Реферат за темою випускної роботи
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
- 3. Огляд досліджень та розробок
- Висновки
- Список джерел
Вступ
Найважливішою умовою високоефективної та безпечної роботи шахт є забезпечення робочого стану гірничих виробок з мінімальними витратами на їх проведення і підтримку.
Забезпечення робочого стану виробок протягом всього терміну їх служби стає більш важливим у зв'язку з переходом гірничих робіт на великі глибини і в більш складні гірничо-геологічні умови. Але для таких випадків, науково-дослідні роботи і досвід шахт показали, що навіть на великих глибинах, у складних гірничо-геологічних умовах можливо забезпечити, як правило, безремонтне підтримання виробок із зниженням витрат і втрат вугілля в ціликах, за умови правильного вибору їх розташування в масиві, способів і параметрів охорони, і засобів підтримки на основі інженерних розрахунків зсування масиву, зсувів порід у виробках і навантажень на їх кріплення [1].
Для цього науково-дослідними інститутами (ВНІМІ, ДонВУГІ та ДонНТУ), були складені методики розрахунку зміщення порід у гірничих виробках, що дозволило вивчити всі фактори, які впливають на зміщення порід у гірничих виробках та їх деформацію. Методики розрахунку призначені для вирішення практичних задач, вибору раціонального розташування, способу і параметрів охорони і засобів підтримки в робочому стані протягом встановленого терміну служби всіх розкриваючих, підготовлюючих і прилеглих до очисних вибою виробок на вугільних шахтах.
1. Актуальність теми
Гірський тиск (г. т), збірне поняття в гірській геомеханіці, що об'єднує сукупність силових полів (напружених станів), що формуються в земних надрах внаслідок природних і
виробничих впливів. Головним збудником г. т. служить гравітація; додатковими збудниками є геотектонічні процеси,
а також виробнича діяльність з добування корисних копалин, будівництва підземних і наземних споруд. Безперервно або стрибкоподібно перерозподіляючись в породних масивах ,
в силу різних причин, г. т. здатний виробляти як руйнівну, так і корисну роботу (наприклад, щодо полегшення видобутку корисних копалин). Явища, що викликаються г. т.
(деформації, зміщення і руйнування елементів породних масивів і земної поверхні, взаємодія елементів масивів з інженерними спорудами, в тому числі нагруження кріплення
гірничих виробок), відомі в техніці під назвою прояви гірничого тиску
, доцільне управління якими представляє одну з найважливіших практичних завдань гірничого виробництва
та гірничої науки. Правильне розташування, проведення та підтримання гірничих виробок – користь ефективного місцевого регулювання г. т. які знаходять широке застосування на
шахтах (наприклад, для боротьби з гірськими ударами за рахунок випереджає виїмки захисних
пластів). Поняття г. т. виникло в 19 ст. Вчення про управління г. т. знайшло відображення в
працях М.М. Протодьяконова-старшого, П.М. Цімбаревіча, В.Д. Слєсарьова і ряду інших радянських дослідників. За кордоном істотні дослідження проведені К. Бахом (Німеччина),
Г. Шпакелером (ГДР), Р. Феннером (Чилі), Ф. Мором (ФРН), А. Лабасом (Бельгія) та ін.
Для кріплення підготовчих виробок найбільшого поширення набули металеві арочні і кільцеві податливі рамні кріплення. Податливі кріплення здатні під дією тиску гірських порід
скорочувати свої розміри, а отже, і поперечний переріз виробки в результаті зсуву елементів або їх деформації при збереженні несучої здатності і працездатності конструкції.
Елементи металевих податливих рам виконують із спецпрофілю, з'єднуючи їх між собою внахлестку за допомогою хомутів і болтів; податливість кріплення досягається за рахунок
ковзання елементів кріплення в місцях їх з'єднання. Змішані рамні кріплення складаються із залізобетонних порожнистих (трубчастих і прямокутних) стійок і металевих верхняків,
що з'єднуються за допомогою підвісної скоби. Як самостійний вид кріплення, особливо в гірничорудній промисловості, у поєднанні з рамними кріпленнями використовують анкерне кріплення.
Застосовують (переважно на рудних шахтах) також жорсткі металеві кріплення (трапецієподібні, арочні і кільцеві) з двотаврових балок і вживаних рейок із з'єднанням елементів
накладками і болтами з гайками, рідше – за допомогою спеціальних черевиків. Кріпильні рами встановлюють у виробленні зазвичай на відстані 0,5–1 м одна від одної.
Покрівля і боки вироблення між рамами захищаються т. н. затяжками – залізобетонними плитами, металевими гратами і сітками різних конструкцій, дошками, распилами.
Дерев'яне рамне кріплення (в т. ч. дерев'яні затяжки) в основному застосовують у виробках невеликого перерізу і з невеликим терміном служби (до 3–5 років).
Виробки із значним терміном служби, як правило, закріплюються негорючими матеріалами (металом, бетоном і т. д.). Рами трапецієподібної форми встановлюють зазвичай через
0,5–1 м (врозбіжку) із закріпленням покрівлі і боків вироблення між рамами дерев'яними затяжками або суцільно. При тиску з боку грунту вироблення застосовують замкнуті
(повні) рами з лежнем. Дерев'яне венцове кріплення, що зводиться в підготовчих вертикальних і похилих (понад 45°) виробках невеликого перерізу (шурфах, гезенках, скатах, збійках тощо),
буває суцільна, коли вінці укладають один на інший, і на стійках, коли між вінцями встановлюються стійки довжиною 0,5–2 м. Вінці виготовляють з круглого лісу або
брусів і сполучають між собою закладенням в лапу
, а стійки з вінцями – зазвичай в паз.
Однак мали місце випадки руйнування рекомендованих кріплень, наприклад, в зонах тектонічних порушень на контактах геологічних блоків. На одній і тій же глибині в одних випадках
деформації проявлялися у вигляді вивалів і руйнувань покрівлі, в інших – в руйнуванні і осипанні стінок виробки, підніманні грунту. Це, а також відзначається найчастіше ассіметрична
форма вивалів в закріплених виробках, вже ставило під сумнів правильність поширення існуючих теоретичних підходів на всі можливі умови розташування гірських виробок [5–6].
2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати
Метою магістерської роботи є порівняння методик (ВНІМІ, ДонВУГІ та ДонНТУ), з реальними показниками, і визначити більш точну з них.
3. Огляд досліджень та розробок
В результаті численних експериментальних і теоретичних досліджень, а також практикою ведення гірських робіт були виявлені істотні недоліки рамно–арочних кріплень: невідповідність податливості(300–500 мм) і несущої здатності кріплення (150–200 кН), не відповіднысть умовам підтримки виробок з високим гірським тиском і нестійкими бічними породами. Кріплення не витримує тиск бічних порід, оскільки по відношенню до бічних навантажень має низький опір; кріплення витримує великі навантаження і максимальну податливість тільки в умовах, коли напрям останньою співпадає з напрямом зміщень порід. Кріплення не в змозі стримувати процеси розшарування і обвалення порід навколо вироблення. Кріплення забезпечує тільки захисну функцію зведення вироблення, не зміцнюючи його; кріплення вироблень дуже трудомістке, металоємне і высокозатратно; кріплення самостійно не забезпечує задовільної підтримки вироблень і виникає необхідність застосування додаткових охоронних споруд [2–4].
Збільшення податливості кріплення в складних гірничо-геологічних умовах не зняло вищеперелічених недоліків, оскільки рами зі СВП мають низьку несучу здатність. В результаті руйнування порідного масиву збільшується навантаження на арочне кріплення. При невисокій здатності кріплення і достатньої податливості, що несе, руйнування порід не лише не призупиняється, але і посилюється.
Стійкість штреків, підтримуваних рамно-арочним кріпленням, при стовповій системі розробки і в умовах підвищеного гірського тиску на великих глибинах, визначається формуванням по довжині вироблення 5-ти основних зон напружено-деформованого стану порідного масиву, розташованих: поза зоною впливу очисних робіт; у 60–70 м попереду лави; у інтервалі 0–40 м позаду лави; у інтервалі 40–200 м позаду лави; понад 200 м позаду лави.
У роботі Л.Ф. Булату і В.В. Виноградова підкреслюється, що всюди вживана традиційна технологія підтримувального і підпірного кріплення вироблень рамно-арочним кріпленням давно вичерпала свої можливості. Це виведення обгрунтоване на дослідженнях 60–90 рр., які показали, що ніяке економічно доцільне жорстке рамне кріплення у виробках, проведених в слабких і середній міцності гірських породах на великих глибинах, не може протидіяти гірському тиску, тому боротися з утворенням зони руйнування шляхом збільшення несучої здатності кріплення недоцільно.
Рис. 1.Схема встановки стійки посилення(анімація, 6 кадра, 5 повторень, розмір 85,2 КБ)
Рис. 2.Стан виробок на досліджуваній шахті а) і б) Випробування кріплення КМП–АП3 із замковими з'єднаннями ЗШ.000 на стенді Донецького науково-дослідного вугільного інституту(ДонВУГІ)
Проблема забезпечення стійкості підготовчих виробок виїмкових дільниць є однією з основних проблем підземної розробки вугільних пластів, без вирішення якої не можливе забезпечення безпеки гірничих робіт та підвищення техніко-економічної ефективності експлуатації вугільних шахт. Наукові дослідження та практика роботи шахт показують, що при вартості проведення та кріплення 1 км підготовчих виробок в межах від 5 до 9 млн грн. сучасним вимогам економічно ефективної та безпечної вуглевидобутку на шахтах України, що розробляють пологі вугільні пласти потужністю 0,85–2 м, найбільш повно відповідає технологія збереження виробок для повторного використання за допомогою застосування ефективних анкерних кріплень, кріплень посилення і штучних охоронних конструкцій. Однак практика застосування на шахтах, що відпрацьовують пласти потужністю до 2 м в складних гірничо-геологічних умовах (великі глибини розробки, наявність зон підвищеного гірничого тиску, шаруваті і тріщинуваті породи безпосередньої покрівлі і тяжкообрушуючи породи основної крівлі) існуючих видів анкерних кріплень і кріплень посилення з робочою несучою здатністю 50–150 кН/м2, а також існуючих охоронних конструкцій показала їх недостатню технічну та економічну ефективність чи безпечність застосування. При виборі їх параметрів відповідно до діючих нормативних документів стан охоронюваних виробок часто є незадовільним. Незадовільний стан виробок погіршує умови провітрювання виїмкових дільниць, знижує безпеку ведення гірничих робіт, викликає необхідність виконання в них трудомісткого і дорогого ремонту, що знижує навантаження на очисні вибої і в кінцевому підсумку призводить до неефективної роботи шахт [7].
Висновки
За допомогою прогнозування деформацій гірських виробок, можна визначити вид кріплення, для кращої її стійкості. На прикладі цього багато підприємств використовують саме той вид кріплення, який найбільш підходить, для їхніх гірничо-геологічних умов. В результаті проведених досліджень з'явилася можливість порівняти методики прогнозування стану дільничних виробок, і визначити всі гідності і недоліки кожної з них.
- Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. ВНИМИ, 1986 – 222 с
- 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.
- Стовпник С.Н. Анкерное усиление рамных крепей на шахтах западного Донбасса [Текст] / С.Н. Стовпник // Уголь Украины. – 2007. № s7 – 25 с
- Евсеев В.С., Утрихин А.Н., Мурашев В.И. Определение предельной глубины применения анкерной крепи в подготовительных выработках // Уголь. – 1984 . – № 6. – С. 18–20.
- А.Ф. Борзых, Е.П. Горовой, В.И.Радченко. Охрана наклонных подготовительных выработок путем их проведения вприсечку // Уголь Украины – 2001. – №6.–С. 7–9.
- 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.
- 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.