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:   || 2 |

Параметров двухуровневой анкернойкрепи для поддержания повторноиспользуемых выработок в условиях шахтвосточного донбасса

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПРИВАЛОВ АлександрАлександрович

Обоснование параметров

двухуровневой анкернойкрепи

для поддержания повторноиспользуемых выработок

в условиях шахтВосточного Донбасса

Специальность 25.00.22–«Геотехнология

(подземная, открытая,строительная)»

Автореферат

диссертации на соисканиеученой

степени кандидататехнических наук

г. Новочеркасск 2011г.

Работа выполнена в Шахтинскоминституте (филиале) Государственногообразовательного учреждения высшегопрофессионального образования«Южно-Российский государственныйтехнический университет (Новочеркасскийполитехнический институт)» на кафедре«Подземное, промышленное, гражданскоестроительство и строительныематериалы».

Научный руководитель– доктортехнических наук, профессор

СтраданченкоСергей Георгиевич

Официальныеоппоненты: доктор технических наук, доцент

СарычевВладимирИванович

кандидат техническихнаук

Коренной Юрий Петрович

Ведущая организация– ОАО«Научно-исследовательский
институт горной геомеханики имаркшейдерского дела – Межотраслевойнаучный центр ВНИМИ», г.Санкт-Петербург

Защита состоится 5 июля2011 г. в 1000 часовна заседании диссертационного совета Д212.304.07 при Южно-Российском государственномтехническом университете (Новочеркасскомполитехническом институте) по адресу: 346428,г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, ЮРГТУ(НПИ), аудитория 107, тел./факс: (863-52) 2-84-63, email:ngtu@novoch.ru.

С диссертацией можноознакомиться в библиотеке ЮРГТУ (НПИ)(г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132).

Авторефератразослан 3 июня 2011 г.

Ученыйсекретарь

диссертационногосовета Плешко Михаил Степанович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Актуальность работы.Проводимая реструктуризацияугольной промышленности РФпредусматривает закрытие нерентабельныхпредприятий с повышением эффективностиработы перспективных шахт и сохранениемсуществующих объемов добычи угля. Этобудет возможно при увеличении нагрузок наочистные забои до среднего мирового уровнядобычи из очистного забоя. Для обеспечениятакого уровня нагрузки на очистной забойего подвигание должно составлять 8-12 м/сут,а для воссоздания подготовленных запасовтемпы проведения подготовительныхвыработок должны быть не менее 15-25м/сут.

В современных условияхна шахтах Российской Федерации применяюттри схемы бесцеликовой технологии: ссохранением выработок для повторногоиспользования; с проведением новыхвыработок вприсечку к выработанномупространству; с проведением спаренныхвыработок с выемкой целика между нимисмежной лавой.

Наиболее прогрессивнойсхемой бесцеликовой технологии являетсятехнология подготовки и отработки пластовсохранением выемочных выработок награнице с выемочным пространством приотработке смежной лавы.

В настоящее времябесцеликовая технология разработкиугольных пластов с повторнымиспользованием выемочных выработокблагодаря ученым ВНИМИ, ИГД им. А.А.Скочинского, других отраслевых, учебных инаучно-исследовательских институтов, атакже большому объему шахтныхисследований и производственныхэкспериментов получила широкоеприменение на шахтах РФ, отрабатывающихпласты тонкие и средней мощности.

В последнее время внаучной и технической литературепоявились сведения об успешном применениианкерных крепей различных конструкций длякрепления подготовительных выработок.Однако наблюдаются, и довольно часто,случаи перекрепления и ремонтаподготовительных выработок. Вопросамрешения задач скоординированного методакрепления повторно используемых выработоки посвящена данная работа.

Диссертационная работавыполнена в рамках темы НИР 17.05«Исследование геомеханических процессовподземного пространства, влияние этихпроцессов на сопутствующие среды и земнуюповерхность», выполняемой в Шахтинскоминституте ЮРГТУ (НПИ) по заданиюФедерального агентства пообразованию.

Целью работы является научное обоснованиепараметров крепления и поддержанияповторно используемых выемочныхвыработок, закрепленных двухуровневойанкерной крепью, обеспечивающихкомпенсацию максимальных смещений пород взоне интенсивного горного давления ивоспроизводство фронта очистных работ прискорости его подвигания 8-12 м/сутки.

Идея работы состоит в том, что устойчивостьповторно используемых выработокобеспечивается созданием несущего слояпород путем применения двухуровневойанкерной крепи глубокого заложения ивысокой несущей способности в сочетании сусиливающей крепью.

Задачиисследований:

-установлениезакономерностей и количественныхпоказателей разрушения и смещения пород вкровле и боках выработок в различныепериоды их поддержания и определениеосновных причин неработоспособностиприменяемых видов крепей;

-определение параметрованкерной крепи повторно используемыхвыемочных выработок, обеспечивающихнадежное поддержание кровли и боков втечение всего срока службы без применениярамных крепей;

-разработка паспортовбезремонтного поддержания бесцеликовыхповторно используемых выработок длятиповых горно-геологическихусловий.

Методыисследований. В работеиспользован комплексный методисследований, включающий обобщение ианализ сведений, содержащихся влитературных и патентных источниках,экспериментальные шахтные и лабораторныеисследования в сочетании с аналитическимиметодами обработки их результатов.

Положения, защищаемые вдиссертации:

  1. Анкерная крепьвторого уровня, установленная в повторноиспользуемой выработке при смещенияхпород кровли до 50 мм после установкиосновной анкерной крепи, создает несущийслой пород, воспринимающий нагрузки отвышележащих деформированных пород кровли,которые возникают в зоне влияния очистныхработ, несущая способность которогоуменьшается с увеличением смещений вповторно используемой выработке.
  2. Снижение степенивлияния призмы сползания в боках повторноиспользуемых выработках, закрепленных какрамной, так и анкерной крепью, достигаетсяустановкой в них анкерной крепи с длинойстержня, определяемого прочностью боковыхпород, не превышающей 2,0 метра.
  3. Единый паспорткрепления, включающий двухуровневуюсталеполимерную анкерную крепь с длинойанкерного стержня 3,0 метра и более, усилиемзакрепления стержня в породе – 130-160 кН,определяющий последовательностьустановки сталеполимерной анкерной крепии первого и второго уровня с учетомпрочности вмещающих пород, пролетавыработки и коэффициентов обрушаемости иустойчивости обеспечивает устойчивоесостояние повторно используемыхвыработок, находящихся в зоне влиянияочистных работ.

Научная новизнаработы:

        1. Установлено, что винтервале времени до крепления выработокусиливающей анкерной крепью на любойстадии интенсивности горного давлениясмещения пород кровли не должны превышать50 мм; смещения 50, 100, 150, 200 мм ведут к снижениюнесущей способности консолидируемойсистемы «деформированные породы, прошитыеанкерными стержнями» на 10, 45, 55, 60 процентовсоответственно.
  1. Установлено, что засчет призм сползания в боках выработокпроисходит приращение пролета на величинуудвоенной величины смещения пород кровли всередине выработки и составляет 0,3-1,5 метра.Для устранения этих негативных явлений вбоках выработок устанавливаетсяанкерная крепь с длиной анкерного стержня,определяемой глубиной расположениявыработки и составляющей 2,2-5,2 метра, приэтом ширина зоны разрушения пород в бокахдля средних глубин в 2,0-2,5 раза, а на большихглубинах - в 1,5-2,0 раза меньше ширины призмысползания при условии, что разрушениепород происходит в условиях одноосногосжатия. На большем расстоянии породыпризмы сползания находятся в условияхобъемного сжатия, анкерные стержни длиной2,0 м и более, закрепленные в этой области,имеют величину усилия выдергивания 60-80 кН,обеспечивая при этом уменьшение смещенияпород в боках выработок до 200-250 мм.
  2. Установлено, чтоподатливая анкерная крепь второго уровняглубокого заложения с длиной анкерногостержня 3,0 и более метров в сочетании сосновной рамной или анкерной крепьюпредохраняет породы кровли отнеуправляемого процесса развитиядеформаций, замедляет процесс разрушениякровли, и в сочетании с усиливающимиподпорными стойками и охраннымиконструкциями обеспечивает безремонтнуюэксплуатацию повторно используемыхвыработок.

Достоверность и обоснованностьнаучных положений, выводов и рекомендацийподтверждаются использованием апробированныханалитических и экспериментальныхметодов, представительным объемом данных,полученных в лабораторных и натурныхусловиях (выполнены исследования намоделях из эквивалентных материалов сприменением численного метода МКЭ на 10замерных станциях в угольных шахтах),хорошей сходимостью расчетных ифактических параметров работы анкернойкрепи выработок.

Научное значениеработы состоит в полученииновых зависимостей взаимодействия системы«слоистый массив – двухуровневая податливая анкернаякрепь глубокого заложения» в повторноиспользуемых выработках.

Практическоеиспользование работы заключается в следующем:

1. Результаты работынашли применение при проектированиипаспортов крепления выработок проектнымиорганизациями и широко используются вучебном процессе, что отражено в учебныхпособиях.

2. Разработаны паспортаподдержания и крепления бесцеликовыхповторно используемых выработок на основедвухуровневой анкерной крепи и определеныих рациональные параметры для типичныхусловий угольных шахт России.

Реализацияработы. Результаты работыиспользованы при креплении кровлианкерной крепью на шахтах ОАО «Гуковуголь»и Донуголь».

Апробация.Основные результаты исследованийрассматривались на конференции «Неделягорняка», г. Москва, 2003, 2009 гг.; в институтеВНИМИ на совещании по применению анкернойкрепи на шахтах РФ, 2005 г.; на конференцииШахтинского института ЮРГТУ, Шахты, 2009 г.;на секции по горному давлению и горнымударам Ученого совета ВНИМИ(Санкт-Петербург, 2009 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7печатных работ, из которых 2 монографии, томчисле в изданиях, рекомендованныхВАК, - 3работы.

Объем и структурадиссертации.Диссертационная работа состоит извведения, четырех глав, заключения, спискалитературы из 81 наименования, приложения исодержит140 страниц машинописного текста, втом числе 4 таблиц и47 рисунков.

Основное СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросам креплениягорных выработок на больших глубинах, в томчисле и с применением анкерного крепления,было посвящено большое количество работ. Вкачестве основополагающих следуетотметить работы таких ученых, какСемевский В. Н., Широков А.П., Ардашев К.А.,Заславский Ю.З., Глушко В.Т., Кошелев К.Р.,Дружко Е.Б., Фисенко Г.Л, Зубов В.П.,Кравченко Г.И., Черняк И.Л., Тимофеев О.В.,Протосеня А.Г., Козел А.М., Лидер В.А., ШтумпфГ.Г., Борисовец В.А., Рева В.Н., Розенбаум М.А.,Райский В.В., Мельников Н.И. и др.

Однако, несмотря нанаучно-технический прогресс, задачаподдержания выработок при применениибесцеликовой технологии с повторнымиспользованием выемочных выработок нашахтах полностью не решена.

Проведенные шахтныеисследования показали, что при большихсмещениях пород в зоне опорного давленияпервой лавы и, особенно, в периодыподдержания выработок на границе свыработанным пространством происходиливырывания замков или разрывы штанг, чтоприводило к необходимости установкирамных крепей. Установка в таких условияхрамных крепей не всегда приводила кжелаемым результатам.

На угольных шахтах,начиная 1996 года, для крепления повторноиспользуемых выработок применяетсясталеполимерная анкерная крепь. В зоневлияния очистных работ устанавливаетсяусиливающая крепь в различных комбинациях.Однако объем выработок, гдеустанавливается дополнительная анкернаякрепь с длинной стержня 3,0 и более метров,незначителен. При проведении выработок внезоны влияния очистных работ параметрыанкерной крепи определяются для смещений 50мм. Как показали шахтные исследования,через 50-70 суток после проведения выработкисмещения в кровле достигают величин 65-90 мм.Высота зоны неупругих деформаций породкровли достигает значений 3-4 метра, чтотребует других параметров анкерной крепи.Несмотря на большой объем шахтныхизмерений и исследований, механизмвзаимодействия деформированных вмещающихпород и анкерной крепи остаетсянедостаточно изученным.

Исследование влиянияанкерной крепи, установленной в кровлювыработки, на деформирование пород кровлии установление влияния величин смещенийпри установке основной анкерной крепиосуществлялось на моделях изэквивалентных материалов. В сечении моделивыработки анкера в кровле устанавливалисьпосле придания слоистым породам кровлисмещений 0, 1, 2, 3, 4 мм, что соответствует вмасштабе 1:50 смещениям в натуресоответственно 0, 50,100, 150, 200 мм. Послеустановки анкерных стержней моделинагружались ступенчато до ее предельнойнагрузки. Диаграмма нагружения моделиприведена на рис. 1.

 Рис. 1. Диаграммапригрузки модели По мере ступенчатогонагружения -2

Рис. 1. Диаграммапригрузки модели

По мере ступенчатогонагружения кровли выработки делалисьэскизы характера деформируемых пород. Наэскизе модели без предварительногопрогиба, как и на других моделях, появилисьнезначительные трещины в результатепринудительного прогиба скрепленныханкерами пород. На модели с прогибом 4 мммежслоевые контакты ослабили массив дотакой степени, что последующее введениеанкерной крепи не обеспечивало совместнойработы слоеной кровли, а лишьспособствовало предотвращению просыпаниякусков породы в выработку.

Анализ результатов, полученных намоделях из эквивалентных материалов ишахтных измерений, показал, что основнаяанкерная крепь, установленная в кровлесразу после обнажения выработки,препятствует расслоению и сдвиговымдеформациям пород. Штанги крепи испытываютмаксимальные растягивающие усилия.Поэтому в выработках, пройденных даже внезоны влияния очистных работ, в отличие оттребований действующих нормативныхдокументов, должны устанавливатьсядемпфирующие элементы с конструктивнойподатливостью не менее 40 мм.

Повторно используемые выработки взоне влияния очистных работ крепятсядополнительной крепью. Существует дваварианта дополнительной усиливающейкрепи.

При выборе первого варианта крепиусиления гидравлические стойкиустанавливаются под подхваты. Присмещениях более 200 мм, слоистая породнаяконструкция, прижатая анкерными стержнямиосновной крепи, теряет свою несущуюспособность, а стойки усиления вместе сподпорными элементами удерживаютрасслоившиеся породы. В этой ситуациинередки обыгрывание подпорных элементов ивывалы породы в выработку, чтоподтверждается результатамимногочисленных наблюдений вшахтных условиях.

При выборе второго варианта в периодпроведения выработки устанавливаетсяпервый уровень анкерной крепи. Анкернаякрепь с длиной анкерного стержня винтервале 2,0-2,4 метра, обеспечиваетформирование упругой, слоистой породнойбалки. Второй уровень анкерной крепи сдлиной анкерного стержня 3,0 метра и болееустанавливается на расстоянии 0,1Н допервой лавы. При этом вариантепредусматривается снижение применениядополнительных подпорных гидравлическихстоек до 80 %.

Проведенные шахтные наблюденияпоказали, что при втором вариантекрепления повторно используемых выработокимеют место случаи установки подпорныхстоек в зоне влияния очистных работ. Дляустановления причин такого положениявыполнен комплекс исследований,включающий моделирование на моделях изэквивалентных материалов, шахтныеисследования, решение аналитических задачгеомеханики.

Проведенные шахтныеисследования показали, что анкерная крепьвторого уровня устанавливается в повторноиспользуемых выработках, имеющих в кровлеи боках деформированные породы.

Анализ зависимости, представленнойна рис. 1, показал, что слоистые породныетолщи кровли при увеличении смещенийтеряют свою несущую способность. Этообстоятельство необходимо учитывать прирасчете параметров анкерной крепи путемвведения коэффициента повышения несущейспособности крепи. Значение коэффициентаповышения несущей способности анкернойкрепи второго уровня составляет 1,1-1,6 ипринимается в зависимости от величинысмещения пород кровли в период междуустановкой анкерной крепи первого уровня иустановки анкерной крепи второго уровня.Применение коэффициента повышения несущейспособности анкерной крепи второго уровняпри определении параметров анкерной крепиподтверждается с исследованиями,представленными на рис. 2.

Консолидируемая несущаяспособность системы «слоистый массив–двухуровневая податливая анкерная крепьглубокого заложения» в значительнойстепени зависит от размеров призмсползания в боках выработки. Дляустановления механизма деформированияпород в боках выработок и определенияпараметров анкерной крепи,устанавливаемой в боках выработок,устанавливались усилие бокового распора идлина анкерного стержня:

. (1)

В уравнении (1) силыбокового распора ,вызывающие разрушение в боках выработок,определяется по выражению

, (2)

 Рис. 2. Зависимостьснижения несущей способности породнойтолщи от смещений-6

Рис. 2. Зависимостьснижения несущей способности породнойтолщи от смещений

где -коэффициент концентрации опорногодавления; - средний объемный весмассива; - глубина заложениявыработки от поверхности; -коэффициент бокового распора; - высота выработки.

Силы трения препятствуют отжиму разрушенныхпород в боках выработки и определяютсявыражением

, (3)

здесь -сопротивление крепи отжиму; - коэффициент трения пласта спородами кровли и почвы; -глубина зоны разрушенных пород в бокахвыработок; - мощностьразрушаемых пород в боках выработки.

Максимальное значение силы отжатыхпород в выработку определяется выражением

, (4)

здесь -объемный вес разрушенных пород в бокахвыработки.

После окончательных преобразованийтребуемое сопротивление анкерной крепи вбоках выработки можно определить поформуле

. (5)

В последнем случаеглубина зоны разрушения пластаопределяется по формуле

. (6)

Результаты расчетов поформулам (5,6) сведены в табл. 1.



Pages:   || 2 |
 





 
© 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.