Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Геомеханическое обоснование параметров охранных целиков при разработке удароопасных угольных пластов

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Проблема обеспечения безопасного состояния подготовительных выработок, охраняемых целиками, на угольных шахтах России, несмотря на многочисленные исследования в этой области, остается актуальной. От ее успешного решения во многом зависят объемы добычи угля, рентабельность и безопасность работы угольных предприятий, так как в сложных условиях отработки удароопасных пластов обеспечение безопасного… Читать ещё >

Геомеханическое обоснование параметров охранных целиков при разработке удароопасных угольных пластов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
    • 1. 1. Современное состояние изученности вопроса
    • 1. 2. Горногеологические и горнотнхнологические условия разработки угольных пластов на шахтах Кузбасса
    • 1. 3. Выбор метода исследований
  • ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЦЕЛИКОВ И КРАЕВОЙ ЧАСТИ ПЛАСТА
    • 2. 1. НДС угольного пласта по данным геофизических исследований
      • 2. 1. 1. Методика проведения геофизических исследований
      • 2. 1. 2. Результаты исследования НДС угольного пласта по данным геофизических исследований
    • 2. 2. Исследование НДС угольного пласта по выходу буровой мелочи из прогнозных шпуров
      • 2. 2. 1. Методика проведения исследований
      • 2. 2. 2. Результаты исследования НДС угольного пласта по выходу буровой мелочи
    • 2. 3. Экспериментальные исследования прочностных и деформационных свойств угля
      • 2. 3. 1. Методика определения показателей паспорта прочности горных пород
    • 2. 3. -2"Результаты определения показателей паспорта прочности угля
  • ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ПОД ВЛИЯНИЕМ ОЧИСТНЫХ РАБОТ
    • 3. 1. Моделирование напряженно-деформированного состояния участка ведения горных работ на пласте 67 шахты «Талдинская Западная-1»
      • 3. 1. 1. Постановка задачи
      • 3. 1. 2. Результаты численного моделирования
      • 3. 2. Моделирование напряженно-деформированного состояния массива при отработке выемочных участков системой длинными столбами по простиранию
      • 3. 2. 1. Постановка задачи
      • 3. 2. 2. Результаты численного моделирования
      • 3. 3. Моделирование напряженно-деформированного состояния массива с поэтапным приближением забоя лавы к передовой выработке
      • 3. 3. 1. Постановка задачи
      • 3. 2. 2. Результаты численного моделирования
  • ГЛАВА 4. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТНЫХ И
  • ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ МЕЖШТРЕКОВЫХ ЦЕЛИКОВ
    • 4. 1. Обоснование безопасного состояния сопряжения между забоем лавы и вентиляционным штреком
    • 4. 2. Обоснование оптимальных параметров профилактических мероприятий в сложных условиях разработки удароопасных угольных пластов
    • 4. 3. Прогноз и оценка удароопасности угольных пластов 116 4.4. Обеспечение устойчивости подготовительных выработок на угольных шахтах

Актуальность работы.

Проблема обеспечения безопасного состояния подготовительных выработок, охраняемых целиками, на угольных шахтах России, несмотря на многочисленные исследования в этой области, остается актуальной. От ее успешного решения во многом зависят объемы добычи угля, рентабельность и безопасность работы угольных предприятий, так как в сложных условиях отработки удароопасных пластов обеспечение безопасного состояния горных выработок и целиков является сложной технической задачей.

Вопросами безопасного состояния подготовительных выработок и целиков при разработке удароопасных угольных пластов занимались многие исследователи. Существенный вклад в решение этой проблемы внесли С. Г. Авершин, К. А. Ардашев, Н. П. Бажин, Я. А. Бич, Ф. П. Бублик, Ф. Н. Воскобоев, И. Е. Долгий, С .Я. Жихарев, В. П. Зубов, О. В. Ковалев, A.M. Линьков, О. И. Мельников, И. М. Петухов, B.C. Сидоров, В. Д. Слесарев, А. К. Черников и ряд других ученых. Значительных успехов добились исследователи ряда зарубежных стран (О. Якоби, Г. Эверлинг, X. Хервик, Г. Браунер, А. Бетчлор и др.).

По действующим нормативно-методическим документам на пластах, склонных к горным ударам, опасная зона — это участок массива, в пределах которого при ведении очистных работ требуется дополнительные меры безопасности, требующие значительных затрат, что существенно снижает скорость подвигания лавы и объем добываемого-угля.

В настоящее время на шахтах Кузбасса, разрабатывающих склонные к горным ударам пласты, широко используется система разработки длинными столбами по простиранию с охраной подготовительных выработок целиками и проведением передовых выработок, пересекающие отрабатываемый участок для обеспечения требуемого количества воздуха и дополнительного выхода людей. В процессе перехода лавой передовой выработки формируется опасная зона с возможными динамическими проявлениями горного давления.

Профилактические мероприятия по предотвращению динамических проявлений горного давления должны определяться с учетом напряженно-деформированного состояния массива между лавой и передовой выработкой. Поэтому для повышения безопасного состояния подготовительных выработок вблизи очистных работ актуальной является задача определения параметров охранных целиков и разгрузочных скважин в окрестности передовой выработки.

Цель работы:

Определение оптимальных параметров охранных целиков для обеспечения безопасного состояния подготовительных горных выработок в сложных условиях разработки угольных пластов, склонных к горным ударам.

Идея работы:

Безопасное состояние подготовительных выработок в сложных условиях разработки угольных пластов осуществляется за счет оптимальной ширины межлавного целика и рациональных параметров профилактических мероприятий, проводимых для разгрузки массива бурением глубоких скважин со стороны передовой выработки.

Основные задачи исследования:

— изучение особенностей системы разработки на удароопасных угольных пластах Кузбасса;

— проведение геофизических исследований проявлений горного давления на участках ведения горных работ;

— создание геомеханической модели деформирования горного массива в зоне влияния очистных работ;

— определение параметров охранных целиков для обеспечения безопасного состояния подготовительных выработок в сложных условиях разработки удароопасных угольных пластов.

Методы исследований.

Обоснование задач исследованийтеоретические исследования напряженно-деформированного состояния массива вокруг подготовительных выработок и целиковлабораторные исследования прочностных и деформационных свойств образцов угляматематическое моделирование напряжённо-деформированного состояния массива вокруг подготовительных выработок в сложных условиях разработки угольных пластовнатурные исследования в шахтных условиях, в частности, геофизические исследования краевой части удароопасных пластов.

Научная новизна работы:

— определены величины, и выявлены закономерности распределения напряжений в окрестности подготовительных выработок с учетом размеров зон неупругих деформаций и ширины’межлавного целика;

— определены, параметры напряженно-деформированного состояния в опасной зоне пласта в зависимости от ориентации' передовой выработки относительно забоя лавы.

Защищаемые научные положения:

1. Параметры напряженно-деформированного состояния целиков и массива в окрестности подготовительных выработок должны определяться, в основном, размерами зон обрушения горных пород при ведении очистных работ.

2. Безопасные размеры межлавного целика определяются критериями его несущей способности и удароопасности с учетом напряжений, возникающих на участках сопряжений лавы с вентиляционным штреком.

3. Ширина участка и расстояния между разгрузочными скважинами при обработке массива со стороны передовой выработки определяются величиной остаточного и временного опорного давления и её ориентацией относительно забоя лавы.

Практическая значимость работы:

Рекомендации по данной работе вошли в «Методическое руководство по порядку и контролю безопасного ведения горных работ в опасных зонах при высоких скоростях проходки подготовительных выработок и ведения очистных работ на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» .

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается значительным объемом экспериментальных, натурных наблюдений за состоянием краевой части пласта и деформациями породного контура выработок, исследованием прочностных и деформационных характеристик угля, моделированием, напряженно-деформированного состояния массива.

Апробация диссертации:

Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на международном форуме молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2009) — ежегодных конференциях молодых ученых и студентов ОПГГУ «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2009;2010 г. г.) и научно-техническом совете СПГГУ.

Личный вклад автора заключается: в постановке задач исследований, участии в проведении и анализе натурных исследований, обработке полученных данных на ЭВМ, создании конечно-элементных моделей для исследования особенностей напряженно-деформированного состояния массива, выполнении численных экспериментов и разработке практических рекомендаций.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 3 работы в изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение и заключение,.

Основные результаты выполненных исследований: г.

1. Разработана пространственная геомеханическая модель напряжённо-деформированного состояния массива, при ведении очистных работ, учитывающая прочностные и деформационные характеристики угля и вмещающих пород, зоны обрушения, взаимное расположение выработок, а также их геометрические размеры.

2. По результатам математического моделирования выявлены зоны с наибольшей концентрацией нормальных к напластованию напряжений.

Самой нагруженной областью является ленточный межлавныйцелик. I.

Концентрация напряжений на данном участке достигает 2,5 -ь 3 уИ-Менее.

1 нагруженным участком является сопряжения: вентиляционного штрека с лавой? +.

3. Для обеспечения безопасного состояния сопряжения, лавы с вентиляционным штреком был выполнен расчет ширины межлавного целика. Оставляемый межлавный целик должен соответствовать следующим критериям: должен обеспечивать безопасное состояние сопряжения вентиляционного штрека с лавой (Хг/=18 м) и сохранять свою" несущую способность (Ьц-5,2 м), не разрушаясь в динамической форме (Д/=6,5 м).

4. Установлены особенности напряженно-деформированного состояния межлавного целика за весь период его существования. Проведение (расположение) выработок в непосредственной близости от краевой части пласта вызывает изменение первоначального напряженного состояния как вокруг самой выработки, так и в образовавшемся целике угля. Напряженное состояние целика зависит от его ширины и уровня нагрузки на него со стороны парной подготовительной выработки и со стороны выработанного пространства. За весь период эксплуатации целика напряжения в нем возрастают в 3 раза, причем по ширине целика возрастание напряжений происходит неравномерно.

5. С помощью пространственной пошаговой математической модели определена степень влияния очистных работ на напряженно-деформированное состояние пласта между лавой и передовой выработкой. По мере приближения лавы к передовой выработке формируется сокращающийся целик, который является концентратором опасных нагрузок.

6. Предложены параметры профилактических мероприятий в опасной зоне на основе результатов пространственной математической модели, которая позволит сократить объем буровых работ на 30−40%.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.Д. Вопросы управления кровлей. Ч. 1. ОНТИ. НКТП1. СССР, 1935. 223 с.
  2. Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ. Сб. LXXXI. Общие методические положения комплексного исследования проблем горной’геомеханики. JL, изд. ВНИМИ, 1970, 333 с.
  3. Г. А. Горнотехнические и механико-статические критерии выбора аналитических методов исследования проблем горной геомеханики. Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ. Сб. LXXVI. Л., изд. ВНИМИ, 1970, с. 33−55.
  4. Т.А. Исследования давления горных пород на крепь горизонтальных выработок на основе теории вязко-пластического течения. -В кн.: Исследования горного.давления. М., Госгортехиздат, 1960, с. 392−410:
  5. И.В. Снимаемая- нагрузка и горное давление. — В' кн.: Исследование горного давления. М., Госгортехиздат, I960,1 с. 343−374.
  6. Бажин HXL, Мельников О. И. Охрана" подрабатываемых подготовительных выработок. М., «Недра», 1978. 253 С.
  7. С.Г. Горные удары. Углетехиздат, М., 1955. 272 С.
  8. И.М., Раевская Г.Г.,.Сидоров B.C. О зоне опорного давления. Труды ВНИМИ, сб. 46, 1968.
  9. И.М., Литвинова В. А., Кучерский Л. В. и др. Горные.удары и борьба с ними. Пермь, 1969. 399 С.
  10. И.М. Горные удары на угольных шахтах. М.: Недра, 1972. -222 С.
  11. И.М., Линьков A.M. Волны разрушения при горных ударах и выбросах. Труды ВНИМИ, сб. 88, 1973.
  12. И.М., Линьков A.M. Распределение напряжений в пласте угля в случае совместного влияния нескольких зон опорного давления. Труды ВНИМИ, сб. № 74, 1970.
  13. Бич Я.А., Баженова А. И. Приборы для определения механического состояния угля вокруг выработки. Тр. ВНИМИ- сб. № 66,-Л: 1966.
  14. Баженова А. И- Разработка метода прогноза степени удароопасности участков. пластов, основанного- на вдавливании пуансона. в забой- скважины: Тр. ВНИМИ, сб. № 74, 1970. ' ,
  15. В.И., Бесков М. И. О размерах- предохранительныхцеликов угля для глубоких шахт. Уголь. 1966, № 1, стр. 22−27.' • 1
  16. В.И., Бесков М. И. Об охране подготовительныхвыработок, проходимых по пластам со склонными к пучению вмещающими: породами. Уголь Украины, 1970, № 12, с. 8−9.
  17. Ф.Н., Распопов В. И., Махно Е. Я. и др. Совершенствование очистных работ на крутых пластах Донбасса. ЦНИЭИуголь, М., 1971--149 С.
  18. С.М., Костоманов А. И. На статью В.И. Барановского, М. И. Бескова. О размерах предохранительных целиков для глубоких шахт. Уголь № 2, 1976, с. 69−71.
  19. К.Ф. Расчет податливых целиков при камерно-столбовых системах разработки угольных- пластов. Уголь, 1964, № 3, с. 13−16.
  20. В.А. О размере целика при бурошнековой выемке глинистых руд. Горный журнал «Известия высших учебных заведений», 1971, № 6, с.24−27.
  21. Борщ-Компаниец В.И., Макаров А. Б. Управление горным, давлением посредством* придания* искусственной- податливости междукамерным целикам. В сборнике «Горное давление при отработке мощных пологих рудных залежей. М, „Недра“, 1986, с.181−203.
  22. Н.М. Деформирование элементов соляного массива в-очистных камерах. Сборник „Управление состоянием массива горных пород“, М., „Недра“, 1991, с. 265−268.
  23. Н.М., Антонов A.A. Исследование деформаций неоднородных по форме и строению соляных целиков. Сборник „Физические процессы горного производства“, Л., ЛГИ, 1984, с. 64−68.
  24. C.B. Управление горным давлением и сдвижением массива при разработке угольных пластов короткими забоями с разрушающимися целиками в условиях многолетней мерзлоты. Автореферат кандидатской диссертации. СПб, 1998, с. 19.
  25. Бублик Ф. Щ Иванов Г. А. Исследование длительной прочности и ползучести неоднородных целиков. Труды ВНИМИ, сборник № 78, 1970.
  26. Г. Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок. М., „Недра“, 1976. 272 С.
  27. Ф.Н., Чубенко П. Ф. Изменение несущей способности угольного массива во времени в натурных условиях. В сборнике „Технология добычи угля подземным способом. ЦНИЭИуголь, № 8, „Недра“, 1967.
  28. Бич Я. А. Установка для исследования деформируемости! угольного пласта- Научно-техническая информация- ЦИТИ, Углетехиздат, 1959.
  29. .С. Теория ползучести- горных- пород? и ее приложения. Алма-Ата, 1964.- 175 С.. ,
  30. А.И. Диссертация на соискание ученой степени- кандидата технических- .наук на: тему „геомеханическое обоснование и разработка параметров- подготовки, парными выработками угольных пластов воркутского месторождения“. СПб.: 2003 г. • ,
  31. А.М., Петухов И. М., Тлеужанов М. А. Новые методы расчета целиков. ФТПРПИ, 1984, № 3, с. 13−28.39: Рекомендации. по расчету целиков с учетом опасности горных ударов. Л., ВНИМИ- 1983.-27 С... — - >
  32. Методические указания по оценке напряженного ¦ состояния угля“ и пород электрометрическим.методом.-Л.- ВНИМИ- 19 744, 59 с. '
  33. И.М., Смирнов В .А. Методика геофизического прогноза удароопасности участков угольных1 пластов1 и рудных залежей- М., Недра, 1980.-88 с. '
  34. В.М., Шабаров А. Н., Фрид В. И. и др. Экспресс — оценка динамических явлений на угольных пластах методом ЭМИ. Кемерово^ 1991.-96 с.
  35. Слесарев В. Д Основы метода приближенного решения задач горного давления. // Тр. ВНИМИ, сб. 18./ 1949: С. 7 — 12.
  36. Временное методическое указание по прогнозу степени удароопасности участков пластов угля геофизическими методами (для шахт Кузбасса). Прокопьевск, 1989. -29 с.
  37. А.П. Разработка методов оценки степени удароопасности участков массива угля и пород на основе геоэлектрических измерений / Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Л., ВНИМИ, 1985. — 20 с.
  38. , В.А., Скакун А. П. Контроль удароопасности угольных пластов .и рудных залежей с помощью высокочастотных электромагнитных методов. В сб.: Методика и- техника скважинной геологии и геофизики. -Л., ВНИМИ, 1982, с. 46 — 51.
  39. Инструкция по безопасному ведению' горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам. Санкт-Петербург., 1999, 100 с.
  40. Методические указания по прогнозу степени удароопасностиiучастков массива горных пород, руд и угля по разделению, керна на диски и выходу буровой мелочи. Л., ВНИМИ, 1985. 24'с.
  41. Расчет и экспериментальная оценка напряжений в целиках и краевых частях пласта угля (методические указания). Л., ВНИМИ, 1973. 130 с.
  42. А.П., Исаев A.B., Генкин В. А. и др. К прогнозу удароопасности пород по< дискованию» керна. Безопасность труда в промышленности, 1980- № 7, С. 50 51.
  43. Методические указания по сейсмоакустическим и электромагнитным методам получения критериев степени удароопасности. Л., ВНИМИ, 1986.-32 с.
  44. Методические указания по прогнозированию динамических явлений на угольных пластах по их фазово-физическим свойствам / Сост. Б. Т. Акиныиин. Л., — ВНИМИ, 1981. — 21 с.
  45. М. М., Вобликов В. С. Определение крепости горных пород на образцах неправильной формы. Уголь, 1957, № 4. 19−21 С.
  46. Broch E., Franklin J. A. The point-load strength test. Int. J. Rock Mech. Min. Sei. Vol. 9, pp. 669−697, 1972.
  47. Bieniawski Z. T. The point-load strength test in geotechnical practice. Engineering Geology, 9 (1975), 1−11.
  48. Dismuke T. D., Chen W. F., Fang H. Y. Tensile Strength of Rock by the Double-Punch Method. Rock Mechanics 4, 79−87 (1972).
  49. Методические указания по испытанию горных пород на растяжение методом сжатия цилиндрических образцов по образующей. JL: ВНИМИ, 1969.-21 с.
  50. ГОСТ 24 941–81. Породы горные. Методы определения механических свойств нагружением сферическими инденторами.
  51. Г. Н., Ардашев К. А., Филатов Н. А. и др. Методы и средства решения задач горной геомеханики. / — М.: Недра, 1987. — 248 с.
  52. О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред. Нью-Йорк, 1967'. Пер. с англ. А. П. Троицкого и С. В. Соловьёва под ред. докт. техн наук Ю- К. Зарецкого. М., «Недра» 1974. 240 с.
  53. Ю.М. Метод конечных элементов (основы теории, задачи). Новосибирск: Изд-во НГУ., 1999 г.
  54. Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов: Пер. с англ. М.: Мир, 1977. — 349 С.
  55. Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.-430 С.1' «. ' ' '' 137. ' -'. '¦-'¦. ¦ .
  56. A.M., Вдовин В. Е., Кунин И. А. О горном давлении- в окрестности выработок в горизонтальных пластах. Сб. «Математические методы в горном деле. Часть 2». Новосибирск, СО ЛИ СССР, 1963.
  57. Вайсман ¦ A.M., Вдовин В iE. О постановке и методах решения некоторых задач горного давления. Сб. «Горное давление», № 59, ВНИМИ,• ' Л, 1965.
  58. И.А. Влияние пространственного характера ведения очистных* работ на распределение напряжений около очистной выработки.
  59. В кн.: Вопросы внезапных выбросов угля и газа в угольных шахтах. М., ИГД > им. A.A. Скочинского, вып. 195, 1981, с. 67−71. '¦.-• '
  60. В. С. Исследование границ и< степени действия защитных- пластов на основе решения пространственной задачи- о распределении напряжений около очистных-выработок: Авт’ореф: дисс.. кандьтехн! наук,-М., 1971. (ИГД им. А. А. Скочинского). •. — ¦
  61. О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред -М.: Недра, 1974. 240 с. — i ,
  62. Кокоев C. I'. Оценка напряженного состояния системымежштрековых целиков при подготовке к выемке удароопасных пластов // i Известия вузов. Горный журнал- 2010. — № 3. — С. 39−42.
  63. Нётухов’ИМ., Линьков A'.Mi, Сидоров В-С. и др. Теория-защитных пластов:-М-: Недра, Л 976.
  64. Петухов И: М., Линьков А. М!, Фельдман И. А. Защитные пласты. Л.: Недра. 1972. 424 с.
  65. С.Г. Геомеханическое- обоснование оптимальных параметров целиков при многоштрековой: схеме подготовки: угольных пластов // Записки Горного института. Т. 189: СПб.: СПГГИ (ТУ)^ 2011. — С. 226−228:
  66. Kokoev S.G. Geomechanische Begrundung der optimalen Parameter von ungleichartigen Streckenfesten / KokoevS.G. // Scientific Reports on Resource Issues 2010, vol. 3. — P. 228−230.
  67. И.М., Линьков А. М. Механика горных ударов и выбросов. М.: Недра, 1983.-280 С.
  68. Бич Я. А. Борьба с горными ударами при отработке антрацитового пласта / Я. А. Бич, Б. Н. Яворский, Ю. Я. Дьяконов // Уголь, 1987, № 1. С. 1921.
  69. А.И., Монахов В. Н. Методика определения запредельных характеристик пород в массиве // Шахтное строительство, 1982, № 9. — С.18−20.
  70. С.Г. Обеспечение устойчивости горных выработок целиками различной жесткости / Л. К. Горшков, С. Г. Кокоев // Записки Горного института. Т.189. СПб.: СПГГИ (ТУ), 2011. — С. 206−208-
  71. Л.К. Прогноз и оценка удароопасности угольных пластов / Сб.: Экология и развитие общества. Доп. вып. //Л.К. Горшков, В. Н. Монахов, Е. В. Шишкин, С. Г. Кокоев. СПб.: МАНЭБ, 2010−112−116.
  72. Л.К. Опыт охраны подготовительных выработок на угольных шахтах // Народное хозяйство Республики Коми. Т. 19, № 1/ Л. К. Горшков, В. Н. Монахов, С. Г. Кокоев. Воркута — Сыктывкар — Ухта, 2010. -с. 31−35.
  73. В.Б. Охрана подготовительных выработок целиками на угольных шахтах / В. Б. Артемьев, Г. И. Коршунов, А. К. Логинов и др. СПб.: Наука, 2009.-231 С.
Заполнить форму текущей работой