Підвищення стійкості кріплень горизонтальних гірничих виробок за рахунок використання пружних елементів - Автореферат

Традиційно в умовах Кривбасу в якості забутовочного матеріалу використовується деревина, фізичні властивості якої призводять до нерівномірного навантаження на кріплення, до появи значних пустот між кріпленням та гірським масивом. Пружні елементи з відпрацьованих автомобільних шин, маючи високу пластичність (до 80% усадки), достатню міцність (до 4 МПА), стійкість до дії агресивного шахтного середовища (не піддаються гниттю, розчиненню, корозії), невелику вагу, є більш дешевим та довговічним замінником деревини. При використанні забутовочного матеріалу з пружних матеріалів - елементів відпрацьованих автомобільних шин - вирішується комплекс технічних, економічних та соціально-екологічних питань: економляться дефіцитна деревина, запаси якої обмежені і можуть відновлюватись протягом багатьох років, створюються передумови до повторного використання забутовочного матеріалу, зменшується забруднення навколишнього середовища. Прогин плит-затяжок металевого арочного кріплення із забутовкою закріпного простору пружними елементами має лінійну залежність від величини зовнішнього навантаження, обумовлений процесом стискання та перегрупування контактних поверхонь окремих пружних елементів, і менший в 2,1 рази порівняно з забутовкою деревиною, що дозволяє збільшити термін служби кріплення під дією статичних навантажень в 1,5 рази, а під дією динамічних навантажень в 1,3 рази. Вперше встановлено, що при футеруванні лобовини пружними елементами у випускних вікнах виробок скреперної доставки руди швидкість опускання арок кріплення знижується в 2 рази, що дозволяє збільшити податливість рам кріплення з футерівкою лобовини у 2 рази, ніж у рам кріплень без футерівки.Забутовочні матеріали та способи їх укладки за кріплення відіграють особливу роль у формуванні навантажень на кріплення. Математичне моделювання прогину плит-затяжок, як елемента розрахункової схеми: масив гірських порід - забутовка - кріплення, проведено з урахуванням впливу на систему статичних та динамічних навантажень. При заміні деревини пружним матеріалом коефіцієнт підвищення стійкості кріплення виражено формулою: (6) де: - модуль повздовжньої пружності, модуль пружності першого роду (модуль Юнга, Па); др - модуль Юнга деревини, пр - модуль Юнга пружного матеріалу, відповідно, др - коефіцієнт Пуассона для деревини, пр - коефіцієнт Пуассона для пружних елементів. Для оцінювання максимального прогину плити-затяжки проводиться числове обчислення формули (5), за яким встановлено, що деформування пружного забутовочного матеріалу під дією статичного навантаження зменшує прогин плити-затяжки у порівнянні з прогином при використанні деревини. При встановленні закономірностей деформацій визначено, що пружні елементи з відпрацьованих автомобільних шин як забутовочний матеріал мають кращі деформаційні властивості у порівнянні з деревиною і забезпечують рівномірне розподілення навантажень від гірського тиску за рахунок підвищення податливості кріплення.Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій дане нове рішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає в розробці і науковому обґрунтуванні ефективних засобів підвищення довговічності податливих арочних кріплень відкотних виробок та кріплень сполучень випускних дучок з виробками приймального горизонту залізорудних шахт. Обґрунтовано, що забутовка пружними елементами зменшує прогин верхняка кріплення за рахунок зміни циліндричної жорсткості конструкції забутовки і затяжки внаслідок процесу стиснення забутовочного матеріалу і перегрупування крайових контактних поверхонь окремих пружних елементів в 2,1 рази. Введений коефіцієнт податливості конструкції забутовки і затяжки, підтверджений аналітичними і лабораторними дослідженнями поведінки забутовки пружними елементами, який дає можливість визначити мінімально ефективну товщину укладання пружних елементів, що дорівнює товщині плити-затяжки. Установлено, що за рахунок деформування пружних елементів під дією динамічних навантажень, дія удару кусків породи значно зменшується, що збільшує термін служби лобовини в 1,3 разів. Термін служби виробок із забутовкою пружними елементами збільшився в 1,5 раз, від впровадження футерівки лобовини - у 1,3 рази у порівнянні з лобовиною, виконаною згідно типового паспорту кріплення.

Основний зміст роботи

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій дане нове рішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає в розробці і науковому обґрунтуванні ефективних засобів підвищення довговічності податливих арочних кріплень відкотних виробок та кріплень сполучень випускних дучок з виробками приймального горизонту залізорудних шахт.

Основні наукові висновки і рекомендації полягають у наступному: 1. Обґрунтовано, що забутовка пружними елементами зменшує прогин верхняка кріплення за рахунок зміни циліндричної жорсткості конструкції забутовки і затяжки внаслідок процесу стиснення забутовочного матеріалу і перегрупування крайових контактних поверхонь окремих пружних елементів в 2,1 рази.

2. Введений коефіцієнт податливості конструкції забутовки і затяжки, підтверджений аналітичними і лабораторними дослідженнями поведінки забутовки пружними елементами, який дає можливість визначити мінімально ефективну товщину укладання пружних елементів, що дорівнює товщині плити-затяжки.

3. Установлено, що під дією статичних навантажень деформації пружних елементів в 2,5 раз більше деформацій деревини, таким чином, процес передачі навантажень на кріплення розтягнутий у часі, що забезпечує податливість за рахунок збільшення коефіцієнту впливу часу на зміщення порід.

4. Установлено, що за рахунок деформування пружних елементів під дією динамічних навантажень, дія удару кусків породи значно зменшується, що збільшує термін служби лобовини в 1,3 разів.

5. Розроблені паспорта кріплень горизонтальних гірничих виробок при використанні пружних елементів в якості забутовочного та футерівочного матеріалів для підвищення стійкості і довговічності кріплень відкотних виробок та спряжень виробок прийомного горизонту з випускними дучками.

6. Розроблено, виготовлено та впроваджено установку по виготовленню забутовочних елементів різних розмірів.

7. Забутовка з пружних елементів впроваджена на шахтах ВАТ КЗРК: ім. Леніна, ш. «Гвардійська», ш. «Октябрьская», ш. «Батьківщина», а спосіб захисту лобовини від ударних навантажень футеруванням її пружними елементами на ш. «Ювілейна» ЗАТ «Суха Балка». Термін служби виробок із забутовкою пружними елементами збільшився в 1,5 раз, від впровадження футерівки лобовини - у 1,3 рази у порівнянні з лобовиною, виконаною згідно типового паспорту кріплення. Загальний економічний ефект від використання пружних елементів склав 63699 грн.

Основні положення і результати дисертації опубліковані в роботах

1. Гурин А.А., Комиссаренко Т.А. Материалы для заполнения закрепного пространства // Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: КТУ. - 2000. - №71. - С. 90-94.

2. Гурин А.А., Комиссаренко Т.А. Опыт использования забутовочных материалов для крепления горизонтальных выработок в условиях Кривбасса // Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: КТУ. - 2000. - №72. - С. 120-124.

3. Комиссаренко Т.А. Исследование эффективности использования отработанных автомобильных шин в качестве забутовочного материала // Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: КТУ. - 2001. - №74. - С. 72-77.

4. Комиссаренко Т.А. Влияние забутовки на устойчивость крепи горных выработок при заполнении закрепного пространства отработанными шинами // Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: КТУ. - 2001. - №76. - С. 41-46.

5. Комиссаренко Т.А. Повышение долговечности крепи горизонтальных горных выработок // Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: КТУ. - 2002. - №78. - С. 47-51.

6. Гурин А.А., Комиссаренко Т.А. Забутовка закрепного пространства крепи горизонтальных горных выработок упругими элементами. // Збірник наукових праць НГУ. - Дніпропетровськ: РВК НГУ. - 2003. - №17. - Т. 2. - С. 31-32.

7. Спосіб кріплення гірничих виробок: Д.п. 65961 А, (51) 7 Е 21D5/00 / Гурін А.О., Ратушний В.М., Комісаренко Т.А. - №2003076315; Заявл. 08.07.2003; Опубл. 15.04.2004, Бюл. №4. - 3 с.:іл.

8. Пристрій для попередження пересипання руди з дучок: Д. п. 53920 А, (51) 7 Е21 D11/18 / Гурін А.О., Ратушний В.М., Комісаренко Т.А. - №2002031819; Заявл. 05.03.2002; Опубл. 17.02.2003, Бюл. №2. - 2 с.

9. Комиссаренко Т.А. Забутовка из отработанных автомобильных шин // Проблемы развития криворожского железорудного бассейна Тр. научн.-техн. конф. - Кривой Рог: КТУ. - 2002. - С. 164-165.

Размещено на .ru