Розробка способів утворення штучних порідних споруджень для охорони виїмкових виробок, що використовуються повторно

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розробка способів утворення штучних порідних споруджень для охорони виїмкових виробок, що використовуються повторно

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Однією з умов забезпечення конкурентної спроможності вугілля, як одного з основних енергетичних джерел України, є зниження виробничих витрат по його видобутку, основну частину яких складають витрати на проведення і підтримку підготовчих виробок. З метою зниження витрат на гірничопідготовчі роботи деякі шахти перейшли на системи розробки з повторним використанням виробок. При цьому економічний ефект на одну виїмкову ділянку складає 4-5 млн. грн.

Підтримка виробок з боку виробленого простору на цих шахтах здійснюється за допомогою литої смуги, вартість якої на 1 м виробки складає 1200-1400 грн. Проте для багатьох шахт, що відпрацьовують пласти потужністю 0,7-1,2 м (при добовому навантаженні до 1000 т), цей спосіб охорони є економічно недоцільним. У таких умовах на шахтах застосовуються традиційні способи охорони - бутова смуга, дерев'яні кліті, тумби БЗБ. Вартість таких охоронних споруд, хоч і нижче в 2-4 рази в порівнянні з литою смугою, але є дуже значною.

На сьогоднішній день запропоновані охоронні споруди, що зводяться з конструктивних елементів, які складаються з породи, замкнену в оболонку. Результати лабораторних і шахтних досліджень цих опорних порідних конструкцій свідчать про їх високу вантажонесучу спроможність. Проте, питання про механізм формування вантажонесучої спроможності охоронних споруд з породи, що замкнена в оболонку, і вплив на неї конструктивних параметрів опорних елементів (розмір елементу, міцність матеріалу його оболонки, фракційний склад породи) залишається невивченим.

Таким чином, встановлення механізму формування вантажонесучої спроможності елементів опорної конструкції, що складаються з породи, яка замкнена в оболонку, і впливу їх конструктивних параметрів на навантажувально-деформаційну характеристику охоронних споруд є актуальною науково-технічною задачею, що має важливе практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами. Дисертація виконана згідно з науковим напрямом гірничих досліджень Донецького національного технічного університету в рамках держбюджетної науково-дослідної теми «Геомеханічне обгрунтування засобів забезпечення стійкості гірничих виробок на різних етапах їх експлуатації» (держреєстрація 0107U012803)

Мета і завдання дослідження.

Мета роботи - розробка способів охорони виробок, що використовуються повторно, на основі спорудження штучних порідних конструкцій із застосуванням обмежуючих поверхонь.

Для досягнення поставленої мети були визначені наступні задачі:

1. Обґрунтувати конструкції штучних опорних споруд, що зводяться з породи, з використанням обмежуючих поверхонь.

2. Дослідити вплив конструктивних особливостей порідних споруд утворених з породи, яка замкнена в оболонку, і з розділенням на шари гнучкими прокладками на їх навантажувально-деформаційну характеристику.

3. Вивчити механізм формування вантажонесучої спроможності опорного елементу, що складається з породи, яка замкнена в оболонку.

4. Виконати аналітичні дослідження по встановленню впливу параметрів опорного елементу на його навантажувально-деформаційну характеристику.

5. Виконати лабораторні і шахтні випробування рекомендованих порідних опорних конструкцій.

Об'єкт досліджень: процес деформування порідних конструкцій, які зводяться з використанням обмежуючих поверхонь.

Предмет досліджень: спосіб охорони підготовчих виробок, що використовуються повторно, штучними породними спорудженнями.

Методи досліджень: Для рішення поставлених задач використовувався комплексний метод дослідження, який включає до себе аналіз і узагальнення літературних джерел присвячених охороні підготовчих виробок позад очисного вибою; лабораторні дослідження на фізичних моделях; аналітичні дослідження формування вантажонесучої спроможності породної конструкції.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Вперше встановлено, що при зміні відносного діаметру опорного елементу (відношення діаметру опорного елементу до потужності пласта) від 0,25 до 0,5 навантажувально-деформаційна характеристика охоронного спорудження залишається постійною. При цьому маса опорного елементу не повинна перевищувати 40 кг.

2. Вперше встановлено, що міцність матеріалу оболонки не справляє суттєвого впливу на формування вантажонесучої спроможності опорного елементу. Так при збільшенні міцності оболонки на розрив від 30 до 110 Н/см (в 3,7 рази) усадка охоронного спорудження зменшується на 3,5%.

3. Вперше встановлені особливості процесу деформування опорного елементу, які полягають в тому, що при навантаженні усередині породи опорного елементу утворюється несуче ядро у вигляді трикутника. В межах ядра в породі виникають подовжні деформації, а поперечні деформації відбуваються за рахунок зсуву по площадкам, які обмежують ядро.

Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій, які захищаються, підтверджуються: достатнім об'ємом лабораторних досліджень впливу конструктивних параметрів охоронної споруди на її навантажувально-деформаційну характеристику; високою збіжністю результатів лабораторних і аналітичних досліджень; позитивними результатами дослідно-промислової перевірки розробленого способу та його ефективністю.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:

- розроблена методика розрахунку параметрів породного охоронного спорудження, що зводиться з опорних елементів.

- розроблена технологія зведення породної стінки з опорних елементів, яка забезпечує ізоляцію виробленого простору і утворення попереднього підпору породам покрівлі.

Результати досліджень використані в рекомендаціях по підтримці вентиляційного штреку на шахті «Октябрський руднік» та конвеєрного штреку на шахті «Добропільська». Розрахунковий економічний ефект від впровадження рекомендацій склав відповідно 86,4 та 662,1 грн/п.м. виробки.

Особистий внесок здобувача полягає в визначенні мети, ідеї роботи, формулюванні задач дослідження і наукових положень. Автор виконав аналіз використання способів охорони виробок, провів лабораторні дослідження і аналіз результатів. Автором встановлений механізм формування вантажонесучої спроможності опорного елементу, розроблена методика визначення параметрів охоронного спорудження з опорних елементів, запропонована технологія викладення охоронного спорудження з опорних елементів в шахті.

Апробація результатів роботи. Основні положення роботи обговорювалися і дістали схвалення на науково-практичних конференціях: «Геотехнології і управління виробництвом XXI століття» (Україна, Донецьк, травень, 2006 р.), «Нові технології підземного будівництва і видобутку корисних копалин» (Україна, Алчевськ, квітень, 2008 р.), «Геотехнології і управління виробництвом XXI століття» (Україна, Донецьк, квітень, 2008 р.), «Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості» (Україна, Кривий Ріг, травень, 2008 р.), міжнародні конференції: «XXI міжнародний симпозіум Геотехніка 2006» (Польща, Глівіце-устронь, 2006), «VIII школа геомеханіки 2007» (Польща, Глівіце-устронь, 2007).

Публікації. За результатами проведених досліджень опубліковано 9 друкованих праць, у тому числі 4 статті у фахових виданнях, затверджених ВАК України.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновку, переліку літературних джерел із 91 найменування. Містить 119 сторінок машинописного тексту, 80 рисунків, 2 таблиці і додатки. Загальний обсяг роботи 157 сторінки.

Автор висловлює щиру подяку доктору фізико-математичних наук, професору Е.П. Фельдману за консультативну и практичну допомогу в постановці і проведені аналітичних досліджень, а також співробітникам ДонНТУ, шахт «Октябрський рудник» та «Добропільська» за допомогу в проведенні лабораторних і шахтних досліджень. Автор особливо дякує науковому керівнику доктору технічних наук, професору М.М. Касьяну за цінні поради при виконанні роботи.

Основний зміст роботи

споруда порода навантажувальний деформаційний

Перший розділ «Стан питання охорони виробок, що використовуються повторно. Ціль і задачі досліджень» присвячений аналізу конструкцій і досвіду використання охоронних споруджень щодо підтримки виробок, що використовуються повторно. Розробці конструкцій штучних охоронних споруджень та дослідженню їхньої вантажонесучої спроможності в лабораторних та шахтних умовах присвячені роботи багатьох відомих вітчизняних і зарубіжних вчених: А.В. Анциферова, Г.В. Бабіюка, Ю.В. Бондаренка, А.П. Борзих, Ю.Н. Долоткіна, М.П. Зборщика, А.І. Ільїна, В.О. Каніна, Г. Клінггрефа, В. Конце, Г.Г. Литвинського, Є.І. Піталенка, А.А. Селезня, Б.М. Усаченка. Усі відомі на сьогоднішній день штучні охоронні спорудження по характеру взаємодії з породами покрівлі пласта поділяються на жорсткі та податливі. До перших відносяться кущо-костри, тумби БЗБ, лита смуга. До других - бутова смуга, дерев'яні костри, накатні костри, тумби з пінобетонних блоків. Використання всіх цих охоронних споруджень, крім бутової смуги, пов'язано зі значними витратами на матеріали. Слід відмітити, що зведення зазначених охоронних споруджень за винятком литої смуги, потребує використання ручної праці. Лита смуга, хоч і відрізняється високою ступінню механізації процесу зведення, відрізняється значною вартістю матеріалів та використовуємого обладнання. Вартість такого охоронного спорудження на 1 м виробки складає 1200-1400 грн, що для багатьох шахт є економічно неприйнятним.

На наш погляд, заслуговує уваги ряд технічних рішень по зведенню опорних конструкцій з використанням малого об'єму породи і обмежуючих поверхонь. В ДонНТУ розроблена породна опорна конструкція, жорсткість та вантажонесуча спроможність якої забезпечується за рахунок розділення її за висотою на шари за допомогою жорстких прокладок. Недоліком у технічному плані являється необхідність вирівнювання шарів перед укладенням розділової прокладки.

В ДонНДІ запропонований спосіб охорони виробок за допомогою накатних кострів, які викладаються з порідних стояків, що являє собою рукавну тканину з високими міцністними властивостями, які відрізками заповнюють породою. При діаметрі «породного стояка» 0,2-0,3 м її маса становить відповідно 58 і 130 кг. Велика маса опорних елементів ускладнює зведення даного охоронного спорудження. Крім цього, ці охоронні спорудження викладаються як окремі конструкції. Для повторного використання виробок опорні спорудження, разом з їхньою охороною, повинні забезпечувати ізоляцію виробленого простору. Тому, крім обгрунтування параметрів опорних елементів, з яких зводиться породна стінка, необхідно розробити технологію її викладення.

На підставі викладеного вище, обгрунтування конструктивних параметрів опорних елементів і встановлення механізму формування їхньої вантажонесучої спроможності, а також розробка технології зведення з них породної стінки є актуальною науково-дослідною задачею. Для її рішення були сформульовані ціль і задачі досліджень.

У другому розділі «Розробка та обгрунтування нових технічних рішень щодо модернізації конструкцій порідних охоронних споруджень, що зводяться з використанням обмежуючих поверхонь» наведені результати розробки конструкцій охоронних споруджень з використанням породи, що замкнена в оболонку, та з розділенням їх за висотою гнучкими прокладками.

Для зменшення ваги опорного елементу, що складається з породи, яка замкнена в оболонку, рекомендовано зменшити його довжину до 0,5 м. При діаметрі опорного елементу 0,2 м його маса складає 25 кг. В технічному плані для ізоляції виробленого простору опорні елементи, що викладаються вздовж вісі виробки, необхідно розташовувати у шаховому порядку (рис. 1).

Знизити масу опорного елементу можливо за рахунок розміщення усередині нього легкого матеріалу, наприклад, дерев'яного кругляка. Поряд зі зменшенням ваги опорного елементу, дане технічне рішення сприяє підвищенню технологічності процесу зведення опорного спорудження за рахунок усування «гнучкості» опорного елементу.

Для утворення початкового опору, охоронного спорудження, що зводиться, породам покрівлі які зміщуються, рекомендується виконати наступні умови: діаметр опорних елементів повинен бути обраний таким чином, щоб викладалося ціле число рядів за потужністю пласта. Верхній ряд опорних елементів необхідно викладати з утворенням в них бокового розпору за рахунок силової дії.

З метою підвищення технологічності процесу зведення породного охоронного спорудження з розділенням його за висотою на шари за допомогою жорстких прокладок в роботі рекомендується в якості обмежуючої поверхні порідних шарів використовувати гнучкі прокладки, наприклад, на тканинній основі і з застосуванням металевої сітки.

Жорсткість породного спорудження, що розділене за висотою прокладками, визначається компресійними властивостями породного матеріалу і величиною бокового підпору, який формується силами тертя по контакту породного матеріалу з прокладками. При використанні в якості гнучкої розділової прокладки металевої сітки величина бокового підпору визначається силами тертя, які виникають між породними фрагментами у шару (що мають здатність переміщуватися) і кусками породи, які знаходяться у вічку сітці (нерухомі). Слід відзначити, що при цьому, до сил тертя, які перешкоджають розповзанню породи у шару, додаються сили, що характеризують зачіплювання між породними фрагментами, які знаходяться у шару і вічках сітки. Також було запропоновано щодо підвищення жорсткості опорної породної конструкції використовувати тканину, яка в процесі зведення породної конструкції укладалася у зигзагоподібному вигляді.

У третьому розділі «Лабораторні дослідження навантажувально-деформаційних характеристик охоронних споруджень з породи з використанням обмежуючих поверхонь» приведені результати лабораторних досліджень на фізичних моделях навантажувально-деформаційних характеристик порідних охоронних споруджень, які зводяться з використанням обмежуючих поверхонь.

Лабораторні дослідження проводились на 5-тоному пресі («ЗІМ» тип Р-5). В моделях дотримували наступні критерії подібності: геометрична подібність; силова подібність; подібність механічних характеристик. В якості породи використовувалася дрібна щебінка, гранулометричний склад якої дорівнював 2-12 мм.

Лабораторні дослідження проводились у чотири етапи. На першому етапі досліджувався режим роботи бутової смуги, що навантажується, при різній її ширині. Геометричний масштаб моделей 1:20. Дослідження проводились на стенді розміром 600Ч300Ч40 мм. Стенд закривався з одного боку жорсткою стінкою, а з другого - плексигласом. Результати випробувань 3-х моделей бутової смуги, яка завширшки дорівнює 8-, 4- і 2-кратній потужності пласта, показали, що в перших 2-х моделях у середині бутової смуги утворюється несуче ядро, розмір якого складає відповідно 30 і 20% від її ширини. В межах ядра породи зазнають тільки подовжні деформації. Породи за межами ядра, разом з подовжніми деформаціями, зазнають поперечні деформації та грають роль пасивного підпору, який сприяє формуванню несучого ядра. При навантаженні бутової смуги, яка завширшки дорівнює потужності пласта, несуче ядро не утворюється і породи у цілому об'ємі, разом з подовжніми деформаціями, зазнають поперечні деформації.

На другому етапі проведені випробування на розрив матеріалів, які будуть використовуватись у якості гнучких розділових прокладок і оболонок опорних елементів.

На третьому етапі виконувалися дослідження навантажувально-деформаційної характеристики охоронних споруджень, що зводяться з породи, з розділенням їх на шари гнучкими прокладками на тканинній основі і прокладками у вигляді металевої сітки. Аналіз досліджень порідних охоронних споруджень показав, що на жорсткість порідних конструкцій впливає не міцність матеріалу розділових прокладок, а коефіцієнт тертя між породою і поверхнею прокладки. Встановлено, що збільшення кількості шарів, на які розділяється породне спорудження, від 5 до 13 приводить до зменшення величини його подовжньої деформації всього на 3%.

Величина подовжньої деформації породного охоронного спорудження при розділенні його на 4 шари (висота шару дорівнює 0,25 потужності пласта) гнучкими прокладками з тканини; тканини, яка укладена у вигляді зигзагу і металевої сітки на останньому етапі навантаження складає відповідно 21; 14 і 12,5%.

На четвертому етапі лабораторних випробувань проведені дослідження впливу розміру опорних елементів, що являють собою породу, яка замкнена в оболонку, з яких зводиться породна опорна конструкція, на її вантажонесучу спроможність. Діаметр опорних елементів складав 1,0; 0,5; 0,33 і 0,25m (де m - потужність пласта).

Результати випробувань моделей показали, що зменшення діаметру опорного елементу від 0,5 до 0,25 m приводить до зміни величини подовжньої деформації породної конструкції на 0,5%. Це дозволяє зробити висновок про те, що розмір опорного елементу не впливає на навантажувально-деформаційну характеристику породного спорудження.

Результати вимірювання відносного тиску по ширині породного охоронного спорудження наведені на рисунку 4 у вигляді графіків. Їхній аналіз показує, що величина відносного тиску усередині опорної конструкції в 2-11 разів більша, ніж по краям. Це дозволяє зробити висновок щодо недоцільності використання в якості оболонки опорних елементів високоміцних матеріалів.

Четвертий розділ «Аналітично-експериментальні дослідження навантажувально-деформаційної характеристики елементу опорної конструкції, яка складається з породи, що замкнена в оболонку» присвячений дослідженням особливостей та закономірностей сипучого середовища, яке замкнене в оболонку. Постановка задачі відбувалася на основі результатів лабораторних випробувань опорного елементу діаметром 10 см з тканинної оболонки, що заповнена породою розміром 4-7 мм, які фіксувалися на відеокамеру. Обробка результатів здійснювалася шляхом аналізу зміщення породи у прискореному перегляді відеозйомки. Було встановлено, що в процесі деформування опорного елементу спостерігається зміна форми поперечного перетину від кола до еліпсу при цьому усередині нього утворюється несуче ядро, яке за формою відповідає трикутнику з кутами біля його основи 50-55⁰. Усередені нього породи зазнають тільки подовжні деформації, за його межами, разом з подовжніми спостережуютьcя і поперечні деформації.

Проведені дослідження дозволили обгрунтувати розрахункову схему визначення відносної деформації сипучого середовища, що замкнене в оболонку. Розв'язувалась задача деформування сипучого середовища, що знаходиться в оболонці, з дотриманням умов: об'єм сипучого середовища, що розглядається, постійний; деформування останнього під навантаженням відбувається у вигляді зсуву по площадкам, які орієнтовані під певним кутом (ц) до горизонтальної вісі. На цих площадках діють дві протинаправлені сили: сила, що зсовує (F_зс), та сила тертя (F_т), які відповідно приводять до виникнення (ф_зс) і (ф_т).

Розглядалась різниця між напруженням зсуву (ф_зс) та напруженням тертя (ф_т) з вільною орієнтацією.

споруда порода навантажувальний деформаційний

, (1)

де k - коефіцієнт тертя сипучого середовища, од.

у₂₂, у₁₁ напруження, які діють відповідно вздовж вісей Y і Х, МПа.

Якщо ця величина позитивна, то рівновага відсутня; у середовищі виникають зсуви та її формозмінення. Гранична рівновага досягається при ф_сз-ф_т=0, тобто коли

. (2)

Враховуючи, що k=tgи

, (3)

де и - кут внутрішнього тертя породи, рад.

За умови, що при зсувах сипучого середовища його об'єм не змінюється, то приходимо до геометричних співвідношень

; . (4)

Отже

; . (5)

де f - коефіцієнт тертя породи об матеріал оболонки, од;

h₀ - початкова висота опорного елементу, м;

у_н - напруження розтягування оболонки, МПа;

L - центральна частина опорного елементу при навантаженні, м;

П - периметр оболонки, м

П₀ - початковий периметр оболонки, м.

Е_об - модуль розтягування оболонки, МПа.

З урахуванням викладеного вище, рівняння (2) набуває вигляд

(6)

Для попереднього аналізу цього рівняння перейдемо до безрозмірних змінних ; і введемо безрозмірні параметри и .

Рівняння перепишеться у вигляді

, (7)

звідки

. (8)

Фізичний сенс має рішення зі знаком «плюс» перед коренем.

. (9)

Враховуючи безрозмірні параметри, рівняння (9) має вигляд

, м (10)

де у - діюче навантаження, МПа;

и - кут внутрішнього тертя породи, град.

Отримане рівняння (10) визначає відносну деформацію породної конструкції.

За допомогою Excel були проведені аналітичні дослідження впливу кута внутрішнього тертя, коефіцієнта тертя породи об матеріал оболонки на навантажувально-деформаційну характеристику. У всіх дослідженнях в якості постійних параметрів приймались початкова висота опорної конструкції і товщина оболонки. Початкова висота опорної конструкції дорівнювала - 0,2 м, товщина оболонки - 0,0002 м.

До змінних параметрів відносяться: кут внутрішнього тертя, коефіцієнт тертя породи об матеріал оболонки, модуль пружності оболонки.

Кут внутрішнього тертя дорівнював - 35, 40, 45⁰; коефіцієнт тертя - 0,3; 0,4; 0,5; модуль пружності 200; 300; 400 МПа.

В результаті було встановлено, що при збільшенні кута внутрішнього тертя і модуля пружності подовжні деформації зменшуються, тобто жорсткість збільшується.

Найбільш впливовим фактором є кут внутрішнього тертя. Незначний вплив має коефіцієнт тертя. Збільшення модуля пружності оболонки практично не приводить до збільшення жорсткості конструкції.

П'ятий розділ «Лабораторні і шахтні випробування вантажонесучої спроможності опорних елементів і технології зведення з них породного охоронного спорудження» присвячений результатам випробувань опорних елементів, які виготовлені в натуральну величину на 250-тоному пресі і технології зведення породного охоронного спорудження в шахтних умовах. Метою лабораторних досліджень було отримання навантажувально-деформаційної характеристики опорних елементів в натуральну величину при їхньому навантаженні.

Випробувався один опорний елемент і три опорних елемента, які укладені в один ряд. Аналіз результатів випробувань показав, що у всіх випадках 70-80% деформацій відбувається на початковому етапі навантаження. Величина подовжньої деформації одного опорного елементу при навантаженні 600 кН складає 27%, а трьох - при навантаженні 1800 кН відповідно 17%. Порівняння навантажувально-деформаційних характеристик (одного опорного елементу), які отримані в лабораторних умовах і розрахунковим шляхом (формула 10) показують, що розбіжність у 22% спостережується на початковому етапі навантаження. При подальшому навантаженні вони зменшуються до 5%. Задовільна збіжність результатів лабораторних досліджень дозволяють зробити висновок щодо вірності розуміння фізичних процесів, які виникають усередині опорного елементу при його навантаженні.

В результаті обробки даних випробувань трьох опорних елементів, які укладені в один ряд, отримана регресійна залежність між подовжньою деформацією і величиною навантаження на породну конструкцію, яку можна використовувати для визначення несучої спроможності охоронного спорудження.

Приведена методика визначення параметрів охоронного спорудження з опорних елементів за аналогією з визначанням ширини литої смуги враховуючи податливість запропонованого охоронного спорудження.

Шахтні дослідження технології зведення породного охоронного спорудження проводились у вентиляційному штреку 1-ї західної лави пл. k₈ шахти «Октябрський руднік» та у конвеєрному штреку 6-ї південної лави пл. m₅^1в шахти «Добропільська». В першому випадку на експериментальній дільниці породна стінка зводилась замість чуракової стінки, у другому - замість тумб БЗБ, які традиційно використовуються для охорони виробок, що експлуатуються повторно.

Економічний ефект від впровадження рекомендованого породного охоронного спорудження склав 86,4 та 662,1 грн на 1 м виробки відповідно для шахт «Октябрський рудник» та «Добропільська».

Висновки

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій вирішена актуальна науково-технічна задача, яка полягає у встановленні закономірностей формування вантажонесучої спроможності опорного елементу, що складається з породи, яка замкнена в оболонку, що дозволяють обгрунтувати конструкцію і параметри охоронного спорудження, що зводиться.

Основні наукові і практичні результати дисертаційної роботи полягають у наступному:

1. Встановлено, що в процесі навантаження бутової смуги в центральній її частині формується несуче ядро, розмір якого складає 20-30% її ширини. Усередині нього породи зазнають тільки подовжні деформації. Породи за межами ядра виконують функцію підпору.

2. Охоронне спорудження, яке зводиться з породи, з розділенням на шари гнучкими прокладками має високу вантажонесучу спроможність. При співвідношенні між шириною охоронного спорудження і висотою породного шару, який розділяється гнучкими прокладками, 5:1 величина подовжньої деформації опорної конструкції, складає 21% з тканинною прокладкою і 12,5% - з металевою сіткою.

3. Встановлені особливості поведінки під навантаженням опорних елементів, що складаються з породи, яка замкнена в оболонку, які дозволяють розкрити механізм формування вантажонесучої спроможності охоронного спорудження та обгрунтувати його конструкцію й параметри, які полягають у наступному:

- об'єм опорних елементів, що являє собою породу, яка замкнена в оболонку, не справляє впливу на навантажувально-деформаційну характеристику охоронного спорудження, яке з них зводиться. Так, зміна діаметра опорного елемента від 0,5 до 0,25 m (де m - потужність пласта) приводить до зміни величини подовжньої деформації охоронного спорудження на 0,5%. Тому розміри опорного елемента повинні визначатися виходячи з вимог санітарних норм (маса опорного елемента не повинна перевищувати 40 кг).

- міцність оболонки опорного елемента суттєво не впливає на його навантажувально-деформаційну характеристику. Тому використання у якості оболонки матеріалів з високою міцністю є недоцільним.

- фракційний склад породи, якою заповнюється опорний елемент, впливає на його навантажувально-деформаційну характеристику тільки на початковій стадії навантаження.

4. Рішення поставленої задачі дозволило встановити механізм формування несучої спроможності опорного елемента, що являє собою породу, яка замкнена в оболонку. Суть його полягає в тому, що в процесі навантаження усередині опорного елемента виникає несуче ядро у вигляді трикутника з кутами біля основи 50-55⁰. В межах ядра породи зазнають подовжні деформації. Вантажонесуча спроможність опорного елемента визначається силами тертя по площадкам зсуву, які обмежують ядро.

5. Лабораторні випробування опорних елементів показали, що вантажонесуча спроможність одного опорного елемента (діаметр 0,2 м і довжина 0,5 м) складає 600 кН при подовжній деформації 27%, а вантажонесуча спроможність 3-х опорних елементів, які укладені в один ряд, складає 1800 кН при подовжній деформації 17%.

6. В результаті обробки даних лабораторних досліджень отримана регресійна залежність відносної подовжньої деформації опорних елементів від величини навантаження, яка покладена в основу розробленої методики визначення параметрів породного охоронного спорудження, що зводиться з опорних елементів.

10. Результати шахтних випробувань охоронного спорудження, що зводиться з опорних елементів, умовах шахт «Октябрський рудник» і «Добропільська» показали, що економічний ефект складає відповідно 86,4 і 662,1 грн на 1 м виробки.

Основні положення і результати дисертації опубліковані в таких роботах

1. Касьян Н.Н. Лабораторные испытания опорных породных конструкций, сооружаемых с использованием гибких разделительных прокладок / Н.Н. Касьян, С.Г. Негрей, И.В. Хазипов // Физико-технические проблемы горного производства. - 2007. - Вып. 10. - С. 106-111.

2. Хазипов И.В. Результаты лабораторных испытаний опорных породных конструкций с использованием ограничивающих поверхностей / И.В. Хазипов // Вісті Донецького гірничого інституту. - 2008. - №2. - С. 146-150.

3. Касьян Н.Н. Механизм формирования грузонесущей способности опорной конструкции из рядовой породы, находящейся в оболочке / Н.Н. Касьян, И.В. Хазипов, И.Г. Сахно // Разработка рудных месторождений. - 2008. - Вып. 92. - С. 60-63.

4. Хазипов И.В. Методика определения параметров искусственного охранного сооружения, возводимого из опорных элементов, представляющих собой породу, заключенную в оболочку / И.В. Хазипов // Науковий вісник НГУ. - 2009. - №1. - С. 3-6.

5. Касьян Н.Н. Лабораторные испытания охранных сооружений с использованием породных стоек / Н.Н. Касьян, А.И. Ильин, В.Д. Иващенко, И.В. Хазипов // Геотехнологии и управление производством XXI века: науч.-техн. конф., 25-26 мая 2006 г.: мат. науч.-техн. конф. - Донецк, 2006. - С. 93-97.

6. Касьян Н.Н. Обоснование породного охранного сооружения с ограничивающими оболочками / Н.Н. Касьян, И.В. Хазипов, О.К. Мороз // XII международный симпозиум «Геотехника 2006»: междунар. науч.-техн. конф., 17-20 окт. 2006 г.: мат. науч.-техн. конф. - Гливице-Устронь, 2006. - С. 427-433.

7. Касьян Н.Н. Исследование влияния ограничивающих поверхностей внутри охранного искусственного сооружения из рядовой породы на его нагрузочно-деформационную характеристику /Н.Н. Касьян, В.Д. Иващенко, И.В. Хазипов, В.Ю. Лабынцев // VII школа геомеханики 2007: междунар. науч.-техн. конф., 16-19 окт. 2007 г.: мат. науч.-техн. конф. - Гливице-Устронь, 2007. - С. 89-95.

8. Касьян Н.Н. Обоснование параметров охранного сооружения из породы, помещенной в оболочку / Н.Н. Касьян, И.В. Хазипов, И.Г. Сахно // Новые технологии подземного строительства и добычи полезных ископаемых: междунар. науч.-техн. конф., 10-14 апр. 2008 г.: мат. науч.-техн. конф. - Алчевск, 2008. - С. 42-48.

9. Касьян Н.Н. Обоснование параметров охранного сооружения, возводимого из опорных элементов, состоящих из породы, заключенной в оболочку / Н.Н. Касьян, И.В. Хазипов, И.С. Рыкалов // Проблеми гірничої технології: регіон. наук.-техн. конф., 28 лист. 2008 р.: мат. наук.-техн. конф. - Красноармійськ, 2008. - С. 8-11.

Размещено на Allbest.ru