Обґрунтування параметрів технології управління покрівлею протяжними пневмоопорами у лавах дуже тонких крутих пластів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Міністерство вугільної промисловості

Відділення фізико-технічних гірничих проблем донецького фізико-технічного інституту ім. О.О. Галкіна

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

05.15.02 - Підземна розробка родовищ корисних копалин

Обґрунтування параметрів технології управління покрівлею протяжними пневмоопорами у лавах дуже тонких крутих пластів

Гродзинський Петро Якович

Донецьк-1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному підприємстві "Комплексний науково-дослідний та проектно-конструкторський інститут із проблем Центрального району Донбасу" (ДонНДІ) Мінвуглепрому України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор, декан Донецького державного технічного університету Бондаренко Ю.В.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, завідуючий кафедрою Національної гірничої академії України (м. Дніпропетровськ) Ширін Л.Н.

кандидат технічних наук, заступник директора з науки Донецького науково-дослідного вугільного інституту Дубов Є.Д.

Провідна установа - Донбаський гірничо-металургійний інститут (м. Алчевськ)

Вчений секретар спеціалізованої Ради, канд. техн. наук Є.І. Піталенко

Анотація

гірничий пневмокріплення вибій

Гродзинський П.Я. Обґрунтування параметрів технології управління покрівлею протяжними пневмоопорами у лавах дуже тонких крутих пластів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.02 - підземна розробка родовищ корисних копалин. - Відділення фізико-технічних гірничих проблем ДонФТІ НАНУ ім. О.О. Галкіна, Донецьк, 1999.

Дисертаційна робота спрямована на вирішення задачі обґрунтування параметрів різних варіантів технології управління покрівлею протяжними пневмоопорами в лавах надто тонких крутих вугільних пластів.

Запропоновані варіанти технології в поєднанні із кріпленням з дерев'яних та металевих стояків, а також реалізації технології виїмки без постійної присутності людини в лаві.

Для реалізації цих рішень запропонований варіант управління покрівлею з допомогою упорядкованого послідовного опускання секцій протяжних пневмоопор у лаву. Можливість використання протяжених пневмоопор як огородження гідрозакладних масивів підтвердили стендові випробування й дослідницька перевірка в умовах шахти "Червоний Жовтень" ВО “Орджонікідзевугілля”.

Ключові слова: надто тонкий пласт, протяжна пневмоопора, технологічна схема, гідрозакладка, фронтальна задвижка.

Аннотация

Гродзинский П.Я. Обоснование параметров технологии управления кровлей протяженными пневмоопорами в лавах весьма тонких крутых пластов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.02 - подземная разработка месторождений полезных ископаемых. - Отделение физико-технических горных проблем ДонФТИ НАНУ им. А.А. Галкина, Донецк, 1999.

Диссертационная работа направлена на решение задачи обоснования параметров разных вариантов технологии управления кровлей протяженными пневмоопорами в лавах весьма тонких крутых угольных пластов.

Результаты выполнения исследований, а также шахтной проверки принципов применения протяженных пневмоопор в качестве крепей и ограждений позволяют сформировать следующие варианты технологии: крепь из протяженных пневмоопор в комплекте с деревянными стойками; крепь из протяженных пневмоопор в комплекте с металлическими стойками; крепь из протяженных пневмоопор для реализации технологии выемки без постоянного присутствия человека в лаве; протяженные пневмоопоры в качестве ограждения при гидрозакладочных работах.

Для реализации этих решений предложен вариант управления кровлей, технологическая сущность которого заключается в разработке схемы возведения специальной крепи как посредством упорядоченного последовательного опускания в лаву и извлечения из нее соединенных секций протяженных пневмоопор в лаву, так и фронтальную схему передвижения рядов пневмокрепи под действием наклонной составляющей силы тяжести оболочек вследствие диагонального расположения забоя.

Для определения характера распределения напряжений в кровле пласта при использовании предлагаемых технических решений в работе выполнены лабораторные исследования методом оптического моделирования, а также аналитические расчеты компонент напряжений в кровле при различных условиях применения пневмоопор.

В результате моделирования механических процессов в призабойной части массива установлено, что технически и технологически достижимые параметры технологий с применением крепей из протяженных пневмоопор обеспечивают надежное управление горным давлением в очистных забоях, что подтверждает правильность принятых технологических решений.

Для предварительной оценки возможности создания на базе протяженных пневмоопор ограждений, способных препятствовать боковым нагрузкам со стороны закладочного массива, проведены полномасштабные стендовые исследования, которые установили возможность использования протяженных пневмоопор в качестве ограждений гидрозакладочных массивов. Максимальные сдвигающие усилия со стороны гидрозакладочного массива не превышают 35-50% усилий бокового сопротивления распертых между кровлей и почвой пневмоопор.

Шахтные эксперименты, производившиеся на шахте "Красный Октябрь" ПО “Орджоникидзеуголь”, подтвердили работоспособность предложенных технологий.

Ключевые слова: весьма тонкий пласт, протяженная пневмоопора, технологическая схема, гидрозакладка, фронтальная задвижка.

Summary

Grodzinsky P.Ya. Substation of parameters of the roof control practice in faces of very thin steep scams using extended pneumatic supports. - Manuscript.

The thesis submitted for a candidate of technical science degree in the field 05.15.02 - underground development of deposits of minerals. - The Department of Physico-Technical mining problems DonPTI, Ukrainian National Academy of sciences, Donetsk, 1999.

The dissertation is aimed to solve a problem of substation of parameters of alternative roof control practices in faces of very thin steep coal seams using extended pneumatic supports.

Practice modifications using combinations with supporting by wooden and metal jacks as well as unmanned production technology are proposed.

To realize above approaches the modifications is proposed to control the roof by way of avanged successive sinking sections of extended pneumatic supports info the working. A possibility of application of such supports as fences of hydrogobbed masses have been confirmed by bench tests and experimental checking in conditions of “Red October” mine, P/O, “Ordjonikidzeugol”.

Key worp: very thin steep, extended pneumatic supports, hydrogobbed, face gete.

Вступ

Актуальність теми дисертації. Розвиток гірничих робіт на шахтах Центрального району Донбасу, який забезпечує планомірну підготовку продуктивних очисних вибоїв, визначає необхідність першочергової відробки малопотужних вугільних пластів. Зменшення виробничих затрат на видобуток вугілля в таких лавах, поряд з іншими витратами, в умовах ринкової економіки є одним із вирішальних факторів забезпечення доцільності експлуатації шахт району.

Значний вплив на рівень собівартості видобутку вугілля чинять витрати, що пов'язані з процесами управління гірничим тиском. Тривалий досвід розвитку технології очисних робіт в таких умовах свідчить про те, що можливості вдосконалення традиційних засобів та способів управління гірничим тиском, практично, вичерпані. Гостра необхідність механізації цих процесів з метою підвищення ефективності відробки дуже тонких крутих пластів обумовлює актуальність створення принципово нових технологій кріплення та управління покрівлею.

Одним із шляхів вирішення цієї задачі є розробка та впровадження пневматичних оболонок (подушкоподібних та протяжних), які використовуються як несучі елементи в конструкціях шахтного кріплення. Можливість створення на базі протяжних пневматичних опорів високопродуктивних механізованих комплексів для відробки дуже тонких крутих пластів підтверджена практичними дослідженнями ДонНДІ та ДонВУГІ. Однак технологія застосування таких конструкцій до теперішнього часу науково не обґрунтована.

Так як ця робота спрямована на вирішення задачі обґрунтування параметрів різних варіантів технології управління покрівлею протяжними пневмоопорами, то її тема уявляється актуальною.

Зв'язок теми дисертації з планом науково-дослідних робіт інституту. Робота є складовою частиною досліджень, які виконані ДонНДІ з розробки високопродуктивних та безпечних технологій очисних робіт у лавах дуже тонких крутих пластів (№№ держреєстрації 2203213000 та 2292109730).

Метою роботи є науково-технічне обґрунтування параметрів технологічних схем управління гірничим тиском в лавах дуже тонких крутих пластів з використанням кріплення протяжними пневматичними опорами.

Ідея роботи полягає у встановленні залежностей ефективності управління гірничим тиском в очисному вибої від силових параметрів та просторового розміщення пневмокріплення у виробленому просторі і використанні цих залежностей для наукового обґрунтування параметрів технологічних схем застосування протяжних пневмоопорів.

Методи досліджень. Методичною основою дисертації є комплексний метод досліджень, який містить: наукове узагальнення та аналіз техніко-технологічного досвіду відробки дуже тонких крутих вугільних пластів; аналітичні дослідження, стендові та шахтні випробування протяжних пневмоопорів для управління гірничим тиском в очисних вибоях; вивчення геомеханічних характеристик та фізичних процесів прояву гірничого тиску в лавах дуже тонких крутих пластів з застосуванням кріплення протяжними пневматичними опорами, в тому числі з закладкою (сухою або гідравлічною) виробленого простору.

Наукові положення, які винесено на захист, їх новизна:

Вперше отримані залежності зміщення бокових порід в очисних вибоях крутих вугільних пластів від силових та геометричних параметрів при використанні як кріплення протяжних пневмоопорів.

Вперше отримані розподіл тиску закладного матеріалу на бокову поверхню протяжних пневмоопорів уздовж очисного вибою та абсолютні значення тиску в залежності від основних впливаючих факторів - потужності та кута падіння пласта.

Вперше встановлені залежності значень тягових зусиль від основних впливаючих факторів (довжина рядів пневмоопорів, кут падіння пласта, нахил очисного вибою).

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджується результатами проведення достатньо представницьких інструментальних спостережень за зміщеннями контуру уміщуючих порід, змінами зусиль у тягових органах при переустановленні протяжних пневмоопорів; результатами шахтних випробувань розроблених технологічних рішень з застосування протяжного пневмокріплення, які були проведені у необхідному об'ємі; коректним використанням апробованих та надійних методів досліджень; залученням до аналізу та обробки представницьких масивів інформації; достатнім збігом результатів аналітичних досліджень, лабораторних та шахтних експериментів (розбіг не перевершує 18-28%).

Наукове значення роботи міститься у заглибленні знання особливостей геомеханічних процесів в масиві біля вибою при використанні для управління гірничим тиском нетрадиційного кріплення протяжними пневмоопорами. Вперше визначені характер та абсолютні зміщення уміщуючих порід в очисних вибоях крутих пластів і встановлена принципова можливість застосування цього кріплення. Також вперше визначені абсолютні значення тягових зусиль переустановлення протяжного пневмокріплення та кількісні залежності значень цих зусиль від умов їх застосування.

Практичне значеня роботи міститься у розробці ефективних технологічних схем управління гірничим тиском в лавах дуже тонких крутих пластів з використанням протяжних пневмоопорів як підтримуючого кріплення, а також механізованого огородження гідрозакладного масиву.

Розроблені технологічні принципи відтворювання підпору уміщуючих бокових порід протяжними пневмоопорами в процесі посування очисного вибою шляхом їх переустановлення ближче до вибою з вилученням з лави або через реалізацію фронтальної схеми пересування.

Запропоновано принцип реалізації фронтальної схеми безрозвантажуючого пересування огородження з протяжних пневмоопорів з використанням спеціального контурного пересувача.

Реалізація висновків та рекомендацій роботи. Основні положення та результати виконаних досліджень увійшли в доповнення до “Технічного завдання на створення засобів та технології відробки дуже тонких крутих пластів на базі довгомірних пневматичних оболонок (комплекс КОП)”.

Апробація роботи. Основні положення роботи обговорювались та отримали схвалення на: науково-технічній конференції “Обчислюваний експеримент та його застосування в дослідженнях при розробці високопродуктивних та екологічно чистих технологій видобутку вугілля” (Москва, 1989); міжрегіональній науково-технічній конференції “М'які оболонки в народному господарстві” (Краснодар, 1990); науково-технічній конференції “Стан та перспективи застосування м'яких оболонок на підземних гірничих роботах” (Дніпропетровськ, 1991).

Основні положення та окремі результати роботи доповідались та обговорювались на науково-технічних радах ВО “Артемвугілля” та “Орджонікідзевугілля”, ДонНДІ, вчених радах ВФТГП ДонФТІ НАНУ, ІПММ НАНУ (1990-1998 рр.).

Публікації. Зміст роботи, її основні наукові та практичні результати опубліковані у 5 друкарських роботах. З теми роботи отримано 3 авторських свідоцтва.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновку, списку літератури із 61 найменувань та містить: 120 сторінок машинописного тексту, в т.ч. 36 рисунків, 16 таблиць.

2. Основний зміст роботи

Проблемі управління гірничим тиском в очисних вибоях в складних гірничо-геологічних умовах залягання крутих пластів присвячені фундаментальні дослідження В.Т. Давидянця, І.Ф. Іванова, М.О. Шаповала, В.Є. Жукова, І.А. Ємельянова, О.В. Колоколова, Д.В. Дорохова, К.Ф. Сапицького та інш. В роботах цих вчених створені теоретичні основи способів та засобів управління покрівлею у вказаних умовах. Одним із перспективних напрямків у вирішенні питань управління гірничим тиском є застосування м`яких оболонок.

Обґрунтуванню параметрів застосованих засобів та способів управління покрівлею в лавах крутих пластів з використанням пневматичного кріплення присвячені роботи Я.Е. Некрасовського, Г.Я. Степановича, Г.В. Овчаренка, М.О. Ніколенка, М.Б. Розенталя, А.І. Ільїна, Ю.Г. Літвінова та інш. В результаті експериментальних лабораторних та аналітичних досліджень, які виконані цими вченими, розроблені параметри (силові, конструктивні) пневмокріплення, що забезпечують високий рівень адаптації до складних умов залягання крутих пластів. Однак, питанням специфіки використання як кріплення та огородження протяжними пневмоопорами приділено недостатню увагу. Тому проблеми, які розглянуті в дисертації, є дуже актуальними.

В першому розділі проаналізовані засоби управління гірничим тиском в лавах дуже тонких крутих пластів та сформульовані передумови створення ефективної технології очисних робіт на основі застосування пневмокріплення протяжними пневмоопорами.

В результаті виконаних досліджень, а також шахтної перевірки принципів застосування протяжних пневмоопорів як кріплення та огородження, нами у другому розділі сформульовані наступні варіанти технології:

кріплення протяжними пневмоопорами у комплекті з дерев'яними стояками;

кріплення протяжними пневмоопорами у комплекті з металевими стояками;

кріплення протяжними пневмоопорами для реалізації технології виїмки без постійної присутності людини у лаві;

застосування протяжних пневмоопорів як огородження при гідрозакладних роботах.

Для реалізації цих інженерних рішень запропонований варіант управління покрівлею, технологічна суть якого міститься у розташуванні спеціального кріплення способом упорядкованого послідовного опускання секцій протяжних пневмоопорів між рядами дерев'яного кріплення (рис. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Технологічна схема використання протяжних пневмоопорів у комплекті з дерев'яним привибійним кріпленням: а) вихідне положення; б) витяг ряду пневмоопорів; в) монтаж ряду пневмоопорів

У вихідній позиції в лаву опущено три ряди протяжних пневмоопорів 1 (рис. 1). Після виїмки вугілля комбайном на ширину 1,8-2,7 м крайній, що з боку виробленого простору, ряд пневмоопорів вилучається лебідкою 2 на вентиляційний штрек. Потім маневровою лебідкою ці пневмоопори опускаються в лаву та розташовуються між вибоєм і раніш встановленим рядом. Таким чином, в процесі посування вибою, спеціальне кріплення перерозташовується з збереженням постійної відстані від нього до вибою.

Пульт управління підтримує в оболонках необхідний тиск повітря на весь період знаходження їх у лаві.

Демонтаж ряду пневмокріплення з лави (вилучається на вентиляційний штрек) відбувається за допомогою лебідки та спеціальної монтажної станції.

Аналіз технологічних процесів управління гірничим тиском показує, що тривалість вилучення пневмокріплення з лави не перевершує час виїмки вугілля комбайном, що надає можливість сумісності цих операцій. Опускання кріплення в лаву також сумісне з опусканням комбайна. Таким чином, для виконання перемонтажних робіт не потребується окрема зміна.

Для запобігання пошкодженню оболонок закладним матеріалом передбачається побудова огородження у вигляді або звичайної відшивки або сітчатої оболонки, яка заповнюється у лаві подрібленою породою. Оболонка опускається в лаву під власною вагою. Для забезпечення більш надійного переміщення нижню частину оболонки заповнюють породою вагою 0,2-0,3 т.

При розробці технологічного принципу застосування пневмокріплення з протяжними пневмоопорами у комплекті з металевим індивідуальним кріпленням нами ураховувалась відсутність у виробленому просторі стояків привибійного кріплення на момент пересування пневмоопорів. Ця обставина дозволила запропонувати фронтальну схему пересування рядів пневмокріплення. Його несучі ряди, яких повинно бути не менше двох, при цьому постійно знаходяться у лаві. Фронтальне пересування здійснюється під дією похилої складової сили ваги оболонок внаслідок діагонального розташування вибою.

Після переносу заваленого ряду привибійного кріплення до вибою між ним та ближнім рядом пневмоопорів утворюється вільний простір. Оболонки першого від вибою ряду опорів розвантажуються і в процесі втрати контакту з покрівлею за рахунок маси кріплення та нахилу лінії очисного вибою вони переміщуються у бік вибою до опору в завальний ряд металевих стояків.

В процесі пересування з такої схеми відбувається опускання ряду на 1,0-1,5 м, тому до початку чергового завантаження весь ряд опорів піднімається за допомогою лебідки на цю величину.

Для роботи на викидонебезпечних пластах розроблена технологія очисних робіт без присутності робітників у вибої та охорони технологічного простору лави пневматичним кріпленням. Пересування пневматичного кріплення, яке уявляє собою послідовно сполучені протяжні пневмоопори, здійснюється двома способами - за фронтальною схемою та пересуванням з вилученням рядів пневмоопорів на вентиляційний штрек.

Для забезпечення проміжку між вибоєм та першим несучим рядом протяжних пневмоопорів запропоновано використання спеціального монтажного ряду з пневмооболонок. Розташування монтажного ряду у лаві здійснюється при опусканні комбайна.

Опускання несучих рядів пневмокріплення (при фронтальній схемі пересування ця операція здійснюється один раз при монтажі кріплення в лаві, а при схемі з вилученням на вентиляційний штрек в кожному циклі пересування кріплення) виконується одночасно з монтажним рядом або після його установлення.

При роздільному за часом монтажі опускання монтажного ряду здійснюється за допомогою комбайна, як і в першому випадку, а установлення несучих рядів може бути за двома варіантами.

В першому варіанті використовується обводний ролик, що встановлюється на комбайні. При опусканні комбайна через нього пропускають монтажний канат, один кінець якого закріплений на вентиляційному штрекі, а другий - на барабані маневрової лебідки.

Після опускання комбайна в нижню частину лави та заповнення монтажного ряду стисненим повітрям починається установлення несучого ряду. Для цього кінець монтажного канату закріплюється до першої оболонки. Канатом, що намотується на барабан, через обводний ролик за допомогою лебідки переміщується весь ряд пневмокріплення монтажного ряду. Для запобігання самодовільного падіння оболонок в лаву (після того, як 50% оболонок вже опущені) до останньої оболонки закріплюється запобіжний канат від лебідки 1ЛГКНМ2.

Після опускання несучого ряда здійснюється його заповнення стисненим повітрям, а монтажний ряд вилучається на вентиляційний штрек.

Варіант технологічної схеми з опусканням несучого ряду під дією похилої складової сили ваги відрізняється від попереднього тим, що зусилля для переміщення уздовж лави ряду кріплення формується та визначається не тяговою лебідкою, а за рахунок присутності в першій оболонці вантажа означеної величини. У даній схемі передбачається використання для цієї мети способу, який розроблений при участі автора на рівні винаходу (позитивне рішення № 4931226/03 від 03.01.92 г.).

Запропоновані технічні та технологічні рішення раніше не були відомі гірничій практиці. Для виявлення можливостей їх промислової реалізації в третьому розділі виконано аналітичне обгрунтування силових параметрів протяжних пневмоопорів та лабораторна перевірка їх працездатності як огородження при закладочних роботах.

При цьому визначались:

необхідні та достатні значення несучої здатності пневмоопорів для запобігання обваленням покрівлі у привибійному просторі;

необхідні та достатні значення надмірного тиску у пневмоопорах, які використовуються як огородження при проведенні гідрозакладних робіт.

Для визначення характеру розподілу напружень в покрівлі пласта при використанні запропонованих технічних рішень в роботі виконані лабораторні дослідження методом оптичного моделювання. Моделювалась привибійна частина виробленого простору з установленими рядами пневмокріплення. Досліджувався вплив на напруження в покрівлі ширини привибійного простору, твердості пневмокріплення, величини площі контакту пневмокріплення з покрівлею та кроку закладки виробленого простору. Ширина привибійного простору змінювалась від 1,2 до 4,8 м, що обумовлювалось параметрами пневмокріплення та виймальних механізмів.

Аналіз результатів досліджень показує, що у випадку, коли в покрівлі залягають породи з властивостями близькими до пісковиків, з товщиною шару біля 2,0 м, збільшення ширини привибійного простору приводе до зростання напруженнь над кромкою очисного вибою не більше, чим на 30-35% (рис. 2 а).

Інша картина спостерігається при товщині шару покрівлі рівної 0,5 м. В цьому випадку при зміні тих же параметрів напруження в ньому збільшуються вдвоє і можуть досягти критичних значень. Тобто, у випадках, коли товщина шару безпосередньої покрівлі менша 1,0 м при ширині привибійного простору більше 3,0 м ймовірність обвалення суттєво збільшується.

а) б)

в) г)

Рис. 2. Залежності дотичних напружень у покрівлі від технологічних параметрів, які отримані на моделях

При товщині шару безпосередньої покрівлі 2,0 м і більше збільшення ширини пневмокріплення незначно зменшує напруження в критичній точці над вибоєм (рис. 2, б).

Аналіз результатів досліджень дозволив нам зробити висновок про доцільність збільшення ширини пневмокріплення в лавах, де товщина шару безпосередньої покрівлі 2,0 м і більше. При товщині шару менше 0,5 м ширину пневмоопорів можливо вважати одним із визначаючих факторів працездатності технологічної схеми відносно умов забезпечення стійкості покрівлі. При цьому опора, яка мала м`який та щільний контакт з породами, не створює небезпечних концентрацій у них.

Збільшення тиску у пневмоопорах також, як і збільшення площі їх контакту з боковими породами, прямо пропорціональне зусиллю розпору. Збільшення тиску в оболонках навіть до 0,6 МПа майже не впливає на рівень напружень над кромкою пласта при товщині шару безпосередньої покрівлі 2,0 м, і більше (рис. 2, в).

При товщині шару 0,5 м зміну напружень в породах покрівлі помітно вже при надмірному тиску Р=0,05 МПа. Напруження зменшуються більше чим в 2 рази, коли тиск стисненого повітря у пневмоопорах досягає 0,4 МПа (рис. 2, в).

Як показує аналіз результатів моделювання, вплив кроку закладки виробленого простору на величину напружень над кромкою пласта при товщині шару породи покрівлі до 0,5 м незначний. При товстих шарах безпосередньої покрівлі вплив відстані закладового масиву від лінії вибою проявляється більш суттєво - зростання напружень у покрівлі пропорціональне збільшенню кроку закладки (рис. 2, г).

Це пов'язано з тим, що в робочому просторі лави, де безпосередня покрівля уявляє собою шар породи товщиною до 0,5 м, несучої здібності привибійного кріплення достатньо для її підтримання на дільниці від вибою до закладного масиву. При товщині шару покрівлі 2,0 м та більше напруження, що з`являються в ній, вже менше залежать від відстані між вибоєм та закладним масивом (рис. 2, г).

Таким чином, в результаті моделювання механічних процесів у привибійній частині масиву нами встановлено, що технічно та технологічно досягаємі параметри технологій із застосуванням кріплення з протяжними пневмоопорами забезпечують надійне управління гірничим тиском в очисних вибоях, що підтверджує правильність прийнятих технологічних рішень.

Для попередньої оцінки можливості створення на базі протяжних пневмоопорів огороджень, які здатні перешкодити боковим навантаженням з боку закладного масиву, проведені повномасштабні стендові дослідження. В процесі їх проведення вирішувались наступні задачі: визначення залежності зсовуючої пневмоопору сили від тиску повітря в ній; визначення коефіцієнта тертя матеріалу пневмоопори об бокові породи; встановлення технічної можливості забезпечення в шахтних умовах бокової стійкості пневмоопори, яка достатня для утримання гідрозакладного масиву.

Для імітації лави використовувався поворотний стенд Дон НДІ.

Зсовуюча сила визначалась в залежності від тиску повітря у середині оболонок. В реальних умовах тиск повітря в шахтних магістралях складає 0,3-0,4 МПа, при цьому опір оболонок зсувним зусиллям буде не менше 90-110 кН/м.

Розрахунок значень цих зусиль стосовно до конкретних умов проведення випробувань (лава пласта k²₂ дільниця 134 гор. 790 м шахти “Червоний Жовтень” ВО “Орджонікідзевугілля”) показує, що вони складають 28-35 кН на 1 м огородження. Зіставленням цих значень з отриманими результатами в результаті аналітичних розрахунків та стендових випробувань встановлено, що протяжні пневмоопори здатні витримати навантаження з боку гідрозакладного масиву без втрати стійкості майже з потрійним коефіцієнтом запасу.

Таким чином, в результаті стендових випробувань встановлена технічна можливість використання протяжних пневмоопорів як огороджень гідрозакладних масивів. Максимальні зсувні зусилля з боку гідрозакладного масиву не перевершують 35-50% зусиль бокового опору розпертих між покрівлею та підошвою пневмоопорів.

У четвертому розділі дисертації надані результати шахтної перевірки досліджених технологічних схем.

Випробування технології застосування протяжних пневмоопорів без індивідуального привибійного кріплення проводились у лаві пласта l₅ дільниця №72 гор. 320 м шахти “Червоний Жовтень”. За час випробувань посування очисного вибою за варіантом без постійної присутності людей у лаві склало 17,0 м. При цьому видобуто 1056 т вугілля. Продуктивність праці робітників у прямолінійній частині вибою склала 4,0 т на вихід.

Однією з основних окремих задач шахтних досліджень була перевірка можливості використання протяжних пневмоопорів як кріплення підтримуючого типу. Встановлено, що зусилля, яке розвивається у пневмоопорах при надмірному тиску 0,2-0,4 МПа та при наявності у роботі двох їх рядів, достатньо для підтримання нижніх шарів безпосередньої покрівлі.

За період шахтних досліджень перевірені два варіанти технології без постійної присутності людини у лаві - з фронтальною схемою пересування протяжних пневмоопорів та з переставленням способом вилучення рядів пневмоопорів на вентиляційний штрек. Техніко-економічний аналіз та порівняння результатів проведених хронометражних спостережень показують, що затрати часу на один цикл при другому варіанті на 15-17% більше, чим при реалізації фронтальної схеми пересування пневмокріплення.

Одним з основних параметрів нової технології є значення зусиль, що виникають у тягових органах при установці в лаві та вилученні з неї протяжних пневмоопорів. Шахтний експеримент проводився у лаві пласта l₅ на дільниці №72-біс гор.320 м шахти “Червоний Жовтень”. Вимірювання проводились за допомогою тензометричного роликового динамометра та іскробезпечного магнітографа з джерелом живлення УЗП-1. Дослідження показали, що зусилля, які розвиваються тяговим органом при вилученні протяжних пневмоопорів з лави, не перевершують 40 кН. Це в 2,5-3,0 рази менше зусиль, які руйнують каркас протяжних пневмоопорів та з'єднання між ними.

В цій же лаві проводились інструментальні спостереження за зміщенням контура уміщуючих порід при відсутності у лаві привибійного індивідуального кріплення, т.т. з технології, яка не потребує постійної присутності людини у лаві, а також при використанні дерев'яного та металевого привибійного кріплення.

В лаві устатковувались вимірювальні станції в трьох рядах: 1 ряд - в 10 м нижче вентиляційного штреку, 2 ряд - в 30 м нижче вентиляційного штреку(середина комбайнової лави), 3 ряд - в 60 м нижче вентиляційного штреку (на 10 м вище сполучення комбайнової та уступної частин лави). Оскільки при випробуваннях цього варіанту технології була відсутня можливість постійного відвідування лави для зняття показу приборів, вимірювання величин конвергенції бокових порід здійснювались універсальними вимірювачами товщини пласта (УИМ), який дозволяв знімати покази дистанційно. Результати досліджень за період посування очисного вибою на 56 м наведені на рис. 3. Вони свідчать про спокійний характер зміщень уміщуючих порід.

а)

б)

в)

Рис. 3. Зміщення контура бокових порід уздовж ширини привибійного простору. а), б), в) ряди спостережень уздовж лави на відстані 10, 30, 60 м від вентиляційного штреку відповідно

В п'ятому розділі роботи визначена область, обсяг застосування та техніко-економічна ефективність запропонованої технології. Встановлено, що застосування кріплення протяжними пневмоопорами за різними технологічними варіантами можливо у 20-30 лавах Центрального району Донбасу.

Річний економічний ефект від застосування одного із варіантів розроблених технологічних схем - протяжні пневмоопори у комплекті з дерев'яними привибійними стояками - складає біля 82 тис. грн.

Висновки

В результаті виконання дисертаційної роботи вирішена нова наукова задача, яка міститься в установленні залежностей механічних процесів у бокових породах та закладному масиві, а також зусиль на переміщення кріплення з протяжних пневмоопорів від гірничо-геологічних та гірничотехнічних факторів (кут падіння, потужність пласта, коефіцієнт тертя, довжина поставу кріплення) для обґрунтування параметрів технології управління покрівлею протяжними пневмоопорами.

Основні наукові та практичні результати роботи містяться в наступному:

Розширені уявлення про геомеханічні процеси в уміщуючих пласт породах у навколо вибійній частині масиву при використанні для управління гірничим тиском нетрадиційного кріплення протяжними пневмоопорами. Вперше визначені характер та значення зміщень бокових порід в очисному вибої при використанні такого кріплення. Встановлено, що конвергенція покрівлі та підошви не первершувала 22-35 мм за час існування технологічного простору, що не приводе до появи в нижніх шарах покрівлі критичних напружень, які порушують її стійкість.

Отримані кількісні залежності тиску закладного матеріалу на огородження від основних впливаючих факторів (похилої висоти закладного масиву, кута падіння та товщини пласта, коефіцієнта тертя сипкого матеріалу об огородження). Встановлено, що при технічно досяжному тиску в оболонках протяжних пневмоопорів (0,15-0,25 МПа) вони здатні витримати бокове навантаження з боку закладного масиву (для типових умов - 28-35 кН/м) без втрати стійкості більш чим з удвоєним запасом.

Вперше встановлені значення тягових зусиль необхідних для переустановлення рядів кріплення з протяжних пневмоопорів при їх переміщенні услід за посуванням очисного вибою. В залежності від конкретних умов вони не перевершують 40 кН, що дозволяє операції пересування кріплення здійснювати без використання додаткових тягових органів, оскільки матеріал, з якого виготовлені оболонки та їх з'єднання, здатний витримати таке навантаження більше, чим з удвоєним запасом міцності.

Встановлені кількісні залежності зусиль, які необхідні та достатні для переміщення рядів кріплення з протяжних пневмоопорів від умов їх застосування (опускання та вилучення рядів з лави, суха або гідравлічна закладка виробленого простору). При гідрозакладці виробленого простору для вилучення ряду необхідно прикласти зусилля на 22-25% більші, чим при сухій закладці.

Лабораторними експериментами та шахтними випробуваннями встановлена технічна можливість застосування протяжних пневмоопорів як кріплення та огородження при відробці дуже тонких крутих вугільних пластів. Затрати часу на пересування кріплення з протяжних пневмоопорів в залежності від технології застосування складають від 15 до 40% тривалості технологічного циклу при виїмці однієї смуги вугілля уздовж лави. Така інтенсивність управління кріпленням достатня для забезпечення навантаження на лаву 100-140 т на добу.

Можлива область застосування кріплення з протяжних пневмоопорів розповсюджується на пласти з кутами падіння більше 38 та товщиною 0,4-0,7 м. Річний об'єм використання розроблених варіантів технології складає біля 30 лав.

Основні роботи

1. Разработка паспортов управления горным давлением с использоваием компьютерной техники. / Н.А. Шаповал, Н.А. Алышев, Э.В. Борисенко, Д.М. Житленок, Б.И. Курицын, А.А. Левшин, Ю.Г. Литвинов, Ю.А. Пивень, Е.И. Питаленко, П.Я. Гродзинский / Под ред. Н.А. Шаповала. Донецк. - 1998. -118 с.

2. Степанович Г.Я., Николенко Н.А., Гродзинский П.Я. Применение и перспективы создания пневматических крепей // Уголь Украины. - 1990. -№ 3. - С. 19-21.

3. Гродзинский П.Я. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния горного массива при отработке угольного пласта с использованием протяженных пневмоопор // Известия Донецкого горного института. - 1999. - № 1. - С. 99-102.

4. Николенко Н.А., Гродзинский П.Я., Розенталь М.Б. О результатах испытаний механизированной специальной - пневмокрепи (КОП). - Донецк: ЦБНТИ Минуглепрома СССР, 1990. - 5 с.

5. Николенко Н.А., Розенталь М.Б., Гродзинский П.Я. Опыт применения технологии управления кровлей пневматическими крепями. - М. ЦНИЭИуголь. -1989. Вып. 1. - 38 с.

6. А.с. 1184951 (СССР) Способ передвижения рядов опускной пневматической крепи при разработке крутых угольных пластов / Мельничук Ю.Е., Николенко Н.А, Витка М.А., Розенталь М.Б, Ильин А.И., Зиновенко В.И., Духновский К.Т., Гродзинский П.Я., // Опубл. в БИ 15.10.85, № 38.

7. А.с. 1263851 (СССР) Способ управления кровлей при разработке тонких крутых угольных пластов длинными столбами / Степанович Г.Я., Николенко Н.А, Розенталь М.Б, Ильин А.И., Витка М.А., Зиновенко В.И., Гродзинский П.Я. // Опубл. в БИ 15.10.86, № 38.

8. Пат. 6446 Україна. Шахтні пневматичні кріплення / Мельнічук Ю.О., Розенталь М.Б., Ніколенко М.О., Гродзинський П.Я., Риб'янець О.О. - Опубл. в бюл. № 8-1, 1994.

Размещено на Allbest.ru

...