Загальна характеристика роботи - Розробка способів утворення штучних порідних споруджень для охорони виїмкових виробок, що використовуються повторно

Актуальність роботи. Однією з умов забезпечення конкурентної спроможності вугілля, як одного з основних енергетичних джерел України, є зниження виробничих витрат по його видобутку, основну частину яких складають витрати на проведення і підтримку підготовчих виробок. З метою зниження витрат на гірничопідготовчі роботи деякі шахти перейшли на системи розробки з повторним використанням виробок. При цьому економічний ефект на одну виїмкову ділянку складає 4-5 млн. грн.

Підтримка виробок з боку виробленого простору на цих шахтах здійснюється за допомогою литої смуги, вартість якої на 1 м виробки складає 1200-1400 грн. Проте для багатьох шахт, що відпрацьовують пласти потужністю 0,7-1,2 м (при добовому навантаженні до 1000 т), цей спосіб охорони є економічно недоцільним. У таких умовах на шахтах застосовуються традиційні способи охорони - бутова смуга, дерев'яні кліті, тумби БЗБ. Вартість таких охоронних споруд, хоч і нижче в 2-4 рази в порівнянні з литою смугою, але є дуже значною.

На сьогоднішній день запропоновані охоронні споруди, що зводяться з конструктивних елементів, які складаються з породи, замкнену в оболонку. Результати лабораторних і шахтних досліджень цих опорних порідних конструкцій свідчать про їх високу вантажонесучу спроможність. Проте, питання про механізм формування вантажонесучої спроможності охоронних споруд з породи, що замкнена в оболонку, і вплив на неї конструктивних параметрів опорних елементів (розмір елементу, міцність матеріалу його оболонки, фракційний склад породи) залишається невивченим.

Таким чином, встановлення механізму формування вантажонесучої спроможності елементів опорної конструкції, що складаються з породи, яка замкнена в оболонку, і впливу їх конструктивних параметрів на навантажувально-деформаційну характеристику охоронних споруд є актуальною науково-технічною задачею, що має важливе практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами. Дисертація виконана згідно з науковим напрямом гірничих досліджень Донецького національного технічного університету в рамках держбюджетної науково-дослідної теми "Геомеханічне обгрунтування засобів забезпечення стійкості гірничих виробок на різних етапах їх експлуатації" (держреєстрація 0107U012803)

Мета і завдання дослідження.

Мета роботи - розробка способів охорони виробок, що використовуються повторно, на основі спорудження штучних порідних конструкцій із застосуванням обмежуючих поверхонь.

Для досягнення поставленої мети були визначені Наступні задачі:

    1. Обгрунтувати конструкції штучних опорних споруд, що зводяться з породи, з використанням обмежуючих поверхонь. 2. Дослідити вплив конструктивних особливостей порідних споруд утворених з породи, яка замкнена в оболонку, і з розділенням на шари гнучкими прокладками на їх навантажувально-деформаційну характеристику. 3. Вивчити механізм формування вантажонесучої спроможності опорного елементу, що складається з породи, яка замкнена в оболонку. 4. Виконати аналітичні дослідження по встановленню впливу параметрів опорного елементу на його навантажувально-деформаційну характеристику. 5. Виконати лабораторні і шахтні випробування рекомендованих порідних опорних конструкцій.

Об'єкт досліджень: процес деформування порідних конструкцій, які зводяться з використанням обмежуючих поверхонь.

Предмет досліджень: спосіб охорони підготовчих виробок, що використовуються повторно, штучними породними спорудженнями.

Методи досліджень: Для рішення поставлених задач використовувався комплексний метод дослідження, який включає до себе аналіз і узагальнення літературних джерел присвячених охороні підготовчих виробок позад очисного вибою; лабораторні дослідження на фізичних моделях; аналітичні дослідження формування вантажонесучої спроможності породної конструкції.

Наукова новизна одержаних результатів:

    1. Вперше встановлено, що при зміні відносного діаметру опорного елементу (відношення діаметру опорного елементу до потужності пласта) від 0,25 до 0,5 навантажувально-деформаційна характеристика охоронного спорудження залишається постійною. При цьому маса опорного елементу не повинна перевищувати 40 кг. 2. Вперше встановлено, що міцність матеріалу оболонки не справляє суттєвого впливу на формування вантажонесучої спроможності опорного елементу. Так при збільшенні міцності оболонки на розрив від 30 до 110 Н/см (в 3,7 рази) усадка охоронного спорудження зменшується на 3,5%. 3. Вперше встановлені особливості процесу деформування опорного елементу, які полягають в тому, що при навантаженні усередині породи опорного елементу утворюється несуче ядро у вигляді трикутника. В межах ядра в породі виникають подовжні деформації, а поперечні деформації відбуваються за рахунок зсуву по площадкам, які обмежують ядро.

Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій, які захищаються, підтверджуються: достатнім об'ємом лабораторних досліджень впливу конструктивних параметрів охоронної споруди на її навантажувально-деформаційну характеристику; високою збіжністю результатів лабораторних і аналітичних досліджень; позитивними результатами дослідно-промислової перевірки розробленого способу та його ефективністю.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:

    - розроблена методика розрахунку параметрів породного охоронного спорудження, що зводиться з опорних елементів. - розроблена технологія зведення породної стінки з опорних елементів, яка забезпечує ізоляцію виробленого простору і утворення попереднього підпору породам покрівлі.

Результати досліджень використані в рекомендаціях по підтримці вентиляційного штреку на шахті "Октябрський руднік" та конвеєрного штреку на шахті "Добропільська". Розрахунковий економічний ефект від впровадження рекомендацій склав відповідно 86,4 та 662,1 грн/п. м. виробки.

Особистий внесок здобувача полягає в визначенні мети, ідеї роботи, формулюванні задач дослідження і наукових положень. Автор виконав аналіз використання способів охорони виробок, провів лабораторні дослідження і аналіз результатів. Автором встановлений механізм формування вантажонесучої спроможності опорного елементу, розроблена методика визначення параметрів охоронного спорудження з опорних елементів, запропонована технологія викладення охоронного спорудження з опорних елементів в шахті.

Апробація результатів роботи. Основні положення роботи обговорювалися і дістали схвалення на науково-практичних конференціях: "Геотехнології і управління виробництвом XXI століття" (Україна, Донецьк, травень, 2006 р.), "Нові технології підземного будівництва і видобутку корисних копалин" (Україна, Алчевськ, квітень, 2008 р.), "Геотехнології і управління виробництвом XXI століття" (Україна, Донецьк, квітень, 2008 р.), "Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості" (Україна, Кривий Ріг, травень, 2008 р.), міжнародні конференції: "XXI міжнародний симпозіум Геотехніка 2006" (Польща, Глівіце-устронь, 2006), "VIII школа геомеханіки 2007" (Польща, Глівіце-устронь, 2007).

Публікації. За результатами проведених досліджень опубліковано 9 друкованих праць, у тому числі 4 статті у фахових виданнях, затверджених ВАК України.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновку, переліку літературних джерел із 91 найменування. Містить 119 сторінок машинописного тексту, 80 рисунків, 2 таблиці і додатки. Загальний обсяг роботи 157 сторінки.

Автор висловлює щиру подяку доктору фізико-математичних наук, професору Е. П. Фельдману за консультативну и практичну допомогу в постановці і проведені аналітичних досліджень, а також співробітникам ДонНТУ, шахт "Октябрський рудник" та "Добропільська" за допомогу в проведенні лабораторних і шахтних досліджень. Автор особливо дякує науковому керівнику доктору технічних наук, професору М. М. Касьяну за цінні поради при виконанні роботи.

Похожие статьи




Загальна характеристика роботи - Розробка способів утворення штучних порідних споруджень для охорони виїмкових виробок, що використовуються повторно

Предыдущая | Следующая