Разработка месторождения Донбаса

Актуальність  теми  
 

           Постійне збільшення глибини  розробки на Донбасі супроводжується  ускладненням умов ведення гірських  робіт і зростанням загальної  протяжності мережі гірських  виробок. Так по другій половині 90-х рр.. тільки в одному Донецько-Макіївському угольном районі Донбасу середня глибина ведення гірничих робіт досягла позначки 850 м, а загальна довжина підтримуваних виемочних виробок склала близько 2000 км.

           В даний час однієї з головних  завдань вдосконалення підземної  вуглевидобутку є створення ефективних засобів і способів збереження стійкості гірських виробок, а також здешевлення їх підтримки.

           Незадовільний стан гірничих  виробок ускладнює роботу шахтного  транспорту, провітрювання очисних  і підготовчих забоїв, веде до збільшення чисельності робітників, зайнятих на роботах з підтримання виробок, що в кінцевому підсумку знижує техніко-економічні показники роботи шахти. Особливо гостро стоїть питання підвищення стійкості пластових виемочних виробок, що підтримуються в умовах слабких містять порід у зоні інтенсивного впливу очисних робіт. Тому проблема підтримки гірничих виробок є досить актуальною.

           Мета роботи полягає в розробці  нового способу підтримки виемочних  виробок по всій їх довжині  і особливо в зоні впливу очисних робіт по средствам нової металевої конструкції аркової кріплення та замку податливих.  

До змісту

Загальна частина  
 

           У загальній частині реферата  розповідається про загальні  дані по відомому кріпленню  для дільничих виробок арочного перетину. Це обгрунтовується тим, що усе це кріплення є прототипом нової конструкціі.

           У вітчизняної практиці викомалтовують  наступне металеве кріплення:  арочне, кільцеве й трапецієвидне  податливе кріплення, арочне, кільцеве  й трапецієвидне шарнірне жостке кріплення.

           Нас цікаве тільки кріплення  для выробок арочного перетину. Далі про них подробній. 

           Арочне податливе кріплення з  шахтного спецпрофиля, які мають  широке розповсюдження на шахтах, складаються з окремих арок, які установлюються в выробках на відстані 0,5 – 1,2 м одна від другої, межрамних стяжек (распорок) та залізобетонных, дерев'янных або металевих решетчатих затяжек, які укладаются у пролітах між арками.

           Арочне податливе кріплення рекомендується  для выробок, проводимиых у породах з крепостью f=3 – 8, и предназначена для закріплення горізонтальних й похилих (з кутом нахилу до 30°) одно- й двухпутевих горних выробок. Величина розрахункової податливості кріплення повинна відповідати величині очікуваних зсувів.

Малюнок 1.1 - Металеве арочне кріплення  з спецпрофиля.

а - трьохланкове; б - п'ятиланкове; в - загальний від  податливого з'єднання ланків арки 

Арка трьохланкового податливого кріплення АП-3 (мал. 1.1, а) складається з верхняка 1 і  двох стійок 2, а арка п'ятіланкового податливого кріплення АП-5 (мал. 1.1,б) - з верхняка 1, двох стійок 2 і двох податливих ніжок 3. Усі ланки арки (трьохланкової й п'ятиланкової) сполучені між собою скобами 4 з планками 5 і гайками 6 (вузли III, IV). Уздовж виробки кожна арка з сусідньою з'єднується трьома міжрамними стягуваннями 3 (мал. 1.1,а), що розташовуються у крівлі і з боків виробки. Міжрамне стягування 3 закріплюються на арках кріплення за допомогою скоби 4 з планкою 5 і гайок 6.

           Для збільшення майдану опори усередину нижньої частини бкових стійок трьохланкового кріплення (вузел I) або елементів податливості п'ятиланкового кріплення (вузел IV) ввариваються діафрагми 7. При дуже слабких породах грунту інколи встановлюють спеціальні опорні черевики (вузел II). Спільний вид з'єднання ланок арочнго податливго кріплення приведений на мал. 1.1, в (номери елементів відповідають мал. 1.1, б.)

Малюнок 1.2 - Сталь гарячекатна профільна  для кріплення гірських вирабок  тіпа СВП. 

Арочне податливе  кріплення изготовляють з стального (марки Ст5) проката спеціального жолобчатого (шахтного) профилю типа СВП шости типоразмерів: СВП-14, СВП-17, СВП-19, СВП-22, СВП-27, СВП-33 (мал. 1.2).

           Міжрамні стягування ізготовлюються  з куточка, швелера або відходів  СВП. Шахтний профіль жолоба в арках мається в своєму розпорядженні в більшості випадків відкритою частиною до породи, рідше – відкритою частиною всередину вироблення. При останньому розташуванні профілю в арці збільшується аеродинамічний опір руху повітря у виробленні і зменшується опорна поверхня для укладання затягувань.

           Податливість кріплення досягається  за рахунок накладання кінців  ланок арки одного на інший  в місцях їх з'єднання. Проектна  величина податливості трьохланкової  арки - до 300 мм, п'ятиланкової - до 700 мм і більш.

           Арочне податливе кріплення призначається  для кріплення горизонтальних  та похилих виробок, що знаходяться  як в зоні впливу очисних  робіт, так і в зоні сталого  гірського тиску за умови відсутності  порід, що витріщають, в грунті вироблення; арочна трьохланкове кріплення може бути застосоване у виробках зсув крівлі в яких не перевищує 300 мм, п'ятиланкове – при зсуві крівлі більше 300 мм.

Малюнок 1.3 - Схеми  типових перетинів виробок з  металевим арочним податливим крепленям з спецпрофилю.

На підставі досліджень для розрахунку щільності  установки кріплення, при складанні  паспортів кріплення виробок, рекомендується орієнтовні величини несучої здатності (опори) однієї арки кріплення. Параметри  розроблених типоразмерів арочного трьохланкового кріплення на мал. 1.3, а. Параметри розроблених типоразмерів арочнго п'ятиланкового кріплення приведені на мал. 1.3, б.

Малюнок 1.4 - Арочне металеве кріплення  з безболтовими (кулачковими) податливими  вузлами ИГД им. А.А. Скочинскогго:

а - МКП А3; б - МКП А4; в - кулачковий податливий вузел; 1. - верхняк арки; 2. - стійка арки; 3. - податливий вузел;

4. - фіксатор, що  оберігається розбіжність профілів; 5. - скоба; 6. - вісь; 7. - кулачки; 8. - обмежувач  повороту.

Арочна металева крепь МПК-А3 (мал. 1.4, а) з безболтовими (кулачковими) податливими вузлами конструкції ІГД ім. А.А. Скочинського також виготовляється з шахтного спецпрофіля СВП і відрізняється від описаної вище арочного податливого кріплення з шахтного спецпрофіля лише конструкцією податливих вузлів розташованих в місцях з'єднання ланок арки. Замість хомутів з планками і гайками, що сполучають розташовані внахлестку кінці ланок арки, встановлюється кулачковий податливий вузол (мал.1.4, в), що включає скобу 5, вісь 6 і два ексцентрикові кулачки 7 з обмежувачем повороту 8. Двома - трьома легкими ударами по виступаючій частині кулачків кінці ланок арки з'єднуються, і надалі при їх ковзанні відбувається, завдяки криволінійному контуру кулачка, самозатягування податливого вузла без участі людини при цьому забезпечується постійний опір кріплення гірському тиску. Демонтаж податливого вузла проводиться ударами зверху по куркульках до виходу їх із зачеплення з фланцами спецпофилю.

           Кріплення МПК-АЗ призначене для  використання в горизонтальних і похилих (до 25°) виробках склепінчастої форми, розташованих як в зоні впливу очисних робіт, так і в зоні сталого гірського тиску за відсутності порід, що витріщають, в грунті вироблення. На відміну від вживаного трьохланкового арочного податливого кріплення із спецпрофіля СВП з податливими з'єднаннями елементів за допомогою хомутів і гайок, кріплення з безболтовими (кулачковими) податливими вузлами (МПК-АЗ, МПК-А4) можуть застосовуватися у виробках з великими зсувами крівлі (до 500-600 мм). Малюнок 1.5 - Арочне жостке кріплення: а - спільний вигляд; б - плоскі планки; в - фігурні планки. 

   Арочне  жостке кріплення. Кожна арка  кріплення складається з двох  кріволінейних елементів, що виготовляються  з двотаврових балок або рейок  і жорстко сполучаються між собою у вершині зводу за допомогою планок і болтів (мал. 1.5). Застосовують планки плоскі (із смугового заліза) і фігурні (литі або штамповані). Фігурні планки передають навантаження безпосередньо на полиці двотаврових балок і оберігають тим самим болти від зрізу.

           До достоїнств арочного жорсткого  кріплення відносяться несложность  конструкції і технології виготовлення, до недоліків - жорсткість конструкції,  велика довжина і значна вага  окремих елементів арок, а також  наявність болтових з'єднань. Ці кріплення призначені для вироблень із сталим гірським тиском за відсутності порід, що витріщають, в грунті.

           В даний час у вітчизняній  практиці арочне жорсткі кріплення  застосовуються рідко. Проте за  кордоном такі кріплення отримали досить широке практичне вживання, оскільки широкополочні двотаврові шахтні профілі, з яких виготовляються жорсткі арочне кріплення по питомій несучій здатності економічніші, ніж профілі жолобів.

           Металеве кріплення зарубіжних  країн. У зарубіжній вугільній промисловості (ФРН, Бельгії, Англії і інших країнах) широко застосовують податливе, жорстке, шарнірне і шарнірно-податливе металеве кріплення з спеціальних шахтних жолобів, колоколообразних, двутаврових, бокалообразних і інших профілів прокату.

Малюнок 1.6 - Податливі з'єднання  кріплення із спеціальних профілів жолобів прокату:

а - для профілів ТН; б.в - із затяжним клином; г - з поворотним клином;

е,ж - для профілів фірми «Кюнстлер»; з - для колокообразного  профілю.

Малюнок 1.7 - Податливе з'єднання елементів кріплення із стабілізованим опором податливості. 

  У податливому  кріпленні передбачаються з'єднання  елементів кріплення, що забезпечують  обмежений зсув щодо один одного  або вводяться спеціальні вузли  податливості. Конструкція податливого з'єднання стійки і верхняка з профілю ТН показана на мал. 1.6, а. Ряд зарубіжних фірм випускає податливе кріплення з клиновими податливими з'єднаннями елементів, що забезпечують наростаючий опір кріплення (мал. 1.6,б, в, г, д). Податливі з'єднання елементів кріплення, що виготовляється з колокобразного профілю випускаються у вигляді полускоб та планок і дозволяють сполучати в одному вузлі два і більш елементів з профілю будь-якого типоразмеру (мал. 1.6, з).

           На мал. 1.7 показана конструкція податливого з'єднання кріплення з профілю жолоба, що володіє стабільним опором податливості. Елементи кріплення забезпечені сполучними хомутами 1 і 2, пріварені відповідно до зовнішніх і внутрішніх елементів з'єднання. Усередині стійки приварюється діафрагма 5, службовка опорою для дерев'яного вкладиша 4, верхній кінець якого входить у верхняк. У торцях верхняка передбачені фігурні пластини 3, створюючі звуження в перетіні профілю. При взаємному переміщенні елементів арки під дією гірського тиску дерев'яний вкладиш деформується, внаслідок чого виникає опір податливості.

Малюнок 1.8 - Податливе з'єднання  елементів кріплення з прокату  двотаврового профілю.

  Для податливого  з'єднання елементів кріплення,  виконаних з двутавра, застосовуються  фігурні накладки (мал. 1.8). Опір податливості такго кріплення забезпечується за рахунок сил тертя, елементів кріплення, що виникають при прослизанні, між накладками. Для підвищення початкового опору податливості на кінцях елементів кріплення можуть встановлюватися шпильки, які зрізаються торцями накладок при певній величині навантаження на кріплення. Стандартні планки забезпечують податливість в межах 200 – 400 мм. Металургійний завод фірми «Август Тіссен» (ФРН) випускає подовжені планки, що забезпечують податливість з'єднання в межах 700 – 1000 мм. Такі планки застосовуються як для з'єднання елементів арок, так і як податливі опори.

Малюнок 1.9 - Конструкціі податливих вузлів.

Конструкції податливих вузлів для податливого кріплення  показані на мал. 1.9. Ці вузли, як правило, призначені для забезпечення вертикальної податливості кріплення і виконані у вигляді стійок. Опір в них досягається за рахунок сил тертя, а також деформації або руйнування спеціальних елементів.

           Податливий вузол фірми «Бекорит»  (ФРН) виконаний з двох відрізків швелера (мал. 1.9, а), що скріпляють в нижній частині хомутом 1; на верхню частину вузла надівається скоба з горизонтальним клином 2. Затискне зусилля у вузлі створюється вертикальним клином 3. У податливому вузлі фірми «Шварц» (ФРН) корпус зварений з двох відрізків швелера (мал. 1.9, б); для посилення конструкції на верхній кінець корпусу приварюється хомут 1. Усередині корпусу є ті, що спеціально направляють 2, профіль яких відповідає профілю елементів кріплення. До верхньої частини корпусу з внутрішньої сторони приварена клинова пластина 3, а між корпусом вузла і профілем елементів кріплення поміщений самозатягивающийся клин 4. Завдяки вживанню клинової пари в замку податливого вузла виникає велике зусилля розпору, що забезпечує високий опір кріплення.