Розробка комплексної технології ліквідації похилих гірничих виробок шахт, що закриваються, твердіючими високодисперсними сумішами
Ліквідація похилих гірничих виробок шахт, закономірності деформування матеріалу засипки, течія високодисперсних сумішей під час тампонажу залишкової пустотності. Розрахунок параметрів формування ізоляційних глиноцементних перемичок в аварійних виробках.
Рубрика | Строительство и архитектура |
Вид | автореферат |
Язык | украинский |
Дата добавления | 26.09.2013 |
Размер файла | 59,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Міністерство освіти і науки України
Національний гірничий університет України
УДК 622.257.1
Спеціальність: 05.15.04 - "Шахтне та підземне будівництво"
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Розробка комплексної технології ліквідації похилих гірничих виробок шахт, що закриваються, твердіючими високодисперсними сумішами
Рябичев Віктор Дронович
Дніпропетровськ - 2002
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі будівництва шахт та підземних споруд Донбаського гірничо-металургійного інституту Міністерства освіти і науки України (м. Алчевськ) та в ДВАТ "Спецтампонажгеологія" Міністерства палива та енергетики України (м. Антрацит)
Науковий керівник: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Должиков Петро Миколайович, професор кафедри будівництва шахт та підземних споруд Донбаського гірничо-металургійного інституту Міністерства освіти і науки України, начальник СШБУ ДВАТ "Спецтампонажгеологія" Міністерства палива та енергетики України.
Офіційні опоненти:
- доктор технічних наук, професор Власов Сергій Федорович, професор кафедри підземної розробки родовищ Національного гірничого університету України Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ);
- кандидат технічних наук Єрмаков Віктор Миколайович, перший заступник генерального директора ДК "Укр-вуглереструктуризація" Міністерства палива та енергетики України (м. Донецьк)
Провідна установа: Інститут геотехнічної механіки НАН України, відділ механіки гірських порід (м. Дніпропетровськ)
Захист відбудеться "04" липня 2002 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.04 із захисту дисертацій при національному гірничому університеті України Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19, т. 47-24-11).
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного гірничого університету України Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19).
Автореферат розісланий 4 червня 2002 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, доцент О.В. Солодянкін
Анотація
Рябичев В.Д. "Розробка комплексної технології ліквідації похилих гірничих виробок шахт, що закриваються, твердіючими високодисперсними сумішами". - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальність 05.15.04 - "Шахтне та підземне будівництво" Національний гірничий університет України, Дніпропетровськ, 2002 р.
Дисертація присвячена питанням розробки технології ліквідації похилих гірничих виробок шахт, що закриваються, твердючими високодисперсними сумішами. На основі теоретичних та експериментальних досліджень обґрунтовані технологічні параметри ефективної ліквідації похилих виробок різного гірничотехнічного стану. У результаті виконаних досліджень обґрунтована область застосування способів ліквідації похилих виробок, встановлені закономірності деформування матеріалу засипки та течії високодисперсних сумішей під час тампонажу залишкової пустотности, вдосконалена методика розрахунку параметрів формування ізоляційних глиноцементних перемичок в аварійних виробках. Результати дисертаційної роботи дозволили розробити рецептури тампонажних сумішей на базі горілих і відвальних порід, методики проектування та технологічні схеми ліквідації засипаних і аварійних похилих виробок. Розроблена технологія успішно впроваджена на об'єктах ДК "Укрвуглереструктуризація".
Ключові слова: похила виробка, технологія ліквідації, горілі і відвальні породи, засипка, усадка, тампонаж, високодисперсні суміші, перемичка.
Рябичев В.Д. "Разработка комплексной технологии ликвидации наклонных горных выработок закрываемых шахт твердеющими высокодисперсными смесями". - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.04 - "Шахтное и подземное строительство". Национальный горный университет Украины, Днепропетровск, 2002 г.
Диссертация посвящена вопросам разработки технологии ликвидации наклонных горных выработок закрываемых шахт твердеющими высокодисперсными смесями. На основании теоретических и экспериментальных исследований обоснованы технологические параметры эффективной ликвидации наклонных выработок различного горнотехнического состояния. В результате выполненных исследований разработана классификация наклонных горных выработок и обоснована область применения способов их ликвидации; доказано, что усадка горелых и горных пород достигает 0,35 - 0,5 при совокупном влиянии времени, влажности и давления; установлена закономерность процесса усадки пород засипки, обоснована возможность их тампонажа; доказано, что режим тампонажа определяется горнотехническим состоянием выработки, свойствами пород засыпки и тампонажно-закладочной смеси; установлена обратнопропоциональная зависимость перепада давления в фильтрационных каналах пород засыпки от их пустотности при значениях 0,17 - 0,61; обоснованы этапы постановки и методика расчета технологических параметров изолирующих глиноцементных перемычек в аварийных наклонных выработках. Результаты диссертационной работы позволили разработать: рецептуры высокодисперсных тампонажных смесей на базе суспензий горелых и отвальных пород; новые методики проектирования технологических параметров и технологические схемы ликвидации засыпанных и аварийных наклонных выработок высокодисперсными твердеющими смесями через скважины, пробуренные с поверхности. Разработанные методики проектирования технология успешно внедрены при ликвидации наклонных горных выработок на объектах ГК "Укруглереструктуризация", где доказана высокая эффективность технологии и возможность решения экологических проблем в регионах закрытия шахт.
Ключевые слова: наклонная выработка, технология ликвидации, горелые и отвальные породы, засыпка, усадка, тампонаж, высокодисперсные смеси, перемычка.
V.D. Ryabichev "Creation of integrated technology for elimination of unstable rock workings of closing mines with highly dispersed harden compounds" - Manuscript.
Theses of competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.15.04 - "Mining and underground construction". National mining University of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2002.
The dissertation is devoted to the questions of creation the technology for elimination of unstable rock workings of closing mines with highly dispersed harden compounds. The effective technological parameters for elimination of unstable workings in different mining - technological conditions are based on theoretical and experimental research. As a result of the performed investigations the area of using these ways of elimination of unstable workings was reasoned, the relations of deformations of filling materials and inflows of highly dispersed compounds during period of grouting the residual void were determined and the method of calculations the parameters of installation the clay-cement and damaged inclined workings. This created technology is applied on the objects of SC Ukrvuglerestructurizatsia successfully.
Key words: inclined working, technology for elimination, burnt and damp rocks, covering, grouting, highly dispersed compounds, dam.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Реструктуризація вугільної промисловості України направлена на оздоровлення і вихід з кризового стану галузі в умовах ринкової економіки. У процесі закриття нерентабельних шахт найважливішою науково-технічною проблемою є фізична ліквідація всіх виробок, що виходять на поверхню, і забезпечення їх технічної і екологічної безпеки. Це зумовлене тим, що "Правилами ліквідації стволів вугільних шахт" прийнятий основний спосіб погашення вертикальних і похилих виробок - засипка горілою породою. Однак досвід закриття шахт показує, що даний спосіб ліквідації похилих гірничих виробок не дозволяє отримати їхнього абсолютного заповнення, що в подальшому приводить до серйозних інженерних і екологічних ускладнень. Основними причинами останніх є: не повна засипка виробок, низький ступінь ущільнення і значна усадка порід засипки, наявність бань обрушень, аварійний стан виробок. Дослідження засипаних похилих виробок показали наявність залишкових порожнин висотою 1 - 1,5 м, провали земної поверхні до 4 м, неконтрольовані газовиділення.
У цьому зв'язку актуальною науково-технічною задачею є розробка технології ліквідації похилих виробок різноманітного гірничотехнічного стану. Аналіз способів закладки виробленого простору показує, що тільки високодисперсний матеріал при гідравлічному способі подачі абсолютно заповнює виробку. Такий спосіб ліквідації похилих виробок може бути розроблений на наукових основах і технологічних принципах комплексного способу тампонажу гірських порід ДВАТ "Спецтампонажгеологія". Науково-обгрунтоване застосування технологій засипки і тампонажу похилих виробок в залежності від їхнього гірничотехнічного стану дозволить вирішувати технічні та екологічні проблеми в регіонах закриття шахт.
Зв'язок роботи за науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з координаційним планом держбюджетних тем Міністерства освіти і науки України № 39 по напрямку "Гірничі науки: тема 112 "Розробити наукові основи нової техніки і технології підземного видобутку вугілля", у відповідності з планом науково-дослідних робіт ДВАТ "Спец-тампонажгеологія" Міністерства палива та енергетики України: тема "Розробити і впровадити технологію ліквідації похилих гірських виробок високодисперсними тампонажними розчинами" (№ держреєстрації 01198U0000882).
Мета і задачі досліджень. Мета роботи полягає в науковому обґрунтуванні параметрів комплексної технології ліквідації похилих виробок різноманітного гірничотехнічного стану твердіючими високодисперсними тампонажно-закладочними сумішами, що підвищує ефективність закриття вугільних шахт.
Для досягнення поставленої мети в дисертації ставляться і вирішуються наступні задачі:
1. Виконати аналіз гірничотехнічного стану похилих виробок, що ліквідуються, до і після засипки.
2. Установити закономірність деформування матеріалу засипки виробок з часом і при впливі зовнішніх факторів.
3. Дослідити процес заповнення вільного простору виробок і залишкової пустотності матеріалу засипки в'язкопластичним розчином.
4. Вивчити властивості та розробити рецептури ресурсозберігаючих тампонажно-закладочних сумішей на основі суспензій горілих і відвальних порід.
5. Розробити методики проектування технологічних параметрів і технологічні схеми ліквідації похилих виробок різноманітного гірничотехнічного стану.
Об'єкт досліджень - технологія ліквідації похилих виробок, яка основана на поєднанні способів засипки і тампонажу підземного простору.
Предмет досліджень - горілі та відвальні гірські породи, високодисперсні твердіючі тампонажно-закладочні суміші на базі суспензій горілих і відвальних гірських порід.
Ідея роботи полягає у використанні закономірностей деформування матеріалу засипки і процесу течії та структурування в'язкопластичних тампонажних розчинів під час ліквідації похилих гірничих виробок для розробки нової технології надійного заповнення виробленого простору.
Методи досліджень: для досягнення мети і вирішення задач, поставлених в дисертації, був проведений комплекс теоретичних і експериментальних досліджень: аналіз і узагальнення наукових літературних джерел, аналітичні дослідження, лабораторні і стендові експерименти, натурні дослідження, статистичний аналіз результатів. В аналітичних дослідженнях розглядалися теорії підземної гідродинаміки, механіки гірських порід, моделювання гірничих процесів. Для експериментальних досліджень застосовувались лабораторні методи інженерно-геологічних, реологічних і структурно-механічних досліджень властивостей тампонажних розчинів, моделювання процесу тампонажу похилих виробок на спеціальному стенді. Обробка експериментальних даних виконувалася на ПЕОМ методами математичної статистики і кореляційно - регресійного аналізу.
Наукові положення, що виносяться на захист:
1. Відносна усадка горілих і гірських порід, засипаних в похилі виробки, при сукупному впливі факторів - часу, вологості, тиску, - складає 0,35 - 0,5, а процес усадки порід має три стадії і описується сумою степеневих функцій, що залежать від часу і тиску, це дозволяє встановити величину залишкової пустотності в засипаних виробках;
2. Під час тампонажу засипаних похилих виробок на першому етапі ліквідується підпокрівельна пустота у безнапірному режиму, на другому етапі тампонуються породи засипки пустотністю 0,17 - 0,61 під тискомі - 5 МПа, причому перепад тиску в фільтраційних каналах прямопропорціонально залежить від динамічного напруження зсуву та радіуса течії розчину і обернено-пропорціонально від пустотності порід та висоти виробки.
Наукова новизна роботи полягає в наступному:
- вперше розроблена класифікація похилих гірничих виробок, що враховує їхній гірничотехнічний стан і властивості матеріалу засипки та наведена область використання засобів їх ліквідації;
- вперше отримана закономірність деформування порід засипки при сукупному впливі часу, вологості, тиску і обґрунтована можливість їх тампонажу високодисперсними твердіючими розчинами;
- встановлена закономірність течії і структуроутворення високодисперсних сумішей в процесі тампонажу вільного простору виробок і залишкової пустотності матеріалу засипки, що дозволяє обґрунтовано розрахувати технологічні параметри надійної ліквідації похилих виробок;
- вдосконалено принцип управління седиментаційної стійкості водних суспензій на основі горілих і відвальних гірських порід і встановлена залежність пластичної міцності тампонажно-закладочних розчинів від вмісту в них породи;
- вдосконалена методика розрахунку параметрів формування ізоляційних глиноцементних перемичок в аварійних похилих виробках, що дозволяє безпечно і надійно виконати ліквідаційні роботи.
Обґрунтованість та вірогідність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджується застосуванням класичних положень і законів механіки ґрунтів і підземної гідродинаміки, реології в'язкопластичних систем; застосуванням високоточних вимірювальних приладів і стандартних методів експериментальних досліджень; задовільною збіжністю теоретичних і експериментальних результатів (похибка 10 - 16%); позитивними результатами промислового впровадження нової технології ліквідації похилих виробок.
Наукове значення роботи полягає в встановленні закономірностей деформування матеріалу засипки і процесу течії високодисперсних розчинів у порожніх і засипаних виробках, в обґрунтуванні області застосування способів їх ліквідації.
Практичне значення роботи полягає в наступному: розроблені рецептури тампонажно-закладочних сумішей на базі водних суспензій горілої і відвальної гірської породи, методики проектування технологічних параметрів ліквідації засипаних і аварійних похилих виробок, комплексні технологічні схеми засипки і тампонажу похилих виробок різноманітного гірничотехнічного стану.
Реалізація результатів дослідження.
Основні положення дисертації увійшли в "Методичні рекомендації по тампонажу виробленого простору при ліквідації похилих виробок шахт, що закриваються" /Спецтампонажгеологія. - Антрацит, 2002. Методика проектування технологічних параметрів ліквідації засипаних і аварійних похилих виробок використана в СШБУ ДВАТ "Спецтампонажгеологія" при розробці 9 проектів. Комплексна технологія ліквідації похилих виробок успішно впроваджена на об'єктах ДК "Укрвуглереструктуризація" під час засипки західної вентзбійки № 3 шх. "Запорізька", ліквідації скіпового ствола колишньої шахти № 11 РАУ та західної збійки № 29 шх. ім. газети "Луганська правда", ліквідації аварійного вантажного бремсберга по пласту k7 шахти "Замківська".
Особистий внесок автора полягає в: формулюванні мети і задач досліджень, наукових положень; аналізі наукових джерел і розробці класифікації похилих виробок; участі в проведенні теоретичних і експериментальних досліджень; обробці результатів досліджень; участі в розробці комплексної технології ліквідації похилих виробок. Впровадження результатів досліджень на об'єктах шахт, що закриваються, здійснювалося при особистій участі автора.
Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертації доповідалися та були схвалені на науково-практичній конференції "Екологічна безпека техногенно перевантажених регіонів і раціональне використання надр" (Крим, 2001 р.), регіональній школі-семінарі АБ України "Гірничопрохідницька техніка і технологія - 2001" (Донецьк, 2001 р.), техніко-економічній раді ДК "Укрвуглереструктуризація" (Харків, 2001 р.), міжнародній конференції "Техногенно-екологічна безпека регіонів як умова сталого розвитку України" (Львів, 2002 р.), наукових семінарах кафедри шахтного та підземного будівництва ДГМІ (Алчевськ, 2001-2002 р.р.), науково-технічних радах ДВАТ "Спецтампонажгеологія" (Антрацит, 2001 - 2002 р.р.).
Публікації: за темою дисертації автором опубліковані 7 друкованих робіт, у тому числі статей в спеціалізованих журналах - 4, тез в матеріалах конференцій - 3.
Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, переліку використаних джерел із 102 найменувань і додатків; містить 176 сторінок машинописного тексту, у тому числі 29 рисунків і 34 таблиці.
Основний зміст роботи
шахта тампонаж засипка глиноцементний
У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульовані цілі і задачі досліджень, наведені наукові положення, що виносяться на захист, а також дані щодо апробації і публікації результатів досліджень.
У першому розділі проаналізовано стан питання технічної ліквідації похилих виробок шахт, що закриваються. Згідно з "Державною програмою закриття неперспективних вугільних шахт та розрізів в Україні" (постанова Кабінету Міністрів № 280, 28 березня 1997 р.) передбачено до 2005 р. закрити 92 шахти, а за програмою "Українське вугілля" (постанова Кабінету Міністрів № 1205, 19 вересня 2001 р.) підлягають закриттю ще 38 вугільних шахт. При цьому в основному комплексі робіт по закриттю шахт найбільш відповідальним етапом є ліквідація усіх гірничих виробок, що виходять на поверхню. На сьогодні основним нормативним документом є "Правила ліквідації стволів вугільних шахт", де передбачено застосовувати як основний спосіб ліквідації вертикальних і похилих виробок - засипка горілою породою з відповідним улаштування перемичок. Але досвід проведення ліквідації похилих виробок показав, що цей спосіб не дає повного заповнення підземного простору, а це приводить до виникнення геомеханічних та гідрогеологічних проблем практично на кожному об'єкті. Ще більші труднощі виникають під час ліквідації аварійних старих виробок. Ці обставини вимагають розробити нові технічні рішення по ліквідації похилих виробок.
Значну увагу науковим та технологічним питанням в області реструктуризації вугільної промисловості України приділяють в ДК "Укрвуглереструктуризація", інститутах "Дондіпрошахт", "Луганськдіпрошахт", "Дніпродіпрошахт", "Півден-діпрошахт", УкрНДІрпроект, УркНДМІ, МакНДІ, ДВАТ "Спецтампонажгеологія", ДонНТУ, інститутах НАН України.
Проведений аналіз відомих способів закладки, а також гірничотехнічних ситуацій під час ліквідації гірничих виробок показує, що тільки поєднання засипки і тампонажу дозволяє ефективно заповнити вироблений простір похилих виробок. Сьогодні відомо багато способів тампонажу гірничих масивів і виробок, які розробляли такі вчені - Айтматов Н.Г., Бондаренко В.І., Власов С.Ф., Вахромєєв І.Н., Гальченко П.П., Дуда Е.Г., Кіпко Е.Я., Максимов О.П., Полозов Ю.А., Сиркін П.С., Хамяляйнен В.А. та багато інших. Але найбільш ефективний спосіб ліквідації похилих виробок може бути розроблений на основі комплексного методу тампонажу гірських порід ДВАТ "Спецтампонажгеологія", який розроблено під керівництвом академіка Кіпко Е.Я. такими вченими як: Полозов Ю.А., Спічак Ю.М., Лагунов В.А., Должиков П.М., Кіпко О.Е., Попов І.В., Попов А.В., Цаплін Є.Г., Смородін Г.М. та ін. Наукові та технологічні розробки в комплексному методі тампонажу є основа для дослідження процесу ліквідації похилих виробок різноманітного гірничотехнічного стану.
У другому розділі проведені аналітичні дослідження гірничотехнічних умов і технологічних параметрів ліквідації похилих виробок. З метою науково-обгрунтованого підходу до ефективної ліквідації похилих виробок було проведено вивчення їх гірничотехнічного стану до та після засипки породою. Для аналізу буди вибрані вісім вуглепромислових районів Донбасу, обстежено біля 200 виробок, при цьому розглядались кут падіння, переріз, інтервал ліквідації, стан кріплення та порід покрівлі, наявність завалів, загазованість, технологія ліквідації, зона моніторінга. За результатами досліджень розроблена класифікація похилих виробок, в якій вони розділені на три групи та рекомендовано використовувати слідуючи технології їх ліквідації. I група - засипка породою; II - засипка породою та тампонаж залишкових пустот; III - тампонаж виробленого простору (табл. 1)
Матеріал засипки - горіла або відвальна порода, під сукупним впливом основних факторів - час, волога, тиск - дає значну об'ємну деформацію. Основним показником розвитку деформаційного процесу є усадка порід. Аналіз фізичного процесу усадки порід засипки дозволив виділити три основні стадії в залежності від часу та тиску. Змінення пустотности порід засипки в процесі деформування доцільно характеризувати через приведену відносну усадку
,
де - початковий об'єм, а - об'єм порід в деякий час.
Таблиця 1. Класифікація похилих гірничих виробок
Критерії вибору |
Групи виробок |
|||
I круті |
II крутопохилі |
III похилі та пологі |
||
Кут нахилу ц, градус |
> 61 |
60 - 35 |
< 35 |
|
Стан кріплення та покрівлі |
добрий |
задовільний |
Аварійний |
|
Кут природного укосу порід засипки ц0, градус |
ц0 < ц |
ц0 Ј ц |
ц0 > ц |
|
Зона моніторингу, м |
5,5 hв |
14,5 hв |
40,4 hв |
Ліквідація виробленого простору похилої виробки високодисперсними сумішами здійснюється в двох режимах - безнапірному або напірному, що визначається гірничотехнічним станом виробки, її параметрами, властивостями суміші. Виходячи з основних принципів теорії течії в'язкопластичних розчинів, виконані аналітичні дослідження процесу безнапірної та напірної течії рідини в похилих виробках. Для безнапірного режиму, враховуючи гідродинамічний тиск рідини на виході з свердловини, отримане рівняння для розрахунку шару тампонажного розчину у виробці.
Напірний режим течії високодисперсного розчину реалізується під час тампонажу порід засипки. Аналітично досліджено процес течії в'язопластичного розчину по фільтраційним каналам з середнім розкриттям , отримане рівняння для розрахунку перепаду тиску в залежності від властивостей розчину, параметрів виробки та пустотності порід.
Для ліквідації аварійних похилих виробок необхідно на глибині встановити глиноцементу перемичку через свердловини пробурені з поверхні. Процес постановки перемички має три стадії: формування "опорної подушки", подача розчину у безнапірному режиму до виходу в свердловині; формування остаточної форми перемички глиноцементним розчином під тиском. Аналітично отримані рівняння для розрахунку геометричних параметрів перемички, об'єму тампонажного розчину, тиску нагнітання.
У третьому розділі виконані експериментальні дослідження властивостей матеріалу засипки і технологічних параметрів нагнітання високодисперсних сумішей під час ліквідації похилих виробок. Зразки горілих та відвальних порід були відібрані з шахт "Центральна" та "Запорізька". Виконано вивчення гранулометричного складу, водно-фізичних та хімічних властивостей цих порід. Дослідження процесу усадки виконано за стандартними методиками в інженерно-геологічній лабораторії, результати статистично оброблялись з використання ПЕОМ. Відносна деформація горілих та відвальних порід становить 0,35, а при збільшенні тиску до 2 МПа - 0,5.
Порівняння фактичних та емпіріоаналітичних залежностей усадки від основ-них факторів показує їх задовільну збіжність (коефіцієнт кореляції становить 0,87).
Під час ліквідації похилих виробок необхідно використовувати відходи гірничого виробництва: горілі породи, відвальні породи, шлами збагачувальних фабрик. Тому були розроблені тампонажно-закладочні суміші на основі водних суспензій таких відходів. Для цього була вдосконалена методика управління седиментаційною стійкістю таких суспензій шляхом введення незначної кількості бентоніту, досліджена залежність статичного напруження зсуву від густини розчину, залежність густини розчину від частки відходів у ньому. Обґрунтовано вміст мінімальної кількості цементу для забезпечення твердіння суміші до необхідної міцності 0,25 - 0,3 МПа за умови частки відходів в розчині 0,4 - 0,5 та нульової усадки. Склад і властивості тампонажно-закладочних сумішей приведені в табл. 2. По результатам досліджень одержані емпіріоаналитічні рівняння для розрахунку пластичної міцності розчинів в залежності від вмісту відходів та цементу (наприклад, для горілої породи).
Таблиця 2. Склад і властивості тампонажно-закладочних сумішей
№ п.п. |
Параметри розчинів |
Значення |
|||
на базі шламів |
на базі породи відвалів |
на базі горілої породи |
|||
1 |
Кількість відходів, кг/мі |
807 |
818 |
816 |
|
2 |
Кількість бентоніту, кг/мі |
15,0 |
5,9 |
5,9 |
|
3 |
Густина базової суспензії, кг/мі |
1450 |
1450 |
1450 |
|
4 |
Кількість цементу, кг/мі |
40 |
40 |
40 |
|
5 |
Густина розчину, кг/мі |
1474 |
1474 |
1474 |
|
6 |
Пластична міцність через 10 діб, кПа |
258 |
296 |
274 |
|
7 |
Динамічне напруження зсуву, Па |
45 |
60 |
50 |
|
8 |
Структурна в'язкість, 10-3Па*с |
75 |
46 |
54 |
Фізичне моделювання процесів ліквідації похилих виробок різноманітного гірничотехнічного стану розробленими розчинами виконувалось згідно принципів теорії подібності. Для одержання критеріїв геометричної та реологічної подібності натурних та модельних процесів була використона - теорема Букінгама. На експериментальному стенді виконані дослідження постановки та опресовки глиноцементної ізоляційної перемички; безнапірне заповнення похилої виробки; напірне нагнітання тампонажної суміші в засипану виробку. В результаті трьохетапної серії експериментальних досліджень встановлені фактичні дані щодо процесу тампонажу похилих виробок, які порівнювались з результами теоретичних досліджень. Як видно з рис. 3, з відносною похибкою 16% обернено пропорціональна залежність перепаду тиску під час тампонажу порід засипки співпадає з теоретичною.
Таблиця 3. Фактичні та розрахункові параметри моделювання заповнення виробок
№ п.п |
Найменування параметру |
Розраховане значення |
Середнє факт. знач. |
Відношення парамерів |
Відносна похибка, % |
|
1 |
Об'єм розчину с відсівом, мі*10-3 |
7,5 |
8,1 |
0,93 |
7,5 |
|
2 |
Кінцевий тиск опресовки, кПа |
4,5 |
4,9 |
0,92 |
8,2 |
|
3 |
Товщина шару розчину, см |
1,6 |
1,725 |
0,93 |
7,3 |
|
4 |
Кількість порцій |
9 |
8 |
1,125 |
12,5 |
|
5 |
Об'єм розчину, мі |
0,17 |
0,155 |
1,1 |
9,6 |
Параметри постановки перемички та безнапірного заповнення виробки з похибкою 8 - 12% задовільно співпадають с розрахунками (табл. 3).
У четвертому розділі розроблені методики проектування та технологічні схеми ліквідації похилих виробок вугільних шахт. На основі гірничотехнічної ситуації розроблені дві нові методики проектування тампонажу порід засипки та заповнення аварійних виробок. По об'єктивним вихідним даним перша методика дозволяє розрахувати об'єм пустоти, кількість свердловин, тиск нагнітання та загальний об'єм тампонажного розчину (табл. 4).
Таблиця 4. Методика проектування технологічних параметрів тампонажу залишкових пустот в похилих виробках
№ п.п. |
Етапи розрахунку |
Рівняння розрахунку |
|
1 |
2 |
3 |
|
I - засипка виробки горілою породою |
|||
1.1 |
Об'єм засипки після усадки, мі |
||
1.2 |
Об'єм усадки матеріалу засипки, мі |
||
1.3 |
Пустотність порід засипки після усадки |
||
1.4 |
Об'єм залишкових пустот, мі |
||
II - тампонаж залишкових пустот |
|||
2.1 |
Висота підпокрівельної пустоти, м |
||
2.2 |
Режим течії розчину |
||
2.3 |
Кількість тампонажних свердловин |
||
2.4 |
Об'єм тампонажного розчину безнапірного режиму, мі |
||
2.5 |
Перепад тиску у фільтраційних каналах, Па |
||
2.6 |
Тиск на насосі, Па |
||
2.7 |
Об'єм розчину для тампонажу порід засипки, мі |
||
2.8 |
Загальний об'єм розчину, мі |
Таблиця 5. Методика проектування технологічних параметрів ліквідації аварійних похилих виробок
№ п.п |
Етапи розрахунку |
Рівняння розрахунку |
|
I - постановка ізоляційної перемички |
|||
1.1 |
Об'єм розчину "опорної подушки", мі |
||
1.2 |
Висота "конуса течії", м |
||
1.3 |
Об'єм розчину безнапірного режиму, мі |
||
1.4 |
Мінімальна товщина перемички, м |
||
1.5 |
Загальний об'єм розчину, мі |
||
1.6 |
Тиск на насосі, Па |
||
II - заповнення виробки |
|||
2.1 |
Радіус течії розчину, м |
||
2.2 |
Кількість тампонажних свердловин |
||
2.3 |
Об'єм розчину на одну свердловину, мі |
||
2.4 |
Загальний об'єм розчину, мі |
||
2.5 |
Кінцевий тиск на насосі, Па |
По другій методиці виконується повний розрахунок параметрів ізоляційної перемички, кількість свердловин, об'єм тампонажного матеріалу та кінцевий тиск на насосі для гарантованої ліквідації виробки (табл. 5).
Згідно з принциповим методологічним підходом до ліквідації похилих виробок розроблені технологічні схеми заповнення підземного простору, які мають варіанти в залежності від фактичного стану виробки, геологічних умов, властивостей матеріалу засипки та тампонажного розчину. Вибір конкретної технологічної схеми - засипки, засипки і тампонажу або тільки тампонажу - повинен мати техніко-економічне обґрунтування, враховуючи всі гірничо-геологічні, виробничі, екологічні та соціальні фактори. Технологічні схемі виключають присутність людей в виробках та проведення їх додаткового ремонту. Також вдосконалена технологічна схема приготування та нагнітання високодисперсних закладочних сумішей з використання стандартного тампонажного та насосного обладнання.
П'ятий розділ присвячений впровадженню результатів дисертації на об'єктах ДК "Укрвуглереструктуризація". Згідно з рекомендованою областю використання способів ліквідації похилих виробок, збійка № 3 по пласту l1 шахти "Запорізька", що перебувала у доброму стані, засипана шарами горілих порід в об'ємі 369 мі. Ліквідацію залишкових пустот і тампонаж порід засипки виконано на західній збійці № 29 шахти им. газети "Луганська правда": через три свердловини глибиною 7 - 25 м закачано 190 мі тампонажного розчину. Під час ліквідації скіпового ствола колишньої шахти № 11 РАУ після засипки стався провал поверхні, тому були пробурені три свердловини до 35 м, через які закачано 630 мі розчину. Впровадження технології ліквідації аварійних виробок виконано на вантажному бремсбергу пласта k7 шахти "Замківська". Ізоляційна перемичка з глиноцементного розчину з наповнювачем об'ємом 75 мі поставлена на глибині 20 м, а виробка ліквідована через дві свердловини об'ємом розчину 623 мі.
Техніко-економічний аналіз виконаних робіт показав, що вартість БМР для тампонажу становить 44 - 70 грн/мі, для засипки той же показник - 53 - 75 грн/мі.
Висновок
У дисертаційній роботі на основі теоретичних i експериментальних досліджень дане нове рішення актуальної наукової задачі по розробці комплексної технології ліквідації похилих гірських виробок шахт, що закриваються, високодисперсними твердіючими сумішами на базі водних суспензій відходів гірничого виробництва. Вирішення поставлених задач полягає в обґрунтуванні технологічних параметрів ефективної ліквідації похилих виробок різноманітного гірничотехнічного стану шляхом поєднання засипки горілою породою i нагнітання в відповідному режимі тампонажних розчинів на основі закономірностей деформування матеріалу засипки i процесу течії в'язкопластичних рідин, що дозволяє вирішувати технічні i екологічні проблеми i покращує економічні показники при закритті шахт, має важливе наукове i практичне значення в підземному будівництві.
Найбільш важливі наукові i практичні результати досліджень, висновки i рекомендації полягають в наступному:
1. На підставі аналізу гірничотехнічного стану похилих виробок i властивостей матеріалу засипки виробки поділені на три групи: доброго, задовільного i аварійного стану i обгрунтована область застосування способів їхньої ліквідації, що являє собою методологічну основу для комплексної технології - засипки i тампонажу виробленого простору.
2. Доведено, що горілі і гірські породи в процесі i після засипки виробок під сукупним впливом факторів - час, вологість, тиск - дають значну (до 0,5) усадку. Вперше встановлена закономірність деформування матеріалу засипки, видiленi три стадії усадки в залежності від часу i тиску, отримані емпіріоаналiтичнi залежності усадки горілих i гірських порід під дією всіх факторів.
3. Аналітично i експериментально обгрунтовано, що режим тампонажу похилих виробок визначаються їхнім гірничотехнічним станом, властивостями порід засипки i високодисперсної суміші, причому безнапірною подачею ліквідуються макропустоти, а напірною - залишкові, що дозволяє досягнути остаточного ущільнення матеріалу засипки i ліквідації всіх мікропустот i тріщин в покрівлі i бокових породах.
4. Встановлена аналітично i підтверджена експериментально закономірність течії в'язкопластичних розчинів в породах засипки; доведено, що перепад тиску в фільтраційних каналах прямопропорцiйно залежить від динамічного напруження зсуву розчину i оберненопропорцiйно від пустотності порід.
5. Для безнапірного заповнення похилих виробок тампонажним розчином вперше встановлена залежність товщини шару течії від глибини, кута нахилу виробки i властивостей розчину; обгрунтовано, що на заключній стадії ліквідації виробки нагнітання розчину повинно здійснюватися в напірному режимі.
6. Обгрунтованi етапи постановки i спосіб розрахунку технологічних параметрів ізолюючих перемичок з глиноцементного матеріалу з наповнювачем (співвідношення 1:1) в аварійних похилих виробках; експериментально доведена висока технологічність i ефективність глиноцементних перемичок.
7. Вдосконалена методика управління стабільністю суспензій на основі відходів гірничого виробництва, досліджені властивості i оптимізовані рецептури високодисперсних тампонажно-закладочних твердіючих розчинів для ліквідації похилих гірничих виробок з вмістом відходів 0,4 - 0,5 i цементу 0,04, отримані эмпіріоаналiтичнi рівняння для розрахунку пластичної міцності сумішей в залежності від вмісту відходів i цементу.
8. Розроблені нові методики проектування технологічних параметрів тампонажу засипаних виробок i ліквідації виробок аварійного стану, що дозволяє з достатньою точністю розрахувати весь процес нагнітання високодисперсних твердіючих сумішей у вироблений простір i оцінити якість робіт.
9. Для ліквідації похилих гірничих виробок різноманітного гірничотехнічного стану розроблена комплексна технологічна схема, що включає в себе засипку виробки i тампонаж порожнин твердіючими сумішами через свердловини, пробурені з поверхні.
10. Нові методики проектування i комплексна технологія ліквідації похилих виробок успішно впроваджені на об'єктах ДК "Укрвуглереструктуризація".
Основні положення і результати дисертації опубліковані в таких роботах
1. Должиков П.М., Рябичев В.Д. Дослідження процесу течії в'язкопластичних розчинів у похилих гірничих виробках // Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту. Технічні науки. - 2002. - № 20. - с. 148 - 151.
2. Рябичев В.Д., Цаплин Е.Г. Экологичные тампонажно-закладочные растворы на базе отходов производства для ликвидации наклонных стволов и других протяженных выработок // Науковий вісник НГА України. - 2002. - № 1. - с. 11 - 13.
3. Должиков П.Н., Рябичев В.Д. Об экологической безопасности ликвидации выработок закрываемых шахт: Сб. научн. тр.: Состояние и перспективы развития Восточного Донбасса. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. - с. 75 - 77.
4. Кипко Э.Я., Должиков П.Н., Рябичев В.Д. Опыт применения новых технических решений при ликвидации выработок закрываемых шахт // Науковий вісник НГА України. - 2002. - № 2. - с. 18-20.
5. Должиков П.Н., Рябичев В.Д. Разработка ресурсосберегающих тампонажно-закладочных смесей для ликвидации горных выработок закрываемых шахт // Матер. наук.-практ. конф. "Екологічна безпека техногенно перевантажених регіонів та раціональне використання надр". - К.: Знання. - 2001. - с. 178 - 180.
6. Должиков П.Н., Рябичев В.Д. Особенности постановки изолирующих перемычек при ликвидации аварийных наклонных выработок. Технология и проектирование подземного строительства: Вестник. - Донецк: Норд-пресс, 2002. - с. 146 - 151.
7. Полозов Ю.А., Должиков П.Н., Рябичев В.Д. Об экологических последствиях засыпки наклонных выработок закрываемых шахт // Матер. научн.-практ. конф. "Техногенно-экологическая безопасность регионов как условие устойчивого развития Украины". - К.: Знання. - 2002. - с. 114 - 115.
Особистий внесок автора у роботах, опублікованих у співавторстві, полягає у слідуючому: [1, 6] - постановка задач досліджень, математичні розрахунки, аналіз результатів; [2, 5] - участь у виконанні експериментальних досліджень, аналіз результатів; [3, 7] - натурні дослідження стану гірничих виробок, участь у експериментальних дослідженнях, обробка результатів; [4] - виконання робіт по ліквідації гірничих виробок, впровадження нових технологій.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Збір навантажень та порядок і формули розрахунку зусиль на плиту перекриття, розрахунок моментів, що на неї діють. Визначення площі арматури при армуванні дискретними сітками, особливості армування рулонними сітками. Розрахунок міцності похилих перерізів.
контрольная работа [478,0 K], добавлен 26.11.2012Вивчення технології виробництва будівельних розчинів та бетонних сумішей на неорганічних в'яжучих речовинах. Схема компоновки обладнання бетонорозмішуючих підприємств. Виробництво асфальтових в'яжучих сумішей на органічних речовинах, їх види і склад.
реферат [40,1 K], добавлен 21.12.2010Склад підрозділів асфальтобетонного заводу та опис технології виробництва асфальтобетонних сумішей. Обґрунтування місця розташування заводу, вибір технологічного обладнання. Проектування складського господарства. Розробка план-схеми пересувного заводу.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 19.10.2013Змішування компонентів будівельних сумішей. Параметри, що впливають на якість їхнього змішування. Диспергіроване змішування сипких матеріалів. Формування будівельних сумішей. Дозування сипких і рідких матеріалів. Класифікація процесів грануляції.
учебное пособие [9,2 M], добавлен 26.09.2009Выбор оптимальных диаметров теплопроводов системы отопления размеров вентиляционных каналов и вытяжных шахт в жилом четырехэтажном здании. Теплотехнический расчёт наружных стен, подвального и чердачного перекрытий. Определение воздухообмена в помещении.
курсовая работа [252,6 K], добавлен 23.05.2014Удосконалення навантажувальних машин на основі закономірностей взаємодії їх робочих органів з вологим матеріалом, схильним до налипання. Обґрунтування параметрів ударного буфера, що забезпечують повний викид матеріалу з ковша при одноразовому ударі.
магистерская работа [5,6 M], добавлен 06.10.2014Розрахунок річної потужності асфальтобетонного заводу, необхідної кількості матеріалів та основного обладнання. Тепловий розрахунок бітумосховища, підбір змішувального обладнання, розрахунок параметрів сушильного барабану та транспортного обладнання.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 17.07.2011Завдання і функції дорожніх машин. Історія дорожнього будівництва. Методи ущільнення асфальтобетонного покриття. Класифікація катків. Сучасні катки країн СНД та світових виробників. Розрахунок та вибір основних параметрів, економічне обґрунтування моделі.
дипломная работа [3,5 M], добавлен 10.10.2014Проектування монолітного та збірного перекриття. Розрахунок монолітної плити, другорядної балки, міцності фундаменту і колон. Розрахунок плити панелі на місцевий вигин. Умова постановки поперечної арматури. Розрахунок ребристої панелі перекриття.
курсовая работа [731,1 K], добавлен 26.11.2012Характеристика пандусу – похилої площини між двома рівнями для переміщення людей. Особливості розміщення пандусів у сучасних громадських будівлях. Характеристика аварійних і пожежних сходів у сучасних громадських будівлях, вимоги до їх будівництва.
реферат [1,4 M], добавлен 05.12.2011