Курносов Сергій Анатолійович. Обгрунтування параметрів способів утворення шпурів заглибленням індентора в вугільний пласт для активного керування Його станом

brief description

Курносов Сергій Анатолійович. Обгрунтування параметрів способів утворення шпурів заглибленням індентора в вугільний пласт для активного керування Його станом : Дис... канд. наук: 05.15.11 2005

Курносов С. А. Обґрунтування параметрів способів утворення шпурів заглибленням індентора у вугільний пласт для активного керування його станом. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.11 фізичні процеси гірничого виробництва. Інститут геотехнічної механіки НАН України, Дніпропетровськ, 2004.
Робота присвячена дослідженням процесу утворення шпурів заглибленням індентора у вугільний пласт для їхнього подальшого використання при керуванні напружено-деформованим станом привибійної частини вугільного пласта.
Аналітичними розрахунками визначені залежності граничних напружень вугілля, що знаходиться в об'ємно-напруженому стані від параметрів і режиму його навантаження. Лабораторними і шахтними експериментами встановлені раціональні техніко-технологічні параметри пристрою для утворення шпурів у вугіллі різної міцності. На основі аналітичних і експериментальних досліджень розроблене технічне завдання на дослідний зразок пристрою для утворення шпурів у привибійній частині вугільних пластів.

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій дане нове рішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає в обґрунтуванні параметрів способів утворення шпурів заглибленням індентора у вугільний пласт для їхнього подальшого використання при активному керуванні станом гірського масиву, що має важливе значення для вугледобувної галузі.
Основні результати досліджень, виконаних у дисертаційній роботі, зводяться до наступного:
1. Встановлено, що найбільш пріоритетним є заглиблення індентора статичним зусиллям з вібраційним чи гідравлічним впливом на вибій шпура.
2. Визначено, що вібраційний вплив на пласт з частотою порядку 200 Гц знижує граничні напруження вугілля на 30-40%.
3. Встановлено вплив типу і форми наконечника на параметри заглиблення індентора. Визначено характер розподілу максимальних дотичних напружень у пласті навколо вибою шпура, встановлено, що зусилля вдавлення індентора знижується пропорційно квадрату зменшення діаметра наконечника, а раціональний кут його загостреннязнаходиться в межах 300-450. З ростом тиску рідини, що нагнітається в шпур, зусилля вдавлення індентора зменшується по степеневій залежності, а зі збільшенням глибини занурення зростає по логарифмічній залежності.
4. Експериментально доведено, що при вібровпливі в радіальному щодо осі індентора напрямку коливань зі збільшенням довжини індентора резонанс коливань системи зміщується у бік більш низьких частот і при довжині 2,25 м виникає на частоті 150-160 Гц, а зі збільшенням ступеня затиснення наконечника вугіллям у бік більш високих частот. Втрати сили, що розвивається вібратором, розміщеним у хвостовій частині індентора, складають 32%, а при вібровпливі в повздовжньому напрямку 11%. При розміщенні вібратора поблизу наконечника сила вібрації на наконечнику на 22% вище, ніж у випадку його розміщення у хвостовій частині індентора.
5. Досліджено процес заглиблення індентора у вугільні блоки різної міцності, що знаходяться під тиском, який відповідає умовам зон віджиму, спрямованої тріщинуватості й опорного тиску. Встановлено, що заглиблення статичним зусиллям можливо тільки в м'яке вугілля з максимальним навантаженням порядку 110 кН при середній швидкості 0,410-2м/с. При вібровпливі з раціональною частотою 200 Гц максимальне сумарне зусилля заглиблення в м'яке вугілля складає 65 кН при середній швидкості 3,410-2м/с, у вугілля середньої міцності 116 кН і 2,810-2м/с, у міцне вугілля 202 кН і 1,510-2м/с відповідно.
6. Виготовлено і пройшов приймальні випробування експериментальний зразок засобу утворення шпурів і активного впливу на привибійну частину вугільного пласта.
7. Шахтними дослідженнями на п'ятьох пластах ЦРД встановлені технічні і технологічні параметри пристрою. Доведено, що при вдавленні у м'яке вугілля доцільне використання вібрації з радіальним щодо осі індентора напрямком коливань. Максимальне статичне зусилля при цьому, в порівнянні зі статичним сухим” заглибленням, знижується на 40%, а середня швидкість збільшується в 5 разів і складають відповідно 75 кН і 3,210-2м/с.
Вдавлення індентора у вугілля середньої міцності і міцні варто здійснювати за допомогою вібрації з повздовжнім напрямком коливань. При цьому, для вугілля середньої міцності максимальне статичне зусилля складає 108 кН при середній швидкості 2,610-2м/с, а для міцних 190 кН і 1,210-2м/с відповідно.
8. Експериментально доведено, що подача промивної рідини у вибій шпура під тиском 2 МПа ефективна для м'якого вугілля. При цьому максимальне зусилля вдавлення, у порівнянні зі статичним сухим”, знижується на 60%, а швидкість збільшується в 4 рази. Найбільш раціональним є наконечник конструкції ІГТМ НАН України, розроблений за участю автора, що має загострену під кутом 450форму, гвинтоподібні канавки, що забезпечують його обертання навколо осі, а також внутрішні канали для нагнітання рідини.
9. Підібрано типи вібраторів і визначені розрахунковим шляхом їх раціональні технічні характеристики для вдавлення інденторів у вугілля різної міцності. Запропоновано конструктивне удосконалення, що передбачає наскрізний осьовий канал і два типи затискних патронів (у залежності від напрямку руху механічних коливань), що дозволяють розміщувати вібратор на інденторі в безпосередній близькості до устя шпура.
10. Розроблене за участю автора і затверджене Мінвуглепромом України технічне завдання на дослідний зразок пристрою для утворення шпурів у привибійній частині вугільних пластів.
Економічний ефект від впровадження одного пристрою у виробництво за один рік експлуатації складає 59 тис. грн., а за весь період 212,4 тис. грн.