообразное управление которыми представляет одну из важнейших практических задач горного производства и горной науки. Правильное расположение, проведение и поддержание горных выработок – средства эффективного местного регулирования г. д. которые находят широкое применение на шахтах (например, для борьбы с горными ударами за счёт опережающей выемки "защитных" пластов). Понятие г. д. возникло в 19 в. Учение об управлении г. д. нашло отражение в трудах М.М. Протодьяконова-старшего, П.М. Цимбаревича, В.Д. Слесарева и ряда др. советских исследователей. За границей существенные исследования проведены К. Бахом (Германия), Г. Шпакелером (ГДР), Р. Феннером (Чили), Ф. Мором (ФРГ), А. Лабасом (Бельгия) и др. Для крепления подготовительных выработок наибольшее распространение получили металлические арочные и кольцевые податливые рамные крепи. Податливые крепи способны под действием давления горных пород сокращать свои размеры, а следовательно, и поперечное сечение выработки в результате смещения элементов или их деформации при сохранении несущей способности и работоспособности конструкции. Элементы металлических податливых рам выполняют из спецпрофиля, соединяя их между собой внахлёстку с помощью хомутов и болтов; податливость крепи достигается за счёт скольжения элементов крепи в местах их соединения. Смешанные рамные крепи состоят из железобетонных пустотелых (трубчатых и прямоугольных) стоек и металлических верхняков, соединяемых при помощи подвесной скобы. Как самостоятельный вид крепи, особенно в горнорудной промышленности, в сочетании с рамными крепями используют анкерную крепь. Применяют (преимущественно на рудных шахтах) также жёсткие металлические крепи (трапециевидные, арочные и кольцевые) из двутавровых балок и бывших в употреблении рельсов с соединением элементов накладками и болтами с гайками, реже – с помощью специальных башмаков. Крепёжные рамы устанавливают в выработке обычно на расстоянии 0,5–1 м одна от другой. Кровля и бока выработки между рамами ограждаются т. н. затяжками – железобетонными плитами, металлическими решётками и сетками различных конструкций, досками, распилами. Деревянную рамную крепь (в т. ч. деревянные затяжки) в основном применяют в выработках небольшого сечения и с небольшим сроком службы (до 3–5 лет). Выработки со значительным сроком службы, как правило, закрепляются негорючими материалами (металлом, бетоном и т. д.). Рамы трапециевидной формы устанавливают обычно через 0,5–1 м (вразбежку) с закреплением кровли и боков выработки между рамами деревянными затяжками или всплошную. При давлении со стороны почвы выработки применяют замкнутые (полные) рамы с лежнем. Деревянная венцовая крепь, возводимая в подготовительных вертикальных и наклонных (свыше 45°) выработках небольшого сечения (шурфах, гезенках, скатах, сбойках и др.), бывает сплошная, когда венцы укладывают один на другой, и на стойках, когда между венцами устанавливаются стойки длиной 0,5–2 м. Венцы изготавливают из круглого леса или брусьев и соединяют между собой заделкой "в лапу", а стойки с венцами – обычно в паз. Однако имели место случаи разрушения рекомендованных крепей, например, в зонах тектонических нарушений на контактах геологических блоков. На одной и той же глубине в одних случаях деформации проявлялись в виде вывалов и разрушений кровли, в других – в разрушении и осыпании стенок выработки, пучении почвы. Это, а также отмечаемая зачастую ассиметричная форма вывалов в закрепленных выработках, уже ставило под сомнение правильность распространения существующих теоретических подходов на все возможные условия расположения горных выработок [5–6].

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью магистерской работы является сравнение методик (ВНИМИ, ДонУГИ и ДонНТУ), с реальными показаниями, и определить более точную из них.

3. Обзор исследований и разработок

В результате многочисленных экспериментальных и теоретических исследований, а также практикой ведения горных работ, были выявлены существенные недостатки рамно-арочных крепей: несоответствие податливости (300–500 мм) и несущей способности крепи (150–200 кН) соответствовать условиям поддержания выработок с высоким горным давлением и неустойчивыми боковыми породами; крепь не выдерживает давление боковых пород, так как по отношению к боковым нагрузкам имеет низкое сопротивление; крепь выдерживает большие нагрузки и максимальную податливость только в условиях, когда направление последней совпадает с направлением смещений пород; крепь не в состоянии сдерживать процессы расслоения и обрушения пород вокруг выработки; крепь обеспечивает только лишь защитную функцию свода выработки, не упрочняя его; крепление выработок весьма трудоемко, металлоемко и высокозатратно; крепь самостоятельно не обеспечивает удовлетворительного поддержания выработок и возникает необходимость применения дополнительных охранных сооружений [2–4].

Увеличение податливости крепи в сложных горно-геологических условиях не сняло вышеперечисленных недостатков, так как рамы из СВП обладают низкой несущей способностью. В результате разрушения породного массива увеличивается нагрузка на арочную крепь. При невысокой несущей способности крепи и достаточной податливости, разрушение пород не только не приостанавливается, но и усиливается.

Устойчивость штреков, поддерживаемых рамно-арочной крепью, при столбовой системе разработки и в условиях повышенного горного давления на больших глубинах, определяется формированием по длине выработки 5–ти основных зон напряженно-деформированного состояния породного массива, расположенных: вне зоны влияния очистных работ; в 60–70 м впереди лавы; в интервале 0–40 м позади лавы; в интервале 40–200 м позади лавы; свыше 200 м позади лавы.

В работе Л.Ф. Булата и В.В. Виноградова подчеркивается, что повсеместно применяемая традиционная технология поддерживающего и подпорного крепления выработок рамно-арочной крепью давно исчерпала свои возможности. Этот вывод основан на исследованиях 60–90 гг., которые показали, что никакая экономически целесообразная жесткая рамная крепь в выработках, проведенных в слабых и средней прочности горных породах на больших глубинах, не может противодействовать горному давлению, поэтому бороться с образованием зоны разрушения путем увеличения несущей способности крепи нецелесообразно.

Проблема обеспечения устойчивости подготовительных выработок выемочных участков является одной из основных проблем подземной разработки угольных пластов, без решения которой не возможны обеспечение безопасности горных работ и повышение технико-экономической эффективности эксплуатации угольных шахт. Научные исследования и практика работы шахт показывают, что при стоимости проведения и крепления 1 км подготовительных выработок в пределах от 5 до 9 млн грн., современным требованиям экономически эффективной и безопасной угледобычи на шахтах Украины, разрабатывающих пологие угольные пласты мощностью 0,85–2 м, наиболее полно отвечает технология сохранения выработок для повторного использования с помощью применения эффективных анкерных крепей, крепей усиления и искусственных охранных конструкций. Однако практика применения на шахтах, отрабатывающих пласты мощностью до 2–м в сложных горно–геологических условиях (большие глубины разработки, наличие зон повышенного горного давления, слоистые и трещиноватые породы непосредственной кровли и труднообрушающиеся породы основной кровли) существующих видов анкерных крепей и крепей усиления с рабочей несущей способностью 50–150 кН/м2, а также существующих охранных конструкций показала их недостаточную техническую и экономическую эффективность или безопасность применения. При выборе их параметров в соответствии с действующими нормативными документами состояние охраняемых выработок часто является неудовлетворительным. Неудовлетворительное состояние выработок ухудшает условия проветривания выемочных участков, снижает безопасность ведения горных работ, вызывает необходимость выполнения в них трудоемкого и дорогостоящего ремонта, что снижает нагрузки на очистные забои и в конечном итоге приводит к неэффективной работе шахт[7].

Выводы

С помощью прогнозирования деформаций горных выроботок, можно определить вид крепи, для лучшей её устойчивости.На примере этого многие предприятия используют именно тот вид крепи который наиболее подходит, при данных горно-геологических условий. В результате проведенных исследований появилась возможность сравнить методики прогнозирования состояния участковых выработок, и определить все достоинства и недостатки каждой из них.

Список источников

1. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. ВНИМИ, 1986 – 222 с
2. Мельников Н.И. Анкерная крепь [Текст] / Н.И. Мельников. – М.: Недра, 1980. – 252 с. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. – Изд. 4–е, дополненное. Л., 1986. – 222 с.
3. Стовпник С.Н. Анкерное усиление рамных крепей на шахтах западного Донбасса [Текст] / С.Н. Стовпник // Уголь Украины. – 2007. № s7 – 25 с
4. Евсеев В.С., Утрихин А.Н., Мурашев В.И. Определение предельной глубины применения анкерной крепи в подготовительных выработках // Уголь. – 1984 . – № 6. – С. 18–20.
5. А.Ф. Борзых, Е.П. Горовой, В.И.Радченко. Охрана наклонных подготовительных выработок путем их проведения вприсечку // Уголь Украины – 2001. – №6.–С. 7–9.
6. 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.
7. 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.