Шматовский Л.Д., Тынына С.В., Ананьева О.И. Влияние естественных напряжений пород забоя выработки на силовые параметры процесса их разрушения

Деталі
Батьківська категорія: Геотехнічна механіка, 2019
Категорія: Геотехнічна механіка, 2019, № 144

Geoteh. meh. 2019, 144, 178-189

https://doi.org/10.15407/geotm2019.144.178

Влияние естественных напряжений пород забоя выработки на силовые параметры процесса их разрушения

1Шматовский Л.Д., 1Тынына С.В., 1Ананьева О.И.

1Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины

УДК 622.831:539.3

Язык: Русский

Аннотация.

Учитывая, что в настоящее время большинство шахт отрабатывает пласты, склонные к газодинамическим явлениям, возникает необходимость создания средств для безопасного проведения выработок по выбросоопасным породам. Такими породами являются песчаники. Начиная с глубины 700 м и более, появились выбросы песчаников и газа при проведении выработок взрывным способом.

Основным направлением решения этой важнейшей народно-хозяйственной и социальной проблемы является разработка и изыскание способа и средств, позволяющих эффективно предотвращать выбросы пород и газа.

Исходя из опыта работ наиболее эффективным способом, позволяющим предотвращать выбросы, является безвзрывной комбайновый способ проведения выработок.

Широкое промышленное внедрение этого способа сдерживается отсутствием серийно выпускаемых промышленностью проходческих комбайнов, способных эффективно и безопасно работать в сложно напряженных породах.

При установлении рациональных режимов разрушения и выборе основных параметров исполнительных органов машин, предназначенных для проведения выработок в сложно напряженных породах, необходимо учитывать степень влияния естественных напряжений призабойной зоны проводимой выработки на показатели процесса разрушения.

Исследованиями последних лет показано, что расчёты процесса разрушения горных пород, например, дисковыми шарошками лобового и тангенциального действия целесообразно выполнять на основе надёжных корреляционных связей между основными параметрами процесса и определенными показателями прочности массива или его сопротивляемости разрушению. Таким показателем является показатель контактной прочности. Определяется этот показатель, как правило, на образцах породы. Однако образцы породы, извлечённые из сложно напряженного горного массива теряют естественные напряжения, что может существенным образом сказаться на величине контактной прочности.

В результате решения поставленной задачи установлена взаимосвязь между напряжениями, которые испытывает приповерхностный слой породы в месте воздействия на него породоразрушающего инструмента, напряжениями предельно упругого состояния породного массива и естественными напряжениями. Эта зависимость получена на основании энергетической теории прочности и имеет нелинейный характер. Её проверка проведена в лабораторных и шахтных условиях. Она введена в расчётные формулы силовых и энергетических параметров дисковых шарошек лобового и тангенциального действия комбайнового рабочего органа роторного типа. Это позволило установить влияние естественных напряжений на расчётные силовые и энергетические показатели разрушения пород лобовыми и тангенциальными шарошками. На основе анализа полученных зависимостей установлено следующее. При фиксированных значениях силовых показателей шаг разрушения для лобовых шарошек и высоту уступа для тангенциальных шарошек необходимо увеличивать по мере роста естественных напряжений разрушаемых пород в 1,5-2,0 раза по сравнению с соответствующими величинами, рекомендуемыми для ненапряженных пород. Величина подачи дисковых шарошек на забой напряженных пород ограничивается величиной безопасной скорости проходки, которая находится в пределах 0,5-1,5 м/ч в зависимости от степени напряжённости пород.

Ключевые слова:

выработка, выбросоопасность, проходческий комбайн роторного типа, лобовая и тангенциальная шарошка

Список литературы:

1. Определение сопротивляемости естественно напряженных крепких пород массива разрушению проходческими комбайнами / С.А. Полуянский и др. Горный журнал. 1979. № 9. С. 42-44.

2. Барон Л.И., Глатман Л.Б., Загорский С.Л. Разрушение горных пород проходческими комбайнами. М.: Наука, 1969. 152 с.

Об авторах:

Шматовский Леонид Дмитриевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник отдела механики эластомерных конструкций горных машин, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина

Тынына Сергей Владимирович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник отдела механики эластомерных конструкций горных машин, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина

Ананьева Ольга Ивановна, инженер, ведущий инженер отдела механики эластомерных конструкций горных машин, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина