Введение к работе
Актуальность работы. На угольных шахтах Кузбасса на 1 км капитальных горных выработок проходится 7-8 сопряжений. За последнее десятилетие средний объем одного сопряжения увеличился со 190 м3 до 340 м3 в свету. Однако технико-экономические показатели строительства сопряжений не претерпели существенных изменений и остаются ниже нормативных - на уровне 320-380 м3 в мес, или в пересчете на среднее сечение 25-30 м/мес.
В то же время известно, что сопряжения горных выработок лежат
на критическом пути строительства (реконструкции) шахты и на их до
лю, например, в Кузбассе, приходится 14% от общего объема горнокапи
тальных работ и 20% стоимости. ч
Установлено, что низкие темпы строительства сопряжений в значительной степени связаны с большим объемом (до 65%) применения нетехнологичных видов крепи, выполненных из монолитного или сборного бетона и железобетона. Широкое же внедрение прогрессивных видов арочной металлической крепи сопряжений с камерной рамой и плоским перекрытием сдерживается отсутствием научно-обоснованных конструкций и элементов этих крепей, методов расчета их параметров, а также технологии сооружения сопряжений, что является актуальной задачей и имеет существенное значение для горной промышленности.
Цель работы - совершенствование технологии сооружения плоских сопряжений с использованием камерной рамы, обеспечивающую рост технико-экономических показателей горнопроходческих работ в 1,3-1,5 раза.
Идея работы заключается в установлении основных закономерностей взаимодействия системы "крепь сопряжения - массив" и проектировании на этой основе арочных крепей сопряжений с камерной рамой и технологии, их возведения.
Задачи исследований: установить основные закономерности взаимодействия крепей сопряжений горных выработок с массивом вмещающих пород в натурных и лабораторных условиях; разработать технологию крепления сопряжений арочной крепью с камерной рамой; установить зависимость технико-экономических показателей горнопроходческих работ от геометрических размеров сопряжений (через суммы площадей основной и примыкающей выработок).
Методы исследования: анализ и обобщение результатов научных исследований и производственного опыта; экспериментально-аналитические и лабораторные исследования проявлений горного давления и несущей способности крепи сопряжений с применением современных аппаратурных средств (испытательный стенд, динамометрические станции) и методов теории упругости, пластичности и надежности.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
надежность крепи сопряжения с камерной- рамой и плоским перекрытием определяется отношением прочности пород в массиве к наибольшему сжимающему напряжению на контуре выработки;
-
взаимодействие системы "крепь сопряжения - массив" определяется реологическими свойствами вмещающих горных пород и зависит от
фактора времени, влияние которого аппроксимируется ветвью параболы;
3) трудозатраты и продолжительность сооружения сопряжений оп
ределяются суммой площадей основной и сопрягающейся выработок и
описываются гиперболической и линейной зависимостями.
Научная новизна работы заключается в:
-установлении закономерностей изменения реологических свойств горных пород шахт юга Кузбасса;
установлении зависимости нагрузки на крепь сопряжений от горно-геологических условий и фактора времени;
обосновании объективного критерия, определяющего оптимальность вариантов крепления сопряжений горных выработок.
Обоснованность и достоверность научных результатов, выводов и рекомендаиий подтверждается:
применением апробированных натурных и лабораторных экспериментальных методов, основанных на фундаментальных положениях теории упругости, пластичности, надежности и математической статистики;
репрезентативностью экспериментальных данных;
сходимостью расчетных и экспериментальных данных (расхождение в пределах ±5%); ч
- положительными результатами, полученными при внедрении
арочных крепей сопряжений с камерной рамой на шахтах Кузбасса и
достигнутым при этом экономическим эффектом.
Пуактическая ценность работы состоит в том, что ее результаты позволяют для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий определить минимум альтернативных вариантов технологии проведения и крепления сопряжений и произвести оптимизацию принятых решений по стоимости, трудоемкости и продолжительности их реализации, что обеспечивает рост технико-экономических показателей горнопроходческих работ в 1,3-1,5 раза.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Содержащиеся в диссертации результаты исследований включены в: альбом "Конструкция и технология сооружения узлов сопряжений горных выработок с применением арочной крепи из СВП и камерной рамы для условий строящихся и реконструируемых шахт Кузбасса" (Кемерово, 1989. -42 с); "Методику проектирования крепи и технологии сооружения узлов сопряжений горизонтальных горных выработок" (Кемерово, 1990. - 142 с); проекты производства работ по проведению и креплению сопряжений на шахтах: "Нагорная" (гор.+160, +180 м Кушеяковского участка), "Абашевская" (гор.±0 м), "Юбилейная" (околоствольный двор гор.-260 м), "Есаульская" (околоствольный двор гор.-65 м). При этом получен реальный экономический эффект 191,2 тыс. руб. (в ценах 1984 г.).
Научные выводы и практические результаты диссертационной работы используются в Кузбасском государственном техническом университете при чтении учебных дисциплин по технологии сооружения горных выработок студентам специальности 09.04. - "Шахтное и подземное строительство".
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: научно-практической конференции "Технико-экономические проблемы воссоздания очистного фронта на шахтах Кузбасса" (г.Кемерово, 1985 г.); научно-практических конференциях Кузбасского государственного технического университета (г.Кеме* рово, 1987 г., 1990 г.); технических советах треста "Кузбассшахтопро-ходка", шахт "Нагорная", "Абашевская", "Юбилейная" (г.Новокузнецк, 1985-94 гг.), АООТ "КузНИИшахтострой" (г.Кемерово, 1989, 1996 г.), кафедре строительства подземных сооружений и шахт Кузбасского государственного технического университета (г.Кемерово, 1996 г.).
Публикации. Основные положения диссертации и результаты выполненных исследований опубликованы в 11 печатных работах, в том числе одной монографии.
Объем работы. Диссертационная работа содержит введение, четыре главы, заключение. Изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 21 таблицу, список использованных источников из 78 наименований и 5 приложений.
