Підвищення несучої здатності металевого кріплення капітальних гірничих виробок в умовах агресивних шахтних вод - Автореферат

Агресивні шахтні і підземні води, вологонасичене середовище, в якому працює кріплення, наявність блукаючих електричних струмів, а також інтенсивне провітрювання у виробці сприяють окисним процесам у металі і відносно швидко, впродовж 7...10 років, виводять металеве кріплення з ладу. У цьому звязку розробка недорогого, простого у використанні й надійного способу підвищення несучої здатності металевого кріплення капітальних виробок, які експлуатуються в умовах впливу агресивних шахтних вод, та розробка розрахункових методик для обґрунтування його параметрів є актуальною задачею, що має важливе наукове і практичне значення, вирішенню якої й присвячена дисертація. Основна ідея роботи складається у використанні захисних властивостей набризкбетону на основі зол виносу стосовно металевого кріплення в умовах агресивних шахтних вод для обґрунтування способу і параметрів захисту металевого кріплення від корозії. Наукові положення, що захищаються в дисертації: залежність швидкості корозії навантаженого металевого кріплення від рівня напружень носить нелінійний характер і має вигляд поліному другого ступеня, коефіціенти якого визначаються фізико-хімічними умовами експлуатації кріплення, що дозволяє ураховувати зміну швидкості корозії при різноманітних значеннях діючих навантажень; вперше встановлені залежності зміни швидкості корозії металу під захисним шаром з набризкбетону і швидкості корозії металу без захисного покриття при різних значеннях мінералізації шахтних вод і товщини захисного покриття з набризкбетону, що дозволяє вибирати раціональні параметри товщини набризкбетону в залежності від умов експлуатації.Спостереження за умовами експлуатації металевого кріплення в умовах вугільних шахт свідчать про те, що значна частина металевих арок піддається корозії. При цьому корозія є одним з основних факторів, що впливають на зниження стійкості гірничих виробок, закріплених металевим кріпленням в умовах агресивних шахтних вод. Протягом тривалого часу експлуатації виробки у результаті дії корозії змінюється товщина профілю кріплення і, як наслідок цього, поступово знижується несуча здатність металевої конструкції. Таким чином, розробка способу підвищення несучої здатності кріплення через захист металу від корозії в шахтних умовах є важливою народногосподарською задачею, що вимагає наукового та інженерного вирішення, чому і присвячена дана дисертація. З використанням аналітичних розрахунків були визначені кутові координати максимальних вигинаючих моментів, що виникають у кріпленні при різних видах навантажень (розподіленого і зосередженого), а також вплив швидкості корозії на зміну несучої здатності кріплення з профілю СВП.Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій отримане нове рішення актуальної науково-прикладної задачі, що полягає в підвищенні тривалої стійкості капітальних виробок вугільних шахт, на основі вперше встановлених закономірностей кородирування металевого кріплення. На основі проведених прискорених корозійних випробувань (ПКВ) визначені залежності протікання процесу корозії від наявності окалини, мінералізації шахтних вод, а також зміна швидкості корозії від діючих навантажень, що дозволило прогнозувати корозійний знос у залежності від умов експлуатації. Отримана аналітична залежність зміни несучої здатності СВП профілів від корозійного зносу К, а також від терміну експлуатації кріплення Т (при постійній швидкості корозії К), що дозволило визначати несучу здатність профілю кріплення, по кожному з відомих факторів (тривалість експлуатації кріплення Т, корозійний знос К). На підставі аналітичних обчислень , використовуючи емпіричні дані, отримана математична модель зміни несучої здатності профілів СВП протягом терміну експлуатації для умов шахт ДХК “Добропіллявугілля”, ДХК “Павлоградвугілля”, що дозволило визначати несучу здатність профілю кріплення в залежності від терміну експлуатації кріплення з урахуванням специфіки умов експлуатації. Розроблена номограма для визначення параметрів товщини набризкбетонного покриття, спосіб підвищення несучої здатності металевого кріплення, а також визначена очікувана область раціонального використання способу підвищення несучої здатності металевого кріплення для умов шахт ДХК “Добропіллявугілля” і ДХК “Павлоградвугілля”, що дозволить істотно підвищити (у 1,4...1,6 разів при експлуатації кріплення 15 років) несучу здатність металевого аркового кріплення капітальних виробок і знизити обсяги ремонтних робіт.

2. Основний зміст роботи

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій отримане нове рішення актуальної науково-прикладної задачі, що полягає в підвищенні тривалої стійкості капітальних виробок вугільних шахт, на основі вперше встановлених закономірностей кородирування металевого кріплення.

Основні наукові і практичні результати дисертації полягають у наступному: 1. Наведений аналіз факторів, які впливають на корозію металевого кріплення. Виділені основні фактори, що мають найбільший вплив на процес корозії.

2. На основі проведених прискорених корозійних випробувань (ПКВ) визначені залежності протікання процесу корозії від наявності окалини, мінералізації шахтних вод, а також зміна швидкості корозії від діючих навантажень, що дозволило прогнозувати корозійний знос у залежності від умов експлуатації.

3. Визначені кутові координати максимальних моментів, що впливають на несучу здатність кріплення. На підставі цього запропонований диференційований підхід у використанні набризкбетону як захист металевого кріплення від корозії в умовах дії максимальних вигинаючих моментів.

4. Отримана аналітична залежність зміни несучої здатності СВП профілів від корозійного зносу К, а також від терміну експлуатації кріплення Т (при постійній швидкості корозії К), що дозволило визначати несучу здатність профілю кріплення, по кожному з відомих факторів (тривалість експлуатації кріплення Т, корозійний знос К).

5. На підставі аналітичних обчислень , використовуючи емпіричні дані, отримана математична модель зміни несучої здатності профілів СВП протягом терміну експлуатації для умов шахт ДХК “Добропіллявугілля”, ДХК “Павлоградвугілля”, що дозволило визначати несучу здатність профілю кріплення в залежності від терміну експлуатації кріплення з урахуванням специфіки умов експлуатації.

6. Розроблені склади сумішей набризкбетону з використанням золи виносу як заміну частини цементу і проведений аналіз захисної дії даних видів покриття стосовно металу кріплення. Використовуючи потенциостатичний метод, розглянуте поводження металу, покритого різними складами набризкбетону. На основі омічного методу отримані кількісні характеристики захисної дії різних складів. У результаті порівняльного аналізу рекомендований склад набризкбетонної суміші, при використанні якої досягається мінімальна швидкість корозії металу.

7. Розроблена номограма для визначення параметрів товщини набризкбетонного покриття, спосіб підвищення несучої здатності металевого кріплення, а також визначена очікувана область раціонального використання способу підвищення несучої здатності металевого кріплення для умов шахт ДХК “Добропіллявугілля” і ДХК “Павлоградвугілля”, що дозволить істотно підвищити (у 1,4...1,6 разів при експлуатації кріплення 15 років) несучу здатність металевого аркового кріплення капітальних виробок і знизити обсяги ремонтних робіт.

8. Установлені закономірності та отримані на їх основі технічні рішення були рекомендовані до використання в умовах шахти “Алмазна” ДХК “Добропіллявугілля”. Очікуваний економічний ефект від реалізації запропонованого способу підвищення несучої здатності металевого кріплення капітальної виробки при її довжині 1000 м складе приблизно 102 тис.грн. за рік.

Список опублікованих робіт здобувача за темою дисертації

Коваленко В.В. Исследование коррозионной стойкости металлической арочной крепи угольных шахт // Науковий вісник НГА України. - 2001. - №6. - С.21-24.

Коваленко В.В. Исследование влияния действующей нагрузки на коррозионную стойкость металлической арочной крепи угольных шахт // Сборник науч. тр. НГА Украины, №11. - Днепропетровск: НГАУ, 2001. - С. 224-229.

Коваленко В.В. Изучение антикоррозионных свойств набрызгбетона по отношению к металлу // Науковий вісник НГА України. - 2002. - №3. - С.59-60.

Коваленко В.В. Разработка методики по определению оптимальных параметров толщины набрызгбетонного покрытия на металлической крепи в условиях минерализованных шахтных вод // Сб. науч. тр. НГУ, №15, Т.2. - Днепропетровск: РИК НГУ. - 2002. - С. 108-113.

Коваленко В.В. Исследование защитного действия набрызгбетонного покрытия на коррозионную стойкость металлической арочной крепи в условиях угольных шахт ГХК “Добропольеуголь” // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. Матер. наук.-техн. конф. - 2001. - №2. - С.364-366.

Коваленко В.В. Повышение несущей способности металлической крепи капитальных выработок в условиях агрессивных шахтных вод // Матер. студ. наук.-техн. конф. 2001-2002 рр. - Ч.I. - Дніпропетровськ: Національна гірнича академія України. - 2002. - С. 27.