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 |

Обоснование способов обеспечения устойчивости подготовительных выработок в зонах повышенного горного давления при разработке сближенных пластов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

РОГАЧКОВ Антон Владимирович

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В ЗОНАХ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная,

открытая и строительная)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Зубов Владимир Павлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Лодус Евгений Васильевич

кандидат технических наук

Согрин Борис Борисович

Ведущее предприятие - ОАО “ГИПРОШАХТ”

Защита диссертации состоится 26 ноября 2010  г. в  15  ч  00  мин на заседании диссертационного совета
Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-линия, д. 2, ауд. 1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета).

Автореферат разослан 25 октября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор Э. И. Богуславский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проектирование современной угольной шахты связано с выбором рациональных технических и технологических организационных решений, позволяющих максимально использовать потенциал современного высокопроизводительного очистного оборудования при обеспечении безопасности труда горнорабочих. К числу основных факторов, определяющих надежность функционирования основных подсистем шахты (очистные забои, проветривание, транспорт, дегазация), относится устойчивость участковых подготовительных выработок.

Вопросам обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок, поддерживаемых в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях, посвящены работы В.Е. Ануфриева, К.А. Ардашева, О.А. Атрушкевича, А.А. Борисова, Н.П. Бажина, М.П. Зборщика, В.П. Зубова, Н.К. Гринько, Ю.В. Громова, В.Е. Зайденварга, О.В. Ковалева, Л.М. Коновалова, Ю.Н. Кузнецова, А.С. Малкина, А.В. Ремезова, М.А. Розенбаума, А.Д. Рубана, В.Н. Фрянова, А.П. Широкова, В.М. Шика и др.

Изменения, произошедшие в последние 10-15 лет в угольной отрасли, привели к повышению актуальности задачи обеспечения технологически удовлетворительного состояния выработок в течение срока их службы. Это связано, в основном, с широким внедрением на шахтах Кузбасса системы разработки длинными столбами с оставлением целиков угля между выемочными столбами, увеличением длин выемочных столбов и лав, существенным ростом среднесуточных нагрузок на очистные забои, использованием анкерной крепи в качестве основной крепи участковых подготовительных выработок.

Оставление целиков угля между выемочными столбами привело к ухудшению геомеханических условий поддержания подготовительных выработок надрабатываемых пластов. Увеличение среднесуточных нагрузок на очистные забои повысило «цену» простоев лав из-за технологически неудовлетворительного состояния выработок. В этой связи повышение надежности функционирования участковых подготовительных выработок при высоком уровне концентрации горных работ имеет важное практическое значение.

Цель работы. Снижение затрат на поддержание и повышение устойчивости подготовительных выработок надрабатываемых пластов, расположенных в зонах повышенного горного давления, при использовании систем разработки сближенных пластов длинными столбами и подготовке столбов сдвоенными выработками.

Идея работы. Технологические схемы отработки сближенных пластов и паспорта крепления участковых подготовительных выработок необходимо принимать с учетом степени влияния целиков, оставленных в выработанном пространстве вышерасположенных пластов, на подготовительные и очистные выработки надрабатываемых пластов.

Основные задачи исследований:

1. Установление основных причин снижения устойчивости подготовительных выработок, расположенных в зонах повышенного горного давления (ПГД).

2. Определение достоинств и недостатков известных способов обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок с использованием различных типов крепей.

3. Исследование влияния горнотехнических факторов на параметры анкерной крепи, используемой на участках подготовительных выработок, расположенных в зонах повышенного горного давления.

4. Разработка способов повышения устойчивости участковых подготовительных выработок, расположенных под краевыми частями угольного массива или целиками угля, оставленными в выработанном пространстве вышерасположенного пласта.

Методы исследований. При выполнении работы был принят комплексный метод исследований, включающий в себя: анализ и научное обобщение ранее опубликованных в горнотехнической литературе работ по проблеме поддержания участковых подготовительных выработок, расположенных в зонах ПГД; шахтные исследования процессов деформирования участковых подготовительных выработок; аналитические исследования процессов деформирования пород в окрестностях участковых подготовительных выработок.

Научная новизна:

  • установлены качественные и количественные зависимости величин соотношения паспортной и фактической несущей способности канатных анкеров при ампульном способе их закрепления от величины заделки анкера в шпуре твердеющей смесью;
  • экспериментально доказано, что основной причиной низкой фактической несущей способности канатных анкеров при ампульном способе закрепления их в шпуре является стекание вниз при установке анкера закрепляющей смеси по кольцевому зазору между анкером и стенками шпура.

Основные защищаемые положения:

1. При использовании системы разработки пологих угольных пластов длинными столбами с подготовкой выемочных столбов сдвоенными выработками и оборудовании лав высокопроизводительными очистными механизированными комплексами планирование горных работ в надрабатываемом пласте необходимо производить с учетом оставляемых в выработанном пространстве вышерасположенного пласта целиков угля. Не учет данного фактора, как правило, является причиной низкой устойчивости участковых подготовительных выработок, невосполнимых потерь добычи до 20-25% и более, повышения издержек производства до 7-18% и снижения безопасности труда.

2. Основной причиной низкой фактической несущей способности канатных анкеров при ампульном способе закрепления их в шпуре является стекание вниз при установке анкера закрепляющей смеси по кольцевому зазору между анкером и стенками шпура. В результате существенного снижения связи анкера со стенками шпура в месте предполагаемого закрепления ампул фактическая несущая способность канатных анкеров не превышает 30-70% паспортной величины, что необходимо учитывать при разработке паспортов крепления подготовительных выработок.

3. Реализация предложенных схем совместной разработки сближенных пластов в нисходящем порядке в сочетании с использованием комбинированных паспортов крепления подготовительных выработок, включающих канатные анкеры и учитывающих уровни действующих в массиве напряжений, позволяет при подготовке столбов сдвоенными выработками практически полностью исключить влияние целиков на лавы надрабатываемых пластов и уменьшить затраты на крепление (в 1,5-2 раза) и поддержание (на 30-40%) участковых подготовительных выработок.

Практическая значимость работы:

    • обоснованы рациональные схемы ведения горных работ при разработке свит угольных пластов;
    • разработаны способы обеспечения технологически удовлетворительного состояния участковых подготовительных выработок в зонах повышенного горного давления при разработке сближенных пластов;
    • установлено, что к числу факторов, влияющих на несущую способность анкерной крепи при ампульном способе закрепления относится соотношение длины анкерной крепи и глубины распространения зоны повышенной нарушенности пород в окрестности охраняемой подготовительной выработки;
    • разработана новая конструкция канатного анкера, использование которой позволяет повысить несущую способность анкера более чем на 30-35% и снизить затраты на крепление подготовительных выработок.

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций обеспечивается их соответствием результатам, полученным при проведении шахтных и лабораторных исследований, а также при экспертной оценке специалистами ООО «ЦАКк», ОАО «СУЭК-Кузбасс» и других организаций; использованием современных апробированных методов исследований; значительным количеством данных, полученных при проведении шахтных исследований; положительными результатами промышленных испытаний.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на LVIII Международном форуме горняков и металлургов (Фрайберг, Германия, 2008 г.); на ежегодной Международной конференции в Краковской горно-металлургической академии (Краков, Польша, 2008 г.); ежегодных научных конференциях молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2007 г., 2008 г., 2009 г., 2010 г.); международной конференции молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2007 г., 2008 г.); международной конференции «Неделя Горняка» Московского горного университета (Москва, 2010 г.); научных семинарах кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного института.

Личный вклад автора. Сформулированы задачи исследований, разработана методика и проведены шахтные, лабораторные и аналитические исследования, сформулированы основные научные положения и выводы.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 11 печатных работах, из них 2 статьи - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, получено 2 патента.

Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 187 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 87 источников, включает 81 рисунка и 18 таблиц.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., проф. В.П. Зубову за помощь в определении общей идеи работы и интерпретации полученных данных, к.т.н. Д.В. Осминину, к.т.н. Л.М. Коновалову и другим работникам ООО «ЦАКк» и ОАО «СУЭК-Кузбасс» за помощь в сборе исходной информации и проведении шахтных исследований, сотрудникам кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного института за полезные замечания и техническую помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава диссертации посвящена анализу особенностей разработки свит сближенных угольных пластов. Проведен обзор известных систем разработки сближенных пластов в сложных горно-геологических условиях с оставлением целиков угля в выработанном пространстве. Выполнена оценка рациональных областей применения различных типов крепи, используемых для обеспечения устойчивости выработок, расположенных в зонах повышенного горного давления. Определены достоинства и недостатки типовых канатных анкеров, применяемых в качестве дополнительной крепи усиления подготовительных выработок, расположенных в зонах ПГД.

Вторая глава посвящена натурным исследованиям состояния контура и крепи участковых подготовительных выработок, поддерживаемых в сложных условиях шахт Кузбасса. Рассмотрены особенности горно-геологических и горнотехнических условий отработки сближенных пластов шахт «Полысаевская» и «им.С.М.Кирова». Приведены методики проведения шахтных исследований, а также результаты анализа шахтных исследований.

В третьей главе представлены результаты исследований влияния горнотехнических и горно-геологических факторов на напряженно-деформированное состояние горного массива в окрестностях подготовительных выработок надрабатываемого пласта.

Четвертая глава посвящена исследованиям влияния горно-геологических факторов на параметры типовых канатных анкеров. Приведены методика и результаты анализа данных лабораторных исследований влияния величины заделки типового канатного анкера на его несущую способность.

В пятой главе приведены: рекомендуемые технологические схемы и способы обеспечения устойчивости участковых подготовительных выработок в зонах ПГД при разработке сближенных пластов на шахтах Кузбасса; выполнена экономическая оценка эффективности разработанных рекомендаций.

Основные результаты исследований отражены при доказательстве следующих защищаемых положений:

1. При использовании системы разработки пологих угольных пластов длинными столбами с подготовкой выемочных столбов сдвоенными выработками и оборудовании лав высокопроизводительными очистными механизированными комплексами планирование горных работ в надрабатываемом пласте необходимо производить с учетом оставляемых в выработанном пространстве вышерасположенного пласта целиков угля. Не учет данного фактора, как правило, является причиной низкой устойчивости участковых подготовительных выработок, невосполнимых потерь добычи до 20-25% и более, повышения издержек производства до 7-18% и снижения безопасности труда.

В последние 10-15 лет на российских угольных шахтах наблюдается устойчивая тенденция к увеличению доли технологических схем подготовки выемочных столбов сдвоенными выработками. Это предопределено внедрением высокопроизводительного очистного оборудования и связанным с этим увеличением длины выемочных столбов, трудностями повторного использования участковых подготовительных выработок при разработке мощных пологих пластов и стремлением уменьшить затраты на поддержание участковых выработок при применении в качестве основной крепи - анкерной.

При использовании указанных схем, как правило, в выработанном пространстве оставляют целики угля шириной 20-30м и более. Анализ практического опыта отработки сближенных пластов на шахтах Кузнецкого и Донецкого бассейнов показал, что эти целики оказывают существенное отрицательное влияние на ведение горных работ в надрабатываемых пластах. Из общего числа обследованных подготовительных выработок, расположенных в зонах ПГД, не соответствуют требованиям Правил безопасности по факторам: проветривание (>70%); транспорт (>80-85%); допустимые зазоры (>80-85%). Затраты на ремонт подготовительных выработок, расположенных в зонах ПГД, в 2-2,5 раза и более превышают соответствующие показатели для подготовительных выработок, поддерживаемых в нетронутом массиве.

Проблема устойчивости подготовительных выработок надрабатываемых пластов может быть решена путем расположения выработок под выработанным пространством вышерасположенных пластов в зонах, разгруженных от повышенного горного давления. Однако использование таких пространственно планировочных решений приводит к ситуации, при которой в зонах повышенного горного давления оказывается очистной забой - главное технологическое звено угольной шахты. Как показывает опыт отработки сближенных пластов в периоды ведения очистных работ в зонах ПГД, резко возрастает интенсивность вывалов в призабойном пространстве и продолжительность простоев лав. Связанные с этим потери добычи достигают 20-25% и более, повышается зольность угля и опасность труда горнорабочих.

При расположении выемочных столбов за пределами зон опасных напряжений особое практическое значение при выемке надрабатываемых пластов приобретают вопросы, связанные с обоснованием рациональных паспортов крепления участковых подготовительных выработок при использовании в качестве основной анкерной крепи.

2. Основной причиной низкой фактической несущей способности канатных анкеров при ампульном способе закрепления их в шпуре является стекание вниз при установке анкера закрепляющей смеси по кольцевому зазору между анкером и стенками шпура. В результате существенного снижения связи анкера со стенками шпура в месте расположения ампул фактическая несущая способность канатных анкеров во многих случаях не превышает 30-70% паспортной величины, что необходимо учитывать при разработке паспортов крепления подготовительных выработок.

В настоящее время многие исследователи к числу перспективных видов крепи при решении вопросов обеспечения технологически удовлетворительного состояния подготовительных выработок относят канатные анкеры с ампульным способом закрепления анкеров в шпурах. Длина канатных анкеров, применяемых при разработке угольных месторождений, достигает 8-12 м и более, число ампул скрепляющего состава в шпуре обычно составляет от 1 до 3. Паспортная несущая способность канатного анкера при закреплении его в шпуре диаметром 30 мм составляет 21-24 т.

Анализ практического опыта использования канатных анкеров в результате показал, что более чем в 85% случаев канатные анкеры не выполняли возложенных на них функций, а их фактическая несущая способность не соответствовала паспортной. На основании отмеченных фактов была выдвинута рабочая гипотеза о том, что основной причиной указанного несоответствия паспортной и фактической характеристик является стекание скрепляющего состава по кольцевому зазору между анкером и шпуром на стадии установки анкера. Результаты производственных экспериментов на шахте «Салек» показали, что при установке канатного анкера по общепринятой технологии его фактическая несущая способность составляет 30-40% паспортной величины. Длина участка анкера, на котором наблюдался скрепляющий состав, в 3-4 раза превышала суммарную длину размещаемых в шпуре ампул.

Исследования влияния величины заделки анкера в шпуре на его несущую способность проведены в лабораторных условиях на стенде, принципиальная схема которого представлена на рис. 1. В качестве скрепляющего состава использовался клей ЭД-20, который по своим характеристикам наиболее близок к составам, используемым в шахтных условиях. Нагружение анкера производилось поэтапно путем установки грузов на нагрузочную площадку. На каждом этапе нагружения смещения анкера фиксировались индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.

 Принципиальная схема стенда для исследования влияния величины заделки анкера-0



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.