Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Міністерство освіти і науки України
Національна гірнича академія України
УДК 622.692.24
Кужель Сергій Вікторович
ОБҐРУНТУВАННЯ СПОСОБУ ПІДВИЩЕННЯ СТІЙКОСТІ КАМЕР ВЕЛИКОГО ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕРІЗУ ВУГЛЬНИХ ШАХТ
Спеціальність 05.15.04. –“Шахтне і підземне будівництво”
Автореферат дисертації на здобуття
наукового ступеня кандидата технічних наук
Дніпропетровськ - 2000
Дисертацією є рукопис
Робота виконана на кафедрі будівництва шахт і підземних споруд в Національній гірничій академії України Міністерства освіти і науки (м. Дніпропетровськ).
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Шашенко Олександр Миколайович,
Національна гірнича академія України
(м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри будівництва шахт і підземних споруд.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Усаченко Борис Миронович,
Інститут геотехнічної механіки НАН України
(м. Дніпропетровськ),
завідувач відділу механіки гірських порід.
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Ковалевська Ірина Анатоліївна
Національна гірнича академія України
Міністерства освіти і науки України
(м. Дніпропетровськ), старший науковий співробітник кафедри підземної розробки родовищ.
Провідна установа: Донецький науково-дослідний вугільний інститут Міністерства палива та енергетики України, лабораторія шахтного фонду
Захист дисертації відбудеться “__22__”___грудня__ 2000 р.
о ___14____годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д08.080.04 при Національній гірничій академії України Міністерства освіти і науки України,
(49027, Україна, м. Дніпропетровськ –, просп. К. Маркса, 19).
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національної гірничої академії України Міністерства освіти і науки України, (49027, України,
м. Дніпропетровськ –, просп. К. Маркса, 19).
Автореферат розісланий “__20 __”__ листопада _2000 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,
доктор технічних наук, професор А.М. Роєнко
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Проблема стійкості підземний гірничих виробок, які пройдені у слабких породах, продовжує залишатися актуальною і є однією з головних причин, що знижують економічні показники роботи вугільних шахт України. Ця проблема стосується і виробок типу камер, що мають специфіку за рахунок великої площі поперечного перерізу. До них, у першу чергу, належать камери піднімальних машин при вскритті та підготовці вугільних шарів за допомогою ухилів, що характерно для багатьох регіонів, а також і для шахт ДХК "Добропіллявугілля".
Відсутність достовірних даних про очікувані переміщення порід призводить до того, що деформації порідних оголень і кріплення порушують нормальний режим роботи головних транспортних артерій шахт. Не завжди проведення разових ремонтних робіт забезпечує нормальний подальший експлуатаційний стан камер на термін служби, що залишився. Частіше усього роботи слід повторювати. Ліквідація наслідків процесу переміщень порід, особливо здимання, пов'язана з великими витратами, які в значній мірі залежать від способів підтримання. Тому наукові дослідження, спрямовані на підтримку виробок типу камер за рахунок використання додаткових заходів по забезпеченню експлуатаційного стану на строк служби, що залишився, є актуальними і мають важливе народногосподарське значення.
Ціль роботи - обґрунтування способу забезпечення стійкості камер великого поперечного перерізу в умовах здимання порід підошви.
Дисертаційна робота виконана як складова частина досліджень в області забезпечення стійкості підземних гірничих виробок, виконаних у Національній гірничій академії України (ГП-233 "Встановлення закономірностей прояву гірського тиску в підготовчих виробках вугільних шахт, що знаходяться в зоні впливу очисних робіт" і ін.).
Ідея досліджень складається в перерозподілі поля напружень і деформацій в окрузі камери шляхом проведення компенсуючих виробок.
Основні задачі досліджень полягали в наступному:
Методи досліджень: аналіз інформаційних джерел, метод граничних елементів, метод моделювання, в т.ч. комп'ютерного, методи будівельної механіки.
Основні наукові положення, що захищаються в дисертації:
1. Зменшення та стабілізація переміщень підошви камери є наслідок взаємодії компонентів напружень навколо виробки, яка охороняється, і компенсуючих виробок, що дозволяє використовувати останні як елементи забезпечення стійкості камери.
. Стійкість камери є нелінійною функцією координат розташування компенсуючих виробок відносно тієї, яка охороняється, що дозволяє мінімізувати переміщення підошви.
Наукова новизна отриманих результатів:
Наукове значення роботи - у розкритті закономірностей зміни граничного напруженого стану порідного масиву навколо камер із компенсуючими виробками.
Практичне значення отриманих результатів досліджень полягає в розробці конкретних заходів, проекту виконання робіт для охорони камер піднімальних машин в умовах шахт ДХК "Добропіллявугілля" на прикладі шахти "Білозірська".
Особистий внесок автора полягає у зборі й опрацюванні натурних матеріалів в області стійкості камер піднімальних машин на шахтах ДХК "Добропіллявугілля", постановці і рішенні чисельних задач і лабораторного моделювання, у розробці заходів щодо охорони камер піднімальних машин.
Апробація результатів досліджень. Основні результати досліджень докладались на Тижні гірника в Московському державному гірничому університеті (м. Москва, 1998), 2-й Міжнародній конференції по освоєнню підземного простору (м. Сімферополь, 1998), на наукових семінарах кафедри будівництва шахт і підземних споруд НГА України (м. Дніпропетровськ, 1997-1999 р.р.)
Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 7 статтях: - 6 у наукових фахових виданнях, 1 - у збірнику наукових праць конференції.
Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків і додатка. Викладена на 197 сторінках машинописного тексту, містить 14 таблиць, 60 малюнків і список використаних джерел із 113 найменувань.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ роботи
До складу холдінгової компанії "Добропіллявугілля" входять 7 чинних шахт. Динаміка основних показників холдінгової компанії наведена в табл. 1 Аналіз показує, що питома протяжність підтримуваних виробок із року в рік скорочується рис. 1. Викликано це тим, що зменшуються також число чинних очисних забоїв рис. 2 і відповідно обсяги проведених підготовчих виробок.
Має місце деяке зниження сумарної довжини виробок, яке не задовольняє вимогам ПБ, хоча динаміка цього процесу незначна рис. 3, і навіть характеризується деякою сталістю показників.
На виконання трудомістких ремонтних робіт щорічно зайнято біля тисячі чоловік, що складає 8-10 % від загального числа підземних робітників рис. 4.
Основна причина ремонтів криється в наявності здимання порід підошви виробок (70 %) і невідповідності несучої спроможності кріплення чинному навантаженню (30 %).
Як уже відзначалося, одними з ключових у структурі шахт є виробки великого поперечного перерізу. Це камери піднімальних машин на ухилах. Таблиця 1
Динаміка змін основних показників діяльності ДХК "Добропіллявугілля"
Показники Роки
1994 (10 міс/план)
Видобуток вугілля за рік, тис. тонн.
Кількість очисних забоїв, шт.
Протяжність діючих виробок на кінець року, км. ,1 ,0 ,1 ,6 ,6 ,0
- із них не відповідає паспорту підтримки (по вимогам ПБ), км/%. ,0/12,7 ,8/12,7 ,4/12,7 61,2/12,6 ,5/12,6 ,0/11,4
-в т.ч. не відповідають вимогам по профілю шляху, км. ,7 ,0 ,1 ,5 ,0 ,2
Пройдено виробок за рік, км ,7 ,0 ,6 ,3 ,4 ,5
- у т.ч. що розкривають і підготовляють, км. ,8 ,5 ,7 ,4 ,6 ,3
Пройдено гірничих виробок на 1000 т видобутку вугілля, м/тис.тонн. ,9 ,8 ,1 ,7 ,9 ,9
Питома довжина усіх гірничих виробок на 1000т загального видобутку за рік, м/тис.тонн ,0 ,1 ,4 ,0 ,5 ,0
Усього відремонтовано виробок за рік, км ,6 ,0 ,0 ,5 ,1 ,2
- у т.ч. повне перекріплення виробок, км ,1 ,4 ,0 ,6 ,8 ,9
- підривка, рихтування, виправлення профілю шляху, км ,5 ,6 ,8 ,9 ,3 ,3
Число робітників на підземних роботах по видобутку вугілля, тис.чол. 11337
- у тому числі ГРОЗ, чол.
- прохідників, чол.
Число робітників на підтримці і ремонті гірничих виробок, чол.
Кількість робітників на підтримці і ремонті гір виробок від загального числа прохідників, % ,0 ,0 ,4 ,0 ,1 ,8
Кількість робітників на підтримці і ремонті від загального числа трудящих на підземних роботах, % ,2 ,9 ,7 ,3 ,9 ,6
Питома вага заробітної плати в собівартості 1т вугілля ,9 ,6 ,8 ,7 ,9 ,9
Кількість і стан їх по холдінгу наведені в табл. 2, із якої випливає, що 22 % камер знаходяться в незадовільному стані за тими ж причинами.
Таблиця 2
Кількість і стан камер підземних піднімальних машин на ухилах
Шахти Усього камер, шт. В т.ч. маючих стан % незадовіл. камер до загальної кількості
добре задовіл. незадо-вільне.
"Добропільська" - ,0
"Алмазна" ,0
"Білицька" ,0
"Білозірська" ,0
"Новодонецька" ,0
"Піонер" 16,0
По ДХК ,0
Як базовий об'єкт досліджень була визначена шахта "Білозірська". Вона найбільш складна в гірничо-геологічному відношенні. Обстеження протяжних виробок цієї шахти показало, що більшість їх обводнено і породи підошви є такими, що здимаються. Обстежено також виробки великого поперечного перетину - камери. Типовою є камера піднімальних машин гор. 550 м. на південному ходку пласта 13 ухилу № 1. Для неї характерним є перекіс елементів піднімальної машини, викликаний зсувами фундаментів, що носять незатухаючий характер. Сильно деформовані біля 60 % елементів кріплення. Попередні підривка підошви і ремонт камери не завдали успіху.
Крім самої камери у незадовільному стані знаходяться також збійки із конвеєрним ухилом і людським ходком.
Результати обстеження дозволили зробити такі висновки:
У роботі виконаний огляд інформаційних джерел по проблемі здимання порід у гірничих виробках і способам забезпечення їхньої стійкості. Великий вклад у справу вивчення проблеми здимання порід підошви та стійкості підземних виробок у складних гірничо-геологічних умовах внесли такі вчені, як Бокій Б.І., Глушко В.Т., Заславський Ю.З., Ковалевська І.А., Лит Кін В.А., Максимов О.П., Роєнко А.М. Ростовцев Д.С., Руппенейт Е.В., Соколовський В.В, Усаченко Б.М., Цимбаревич П.М., Черняк І.Л., Шашенко О.М., Шейхет М.Н. та багато інших. Це дозволило зробити такі основні висновки, що знайшли подальший розвиток у дисертації:
- одним із способів запобігання здимання порід підошви може бути створення в окрузі камери, яка охороняється, додаткових компенсуючих виробок, у результаті чого можуть бути зменшені компоненти напружень і стійкість її істотно підвищиться;
Для аналітичних досліджень напружено-деформованого стану навколо виробок був обраний метод граничних елементів. Розрахункова схема задачі приведена на рис. 5.
У запропонованому способі охорони підземної гірничої виробки великого перерізу передбачене проведення компенсуючих виробок на деякому, спочатку невідомому, віддаленні від основної. Наявність непідкріпленої порожнини в масиві гірських порід, що виконує роль компенсатора об'єму, сприяє вільним переміщенням порід у зоні підвищеного гірського тиску. Тим самим спостерігається ефект розвантаження від напружень частини гірничого масиву у зонах підвищеного гірського тиску. Ця ідея була покладена в основу запропонованого способу. У ході рішення задачі необхідно було встановити, насамперед, розміри й орієнтацію компенсуючих виробок щодо камери.
На рис. 5 наведена розрахункова схема, за допомогою якої проводилося дослідження напруженого стану області масиву гірських порід навколо виробок різноманітних розмірів. Параметрами, що варіюються, є координати компенсуючої виробки в системі ХОУ. Досліджувалися 9 найбільш ймовірних положень компенсуючої виробки.
У ході досліджень було встановлено, що переміщення компенсуючої виробки вгору і вправо, щодо базового варіанта (I), дозволяє знизити рівні діючих у масиві напружень, виключити появу зон напружень, що розтягують у
масиві, зменшити розміри зон підвищеного гірського тиску. Після виявлення цієї закономірності, було задано критерій міцності, відповідно до якого можна остаточно рекомендувати координати компенсуючої виробки.
За критерій міцності був використаний коефіцієнт, що характеризує ступінь перевищення рівня еквівалентного напруження ? экв над межею міцності на стиск Rс порід , що вміщають виробку:
(1)
де (2)
- компоненти напружень у довільно вибраній точці масиву.
На рис. 6 наведені результати аналізу зон втрати стійкості в досліджуваній області відповідно до прийнятого критерію (К<1).
Аналіз показав, що єдиний варіант, при якому в окрузі виробки що охороняється, відсутня зона втрати стійкості, це варіант № ІХ. При цьому координати компенсуючої виробки такі:
12 м < Х < 14 м; 8 м < У <10 м.
Дослідження стану порідного масиву в окрузі камери з компенсуючими виробками, викладене вище, було здійснено, виходячи з припущення, що компоненти напружень є пружними. Проте, здимання порід підошви завжди є результатом пластичного деформування. Для підтвердження аналітичних розрахунків у дисертації були виконані експерименти на моделях еквівалентних матеріалів.
Вивчення процесу здимання порід підошви у гірничих виробках виконано на плоскому стенді для однорідних і неоднорідних моделей.
За еквівалентний матеріал була прийнята пісчано-парафіно-графітова суміш. Основні параметри масиву, який моделюється, та еквівалентні суміші наведені у табл. 3.
Таблиця 3
Основні фізико-механічні параметри порідного масиву, що моделюється і еквівалентного матеріалу
№ п.п Характеристика матеріалу Натурні Параметри Моделі
. Межа міцності на одноосьовий стиск, МПа ,11-0,160000
. Модуль Юнга, Мпа ,5х104 ,012-0,008х104
3. Об'ємна вага, т/м3 2,65 ,12-1,6
4. Коефіцієнт Пуассона ,15 ,15
Усього було випробувано 46 моделей. Крім однорідних, випробовувалися також неоднорідні моделі з імітацією більш міцного прошарку у покрівлі камери, що відповідало умовам закладення камер на ш. "Білозірська". Стан виробки, що охороняється, оцінювався за кінцевими деформаціями виділеного квадрата мірної сітки. Кількісна оцінка деформацій проводилася шляхом виміру довжини діагоналі фіксованого квадрата мірної сітки на початку і в кінці чергового етапу навантаження.
Узагальнені результати вимірів наведені на рис. 7.
На графіках просліджуються три характерні риси: ОА - зона умовної пружної деформації, АВ - зона пластичної деформації, ВС - зона здимання порід підошви. Порівнюючи їх, можна відзначити, що небезпечна область ВС у випадку наявності компенсуючих виробок не наступає, що є свідоцтвом підвищеної стійкості камери, яка охороняється.
Таким чином, у ході експериментів встановлено, що:
що охороняється, в два і більш разів;
Рис. 7 Характер деформування приконтурного масиву:
- без компенсуючої виробки;
- з компенсуючою виробкою
Обстеження камер показало, що крім здимання порід підошви характерним для них є руйнування кріплення через надмірні навантаження. У результаті вивчення проблеми кріплення виробок було вирішено, що найбільш ефективним у цьому випадку є тампонаж закріпного простору цементно-пісчаним сумішами. У дисертації була поставлена задача оцінити у скільки разів при цьому підвищиться несуча спроможність нового двошарового кріплення. Розрахункова схема задачі наведена на рис. 8. Задача вирішувалася методами будівельної механіки (метод сил). Досліджувалася гранична сумарна несуча спроможність металевої арки і монолітної забутовки. Оцінка несучої спроможності двошарового аркового кріплення була виконана на підставі аналізу так званого коефіцієнта грузонесучої здатності, який обчислюється, як відношення несучої здібності двошарового кріплення Qк до несучої здібності аркового кріплення у чистому вигляді Qт:
(1)
Обчислення показали, що тампонаж закріпного простору збільшує несучу спроможність кріплення приблизно в 2 рази, табл. 4. У дисертації наведені підібрані ймовірні складові частини тампонажних розчинів та технологія їх застосування стосовно до створення двошарового кріплення.
Досвід експлуатації піднімальних машин типу Ц 2,5х2 показав, що вихід їх із стану експлуатації відбувається через взаємний перекіс і зсуви валів барабана, редуктора й електропривода.
Рис. 8 Розрахункова схема для другого слоя кріплення
Таблиця 4
Несуча спроможність типового двошарового кріплення
djustright Таблиця 4
Несуча спроможність типового двошарового кріплення
gf№ п.п. Щільність установки арок, рам/м Типове аркове кріплення Двошарове кріплення Коефі-цієнт вантажо-несучої здібності К=Qк/Qт
Вантажо-несучя здібність арки Qт., тс Інтенсивність розподілу навантаження "q", тс/м Вантажо-несуча здіб-ність кріплення Qк, тс Інтенсив-ність розподілу навантаження "q", тс/м
,74 ,0 ,39 ,6 ,6 ,98
,5 ,1 ,0 ,09 ,7 ,1
,0 ,47 ,9 ,76 ,2 ,99
,0 ,48 ,0 ,77 ,0 ,92
,5 ,72 ,5 ,35 ,5 ,95
,0 ,96 ,0 ,92 ,0 ,0
Надалі пропонується, крім захисних виробок і тампонажу, застосувати на опорних площинах збірно-розбірні елементи, що по мірі зсуву підошви демонтуються, забезпечуючи сталість площини проектного монтажу лебідки. Застосування цього конструктивного рішення дозволяє експлуатувати піднімальну машину навіть при висоті здимання підошви до 800 мм. Так наприклад, опорна частина барабана піднімальної машини складається із з'ємних елементів, які мають можливість взаємозаміни, анкерів, якірного пристрою. Приймаючи рівень підошви камери підіймальних машин за відносну початкову відмітку, слід відмітити, що нижча відмітка заводської рами барабана дорівнює 1500 мм, а нижча відмітка заводської рами барабана піднімальної машини має відмітку - 50 мм.
Таким чином, при висоті опорної рами, яка дорівнює 800 мм, між нижньою площиною заводської рами і верхньою площиною опорної рами є відстань розміром 650 мм, яка заповнюється з'ємними опорними елементами.
При здиманні порід підошви на висоту, при якій перекоси вісей валів роблять неспроможно нормальну роботу піднімальної машини, з'ємні елементи демонтують у такій кількості, щоб загальна їх висота дорівнювала висоті піднімання підошви виробки. Опорна рама після цього приймає положення близьке до проектного, що робить можливим подальшу експлуатацію піднімальної машини.
Для контролю стану приконтурного масиву і своєчасного реагування на деформацію, що з'являються у кожній камері, рекомендується встановлювати контурні і глибинні реперні станції, конструкції яких наведені в дисертації.
Проект реконструкції камери пл. Л3 гор. 550 м на шахті "Білозірська" був здійснений у 1994 р. Дотепер небезпечних деформацій у камері не спостерігається.
Висновки
Дисертація є завершеною науковою працею, яка містить нове рішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає в обгрунтуванні параметрів способу забезпечення стійкості виробок великого поперечного перерізу (камер) вугільних шахт в умовах здимання порід підошви.
Основні наукові і практичні результати:
1. Узагальнені результати обстеження виробок шахт ДХК "Добропіллявугілля", які дозволили встановити причину незадовільного стану виробок великого поперечного перерізу (камер), яка криється, насамперед, у наявності здимання порід підошви та невідповідності несучої спроможності кріплення реальному навантаженню.
. Виконаний критичний аналіз робіт в області здимання порід підошви у гірничих виробках, який дозволив визначити основні напрямки досліджень.
. На основі аналітичних і лабораторних досліджень уперше доведено, що наявність компенсаційних виробок змінює позитивним чином напружено-деформований стан порідного масиву навколо камер, що охороняються; це дозволило в першому наближенні встановити кількість, форму, розміри і місця розташування додаткових виробок.
. Доведено, що наявність додаткового заходу - тампонажу закріпного простору - підвищує несучу спроможність кріплення приблизно в 2 рази, що
дозволило рекомендувати його, як необхідний елемент технології спорудження камер.
5. Розроблені технічні заходи щодо стабілізації положення фундаментів піднімальних машин у камерах шляхом попереднього закладання під підшипники валів з'ємних елементів, що дозволило підвищити надійність експлуатації підйомів.
Проект виконання робіт із підвищенням стійкості камери 1-го південного ходка пл. Л3 гор. 550 м був реалізований на шахті "Білозірська".
Список опублікованих робіт
здобувача за темою дисертації
1. Кужель С.В. Обеспечение устойчивости камеры подъемных машин // Науковий вісник НГАУ.-1998.-№ 1.-С. 34-35.
. Тулуб С.Б., Кужель С.В. Напряженное состояние породного массива в окрестности камеры с компенсационными выработками // Геотехническая механика ИГТМ.-1998.-№ 9.-С. 21-25.
. Шашенко А.Н., Тулуб С.Б., С.В. Кужель Новые конструктивные решения по защите от перекоса подъемной машины установленной в камере с пучащей почвой // Науковий вісник НГАУ.-1999.-№ 3.-С. 9.
. Роенко А.Н., Кужель С.В. Обоснование метода исследования напряженно-деформированного состояния массива вокруг вырабо,ток камерного типа // Науковий вісник НГАУ.-1999.-№ 4.-С. 92-94.
. Кужель С.В. Исследование устойчивости камер угольных шахт на неоднородных моделях из эквивалентных материалов // Науковий вісник НГАУ.-1999.-№ 5.-С. 86-87.
. Шашенко А.Н., Тулуб С.Б., Кужель С.В. Напряженное состояние массива в окрестности камеры с компенсационными выработками. Науковий вісник НГАУ.-1999.-№ 6.-С.40-42.
7. Роенко А.Н., Кужель С.В. О формировании нагрузки на крепь выработок камерного типа. //Проблемы и перспективы освоения подземного пространства крупных городов: Сб. науч. тр.-Днепропетровск.: НГАУ. -1998 №1.-С. 142-145.
Особистий внесок здобувача у роботах, які опубліковані у співавторстві:
[2] –численне моделювання та розрахунок; [3] –розрахунок навантаження на кріплення камери; [4] - розрахунок конструктивних елементів збірних фундаментів; [6] –огляд та аналіз методів чисельного розрахунку; [7] - огляд та аналіз праць з питань оцінки навантаження на кріплення підземних виробок.
Анотація
Кужель С.В. Обґрунтування способу підвищення стійкості камер великого поперечного перерізу вугільних шахт. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.04.- “Шахтне і підземне будівництво”. Національна гірнича академія України Міністерства освіти і науки України, Дніпропетровськ, 2000.
Виконаний аналіз господарчої діяльності вугільних шахт ДХК “Добропіллявугілля”. Доведено, що одна з причин, які не сприяють якісній роботі шахт, є низька стійкість підготовчих виробок. Особливо великі збитки мають місце у разі виходу із ладу камер піднімальних машин на ухилах.
Причина виходу камер із стану діючих - у здиманні порід підошви та руйнування кріплення.
Доведено аналітично на основі чисельного моделювання методом МКЕ, що спорудження поруч з камерою компенсаційних виробок з одночасовим тампонажем закріпного простору дозволяє суттєво підвищити стійкість камер.
Виконані лабораторні експерименти по дослідженням стійкості камер з компенсуючи ми виробками на моделях із еквівалентних матеріалів.
Обґрунтовані параметри розташування цих виробок та запропонована нова конструкція фундаментів піднімальних машин, які мають з'ємні елементи. Рекомендації реалізовані у камері піднімальних машин пл. Л3 гор. 550 м на ш. “Білозірська”.
Результати досліджень опубліковані у сьоми статях.
Ключові слова: камери, здимання порід підошви, тампонаж, фундамент піднімальної лебідки, компенсуючі виробки.
АННОТАЦИЯ
Кужель С.В. Обоснование способа повышения устойчивости камер большого поперечного сечения угольных шахт. –Рукопись.
Диссертация на соискание ученной степени кандидата технических наук по специальности 05.15.04.- “Шахтное и подземной строительство”. Национальная горная академия Украины Министерства образования и науки Украины, Днепропетровск, 2000 г.
Диссертация посвящена обоснованию способа повышения устойчивости камер подъемных машин в условиях повышенного горного давления и пучения пород почвы.
Выполнен анализ хозяйственной деятельности угольных шахт ДХК “Добропольеуголь”. Доказано, что одной из причин нестабильной работы предприятий является низкая устойчивость подготовительных выработок. На выполнение трудоемких ремонтных работ ежегодно занято около тысячи человек, что составляет 8-10 % от общей численности подземных рабоичх.
Особенно большой ущерб деятельности шахт наносят остановки и ремонт камер подъемных машин. Причина выхода из строя камер заключается в наличии пучения пород почвы и повышенного горного давления. Выполнен
обзор исследований в этой области. Предложено в качестве меры, обеспечивающей устойчивости камер, соорудить две компенсационные выработки и выполнить тампонаж закрепного пространства и предусмотреть наличие съемочных элементов под подшипниками валов барабана, редуктора и электропровода лебедки.
Методом граничных элементов выполнено обоснование параметров предлагаемого способа охраны. Установлено, что компенсационные камеры должны располагаться в подошве охраняемой выработки на расстоянии 12-14 м по горизонтальной оси и 8-10 см по вертикальной оси. Устойчивость выработок оценивалась по критерию Парчевского Л.Я.-Шашенко А.Н. Результаты численных расчетов подтверждены путем испытаний моделей из эквивалентных материалов. Материал моделей - песчано-парафино-графитовая смесь. Доказано что наличие компенсационных выработок снижает напряженно-деформированное состояние породного массива в окрестности охраняемых камер, не допуская развития процесса пучения пород почвы.
Кроме того, разработана конструкция фундамента под элементы подъемной машины, позволяющая эксплуатировать ее даже при значительных деформациях почвы.
Предложены съемные элементы под подшипниками валов барабана, редуктора и электропривода, что позволяет охранять эксплутационные возможности подъемной машины даже при величине поднятия пород почвы до 800 мм.
Разработана технология тампонажа и последующего контроля состояния приконтурного массива. Установлено, что тампонаж закрепного пространства увеличивает несущую способность крепи в камере, примерно, в 2 раза.
Приведены конструкции реперных станций.
Результаты исследований реализованы на ш. “Белозерская”в камере подъемных машин пл. Л3 гор. 550 м. Основные положения опубликованы в семи статьях.
Ключевые слова: камера, пучение пород почвы, многослойная крепь, тампонаж, фундамент, подъемная лебедка, компенсационные выработки.
THE SUMMARY
Kuzhel S.V. A substantiation of way of rise of cameras stability of the large cross-section of collieries. - Manuscript.
Thesis on obtaining a degree of candidate of engineering science on a speciality 05.15.04.- " Mine and underground construction ". National Mining University of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2000.
The thesis is devoted to a substantiation of way of rise of stability of cameras of elevating machines in conditions of the increased rock pressure and frictions of breeds of ground.
The analysis of economic activity of collieries SKC "Dobropolyeugol" is executed. It is proved, that one of the reasons of firms operation instability is low stability of preparatory mine workings. Especially large damage of activity of mines is brought through stops and repair of cameras of elevating machines. The reason of cameras' getting out of order is in rebounding of breeds of ground and increased rock pressure. The review of researches in this area has been fulfilled. . It is offered to make two compensatory mine workings as a measure ensuring stability of cameras, and to execute tamping of fixing space. Besides, the construction of the base for units of elevating machine allowing to exploit it even at significant deformations of ground. The technology of tamping and consequent control of a close-to contour state of the massif is developed. The results of researches are realized at "Belozerskaya" mine in the camera of elevating machines pl. Л3 550 m. The main states are published in six articles.
Key word: camera, rebounding of breeds of ground, multilayer timber, tamping, base, compensatory mine workings.