авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Обоснование способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в условиях шахт оао суэк-кузбасс

-- [ Страница 2 ] --

Первая модель является базовой и представляет общие условия применения подготовки выемочных столбов парными выработками с анкерным креплением при отсутствии повышенных горизонтальных напряжений.

Вторая модель представляет условия шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс», для изучения процессов деформирования и разрушения кровли с анкерной крепью при охране участковых выработок целиками в условиях повышенных горизонтальных напряжений.

Первая модель исследована на стенде МФ-1, на котором нагружение модели осуществлялось вертикальной пригрузкой. Во второй модели (на поворотном стенде) нагружение осуществлялось как вертикальными так и горизонтальными силами. Пригрузка осуществлялась посредством электромеханических силовых элементов.

Напряжения в моделях регистрировались датчиками типа МДГ-3, подключенными к информационно-измерительной системе СИИТ-3, которая выводила данные на ЭВМ.

С учетом выбранного линейного масштаба моделирования 1:100, были подобраны эквивалентные материалы (ЭМ), обеспечивающие выполнение критериев подобия. Испытаны более 150 образцов и подобрана соответствующая рецептура ЭМ на основе мелкодисперсного кварцевого песка и эпоксидной смолы ДЭГ-1 c отвердителем - полиэтиленполиамином. Были учтены реальные прочностные характеристики углей и пород с учетом результатов испытаний образцов угольного пласта и вмещающих пород и средних коэффициентов структурного ослабления (для перехода от показателя прочности в образце к прочности в массиве).

Объектом исследований являлись подземные горные выработки, закрепленные штанговой анкерной крепью при парной подготовке. Ширина выработок 5 м, ширина целика 15 м. Длина штанговых анкеров 2 м.

Целью лабораторных исследований являлось установление закономерностей деформирования и разрушения горных пород в окрестности участковых выработок, охраняемых целиками на глубинах до 300 метров при повышенных горизонтальных напряжениях, действующих в массиве.

По результатам физического моделирования было проанализировано распределение вертикальных напряжений в нижнем слое непосредственной кровли по этапам горных работ и в графической форме представлено на рис. 2. То же, для горизонтальных напряжений представлено на рис. 3.

Учтены следующие этапы горных работ: I – пройдены оба штрека; II – подход правой лавы; III – подход левой лавы.

Рис. 2 – Распределение концентраций вертикальных напряжений в кровле пласта при различных этапах ведения горных работ

Рис. 3 – Распределение концентраций горизонтальных напряжений в кровле пласта над целиком при различных этапах ведения горных работ

Установленные на моделях формы и параметры разрушений пород кровли участковых выработок соответствуют результатам, полученным натурными наблюдениями в выработках шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс», причем зависимость положения огибающей зоны расслоения в кровле участковой подготовительной выработки от величины действующих горизонтальных напряжений имеет вид:

, (2)

где hm – высота расслоения в относительных мощностях пласта, арасч  – расчетная ширина участковой выработки, м; х – отношение текущей координаты к ширине выработки; k – масштабный параметр для перевода физической модели на натуру, k=2-2,5.

Рис. 4 – Форма и параметры расслоения в кровле участковой подготовительной выработки, закрепленной штанговыми анкерами: 1 и 1 - огибающая и угол огибающей зоны расслоения при ; 2 и 2 - огибающая и угол огибающей зоны расслоения при ; hm – высота расслоения в относительных мощностях пласта.

Зона расслоения в условиях распространяется под углом 1= 65-75 на высоту 0,8 мощности пласта (рис. 4). Зона расслоения в условиях распространяется под углом 2 = 80-90 на высоту двух мощностей пласта.

Анализ результатов шахтных и лабораторных исследований показал, что к числу факторов, оказывающих существенное влияние на состояние участковых выработок, относятся: величина горизонтальных напряжений, состояние боков междуштрекового целика, характер деформирования нижних слоев непосредственной кровли, укрепленных штанговыми анкерами.

Полученные результаты позволяют обоснованно подойти к выбору параметров обеспечения устойчивости и усовершенствованию действующих методик расчета анкерной крепи выработок при парной подготовке.

3. Для обеспечения устойчивого состояния участковых выработок, охраняемых целиком, необходимо устанавливать канатные анкера, закрепленные вне контура расслоения, геометрия которого зависит от геологических и технологических факторов.

Как показали натурные и лабораторные исследования, при расчете параметров анкерного крепления необходимо учитывать:

- влияние повышенных горизонтальных напряжений на процессы деформирования и разрушения контура участковой подготовительной выработки зависит от взаимной ориентации такой выработки и максимального главного горизонтального напряжения;

- наличие характерных для повышенных горизонтальных напряжений проявлений горного давления: заколы в кровле; отжим в боках выработки на всю мощность пласта; обыгрывание анкерной крепи; обрушение (блоками) закрепленной анкерами пород непосредственной кровли;

- обрушение кровли выработки на высоту более высоты свода естественного равновесия;

- изменение условий деформирования и разрушения контура выработки в зоне опорного давления второй лавы: увеличение глубины отжима и возникновение заколов до начала отжима в целике.

Опыт отработки пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» показал, что не обеспечивается устойчивое состояние крепи выработок, закрепленных анкерной крепью уже при проходе первой лавы.

Результаты шахтных и лабораторных выполненных в работе исследований дали основание для анализа условий деформирования пород кровли, закрепленных штанговыми и канатными анкерами применить расчетный метод теории плоского изгиба однопролетных балок, защемленных на опорах. Такими опорами являются околоштрековые целики, а местом защемления – точки максимума опорного давления (рис. 5).

Рис. 5 - Графики концентраций напряжений: I – этап – пройдены два штрека; II и III – этапы – подход лав с правой и левой сторон

Максимальный изгибающий момент на опорах в закрепленных анкерами слоях непосредственной кровли от совместного влияния вертикальных (q и R) и горизонтальной сил Т, может быть определен по формуле:

, (3)

где q - равномерно распределенная нагрузка от собственного веса балки, кН; а – эффективная ширина выработки, м; - прогиб балки под действием равномерно распределенной нагрузки q, мм; х - горизонтальные напряжения, МПа; mн.к. - мощность непосредственной кровли, м; - угол между направлением выработки и максимальным главным горизонтальным напряжением, градус; R – сила реакции канатных анкеров, кН.

Полная длина канатного анкера определяется по формуле:

, (4)

где hm – высота зоны расслоения в относительных мощностях пласта; mпл – мощность пласта, м; l1 – длина части анкера, выступающая за контур выработки, l1 = 0,15 м; l2 – величина заглубления анкера за контур зоны обрушения, l2 =1,1 м.

Расчетная ширина выработки при отсутствии анкеров в бортах определяется по формуле:

арасч.о = апр + 2а1 + а2 (5)

где апр – проектная ширина выработки, м; а1 - зона активного отжима, м; а2 - зона предельного состояния (характеризуется паспортом прочности), м.

Определение расчетной ширины выработки, необходимой для определения параметров паспортов крепления, при креплении боков без затяжки и с затяжкой соответственно:

арасч.б. = апр + kmt (6)

арасч.з.= апр + kо (7)

где t – время отработки выемочного столба, месяцы; k = 0,02 – скорость развитие отжима во времени, м/мес; m – мощность пласта, м; kо= 0,5 – суммарная величина отжима в боках закрепленной выработки, м.

Для определения числа канатных анкеров в ряду на 1 м выработки в зависимости от величины эффективного пролета участковой подготовительной выработки и мощности пачки слоев непосредственной кровли, закрепленной сталеполимерными анкерами при угле  =0-90° разработаны номограммы рис. 6.

В работе в результате обработки шахтных и лабораторных исследований представлены рекомендации к корректировке действующих паспортов крепления на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

 Рис. 6-Номограмма для определения числа канатных анкеров в зависимости от расчетная-13

Рис. 6-Номограмма для определения числа канатных анкеров в зависимости от расчетная ширина участковой выработки и мощности пачки слоев закрепленной канатными анкерами: mнк – мощность пакета слоев, непосредственной кровли, скрепленной анкерами, м; арасч – расчетная ширина выработки с учетом зон отжима, м; R – необходимое усилие канатных анкеров, кН; Nанк – количество анкеров, устанавливаемых на 1 м выработки, кН.

В работе предложены схемы расположения участковых подготовительных выработок относительно направления главных максимальных горизонтальных напряжений, позволяющие уже на стадии проектирования получить информацию о возможном количестве нарушений и вносить поправку в паспорта крепления участковых подготовительных выработок анкерной крепью.

Использование разработанных рекомендаций по совершенствованию паспортов крепления в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» позволит повысить эффективность отработки угольных пластов длинными столбами по простиранию, за счет увеличения нагрузки на очистной забой и получить предполагаемый экономический эффект до 260 млн. рублей на выемочный столб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок при парной подготовке.

Основные научные результаты и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Установлено, что при подготовке парными выработками в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» для обоснования способов обеспечения устойчивости выработок необходимо учитывать влияние горизонтальных напряжений на деформирование и разрушение контура выработок.

2. Установлено существенное влияние расположения участковых подготовительных выработок относительно направления действующих максимальных главных горизонтальных напряжений на деформирование и разрушение контура этих выработок.

3. Разработана методика моделирования процессов деформирования и разрушения вмещающих пород в окрестности штреков, расположенных в поле повышенных горизонтальных напряжений.

4. Установлено, что под действием повышенных горизонтальных напряжений деформирование и разрушение выработок сопровождается: интенсивным заколообразованием по всей длине выработки; существенным увеличением высоты зоны разрушения пород в кровле выработок; плитообразным отжимом с потерей устойчивости слоев заанкерованной кровли.

5. Обеспечить устойчивость кровли участковых выработок при парной подготовке в условиях высоких горизонтальных напряжений возможно установкой полимерных анкеров в бока выработок для предотвращения отжима и канатных анкеров в кровлю с заложением замка вне зоны деформирования и разрушения, определяемые по разработанной методике.

6. Использование разработанных рекомендаций по совершенствованию паспортов крепления в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» позволит повысить эффективность отработки угольных пластов длинными столбами по простиранию за счет увеличения нагрузки на очистной забой и получить предполагаемый экономический эффект до 260 млн. рублей на выемочный столб.

На предлагаемые в работе новые технические решения по исследованию работы анкерной крепи получен патент на изобретение.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

  1. Ромашкевич А.А. Расчет параметров паспорта крепления подготовительных выработок канатными анкерами в условиях ш. «ВОРКУТА» // Записки Горного института. Т. 172, 2007 г., СПб.: СПГГИ (ТУ), с. 39-42.
  2. Ромашкевич А.А. Обоснование крепления подготовительных выработок сочетанием штанговых и канатных анкерных крепей / Ромашкевич А.А., Шик В.М. // Записки Горного института. Т. 180, 2009 г., СПб.: СПГГИ (ТУ), с. 18-20.
  3. Патент на изобретение № 2368785 Российской Федерации, МПК7 Е 21 D 11/00 Способ исследования работы анкерной крепи на моделях из эквивалентных материалов и устройство для его реализации / Шик В.М., Зуев Б.Ю., Ромашкевич А.А., Лодус Е.В. Опубликовано: 27.09.2009 Бюл. №27.
  4. Ромашкевич А.А. Применение канатных анкеров для крепления подготовительных выработок // Материалы 5-ой межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения». Т. 16, № 1, 2007 г., Воркута, ВГИ, с. 61-64.
  5. Ромашкевич А.А., Коршунов Г.И. Крепление сопряжений с учетом влияния горизонтальных напряжений // Труды 6-ой межрегиональной научно практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения». Т. 1, апрель 2008 г., г. Воркута, ВГИ, с. 157 - 160.


Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.