Введение к работе
Актуальность работы. Наиболее перспективным способом охраны подготовительных выработок по бесцэликовой технологии является их повторное использование с помощью искусственных ограждений.
В качестве средств охраны более предпочтительными являются ограждения (литые полосы, бортовые крепи из стоек ОКУ или секций механизированных крепей), позволяющие создать значительный отпор консоли пород, зависшей вдоль выработки со стороны выработанного пространства. Однако эти средства достаточно дороги, со сложной технологической цепочкой, весьма металлоемки.
В настоящее время в качестве средств охраны повторно используемых выработок широко используются тумбы (опоры) из железобетонных блоков, объем применения которых на шахтах с пластами пологого и наклонного залегания мощностью до 1,5 м за последние 10 лет вырос с 3 до 13%. Тумбы имеют высокую обрезную и несущую способности, изготавливаются в заводских условиях на поверхности, менее трудо- и металлоемки, однако область их применения обоснована недостаточно, так как при слабых породах кровли происходит их обыгрывание, при слабых почвах - вдавливание, при труднообрушавщихся кровлях - опрокидывание яли разрушение из-за слабого сопротивления материала блока растягиваю дим усилиям.
Поэтому актуальной задачей является геомеханическое обоснование ірименения тумб в различных горно-геологических условиях, расширение области их применения за счет разработки новых эффективных конструкций опор с параметрами, обеспечивающими их необходимое рабочее со-іротивление как в начальный период нагружения, так и в режиме дефор-«ирования, и податливость, соответствующую прогибу консоли зависаю-іих' над выработкой пород. При этом новые конструкции должны обеспе-іивать снижение расхода дорогих исходных вяжущих, металла и исполь-ювание местных дешевых материалов -наполнителей.
Диссертационная работа является итогом исследований в соответ-ітвии с тематическим планом ВНИМИ в 198^-1990 г.г. по темам: 1220108000 "Выполнить геомеханическую оценку способа охраны выемоч-[ых выработок блоками и литыми полосами, изготовленными из различ-ых материалов" (№ гос.регистрации 018500039Ч85), 0293ІІ3000 "Анализ ффективности новых технических решений по способам управления гор-ым давлением в подготовительных выработках" (№ гос.регистрации І87000П08), 0293003100 "Разработка методики инженерного расчета и ыбора рациональных паспортов охраны и крепления примыкающих к чистным забоям выработок и их сопряжений в условиях трудноуправляе-сґй кровли и пучащей почвы" (№ гос.регистрации 0І87000ІІ08),
0239060000 "Разработка рекомендаций по выбору рациональных параметров крепи усиления и ограждения" (№ гос.регистрации 01890080754).
Целью работы является обеспечение эффективного поддержания повторно используемых выработок в различных.горно-геологических условиях за счет разработки и применения новых конструкций опор из блоков с определенными механическими характеристиками.
Основная идея: поддержание повторно используемых выработок обеспечивается с помощью опор из блоков новых конструкций, имеющих силовые и деформационные характеристики в пределах, определяемых величиной и характером проявления горного давления.
Методы исследований. В работе использовался комплекс методов исследований, включающих изучение и анализ взаимодействия опор с вмещающими породами в различных условиях, разработку и лабораторные испытания новых конструкций опор с регулируемыми механическими характеристиками, проверку их работоспособности в шахтных условиях, разработку методики выбора и расчета плотности опор для различных горно-геологических условий.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
расчет плотности установки искусственных ограждений из податливых блоков производится в зависимости от нагрузочных характе-рисик кровли и деформационных характеристик опор, взвимодейовие мвЖ' ду которыми учитывается показателем cL> , равным 1,33 для легкообрушв' емой основной (Л), устойчивой непосредственной (У) кровель и прочных пород почвы (П) (ЛУП), 0,93 для легкообрушаемой основной, неустойчивой кровель (ЛНП), 0,77 для труднообрушаемой основной, неустойчивой непосредственной кровель (ТНП), 0,85 для труднообрушаемой основной, устойчивой непосредственной кровель (ТУП);
-
жесткость искусственных опор определяется устойчивостью непосредственной кровли, обрушаемостью основной, вынимаемой мощностью пласта, величиной относительных опусканий пород кровли в зависимости от их класса (ЛУП, ЛНП, ТУП, ТНП) и собственной податливостью опорного ряда;
-
силовые и деформационные свойства опор зависят от характеристик вяжущих, наполнителей и прокладок, устанавливаемых между блоками (податливых или жестких).
Научная новизна работы заключается в:
-
обосновании геомеханических требований (продольной деформации, максимальной и остаточной несущих способностей) к новым конструкциям опор;
-
выявлении зависимости несущей способности опор от их подат-
ливости и изменения несущей способности опор от различных сочетаний вяжущих, наполнителей и прокладок;
3) разработке методики определения плотности установки опор с учетом их силовых и деформационных характеристик и взаимодействия с вмещающими породами в различных горно-геологических условиях.
Личный вклад автора:
-
разработка опор и блоков новых конструкций для охраны повторно используемых выработок;
-
лабораторные и натурные исследования силовых и деформационных характеристик новых конструкций опор из блоков и их работоспособности в шахтных условиях;
-
исследование взаимодействия массива пород с опорами в ювторно используемых выработках на шахтах и методом моделирования ла эквивалентных материалах;
*0 анализ результатов применения опор высокой прочности на вахтах ПО;
5) разработка методики расчета плотности опор в различных і'орно-геологических условиях;
Достоверность научных результатов подтверждена промышлённы-!и испытаниями и шахтными исследованиями проявлений горного давле-шя в повторно используемых выработках шахт Центрального и Восточ--' юго районов Донбасса в различных горно-геологических условиях [5000 шт.), стендовыми испытаниями блоков (320 шт.) и тумб, соот-іетствием расчетных и фактических данных.
Научная ценность работы заключается в геомеханическом обос-овании области применения опор из блоков с регулируемыми механиче-кими характеристиками и разработке методики расчета и выбора пара-етров опор с заданными характеристиками для охраны повторно ис-ользуемых выработок в различных горно-геологических условиях.
Практическая ценность работы заключается в разработке новых онструкций опор, обеспечивающих расширение их области применения, овышение безопасности горных работ, снижение трудоемкости охраны овторно используемых выработок.
Реализация работы: Основные результаты исследований реализо-зны при поддержании повторно используемых выработок на шахтах АО ^уковуголь" на основании составленных при участии автора "Техли-эских требований на изготовление блоков из облегченных и недефицит-1х материалов для околоштрековых тумб и полос", утвержденных на-ільником Технического управления МУП СССР, І96Л.
Апробация работы. Основное содержание работы, а также ее от-
дельные результаты докладывались и получили одобрение на ІУ Республиканской конференции молодых ученых (Донецк, 1984), были представлены на ВДНХ СССР 1984 и 1986 г.г., на конференции молодых ученых ВНИМИ 1984, 1985, 1989 г.г., на секции Ученого Совета ВНИМИ (С.-Петербург. 1992 г.).
Публикации. По материалам работы опубликовано 10 статей и получены 3 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 86 страниц текста, 12 таблиц и 51 рисунок. Она состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 123 наименований и 2 приложения.