Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Крепление — один из основных способов сохранения устойчивости горных выработок. В Донбассе не менее 90% протяженности поддерживаемых выработок закреплено податливыми металлическими арками из спецпрофиля. На глубинах более 600 м преобладают тяжелые арки из взаимозаменяемых профилей СВП. На больших глубинах разрушение пород вокруг пройденных выработок неизбежно вследствие совместного действия многих факторов: высоких напряжений, малой прочности пород, влияния очистных работ. Смещения пород развиваются не только со стороны кровли и боков выработок, но и со стороны их открытой почвы (не закреплена). По периметру арок давление окружающих пород распределяется не равномерно.

1. Актуальность темы

Проводя конвейерные штреки  на большой глубине, сталкиваются  с проблемой, что стальные арочные крепи не выдерживают высокого напряжения, и происходит смещение пород, выработке требуется ремонт, с большими денежными и временными затратами. Поэтому, исследования и разработка новых технологий поддержания конвейерных штреков в условиях глубоких шахт является актуальной.

2. Цель исследования

Целью данной  работы является обоснование новых технологий обеспечения устойчивости стальных арочных крепей, поэтому был предложен новый способ управления геомеханическим состоянием дискретного породного массива, обеспечивающий устойчивость подготовительных выработок глубоких шахт при сплошной системе разработки. Поддержание выработок в зоне влияния очистных работ обеспечивается за счет создания распорных грузонесущих зон в кровле выработки при использовании продольно-балочной консолидации копмлектов основной крепи.

3. Апробация нового технологического решения.

Исследования особенностей поддержания конвейерных выработок глубоких шахт в зоне интенсивного влияния горного давления, позволили установить, что продольно-жесткая консолидация комплектов арочной крепи при соединении их одинарными или двойными балками из двутавра или специальных профилей СВП-27 и СВП-33 обеспечивает благоприятные условия эксплуатации крепи и снижение вертикальных и горизонтальных смещений породного контура в различных зонах поддержания выработок[1].

В конвейерном штреке 11-й восточной лавы пласта k3 шахты «Коммунарская» ПАО «Шахтоуправление «Донбасс» были выполнены исследования по оценке эффективности применения продольно-поперечной консолидации комплектов металлической крепи. Конвейерный штрек проводился проходческим комбайном КСП-32 с опережение лавы не менее 30,0 м (рис. 1).

Схема расположения 11-й восточной лавы пласта k3  на плане горных выработок

Рис. 1. Схема расположения 11-й восточной лавы пласта k3  на плане горных выработок

В качестве основной крепи конвейерного штрека применялась металлическая овоидная крепь КМП-А5КМ-12,8 с плотностью установки рам крепи по простиранию пласта 1,74 рам/м. Охрана конвейерного штрека осуществлялась за счет возведения жесткой опорной полосы из породных полублоков с шириной полосы по падению пласта 2,0 м [2] (рис. 2).

Схема сопряжения транспортного штрека с 11-й восточной лавой пласта k3

Рис. 2. Схема сопряжения транспортного штрека с 11-й восточной лавой пласта k3

Для проведения наблюдений за смещениями боковых пород на контуре выработки в конвейерном штреке 11-й восточной лавы пласта k3 на контрольном и трех экспериментальных участках длиной по 40 м, были сооружены контурные наблюдательные станции[3] (рис. 4).

На контрольном участке применялся традиционный способ крепления выработки арочной податливой крепью КМП-А5 с асимметричным расположением замков основной крепи и установкой перед и вслед за лавой металлических индивидуальных стоек крепи усиления из двух отрезков специального профиля СВП-27[4].

На первом экспериментальном участке конвейерного штрека 11-й восточной лавы пласта k3 комплекты арочной податливой крепи КМП-А5 были связаны одинарной продольно-балочной крепью усиления (ПБКУ)[5], которая устанавливалась в проходческом забое с отставанием от него до 4 м.

Смещение пород кровли и почвы в выработке

Рис. 3. Смещение пород кровли и почвы в выработке

(анимация: обьем — 52 КБ; размер — 250x170; количество кадров — 4; число циклов повторения — 5; задержка между кадрами — 1 с)

Продольная балка из спецпрофиля СВП-27 подвешивалась по центру выработки к верхнякам каждой рамы крепи с помощью двух длинных металлических крючьев с диаметром поперечного сечения 0,024 м, одной металлической планки и двух гаек[6] (рис. 4). Отрезки балки длиной по 4,0 м соединялись между собой внахлест на 0,2 м двумя хомутами М24.

На втором экспериментальном участке конвейерного штрека комплекты овоидной (шатровой) податливой крепи КМП-А5КМ-12,8 были связаны одинарной продольно-балочной крепью усиления из отрезков спецпрофиля СВП-27, которая устанавливалась аналогично первому участку[7].

На третьем экспериментальном участке конвейерного штрека комплекты овоидной (шатровой) крепи были усилены двойной продольно-балочной крепью. Вертикальная балка устанавливалась аналогично первому и второму экспериментальным участкам, а дополнительная балка подвешивалась к стойке крепи со стороны лавы на расстоянии 0,3 м ниже замков крепи, что было обусловлено интенсивными смещениями пород непосредственной кровли при посадке основной кровли и постепенным набором несущей способности опорными полосами, сооружаемыми на бровке лавы.

Схема наблюдения смещения боковых пород

Рис. 4. Схема наблюдения смещения боковых пород.

На Рис. 5 представлены графики смещения боковых пород на контуре конвейерного штрека при разных способах его поддержания.

На контрольном участке не связанные продольной балкой комплекты крепи в силу их обособленной работы раньше воспринимают повышенную нагрузку и поодиночке интенсивно деформируются с разрушением элементов крепи[8].

Применение продольно-балочной крепи усиления с асимметричным расположение замков основной крепи и одинарной продольно-балочной связью комплектов крепи позволило снизить величину вертикальных смещений на 0,77 м или в 1,6 раза по сравнению с шахтным вариантом без применения усиливающей крепи (рис. 5). При использовании одинарной и двойной ПБКУ с симметричным расположением замков вертикальные смещений были снижены соответственно на 1,1 и 1,37 м или в 2,25 и 3,26 раза[9]. При этом максимальные значения скоростей смещений уменьшаются с увеличением жесткости крепи усиления, а их месторасположение смещается в сторону выработанного пространства.

Графики зависимостей вертикальных и горизонтальных смещений

Рис. 5. Графики зависимостей вертикальных (1, 2, 3, 4) и горизонтальных (11, 21, 31, 41) смещений и скоростей смещений пород кровли в конвейерных штреке от расстояния до лавы: 1 – при традиционной технологии поддержания выработки; 2 – при использовании одинарной продольно-балочной крепи с асимметричными замками; 3 и 4 при использовании соответственно одинарной и двухбалочной крепи усиления с симметричными замками.

Выводы

Таким образом, в результате проведенных шахтных наблюдений установлено, что применение продольно-балочной связи комплектов основной крепи позволяет обеспечить их работоспособное состояние как на сопряжении с очистным забоем, так и в зоне влияния выработанного пространства. Продольно-поперечная устойчивость рам основной крепи обеспечивается за счет связи комплектов крепи жесткими продольными балками, перераспределяющими повышенную нагрузку между перегруженными и недогруженными комплектами крепи и устраняющими их разворот и перекос по длине выработки.

Список источников

  1. Заславский Ю.З. Исследование проявлений горного давления в капитальных выработках глубоких шахт Донецкого бассейна. М.: Недра, 1966. – 180с.
  2. Литвинский Г.Г., Гайко Г.И., Кулдыркаев М.И. Стальные рамные крепи горных выработок. – К.: Техника, 1999. – 216 с.
  3. Бабиюк Г.В. Управление надежностью горных выработок: монография / Г. В. Бабиюк. – Донецк: «Світ книги», 2012. – 420 с.
  4. Черняк И.Л., Ярунин С.А. Управление состоянием массива горных пород. М.: Недра, 1995. – 395 с.
  5. О. Якоби. Практика управления горным давлением. М.: Недра, 1987. – 566 с.
  6. Соловьёв Г.И. Определение параметров силового взаимодействия арочной крепи и жесткой продольной балки // Вісті Донецького гірничого інституту, № 2, 2005 р., C. 90-100.
  7. Соловьёв Г.И. О результатах опытно-промышленной проверки эффективности способа продольно-жесткого усиления арочной крепи выемочных выработок глубоких шахт // Геотехнічна механіка: Міжвід. збірн. наук. праць / ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України. - Дніпропетровськ. 2005. – Вип.61. С. 274-284.
  8. Соловьёв Г.И. Особенности физической модели самоорганизации боковых пород на контуре выемочной выработки при продольно-жестком усилении арочной крепи // Науковий вісник НГУ, Дніпропетровськ. 2006, № 1. С. 11-18.
  9. Соловьёв Г.И. О влиянии продольно-балочной связи рам податливой крепи по длине выемочной выработки на работу замковых соединений / Соловьёв Г.И., Голембиевский П.П., Мороз О.К., Кавера А.Л., Шелепа А.А. // Научные материалы международной конференции “ХI Szkola geomechaniki”. Гливице - Устронь. 15-18 октября 2013 г. С. 1-8.