Описана организация работ в очистных забоях угольных шахт, приведены нормы выработки по основным и вспомогательным процессам, даны примеры расчета объемов и численности рабочих, в частности, определения объемов работ в лаве крутого пласта. Рассмотрены особенности крепления очистных забоев металлическими стойками, а также выемки угля щитовыми агрегатами на пластах крутого падения.

Изложены основные методические, теоретические, технико-теоретические, технико-технологические, организационные и экономические положения по установлению нагрузки на очистные забои при комбайновой выемке угля. Предложены методика и пример расчета нагрузки с учетом надежности всех технологических звеньев выемочного участка.

Представлены результаты лабораторных экспериментов по исследованию особенностей работы невзрывных разрушающих веществ в условиях ограничения их объемных изменений в диапазоне 0 - 10 %.

Представлены результаты лабораторных экспериментов по исследованию компрессионно-деформационных характеристик невзрывных разрушающих составов в условиях их предыдущего сдавливания.

Представлены результаты лабораторных исследований работы невзрывчатых разрушающих веществ в различных температурных режимах. Выявлены факторы, влияющие на скорость роста давления саморасширения и объема материала, намечены методы управления этими факторами.

Приведены результаты натурных исследований процесса разрушения горных пород шпуровыми зарядами невзрывчатых разрушающих веществ в условиях подземных горных выработок при разрушении негабаритных блоков и ведении подрывки пород почвы, представленных прочными песчаниками.

Індекс рубрикатора НБУВ: И141.1

Рубрики:

Кріплення окремих видів гірничих виробок

Шифр НБУВ: Ж69802 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Предложено новое решение проблемы обеспечения устойчивости выработок, за счет искусственного изменения полей напряжений путем сжатия пород приконтурной зоны при саморасширении невзрывчатых разрушающих материалов и проведена проверка его принципиальной возможности. Для получения качественных характеристик способа и обоснования его параметров необходимы детальные исследования, направленные на изучение особенностей работы способа в зависимости от горно-геологических условий его применения.

Приведены результаты лабораторных и аналитических исследований посвященных разработке нового малозатратного способа перекрепления горных выработок, исключающего излишний выпуск породы, в общих чертах представлен разработанный способ, а также приведена методика расчета его параметров.

Цель работы - разработка и внедрение нового способа восстановления эксплуатационного состояния выработок, основанного на разрушении смещенных в полость ремонтируемой выработки пород с помощью невзрывчатых разрушающих смесей. Это позволит снизить трудоемкость, повысить безопасность работ и снизить интенсивность смещений пород в послеремонтный период. Предложен новый способ ремонта выработок, позволяющий вести работы по перекреплению с разрушением пород без динамического воздействия на них, при минимальной доле ручного труда. На основании проведенных аналитических исследований с использованием решений классической теории упругости, а также теории разрушения Гриффитса - Ирвина в предложена методика расчета параметров способа. Проведена опытно промышленная проверка предложенных технических решений в условиях шахт Донецко-Макеевского углепромышленного района и получен положительный результат по внедрениям. На основании проведенных шахтных экспериментов доказана возможность и целесообразность применения предложенного способа в условиях трещиноватых пород с прочностью в образце до 50 МПа. В результате натурных экспериментов выявлены недостатки, на устранение которых и будут направлены дальнейшие исследования.

Цель работы - изучение особенностей смещения вмещающих выработку пород при опытно-промышленной проверке нового способа охраны в условиях шахты "Щегловская-Глубокая". Методологическую основу работы составляет комплексный подход, который включает в себя предварительно проведенную серию лабораторных исследований на физических моделях с использованием метода эквивалентных материалов, на основании которых был предложен новый способ охраны подготовительной выработки, обеспечивающий ее устойчивость за счет использования жестких сооружений с компенсационными полостями. Во время проведения промышленной проверки способа использован метод натурных наблюдений, предложенный сотрудниками ДонНТУ, который позволяет фиксировать пространственные перемещения контура выработки во времени. С помощью этого метода построены графики смещений почвы и кровли выработки при способе охраны выработки, применяемом на шахте, и при предлагаемом способе, в зависимости от расстояния до очистного забоя. Проанализированные скорости смещений пород, которые вмещают выработку, а также построенные сечения выработки в координатной сетке на расстоянии 50, 100 и 150 м за очистным забоем, позволили установить относительные величины снижения смещений пород почвы и кровли предлагаемого способа по сравнению с шахтным. В процессе проведения промышленных испытаний наблюдалось разрушение полублоков, из которых возводилось охранное сооружение. Поэтому проведен следующий этап исследований, на котором измерялась нагрузка на охранное сооружение. Составлен

паспорт прочности материала, из которого изготовливаются полублоки. В результате сделаны выводы, что для повышения эффективности предлагаемого способа в условиях шахты "Щегловская-Глубокая" необходимо применять более прочный материал для изготовления полублоков. В целом промышленные испытания завершены с положительным результатом. Так как снижения смещений пород почвы на экспериментальном участке, по сравнению с контрольным, составили 30 - 40 %, смещения кровли были в конечном итоге больше на 7 %. Смещение кровли происходит из-за недостаточной прочности материала, используемого для изготовления полублоков.

Одним из основных методов исследований в горной геомеханике является математическое моделирование. Интенсивное развитие компьютерных технологий в последнее время способствовало развитию численных методов моделирования и их преобладанию над аналитическими. На основе критического анализа существующих методов численного математического моделирования определена перспективность метода конечных элементов для моделирования геомеханических процессов. Этот метод широко апробирован при расчетах конструкций в различных инженерных задачах. Однако простое перенесение опыта имитационного моделирования в область геомеханических расчетов не всегда корректно. Предложен вариант построения и расчета моделей, позволяющий повысить информативность результатов и более полно отразить природу геомеханических процессов вокруг горной выработки. При этом предложено использовать упругопластическую модель материала Друкера - Прагера и учитывать геометрическую нелинейность задачи, а также проводить пошаговое решение с суммированием результатов по предыдущим шагам. Выполнено сравнение традиционного и предлагаемого вариантов проведения имитационного моделирования. При выполнении расчета по предлагаемому варианту смещения имеют максимум на контуре выработки, видно зону влияния выработки в кровле и почве. Можно получить представления о размерах зон упругих и неупругих деформаций. Возникающие в моделях напряжения отличаются по абсолютной величине, а вертикальные напряжения даже по знаку. Напряжения, рассчитанные по энергетической теории прочности, которые могут быть приняты в качестве критерия разрушения горных пород, в предлагаемом варианте расчета на 14,7 % выше,

чем в традиционном. Таким образом, предлагаемый способ расчета более корректен, информативен и более полно отражает природу геомеханических процессов вокруг горной выработки. Это позволяет сделать вывод о целесообразности его применения при моделировании задач горной практики.

Разработан и исследован новый статический способ направленного разрушения горных пород, основанный на создании при помощи специального патрона на стенках шпура концентраторов растягивающих напряжений. Рост напряжений обеспечивается за счет увеличения в объеме невзрывчатой разрушающей смеси, помещенной в патрон. Предложен способ направленного разрушения и устройство для его реализации. С помощью метода конечных элементов исследовано напряженно-деформированное состояние разрушаемого предложенным способом объекта. Получены зависимости коэффициента концентрации растягивающих напряжений на стенках шпура от конструктивных размеров патрона. На основании проведенных аналитических исследований с использованием решений классической теории упругости, а также теории разрушения Гриффитса - Ирвина, предложена методика расчета параметров способа направленного разрушения. Получен положительный эффект от применения предлагаемого способа в лабораторных условиях. Проведена опытно-промышленная проверка предложенных технических решений при направленном разрушении блоков гранита с прочностью на одноосное сжатие 6 - 16 МПа в условиях Хлебодаровского рудоуправления. Впервые предложен способ направленного разрушения горных пород невзрывчатыми разрушающими смесями, исследована физика процесса и определены его параметры.

Одним из перспективных направлений статических методов разрушения является использование невзрывчатых разрушающих смесей (НРС). Давление, развиваемое НРС, является одной из главных характеристик при его использовании, являющейся основой для расчета параметров разрушения, поэтому точное определение величины давления достаточно важно. Отмечено несоответствие получаемых на практике величин давлений НРС и заявляемых производителями и авторами патентов. Приведены результаты лабораторных испытаний НРС в 3-х наиболее типичных для условий шпуровых и скважинных зарядов деформационных режимах. Эксперименты проводились на установке неравнокомпонентного трехосного сжатия (УНТС). Проведенные испытания позволили установить динамику роста давления и объема НРС от момента приготовления до окончания перекристаллизации. Определены особенности работы НРС в условиях различной жесткости стенок полости, в которую он помещен, в разных направлениях. Установлено, что в этом случае не происходит выравнивание напряжений в испытуемом образце, а рост давления саморасширения по определенной оси зависит от сопротивления соответствующего гидроцилиндра УНТС. Определено время начала и протекания наиболее активной стадии роста давления саморасширения, которое составляет 2,5 - 2,7 час. Максимальное давление саморасширения в условиях нулевых заданных деформаций составило 52,5 МПа. Установлено, что давление на плиты УНТС и их перемещения определяются не всем объемом НРС в образце, а некоторой его частью, расположенной в непосредственной близости от нажимной плиты, где создаются различные условия для роста кристаллов гидроксида кальция и форм их взаимодействия. Таким образом, давление саморасширения не является константой по всему объему. Проведенные эксперименты позволяют сделать выжный вывод о том, что при помещении НРС в замкнутую полость давление его саморасширения и увеличение объема в любом пространственном направлении определяется сопротивлением стенок полости в соответствующем направлении.

Цель работы - изучение динамики развития деформационных процессов и трещинообразования в породном массиве вокруг выработки, поддерживаемой за лавой, при различном времени вступления в работу охранного сооружения. С помощью моделирования методом эквивалентных материалов проведено исследование деформирования породного массива и образования трещин вокруг выработки. Предложен способ охраны с быстрым включением охранного сооружения в работу. В лабораторных условиях получен положительный эффект от применения предлагаемого способа охраны выработок. Впервые показано, что время вступления в работу охранного сооружения оказывает существенное влияние на деформирование породного массива, место образования и путь развития в нем трещин. Рост магистральной трещины в основной кровле служит причиной ее обрушения, и обуславливает нагрузку на охраняемую выработку и ее деформирование. Определено время и место образования и развития магистральной трещины, приводящей к обрыву консоли основной кровли при различном времени вступления в работу охранного сооружения. Использование предложенного способа охраны с быстрым включением охранного сооружения в работу позволяет избавиться от многочисленных расслоений кровли и вывалов над охранным сооружением и в выработку, создать благоприятные условия для возникновения магистральной трещины над охранным сооружением и развития ее в направлении выработанного пространства. Обрушенные породы основной кровли ложатся своим весом на породы непосредственной кровли над выработанным пространством лавы, при этом снижается нагрузка на охранное сооружение и крепь выработки, что приводит к уменьшению нагрузки на охранные сооружения и последующему более устойчивому состоянию выработки.

При подземной разработке полезных ископаемых в ряде случаев применение невзрывных методов разрушения позволяет быстро и безопасно решать острые производственные задачи. Один из таких способов основан на использовании невзрывчатых разрушающих смесей (НРС). Важнейшей практической задачей применения НРС в условиях подземных горных выработок является управление процессом разрушения пород. Несмотря на сорокалетнюю историю этих композиций, до сих пор не было системных исследований и разработок, ориентированных на применение НРС в подземных горных выработках. Повышение эффективности их работы должно основываться на регулировании скорости протекания процесса гидратации. В этом ключе исследование кинетики гидратации НРС и ее изменение при введении химических добавок является важной научной задачей. Эксперименты проводились на автодинном ЯМР-спектрометре: использована дифференциальная методика регистрации спектров. Установлены закономерности изменения фазового состояния воды в растворе НРС в процессе его гидратации по формируемому спектру ЯМР водорода и определено влияние химических добавок на этот процесс, что являлось задачей исследований. В качестве регулирующих добавок применяли пластификатор СП-6, этановую кислоту и гумат натрия. Исследовали процесс в жесткой (стеклянная пробирка) и податливой (пробирка из фторопласта) системах. Анализ результатов проведенных исследований и теорий гидратации извести В. В. Осина и Ребиндера показывает, что можно выделить четыре характерные стадии работы НРС на основе оксида кальция. Проведенные исследования позволили установить взаимосвязь стадии гидратации НРС с фазовым состоянием раствора и, соответственно, с саморасширением твердеющей системы. Установлено, что гидратационное твердение и саморасширение происходит по-разному в образцах НРС в свободном состоянии и при ограничении объемных изменений. Выявлено влияние различных добавок на протекание процесса гидратации.

Важнейшей задачей, стоящей перед угольной отраслью Украины, традиционно является обеспечение эксплуатационного состояния горных выработок и повышение их надежности. Цель исследований - изучение изменения геомеханической ситуации вокруг подготовительной выработки при ее переходе в зону поддержания позади очистного забоя и установление влияния длины консоли основной кровли на распределение напряжений в массиве. Исследование проводилось с помощью метода конечных элементов. В результате моделирования установлено, что при поддержании выработок за лавой локализация максимальных напряжений в основной кровле, зависающей на границе с выработанным пространством, определяется длиной зависающей консоли и жесткостью охранной полосы. Область формирования максимальных напряжений в основной кровле определяет место ее разрушения и устойчивость охраняемой выработки. Увеличение длины консоли приводит к росту напряжений в основной кровле. Зависимость максимальных растягивающих напряжений от длины консоли удовлетворительно описывается полиномиальным законом. Показано, что резерв повышения устойчивости выработки заключается в принудительном сокращении длины зависающей породной консоли.

Определена актуальность проблемы борьбы с пучением при поддержании выработок в зоне опорного давления. Показано, что структурное строение пород почвы в зоне опорного давления и механизм развития смещений в почве выработки необходимо учитывать при разработке способов борьбы с ними. Предложен способ обеспечения устойчивости почвы горных выработок. Описан механизм работы предложенного способа.

Приведены результаты лабораторных исследований изменения скорости гидратации невзрывчатых разрушающих смесей на основе оксида кальция при воздействии на них электрического тока. Проведены исследования влияния напряжения на инициирование интенсификации работы смесей, а также интервала времени между приготовлением смеси и воздействием электричества на скорость гидратации и фазовое состояние продуктов расширения смеси. Обобщены результаты нескольких экспериментальных циклов, что позволило разработать способ разрушения горных пород.

Приведены результаты лабораторных испытаний затвердевшего в условиях ограниченных перемещений образца невзрывчатой разрушающей смеси (НРС) в поле напряжений, близком к формируемому вблизи разгрузочной скважины в предложенном способе охраны выработок. Экспериментально на (УНТС) определены предельные напряжения и физико-механические свойства НРС в твердой фазе в условиях обобщенного сжатия. Это позволило подтвердить возможность применения разработанного способа в условиях глубин до 1200 м.