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 ||

Эффективныхспособов борьбыс пучением пород почвы в подготовительных выработкахугольных шахт

-- [ Страница 2 ] --

Первичное разрушениеосадочных скальных пород связано,во-первых, с тем, что ихследует рассматривать как сплошную среду споверхностями напластования (в аргиллитах от 0,5 до1 м, валевролитах от 0,3 до 1,5 м и песчаниках от 1 до2 м), побольшинству из которых сцепление и уголвнутреннего трения не превышают соответственно 0,100,20 МПа и 1518°. Во-вторых, под краевой частьюпласта вертикальные и горизонтальныенапряжения отклоняются на угол = 1520°, что приводит квозникновению по поверхностямнапластования касательных напряжений.Следовательно, по поверхностямнапластования сдвиг и расслоение пород впочве будут происходить на глубинах,определяемых уравнением

. (8)

На участках перехода отопускания пород почвы (Uо) в зонеопорного давления к их интенсивномуподъему (Uп) в зоне разгрузки ониинтенсивно изгибаются. В породах почвыздесь кроме сжимающих горизонтальныхнапряжений (г) возникаютизгибающие моменты и сжимающие напряженияот изгиба (и), которые зависят отдлины участка изгиба l и толщины слоев h.

Расчетные значенияг и и при различнойглубине и толщине слоев приведены на рис. 2.

 Рис. 2.Графики изменения расчетных сжимающихнапряжений в породах почвы -7

 Рис. 2.Графики изменения расчетных сжимающихнапряжений в породах почвы -8

Рис. 2.Графики изменения расчетных сжимающихнапряжений в породах почвы

Исследованияпоказывают, что сжимающие напряжения отизгиба являются определяющими вразрушении почвы в зоне разгрузки уграницы с пластом.

В целом по результатамисследования сделаны следующие основныевыводы:

1. Переход отповышенных вертикальных напряжений в зонеопорного давления к пониженным по сравнению сисходными напряжениями Н в зоне разгрузки сувеличением расстояния от пластапроисходит на большем расстоянии от границыпласта под выработанное пространствопримерно под углом 20 - 25°.

2. Горизонтальныенапряжения в почве увеличиваютсяпропорционально упругомубоковому распору пород лишь в зонеповышенных вертикальныхнапряжений опорного давления. В зонеразгрузки этой зависимости не существует ивеличины горизонтальных напряжений даже внепосредственной почве у границы с зонойопорного давления являются близкими кисходным, равным .

3. Под краевой частьюпласта на участках интенсивногоуменьшения вертикальных напряжений ихнаправление и направление горизонтальных напряжений изменяется посравнению с исходным на уголдо 15 - 20° в сторону выработанногопространства.

Расчеты абсолютныхперемещений пород почвы также показали,что с увеличением расстоянияот пласта величина стрелы изгиба слоевуменьшается, а, следовательно, в почверазрушение пород будет происходить тольков тех слоях, где суммарные сжимающиенапряжения будут превышать прочностьпород на сжатие.

Исследование влиянияанкерной крепи, установленной в кровлю ибоках выработки, на величину и характерпучения ее почвы осуществлялось на моделяхиз эквивалентных материалов. В сечениимодели выработки анкера в кровлеустанавливались веером: крайние, вблизибоков выработки – под углом 70°; в середине – нормально к плоской кровле;промежуточные анкеры – под углами от 70 до90°. В бокахвыработок анкера забуривались в верхнейчасти стенки под углом 45° с подъемом в сторонукровли. В каждом блоке длина анкеров вкровле и боках оставалась неизменной исоставляла в реальном масштабе 2; 3; 4,5 и 5,5м.

По результатамнаблюдений за перемещениями марок вгоризонтальном и вертикальномнаправлениях построены векторы этихперемещений. На рис. 3. приведены результатыобработки полученных данных по смещениямкровли выработки.

Сильному разрушениюподвергались три слоя, прилегающие кподошве выработки, где обнаружены приразборке раздробленные участки с взаимнымнадвигом отдельных элементов в серединепочвы.

В кровле, выше породнойплиты, закрепленной анкерами, по мощностиравной 2 м, на 6-м слое (3 м) породы разрушены впределах ширины, равной 12 см (т.е. 6 м натуры),в то время как ширина камеры составляет 16см. Это сужение зоны разрушенных пород вкровле указывает на формирование сводаобрушения, границы между нарушенными иненарушенными участками пород.

 Рис. 3.Изменение смещений кровли камеры приразной длине анкеров -10

 Рис. 3.Изменение смещений кровли камеры приразной длине анкеров -11

Рис. 3.Изменение смещений кровли камеры приразной длине анкеров

Сильному разрушениюподвергались три слоя, прилегающие кподошве выработки, где обнаружены приразборке раздробленные участки с взаимнымнадвигом отдельных элементов в серединепочвы.

В кровле, выше породнойплиты, закрепленной анкерами, по мощностиравной 2 м, на 6-м слое (3 м) породы разрушены впределах ширины, равной 12 см (т.е. 6 мнатуры), в то время как ширина камерысоставляет 16 см. Это сужение зоныразрушенных пород в кровле указывает наформирование свода обрушения, границымежду нарушенными и ненарушеннымиучастками пород.

Интенсивностьобнаруженных при разборке нарушений поотдельным слоям также подтверждает этотвывод.

Габариты выработки всвету на конец испытаний значительноуменьшились:в среднейчасти высота не превышала 2 см (т.е. 1 м внатуре), а ширина ее составляла 15,5 см,против 4 см и 16 см в исходномсостоянии.

Основной вид нарушения– этогенеральная поверхность сдвига пород подуглом примерно 45° к напластованию, проходящая посередине подошвы на глубину, равную 5см – 5 слоев (2,5 м натуры) с подъемом иизгибом разорванных слоев в направленииподошвы камеры. В примыкающих к подошвевыработки двух слоях происходит взаимныйнадвиг раздробленных породных глыб, чтоусиливает рыхление массива, а,следовательно, и пучение породпочвы.

В кровле выработкистянутые анкерами слои пород образоваликлин. При разборке модели установлены егоразмеры в поперечном сечении: в верхнейчасти ширина клина составила 25 см и в узкой,на контуре выработки, – 16 см. В целом клин неимел значительных повреждений иобеспечивал устойчивое состояние кровлибез вывалов на весь период испытаний.Однако внутри клина произошел прогибстянутых слоев. Наибольший прогибнаблюдался в слоях на контуре выработки изатухал с удалением слоев вглубь массива. Витоге пучение почвы происходилопреимущественно за счет рыхления верхнегослоя непосредственной почвы. При этомвторой и нижние слои имели горизонтальноепростирание без вспучивания и выгиба всторону выработки.

В целом, участиеанкерной крепи, установленной в кровле ибоках выработки, вносит изменения в работусистемы «порода-крепь» и, в частности, винтенсивность пучения почвы. Ширина зоныразгруженных пород в боках выработки неодинакова. Она больше у выработок с болееглубоким анкерованием, при этом напряженияв породах боков уменьшаются.

Так в выработке, в кровле и бокахкоторой установлены анкера длиной2 м, перемещение марок,расположенных в боку выработки подцеликом,прослеживается на участкепротяженностью 3 - 4 м,примыкающем кбоковойстенке выработки. В выработке с анкерной крепью длиной 4,5 м этотучасток составляет 3 - 5 м,длиной 5,5 м –в пределах 4 -5 м. В выработкес глубиной анкерования равной 3 м зонавыдавливаемых пород почвы из-под целиковчетко ограничена размерами 2 и 3 м с каждойиз двух сторон выработки. Ни на одной из болееудаленных марок не зафиксировано их перемещение всторонувыработки.

Анализ результатовмоделирования величин вдавливания породпочвы в выработках, закрепленных анкернойкрепью, показал, что в выработках санкерной крепью длиной 5,5 м интенсивностьпучения начинает затухать на глубине 1 м отподошвы выработки. На глубине 2 м этоявление происходит при длине анкеров 4,5 м.В целом, установленная в выработкеанкерная крепь длиной 5,5 м на участке,удаленном от подошвы выработки на 1,0 м, в 5раз уменьшает пучение почвы по сравнению свыработкой с анкерами длиной 2,0 м. Наудаленных от подошвы горизонтах этатенденция сохраняется.

Примерно такие жерезультаты следуют из сравнения величинпучения в выработке с установленной вкровле и боках анкерной крепью, длиной 4,5 м.По результатам моделирования построенызависимости пучения почвы, а такжевдавливания пород почвы при различнойдлине анкеров (рис. 4).

В целом, полученыблизкие по значениям графическиехарактеристики для выработок с анкернойкрепью длиной 4,5 - 5,5 м. Вдавливание ихбоковых целиков в породы почвы на уровнеподошвы выработки в 1,5 - 2 раза меньше, чем ввыработке с анкерной крепью длиной 2,0м.

а)

 б) Рис. 3. Изменениевеличин пучения пород почвы и вдавливанияпородных -13 б)

Рис. 3. Изменениевеличин пучения пород почвы и вдавливанияпородных стенок в почву выработок приразной длине анкерной крепи в кровле ибоках камер

Вдавливание целиков ввыработках с анкерной крепью длиной 4,5 - 5,5 мпрактически затухает на глубине 5 метров, апри длине анкеров 2,0 м этого не происходит.

Проекция 5,5-метровойанкерной крепи, установленной под углом45°-500 к горизонту, нагоризонтальную плоскость образует полосувлияния крепи шириной 3,8 м (в условияхнатуры), а установленные датчики давленияохватывают глубину от контура на 4,5 м.Отсюда следует, что все процессы измененияполя напряжений в боковых породах камерыохвачены установленными датчиками. Анкерадлиной 4,5 - 5,5 м (более 0,5 пролета выработки)обеспечивали равномерное распределениенапряжений по площади, что уменьшалодавление на боковые породы выработки ипороды почвы. Стационарное положение пикаконцентраций напряжений по окончаниииспытаний модели зафиксировано наудалении от контура выработки не болеетрех метров. Таким образом, пик остается взоне влияния анкерной крепи.

Из анализа результатовисследований также следует, что на весьпериод испытания модели нагрузкиприходились на площадки узких лент,примыкающих с обеих сторон к бокам камеры.Поэтому давление на породы почвы поплощадкам шириной 2 и 3 м у выработки стрехметровой анкерной крепью в
2 - 3 раза превышало нагрузки ввыработках с более длинными анкерами вкровле при равенстве внешнего нагружениямоделей. Это привело к увеличению областиразрушенных пород в почве камеры и, какследствие, к усиленному пучению сосдвиговыми эффектами в разломанных слоях.По результатам исследования полученазависимость прогнозной величины пученияот соотношения между длиной анкеров,установленных в бока выработки под углом45°, и ширинывыработки, представленная на рис. 5.

 Рис. 5. Зависимостьпрогнозной величины пучения отсоотношения -14

Рис. 5. Зависимостьпрогнозной величины пучения отсоотношения длины анкеров и ширинывыработки

На основе проведенныхисследований разработаны методика расчетапараметров крепления кровли с учетомуменьшения прогнозной величины пученияпочвы, паспорта крепленияподготовительных выработок для 5 шахтразличных угольных бассейнов.

На шахтах «Заполярная»и «Комсомольская» выполнен ряд шахтныхнаблюдений. Экспериментальные участки,закрепленные по предлагаемым паспортамкрепления сталеполимерной анкерной крепьюдлиной 2,42,5 мпо кровле (4 - 5 анкеров) и 3,03,4 м, установленных вбока (2 анкера в ряду), на расстоянии откровли 0,5 м под углом 45° к горизонтальнойплоскости находились в зоне опорногодавления и сохраняли своюэксплуатационную способность в течениевсего срока службы. При этом величинасмещений кровли и почвы соответственно науровне забоя составляли 50100 мм и 200250 мм. На расстоянии 150м за забоем лавы они составляли 120150 и 250350 мм и оказались в23,5 разаменьше, чем на базовых участках,закрепленных крепью МТПШ и КМП-АЗ. Притаких величинах смещений применениеспециальных мероприятий по борьбе спучением не потребовалось.

Полученный в результатевнедрения разработанных решений по борьбес пучением пород почвы экономическийэффект составил 78 тыс. руб. на 1000 тугля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация являетсянаучно-квалификационной работой, в которойна основании установленныхзакономерностей влияния сталеполимернойанкерной крепи, установленной в кровлеподготовительных выработок, на изменениенапряженно-деформированного состоянияпород их боков и почвы решена задачаснижения величин пучения пород почвыподготовительных выработок, что имеетсущественное значение для шахтногостроительства.

Основные научные ипрактические результаты работызаключаются в следующем:

1. Выполненоаналитическое исследование процессапучения в подготовительных выработках,определены стадии разрушения пучащихпород почвы, в результате чего установлено,что на больших глубинах в породах среднейкрепости эффективным способом борьбы спучением почвы является разгрузка массиваот высоких напряжений путем создания вбоках выработки разгруженных зон шириной1,0 - 1,2 hpазр.max, где hpазр.max– возможнаяглубина разрушения пород почвы.

2. Произведеномоделирование процессов пучения породпочвы в подготовительных выработкахметодом эквивалентных материалов, наосновании которого установлено, чтоуменьшение напряжений в боках выработки иснижение давления на почву пласта можнодостичь путем изменения структуры породкровли за счет их креплениясталеполимерными анкерами с заданнымипараметрами, установленными поразработанной схеме.

3. Доказано, что проекцияна горизонтальную плоскость анкера, длинойравной 0,5В иболее, где В– пролетвыработки, установленного в бока выработкипод углом 45° -500 к горизонтухарактеризует ширину разгруженной зоны вбоках выработки, при этом имеет местовыравнивание давления по ширине этой зоны,что уменьшает нагрузку на бока и почвувыработки, а пик давления перемещается всторону массива на расстояние 0,55 - 0,6В. Наибольший эффектразгрузки достигается, когдагоризонтальная проекция анкерной крепи подлине превышает расстояние от стенкивыработки до области максимума опорногодавления.

4. Установлено, чтоинтенсивность и величина пучения почвызависит от соотношения глубиныанкерования кровли и ширины выработки.Установлена зависимость уменьшенияпрогнозной величины пучения пород почвы ототношения длины анкера и ширины выработки.При этом с увеличением этого отношения с 0,25до 0,55 величина пучения уменьшаетсявдвое.

5. Промышленноевнедрение предлагаемого способа борьбы спучением показало, что наэкспериментальных участках, закрепленныхв соответствии с разработаннымипаспортами крепления сталеполимернойанкерной крепью, величины пучения породпочвы и смещения кровли оказались в 2 - 3,5раза меньше, чем на базовых участках,закрепленных крепью МТПШ и КМП-АЗ. При этомв течение всего срока существованиявыработки на экспериментальных участкахне потребовалось применения специальныхмероприятий по борьбе с пучением.

6. Полученный врезультате внедрения разработанныхрешений по борьбе с пучением пород почвыэкономический эффект составил 78 тыс. руб.на 1000 т угля.

Основные положениядиссертации опубликованы в следующихработах:

  1. Розенбаум М.А.,Черняховский. С.М., Савченко Е.С.Исследование высоты расслоения пород кровли вгорныхвыработках в зоне опорного давления.Запискигорного института. – Т. 172.– СПб.:Горный институт, 2010. – С.68 - 73.
  2. Привалов А.А.Савченко Е.С. Способы установки крепиусиления в выработках с анкерной крепью //Рукопись деп. в МГГУ Горный информационно-аналитическийбюллетень 05.10.2009., №740/02. – 11с.
  3. Привалов А.А.,Савченко Е.С. Современные способы борьбы спучением почвы в подготовительныхвыработках. Рукопись деп. вМГГУ Горный информационно-аналитическийбюллетень 05.10.2009.,№741/02-10. – 5 с.
  4. Привалов А.А.,Савченко Е.С. Состояние массива пород вблизи выработок, закреплённых рамнойкрепью, проводимых буровзрывным способом //Перспективы развития Восточного Донбасса:сб. науч. тр. –Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009. – С. 105 - 111.
  5. Привалов А.А.,Савченко Е.С. Влияние крепи боков выработкина устойчивости пород кровли. //Перспективы развития Восточного Донбасса:сб. науч. тр. –Новочеркасск: ЮРГТУ 2009. – С. 97 - 104.


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.