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 параметров околоштрековых целиков в технологических схемах интенсивной отработки выемочных участков на шахтах оао суэк-кузбасс

-- [ Страница 2 ] --

Рисунок 1 – Характер нарушений устойчивости выработок:

а) разрушение бортов штреков 52-03 шахты «Котинская»; б) пучение почвы в штреке 67-03 шахты «Талдинская-Западная 1»

Таким образом, использование многоштрековой подготовки выемочных участков позволяет комплексно решать вопросы управления газовыделением и полного использования технических возможностей высокопроизводительного оборудования при оставлении между выработками целиков заданной податливости, обеспечивающей устойчивость выработок.

2. Для снижения негативного влияния очистных работ на выемочные выработки следует применять сочетание межштрековых целиков различной степени податливости, соотношение размеров которых устанавливается на основе численной оценки устойчивости системы «целик-выработка-массив».

При подготовке выемочных участков тремя штреками между ними оставляются два ряда ленточных целиков. При этом возможны различные варианты соотношения геометрических параметров целиков и выработок (рис. 2).

Для численной оценки влияния ширины межштрековых целиков и их податливости на устойчивость системы «целик-выработка-массив» при трехштрековой подготовке выемочных участков были разработаны горно-геомеханические модели и расчетные схемы, соответствующие горно-геологическим условиям и горнотехническим ситуациям при подготовке выемочных участков на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Исследования, выполненные методом граничных элементов, позволили получить картины распределения напряжений и деформаций вокруг выработок и целиков при различных значениях ширины целиков, их податливости, характера приложения нагрузки (рис. 3).

Рисунок 3 – Поле относительных деформаций X при ширине целиков первого и второго рядов 10  и 20 м соответственно

Основные результаты исследования полей напряжений Y и полей деформаций x позволили констатировать следующее.

1. Принятые параметры междуштрековых целиков на глубинах отработки запасов до 400 м обеспечивают их достаточную устойчивость. Для широкого целика коэффициент запаса несущей способности соответствует  2,5, для целика, примыкающего к выработанному пространству, несущая способность целика соответствует приходящимся на него нагрузкам.

2. Варьирование параметрами (ширина 20; 15; 10 м) целика, примыкающего к массиву, показало возможность его устойчивого состояния как применительно к обычным характеристикам пласта, так и при искусственном задании податливости. Последнее достижимо за счет обработки целиков (бурение скважин и др.).

3. Для целиков, примыкающих к выработанному пространству, при сохранении их констатированных параметров (В1 = 10 м), но при изменении ширины целиков, примыкающих к массиву (В2 = 20; 15 и 10 м), установлено следующее:

Без искусственной обработки устойчивость целика В1 во всех случаях (т.е. при В2 = 20; 15 и 10 м) сохраняется, но на уровне, приближенно отвечающем величинам приходящихся на него нагрузок.

При аналогичном варьировании параметрами В2 и наличии искусственной обработки нагрузки на целики, примыкающие к выработанному пространству, превышают их несущую способность на 2030 %.

4. Породы кровли при наличии анкерного крепления штреков устойчивы, что достаточно характеризуется наличием в них условия х < 0. Отмеченное отвечает практически всем рассмотренным условиям формирования в элементах массива полей ij и ij.

5. Для рассмотренных схем оценки НДС можно констатировать наличие в целиках (со стороны штреков) зон предельных состояний, отвечающих условию х >0. Обобщенно можно считать, что указанные зоны (их протяженность) значимо могут изменяться с учетом варьирования «геометрии» целиков (В2  const; В1 = const), а также за счет искусственного задания податливости целикам.

3. Необходимая податливость межштрековых угольных целиков для обеспечения устойчивости системы «массив-выработка-целик» должна быть задана сочетанием их геометрических параметров и искусственных мер по упрочнению или разупрочнению.

При разработке месторождений полезных ископаемых возникают нелинейные физические процессы в дискретных средах, которые сложно описать уравнениями. Поэтому для исследования деформаций и разрушений целиков был применен экспериментальный метод – физическое моделирование на моделях из эквивалентных материалов.

С помощью этого метода был проведено исследование условий работы целиков c отношением B/h = 5 при подготовке выемочных столбов в условиях шахт «СУЭК-Кузбасс».

Для решения задач исследований был разработан комплекс методик и технических средств физического моделирования, включающих в себя новые эквивалентные материалы и устройства автоматического регулирования граничных условий.

Результаты моделирования процессов деформаций и разрушений целика за весь срок его службы с момента проведения выработок показали, что на конечных стадиях отработки панелей после обрушения непосредственной кровли и разрушения основной происходит резкое увеличение напряжений в почве под целиком, которые приводят к его разрушению. На модели этот процесс зафиксирован в 40 м позади лавы. Разрушения и осыпания краевых частей целика, приводящие к увеличению пролета кровли штрека (см. рис.1), отрицательно сказываются на ее устойчивости. Укрепление боков целика упрочняющими элементами (анкерами) позволяет повысить как несущую способность целика, так и устойчивость кровли штрека.

Испытания моделей целиков с различной плотностью установки упрочняющих элементов показало:

  • При увеличении плотности установки уменьшается относительная величина деформирования целика.
  • Укрепленные целики увеличивают свою несущую способность до 1,9 раза.

На рис. 4 приведены зависимости деформаций целика при различной плотности укрепляющих элементов и изменении нагрузки на целик. При деформировании всех целиков наблюдался «перелом» характеристики с резким возрастанием их деформаций, при этом увеличение плотности установки привело к существенному смещению точки перегиба при незначительном изменении ординаты перегиба h/h c 0,033 до 0,040.

Целики с большей плотностью установки укрепляющих элементов деформировались существенно меньше. Например, при увеличении плотности от 0,11 до 0,22 после точки перегиба было зафиксировано уменьшение деформаций целиков в 1,5–2 раза. Окончательный выбор рекомендуемых параметров укрепления целиков может быть сделан с учетом экономических затрат.

При испытаниях целиков был установлен факт формирования в разрушенном целике ядер уплотнения, который ранее был отмечен и другими исследователями (М.А. Розенбаум, Н.В. Титов, 2006 г.). Анализ параметров ядер и закономерностей их формирования может быть установлен в ходе дальнейших исследований.

Целики, применяемые для охраны и поддержания горных выработок, следует рассматривать как специфическую крепь, которая для выполнения своих функций должна иметь силовые и деформационные характеристики, соответствующие условиям применения. Создание заданной податливости целиков определяет условия формирования внешних нагрузок на них и обеспечивает устойчивое поддержание выработок.

Путем применения технологических мероприятий по увеличению податливости обеспечивается безопасный переход от исходной прочности и модуля спада к остаточной прочности.

Известно два подхода к заданию податливости целиков: пассивный и активный. Так как пассивный способ базируется на саморазрушении целиков и исключает их управляемую податливость, приняты активные способы задания податливости. Наиболее распространенный из них - бурение разгрузочных скважин большого диаметра.

Как видно из рис. 5, максимальная податливость целиков Uц при диаметрах скважин D от 0,1 до 0,5 м и расстоянии между скважинами d 0,1 м составляет примерно 30 % от диаметра скважин. При увеличении расстояния между скважинами величина податливости уменьшается.

Рисунок 5 – Зависимость величины податливости угольных целиков от диаметра D и плотности d скважин

1 – D = 200 мм; 2 – D = 300 мм; 3 – D = 400 мм; 4 – D = 500 мм

Величины податливости целиков при различной ширине межскважинной перемычки представлены зависимостями:

D=200 мм Uц = 0,0009d2 – 0,6036d + 103,28;

D=300 мм Uц = 0,0008d2 – 0,7089d + 170,15;

D=400 мм Uц = 0,0004d2 – 0,6471d + 223,49;

D=500 мм Uц = 0,0003d2 – 0,5807d + 260,37.

При подготовке выемочного столба тремя штреками с их одновременной проходкой возникает вопрос безопасного опережения между забоями выработок (рис. 6).

Рисунок 6 – Определение безопасного опережения забоев при различной ширине целиков

Для условий шахты «Котинская» определены параметры целиков и безопасных опережений забоев штреков. При ширине проектируемого целика меньше 7 м он является безопасным по удароопасности, в интервале 7 –17,5 м необходимы профилактические меры по изменению его податливости, при большей ширине целик является «жестким» и мероприятия проводятся при появлении признаков удароопасности (необходим мониторинг состояния массива) или для устранения влияния зоны ПГД от этого целика на нижележащий пласт. Опережение Lзаб в зависимости от выбранной ширины целика lц составляет: Lзаб 7 м при lц = 28 м и Lзаб 43 м при lц = 7 м.

Основным критерием при ведении мероприятий по обеспечению податливости целиков является их экономическая целесообразность.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи обеспечения устойчивой безопасной работы высокопроизводительных очистных забоев на основе комплекса проектных решений по подготовке выемочных участков, параметрам целиков и выработок в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Основные научные и практические результаты выполненных исследований:

1. Конкурентоспособность добычи энергетических углей на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» может быть достигнута при полном использовании технических возможностей высокопроизводительного очистного оборудования, снятии ограничений нагрузок на забои по газовому фактору, устойчивому состоянию выработок. Для этого необходимо использование многоштрековых схем подготовки выемочных участков с оставлением между выработками целиков заданной податливости.

2. Натурными исследованиями на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» установлено, что оставление широких целиков в целом ряде случаев не обеспечивает безремонтного поддержания выработок. Устойчивость выемочных выработок, закрепленных анкерной крепью, определяется состоянием всей системы «целик-выработка-массив».

3. Экспериментально-аналитическими исследованиями НДС целиков при подготовке выемочных участков тремя штреками установлено, что оставление узкого (примыкающего к лаве) и широкого (со стороны массива) целиков на глубинах до 400 м обеспечивает устойчивость системы «целик-выработка-массив» при варьировании соотношения ширины целиков от 10 м – 10 м до 10 м – 25 м. Устойчивость системы сохраняется также при искусственном увеличении податливости целиков.

4. Исследования устойчивости целиков на моделях из эквивалентных материалов показали возможность увеличения их несущей способности с помощью мероприятий по упрочнению в 1,9 раза и изменении коэффициента формы до 2,25.

5. Необходимая податливость целиков может быть задана пассивными или активными методами. Наиболее доступным из активных методов является бурение разгрузочных скважин большого и (или) малого диаметра. Для условий шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» определены зависимости величины податливости целиков от диаметра скважин и плотности их размещения.

6. При одновременном проведении трех параллельных выработок безопасные по фактору горных ударов значения опережения забоев выработок при ширине целиков от 6 до 28 м составляют от 50 до 7 м соответственно.

7. Полученные выводы и рекомендации использованы при составлении альбома «Технологические схемы подготовки и отработки выемочных участков на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

8. Внедрение схем подготовки выемочных участков тремя выработками с использованием целиков управляемой податливости позволит увеличить на 30% производительность очистных забоев по пластам средней мощности и почти в 1,5 раза на мощных пластах, что обеспечивает конкурентоспособность угледобычи на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Основные положения и научные результаты опубликованы в следующих работах:

  1. Полевщиков Г.Я. Программа инноваций по управлению газодинамикой высокотехнологичных подземных горных работ / Полевщиков Г.Я., Рябков Н.Я., Ютяев Е.П. // Сб. научных трудов. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. № ОВ7С. М.: «Мир горной книги», 2008. С. 150-157.
  2. Ютяев Е.П. Влияние геомеханических процессов в массиве на выбор параметров технологических схем отработки пологих пластов Ленинск-Кузнецкого месторождения // «Записки Горного института». Т.185, 2010. С.50-55.
  3. Артемьев В.Б. Охрана подготовительных выработок целиками на угольных шахтах: Монография / Артемьев В.Б., Коршунов Г.И., Логинов А.К., Ютяев Е.П., Шик В.М.// СПб.: Наука, 2009. 231 с.
  4. Шувалов Ю.В. Работа высокопроизводительных очистных забоев на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» в современных условиях /Шувалов Ю.В., Ютяев Е.П. // Сб. трудов научно-практ. конф. «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения». Т.1. Воркута, 2009. С. 214-217.
  5. Пучков Л.А. Принципиальные технологические решения для промышленной апробации технологии заблаговременной дегазационной подготовки высокогазоносных угольных пластов в Кузбассе / Пучков Л.А., Сластунов С.В., Логинов А.К., Ютяев Е.П. // Наука и техника в газовой промышленности. 2009 № 3. С.58-62.




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.