Обґрунтування параметрів способів утворення шпурів заглибленням індентора у вугільний пласт для активного керування його станом - Автореферат

У гірничодобувній галузі дослідження з гідравлічного чи вібраційного впливу на масив проводилися, в основному, через раніше пробурені шпури для зниження викидонебезпечності при розкритті пластів і проходці гірничих виробок, хоча способи утворення шпурів заглибленням індентора з вібраційним чи гідравлічним впливом на вугільний пласт мають багато переваг над традиційним бурінням: - повне виключення важкої і небезпечної ручної праці шахтарів за рахунок механізації процесу утворення шпурів; при обертальному бурінні навколо шпура утворюється обмежена зона впливу на масив (порядку 3-4 діаметрів шпура), а в результаті заглиблення індентора з наступною вібраційною чи гідравлічною обробкою привибійної частини пласта радіус зони впливу збільшується до 1,0-1,5 м, що сприяє більш ефективній дегазації і розвантаженню масиву; У звязку з цим дослідження, спрямовані на обґрунтування параметрів способів утворення шпурів заглибленням індентора у вугільний пласт для активного керування його станом, є актуальною науково-прикладною задачею, що має важливе значення для вуглевидобувної галузі. Тема дисертаційної роботи відповідає основній науковій спрямованості ІГТМ НАН України і є складовою частиною досліджень, виконаних за участю автора по держбюджетним темам НАН України: 5.41.02/001-92 "Технологія керування станом вкрай напруженого і викидонебезпечного масиву в очисних виробках малоенергоємними впливами", затвердженої Постановою ДКНТ №12 від 4.05.92 і Наказом ДКНТ України №15 від 01.03.93, (№ Держ. реєстрації 0193U009362); № 78 "Дослідження умов і закономірностей формування чутливості гірського масиву до малоэнергоємних впливів при керуванні його станом", виконаної у відповідності з Постановою відділення механіки НАН України, протокол №15 від 19.11.92 р., (№ Держ. реєстрації 0193U033548); № 311-22/11-36-98.05 "Розробка наукових основ створення способів і засобів активного керування станом вуглепородного масиву малоэнергоємними впливами", виконаної у відповідності з Постановою відділення механіки НАН України, протокол №5 від 22.12.97 р., (№ Держ. реєстрації 0198U002905) та галузевій науково-дослідній програмі №А 219202100 "Розробити і впровадити технологію і засоби зниження викидонебезпечності вугільного пласта шляхом активного впливу на його привибійну частину" за договором з Мінвуглепромом №329-ДО(10), (№ Держ. реєстрації UA 01002474Р). Ідея роботи полягає у використанні встановлених закономірностей взаємодії статичних і динамічних силових навантажень на індентор при утворенні шпурів у привибійній частині вугільного пласта для активного керування його станом.Водночас, питанню вивчення технологічних процесів заглиблення індентора у вугільний пласт, що дозволяють ефективно і безпечно утворювати шпури з подальшим їхнім використанням для активного керування станом привибійної частини, приділялося недостатньо уваги. В результаті було виявлено три пріоритетних способи, у яких вдавлення індентора виконується статичним зусиллям, а опір вугільного пласта знижується вібраційним впливом на вибій шпура, подачею рідини під тиском, або обертанням наконечника індентора навколо осі. Дослідження показали, що раціональний кут загострення наконечника знаходиться в межах 300-450, а при його збільшенні до 600 зусилля зростає на 20 %, крім того, зусилля заглиблення росте пропорційно квадрату збільшення діаметра наконечника, а зі збільшенням глибини занурення воно зростає по логарифмічній залежності. Розрахункова залежність амплітуди коливань, визначається по формулі: , (3) де - амплітуда коливань; - сила, яку розвиває вібратор; - кутова частота коливальної системи; - коефіцієнт затухання, що залежить від ступеня контакту наконечника з вугіллям. Встановлено, що при статичному "сухому" заглибленні індентора в мяке вугілля максимальне зусилля склало 110 КН при середній швидкості 0,4·10-2 м/с, у вугілля середньої і вище середньої міцності заглибити індентор виявилося неможливим.Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій дане нове рішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає в обґрунтуванні параметрів способів утворення шпурів заглибленням індентора у вугільний пласт для їхнього подальшого використання при активному керуванні станом гірського масиву, що має важливе значення для вугледобувної галузі. Визначено характер розподілу максимальних дотичних напружень у пласті навколо вибою шпура, встановлено, що зусилля вдавлення індентора знижується пропорційно квадрату зменшення діаметра наконечника, а раціональний кут його загострення знаходиться в межах 300-450. З ростом тиску рідини, що нагнітається в шпур, зусилля вдавлення індентора зменшується по степеневій залежності, а зі збільшенням глибини занурення - зростає по логарифмічній залежності. Експериментально доведено, що при вібровпливі в радіальному щодо осі індентора напрямку коливань зі збільшенням довжини індентора резонанс коливань системи зміщується у бік більш низьких частот і при довжині 2,25 м виникає на частоті 150-16

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ