авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

«Академия строительства Украины и отраслевое отделение «Строительство шахт, рудников и подземных сооружений» Научно-технический центр «Шахтострой» ОАО ГХК ...»

-- [ Страница 2 ] --

14. 100 лет эволюции перфоратора – сто лет новаторства. Система бурения COPROD и SIMMETRIX. Сила станка - энергия буре ния.//Mining & Construction Magazine, № 1, 2005;

Atlas Copco, Orebro, Sweden.-р.16-23.

15. С. Гартвиг. Объединение усилий (в создании Центра техноло гий по разработке горных пород). О перфораторе COP 1838HF.

// Mining & Construction Magazine, № 3, 2002;

Atlas Copco, Ore bro, Sweden.-р.16-21.

16. Фельдман В.Я., Файнер Л.Б. Автоматизированные шахтные бу рильные установки – буровые роботы.- М.: Недра, 1989, с. 39 191с.

17. Фридман В.Р., Рубинович М.С., Федосеев А.И., Белевич А.А.

Результаты работ по созданию гидравлических бурильных го ловок //Разработка и совершенствование техники и технологии для предприятий горнорудной промышленности.- СПб, 1991. с.11-18 (Сб. научных трудов Гипроникель).

18. Дробот Н.Б., Щербина В,Н., Мельников Н.Н. Гидравлические бурильные головки //Горный журнал,- М.1999, № 10. – с.49-50.

19. «Энергия инноваций», инновационный журнал Украины, До нецк. – 2004, №1. – (с.24-34;

75-79);

- 2005, №2-3. – (с.6-11;

54 60).

20. “Underground Equipment Atlas Copco Rock Drills AB” (Энцикло педия Atlas Copco по подземному оборудованию с техническим описанием его перечня), First edition, Orebro, Sweden, 2004. – 232с.

21. Новости Sandvik-Tamrock (ежегодник на руск.яз.), г. Тампере, Финляндия, 2001-2004 гг.

22. Глущенко В.С. Об инновационном возрождении техники буре ния крепких пород как целостной межотраслевой системы ма шин // «Прогрессивные технологии строительства, безопасно сти и реструктуризации горных предприятий: материалы ре гиональной научно-практической школы-семинара». – Донецк:

Норд-Пресс, 2006, с.14-22.

23. Глущенко В.С. Перспективы коренного обновления горнопро ходческих технологий на базе новых отечественных разрабо ток/ Вестник «Современные проблемы шахтного и подземного строительства», вып. 6, АСУ, НТЦ «Шахтострой» и др. (Мате риалы международного научно-практического симпозиума мая – 3 июня 2005 г., г. Алушта, Украина), Норд-Пресс, Донецк, 2005, - с. 220-245.

24. Техніко-економічне обґрунтування комплексної міжгалузевої науково-технічної проблеми „Створити, організувати цикл високотехнологічного виробництва і експлуатації основних видів імпорто-заміняючої техніки гірничобурового призначення: бурового інструменту, бурового обладнання ударної дії, буропрохідницьких комплексів - для рудо-вугле каменевидобутку і суміжних галузей. Розробник: Глущенко В.С. – Мінпромполітики України – Київ-Донецьк. -2004. – 44с.

25. Глущенко В.С., Донченко Ф.Г. и др. Создание и организация в Украине производства гидравлических бурильных головок (гидроперфораторов) // «Породоразрушающий и металлообра батывающий инструмент – техника и технология его изготов ления и применения». Сборник научных трудов. – Киев: ИСМ им. В.Н.Бакуля, ИПЦ АЛКОН НАНУ, 2003. – 303-314.

УДК 622.012. Литвинский Г.Г., д.т.н, проф.

(Донбасский государственный технический университет, г. Алчевск, Украина) СТРАТЕГИЧЕСКАЯ ДОКТРИНА РАЗВИТИЯ ГОРНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ В ретроспективе основными этапами развития горной про мышленности следует считать периоды качественного изменения горной техники и технологии, скачком завершающие постепенное накопление изменений количественных показателей основных про изводственных процессов [2]. Так, за весь период своего развития угольная промышленность прошла несколько этапов: ручной тех нологии с применением простейших инструментов и приспособле ний (доисторический начальный вплоть до конца ХIХ столетия), механизированного разрушения угля врубовыми машинами (1920 1940), широкого использования добычных комбайнов (1940-1960) и стругов (1950-2000). В 1960 -70-х гг. была поставлена задача пол ной механизации подземных работ и появились первые, не всегда удачные попытки разработать безлюдную технологию добычи угля.

ХХI век на первый план выдвинул проблему создания автоматизи рованных систем управления технологическими процессами (АСУТП) в горной промышленности и качественно нового поколе ния горных машин и оборудования, основанных на принципах ме хатроники и передовой технологии.

В угледобывающей промышленности в последний период ее развития появилась тенденция снижения угледобычи комбайновым способом из-за исчерпания технически доступных по мощности за пасов угольных пластов (более 0,8 м). Поэтому в достаточно близ кой перспективе придется отрабатывать тонкие и сверхтонкие (от 0,3 м) пласты угля, балансовые запасы которых превышают млрд. т до глубины 1800 м, что примерно равно 2/3 от всех балан совых запасов угля Донбасса [1]. Это заставляет пересмотреть тра диционные подходы и разрабатывать альтернативные технологии добычи угля.

Вот уже более века обобщенные показатели работы отечест венной горной промышленности не улучшаются. Если в начале прошлого века добыча угля на одного занятого в промышленности работника была 1-2 т/сут., то таковой она осталась и доныне, про являя явную тенденцию к понижению [1]. Это объясняется не толь ко существующим структурно-финансовым кризисом в стране, и даже не столько сложными горно-геологическими условиями раз работки и их ухудшением с понижением глубины работ, сколько глубокими научно-техническими противоречиями, присущими горной промышленности. К сожалению, эта сторона проблемы до настоящего времени специалистами и руководством отрасли пол ностью не осмыслена.

В настоящее время общепризнано, что развитие технологии уг ледобычи шло по пути механизации производственных процессов, которые копировали сущность ручной исходной технологии добы чи угля. Такой „консерватизм” в развитии горной технологии обу словлен объективными причинами ее исторического развития и весьма трудно преодолевается. Проведенный ретроспективный анализ тенденций развития горной технологии выявил следующие ее недостатки: периодичность и многооперационность работ, тех нологические перерывы и частые остановки забоя, большой удель ный объем выработок, низкое качество добываемого угля (золь ность достигает 40-50%);

дискомфортность и опасность труда;

низ кая производительность и надежность оборудования, высокие энер гозатраты, низкая эффективность, невозможность осуществления безлюдной добычи и автоматизации работ. Поэтому добыча угля из тонких и сверхтонких пластов оказывается экономически невыгод ной и даже технически невозможной при существующем уровне технологии и оборудовании.

Существующие технические решения стационарных горных машин, а в особенности шахтного подъема и водоотлива, также на копили в себе ряд нерешенных технических противоречий, которые вылились в серьезные принципиальные недостатки. Это ставит под сомнение возможность использования существующих стационар ных комплексов для горных предприятий будущего [7]. В частно сти для комплекса подъема характерно:

- цикличный режим работы и динамические нагрузки, слож ность автоматического регулирования и управления;

- неэффективность использования каната как тягового органа для больших глубин;

его недостаточная несущая способность;

- высокие удельные затраты энергии на единицу поднимаемого груза, превышающие теоретически необходимые в 2,2…2,4 раза;

- большая масса и сложность конструкции, высокая стоимость оборудования и строительных работ.

Очевидно, что присущие канатному подъему недостатки уже сейчас стали серьезным препятствием для развития горной техно логии. Их преодоление следует искать на пути отказа от главной составляющей вектора инерции конструирования шахтного подъе ма, которая до сих пор казалась незыблемой, – каната.

К основным научно-техническим противоречиям и нерешен ным проблемам современной горной промышленности следует от нести:

- технологические схемы вскрытия, подготовки и добычи узко функциональны, плохо адаптированы к изменению горно-геоло гических условий, требуют большого разнообразия горных машин и механизмов, предусматривают большую долю ручного труда;

- выемочные машины и комплексы оборудования (комбайны, струги, механизированные крепи, забойные конвейеры) непригод ны для тонких пластов угля, не отвечают принципам фронтального воздействия на забой, поточности организации работ, автоматиза ции управления;

- низкий уровень безопасности работ: необходимость пребыва ния рабочих в очистном забое, высокая температура, выбросы угля, породы и газа, пожароопасность, неэффективность проветривания, частые катастрофы (взрывы газа и пыли, обрушения пород) и др.

- высокая экологическая вредность производства: загрязнение поверхности шахтными водами, выбросами метана, породой в тер риконах, большие участки отчуждения земли и пр.

Как доказывает история развития техники и подтверждает ми ровой опыт, попытки решить эти проблемы на основе традицион ных подходов не могут увенчаться успехом. Следует изменить ос новные принципы создания шахты будущего, перейти к горной технике и технологии нового уровня. Особенно это относится к до быче угля на тонких и сверхтонких пластах, где сосредоточено бо лее 80 % всех запасов угля в Донбассе. Это доказывает актуаль ность проблемы формулирования и разработки новой научной док трины развития горной техники и технологии «Шахта ХХI века».

К основным научным направлениям развития горной промыш ленности согласно новой концепции [4] следует отнести разработ ку:

- фронтального проходческого комбайна, способного обеспе чить поточную технологию и проходить горизонтальные и наклон ные выработки со скоростью 50-100 м/сут по породам произволь ной прочности с параметрическим регулированием и оптимизаци ей, отвечающих принципам мехатроники [3];

- очистного фронтального агрегата, исключающего пребывание человека в лаве, обеспечивающего в автоматическом режиме рабо ты выемку тонких и сверхтонких угольных пластов (от 0,4 до 1, м) произвольного угла падения со скоростью 50-70 м/сут при по точной схеме организации работ и добыче 4-6 тыс.т/сут из лавы [5];

- стационарных горных машин нового поколения, в первую очередь объединенного комплекса бесканатного подъема и бес трубного водоотлива, непрерывно работающих независимо от глу бины рабочего горизонта с производительностью 700 – 1000 т/час в автоматическом режиме с использованием роторных линий загруз ки и разгрузки сыпучего или рудничной воды [6];

- системы энергообеспечения подземных потребителей, осно ванной на новой идее использования индивидуальных двигателей внутреннего сгорания на метане («метан-дизель») для каждой еди ницы оборудования при отказе от центрального электроснабжения [7];

- системы безопасности и комфортности труда на рабочем го ризонте в условиях искусственного создания нейтральной газовой среды (метан) при индивидуальном обеспечении воздухом и охла ждением каждого из горняков и отказе от обычной схемы вентиля ции, основанной на идее разбавления поступающего метана до безопасных концентраций [7];

- новой комбинированной системы подготовки и выемки высо когазоносных тонких и сверхтонких угольных пластов, предус матривающей совмещение проходческих и очистных работ, полное оставление породы в шахте, работу в нейтральной газовой среде, гравитационные силы в транспорте, сокращение длины и числа подготовительных выработок в 1,5-2 раза, пригодной для боль шинства горно-геологических условий, - околоствольного двора новой конфигурации с уменьшенным строительным объемом горных выработок в 2-3 раза, с упрощен ными схемами транспорта, подъема, водоотлива, энергообеспече ния и проветривания;

- генерального плана поверхности шахты в виде одного блока площадью до 0,2 га, где отсутствует внешнее водо- и электро снабжение, предусмотрена автоматическая непрерывная загрузка угля в ж/д вагоны, использование излишков газа метана для энер гетических целей, очистка воды фильтрами и направление ее на орошение окружающей территории (500-1000 га и более).

В особенности следует остановиться на проблеме подземного энергообеспечения. Высокие скорости подготовительных и очист ных забоев на шахте ХХI века, достигающие 100 м/сут, порождают сложную проблему электроснабжения, требующую частых под ключений и смены длины силовых кабелей, что не поддается авто матизации. Эта проблема решается лишь за счет применения авто номного энергообеспечения с помощью метан-дизелей, у которых в качестве топлива служит газ метан, до 100% заполняющий гор ные выработки. Метан, как газообразное топливо, обладает целым рядом ценных свойств: он полностью безопасен при концентрации более 16-17% и обладает высокой теплотворной способностью, равной 36 МДж/кг (20 МДж/м3), что превышает энергию антрацита примерно в два раза.

Предварительные подсчеты показывают, что при одновремен ной работе всех подземных потребителей новой шахты (около кВт) потребуется 300…360 м3/с метана из шахтной атмосферы.

При суточной добыче угля 6 кт/сут (1 кт=1 тыс.т) достаточна ме танообильность месторождения более 0,9-1,2 м3/т. Этому условию удовлетворяет подавляющее число угольных пластов, у которых выход метана доходит до 10-15 и более м3/т. Излишек метана, не использованный метан-дизелями в шахте, будет выдан на поверх ность для утилизации. Для негазовых шахт следует перейти на обычные дизели. Этот вариант подземного энергоснабжения явля ется наиболее безопасным, технически эффективным, экономиче ски выгодным и экологически чистым, Следовательно, концепция использования метана для энерго снабжения в шахте имеет вполне реальную основу. Такое решение проблемы дает значительные экономические выгоды и позволяет исключить многие сложные, небезопасные и дорогостоящие про цессы, сопровождающие использование электроэнергии в шахте.

Эти основные требования были реализованы в разработанной в ДонГТУ научной доктрине «Шахта ХХІ века» [7], которая обладает рядом принципиальных отличий от традиционных подходов, что позволило обеспечить следующие прогнозные параметры новой горной технологии (табл. 1).

Приведенные сопоставительные данные по основным техни ко-экономическим показателям работы сравниваемых вариантов шахт доказывают неоспоримое преимущество предлагаемой науч ной доктрины подземной разработки угля, основанной на принци пиально новых технических решениях. Некоторые из этих решений нуждаются в конкретизации и более тщательной конструкторской проработке, большинство из них требует дополнительных исследо ваний и опытно промышленных испытаний, что может быть под силу большому и нетрадиционно мыслящему творческому коллек тиву ученых, проектировщиков и производственников, работаю щих в рамках будущей приоритетной государственной программы, которая, по мнению автора настоящей статьи, должна быть неот ложно принята как приоритетное научно-производственное на правление для горной промышленности.

Таблица Технико-экономические показатели шахты ХХI века Шахта Шахта Показатели технического уровня шахты ХХ в. ХХI века Горно-геологические 1. Средневзвешенная мощность пластов, м 0,7-1,5 0,5-1, 2. Угол падения пластов, град до 25 до 50- 3. Газоносность пластов, м3/т сут. д. до 10 любая 4. Глубина разработки, тыс. м до 1 до 3- 5. Водообильность, м3/час до 500 любая 6. Размеры шахтного поля, км 4х2 4х Общешахтные 7. Суточная мощность шахты, кт.*) 1-3 5- 8. Нагрузка на очистной забой, кт/сут 0,5-1 4– 9. Длина горных выработок, м/кт добычи 12-15 6- 10. Срок строительства шахты, мес. 48-70 12- 11. Энерговооруженность, кВт/чел 5-7 50- 12. Срок службы шахты, лет 30-50 10- 13. Производительность труда, т/чел-см 1-3 60- 14. Всего персонала в смену, чел/см 300-400 15- 15. Приведенные затраты, грн/т 30-50 4- 16. Себестоимость, грн/т 200-250 25- 17. Зольность угля, % 40-50 5- Технические участковые 18. Скорость очистного забоя, м/сут 2-4 70- 19. Персонал на добыче угля, чел/см 20-25 2- 20. Число проходческих забоев, шт 3-5 21. Персонал на проходке, чел/см 20-25 3- 22. Скорость проходки, м/сут 5-10 70- 23. Срок окупаемости оборудования, лет 2-4 0,3-0, 24. Стоимость оборудования лавы, млн. грн 5-15 1- 25. Стоимость прох. Оборудования, млн. грн 5-9 1- 26. Проветривание общее нет 27. Участковый транспорт рельс ПТА 28. Энергоснабжение Электр. Метан 29. Подъем канат ГДПВ 30. Водоотлив Труб. ГДПВ Экология, безопасность и комфортность работ - + До настоящего времени господствовала (не всегда вполне осознанная) научная доктрина консервативного направления разви тия горной технологии, которая опиралась на концепцию экстен сивного развития каждого из элементов горного производства, не затрагивая их сути (увеличение мощности, массы, размеров и т.д.).

В целом старая доктрина в свое время не получила концептуально четкой формулировки и исторически представляет собой совокуп ность поэтапных усовершенствований традиционных технических решений, направленных в большинстве своем на экстенсивное раз витие техники и технологии.

Предлагаемая здесь новая научная доктрина «Шахта XXI ве ка» основана на использовании концепции интенсивного развития горной техники и технологии, основанной на кардинальном изме нении давно сложившихся и повсеместно ставших общепринятыми воззрений. Методологически это требует выявления главных тех нических противоречий, вычленения и формулирования важней ших проблем и поиска их нетрадиционных решений. Реализация доктрины «Шахта XXI века» позволит отечественной горной про мышленности не только выйти на достойное место в мировой сис теме разделения труда, но и заметно изменить сложившиеся сте реотипы развития технических систем, существенно улучшить по казатели работы народного хозяйства, что благоприятно скажется на социально-экономических условиях жизни всего общества.

Автор выражает благодарность Министерству просвещения и науки Украины за предоставление гранта на выполнение исследо ваний в 2002-2004 гг., проф. Зборщику М.П., проф. Финкельштейну З.Л., проф. Гуляеву В.Г., проф. Семенченко А.К. и другим ведущим ученым-горнякам - свою признательность за проявленный интерес к работе, а г. Онтеро Хакапаа (Финляндия) - за его оригинальные идеи о принципах автоматизации горной промышленности.

Литература 1. Garry G. Litvinsky. Problem eksploatacji cienkich pokladow w ukrainskich kopalniach wegla kamiennego Zaglebia Donieckiego.

Proceeding of the School of Underground Mining 2002/ - Intern.

Mining Forum. – Polish Academia of Science. – Krakow: Nauka Technica, 2002. – 343-363 pp.

2. Литвинский Г.Г. Настоящее и будущее проходческой техники.

Proceeding of the School of Underground Mining 2003/ - Intern/ Mining Forum. – Polish Academia of Science. – Krakow: Nauka Technica, 2003. – 234-243 pp.

3. Литвинский Г.Г. Комбайн проходческий фронтальный КПФ “MIR”. – Уголь Украины, 2005, № 7. – С. 16-19.

4. Литвинский Г.Г. О методике и критериях оценки технического уровня горной техники. В сб.: Технология проектирования под земного строительства/ - Вестник академии строительства Ук раины. – Донецк: Норд-Пресс, 2003, с. 62-67.

5. Литвинский Г.Г. Новая техника для поточной технологии до бычи угля на тонких пластах. / Сб. науч. тр. ДГМИ: Перспекти вы развития угольной промышленности в 21 в. – Алчевск:

ДГМИ, 2002. С. 54-61.

6. Garry Litvinsky. Development Trends in Mine Hoisting and Drain age/ Proceeding of the Fifth Int. Mining Forum 2004. February 24 29/ - Cracow: A.A. Balcema, London, pp. 11-19.

7. Литвинский Г.Г. Научная доктрина «Шахта ХХI века» / Сб. на уч. тр. ДонГТУ: Исторические и футурологические аспекты горного дела. – Алчевск, 2005. – С.190-231.

УДК 622.25+622. Должиков П.Н., д.т.н., проф., Рябичев В.Д., к.т.н., доц., (АФГТ ВНУ им. В.Даля) РАЗВИТИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТЕХНОГЕННОМ ГОРИЗОНТЕ ЗАКРЫВАЕМЫХ ШАХТ Эксплуатация угольных шахт обусловила существенную и многоплановую техногенную нагрузку на окружающую среду региона. Это повлекло существенное изменение, прежде всего, геодинамических и гидрогеологических процессов в литосфере.

Теперь, при закрытии шахт, горный массив получает вторичное техногенное вторжение и геологическая среда не может быть вос становлена до первоначальных параметров. Физическая ликвида ция горных выработок (при любом способе) приводит к возник новению и развитию взаимосвязанного комплекса новых явлений и процессов отрицательных в экологическом плане. Эти явления и их последствия являются малоизученными, труднопрогнози руемыми и почти неуправляемыми, в связи с индивидуальностью горно-геологических условий [1].

Предпосылками активизации процессов сдвижения на за крываемых шахтах является снижение прочностных свойств горных пород при увлажнении. Это может привести к потере ус тановившегося равновесия толщи горных пород и к активизации процесса сдвижения. В результате могут возникнуть дополни тельные деформации земной поверхности, трещины, уступы и провалы. Сдвижения и деформации горных пород и земной по верхности, вызванные активизацией процесса сдвижения, при не благоприятных условиях могут вызвать повреждения в зданиях и сооружениях, а также увеличение водопроницаемости и газопрово димости пород. Характер развития процесса сдвижения и дефор маций земной поверхности от активизации сдвижений горных по род при затоплении горных выработок до настоящего времени практически не исследовался.

Согласно основным положениям геомеханики в выработанном пространстве и его кровле формируются зона обрушения, зона вторич ной трещиноватости и зона прогиба. Зона обрушения и вторичной тре щиноватости характеризуются интенсивной трещиноватостью, они гид равлически связанны между собой, а в зоне прогиба формируются трещины параллельные напластованию пород [2].

Анализ ситуации на примерах нескольких шахт показывает, что мощность техногенного горизонта изменяется от десятков до сотен метров, а фильтрационные параметры (проницаемость, густота и рас крытие трещин) изменяются на порядок как по площади, так и в разрезе.

Необходимо отметить, что определяющими факторами формиро вания свойств техногенного водоносного горизонта являются горно геологические условия, способ ведения очистных работ и управле ния кровлей. Зона прогиба и техногенные трещины взаимосвязаны и через определенное время они становятся обводненными. При этом не обходимо также учесть, что породы карбона обладают двумя типами водопроводимости - трещинная и поровая.

В условиях полного затопления выработанного пространства происходят фильтрационные и геомеханические процессы, обу славливающие структурную перестройку блоков горных пород, из менение трещиноватости и прочностных свойств. Восстановление гидростатического давления быстро происходит в зоне водопрово дящих трещин и в условиях крутого падения пластов вода выходит на поверхность. Для пологих пластов с покровными отложениями в трещины зоны прогиба закрываются, а восстановление давления происходит с запаздыванием, причем это запаздывание пропорцио нально отношению трещинной и поровой проницаемости массива.

Таким образом, в горном массиве создаются условия концентрации напряжения в зоне прогиба и закрытия в ней трещин. Такая ситуа ция называется эффектом гидродинамического напряженного со стояния массива. Состояние горного массива еще более осложняет ся в случае вытеснения водой метана и его скопление в верхней части горизонта.

Следовательно, при затоплении шахт нарушается геомехани ческое равновесие в массиве, при этом накапливаются огромные силы, которые могут проявится в сдвижении горных пород, проры вов воды и газа на поверхность. Такое сдвижение наиболее вероят но развивается по зонам тектонических нарушений. Причем сдви жение происходит ступенчато или вибрационно, что вызывает гор ное землетрясение. Сдвижение в массиве даже на несколько санти метров создает серьезную угрозу безопасности работы соседних шахт, нарушает целостность прилегающих зданий, сооружений, коммуникаций и приводит к перераспределению фильтрационных потоков внутри техногенных водоносных горизонтов.

Подтверждением вышесказанному являются многочисленные расходометрические исследования в гидронаблюдательных сква жинах на полях закрытых шахт. Первый тип геофильтрационных процессов прослежен на поле ликвидированной шахты «Донецкая».

Бурение двух гидронаблюдательных скважин выполнено на глуби ну 70 м. Геологический разрез участка работ представлен каменно угольными отложениями свиты С 7 среднего карбона, перекрытыми лессовидными суглинками четвертичного возраста мощностью 3- м. В литологическом отношении породы карбона представлены чередованием слоев песчаников, песчаных и глинистых сланцев с пла стами светло - серых мощных известняков. Маркирующим горизон тами является известняк МЗ. Горная выработка по пласту m3 на глубине 90-136 м. В процессе бурения скважины происходил само излив воды с первоначальным дебитом 0,8 мЗ/ч и с установивши мися 0,4 мЗ/ч. В зонах повышенной трещиноватости наблюдались толчки бурового инструмента и ускоренная проходка.

Второй тип процессов наблюдался на полях ликвидированных шахт им. Володарского и № 3-4 «Миусинская». Так для шахты «Миусинская» геологический разрез представлен каменноугольными отложениями свиты С 3 среднего карбона, перекрытыми рыхлыми осадками четвертичного периода мощностью 2-1 м. В литологиче ском отношении породы карбона представлены чередованием сло ев песчаников, песчаных и глинистых сланцев с угольными пластами и известняками (в разрезе преобладают песчаники и сланцы песча ные). Маркирующими горизонтами являются известняк Н5 и угольные пласты h8, h7, h6, вскрытие на глубинах 48-60м, горная выработка распо ложена на 70м. При бурении скважин наблюдались обводненные зоны повышенной трещиноватости. Гидронаблюдательные скважины сыгра ли роль частичной геомеханической разгрузки.

Проведенные исследования выявили целый ряд особенностей по ведения трещиноватых зон при их гидродинамической активи зации. Расходометрические исследования выполнялись методом восстановления давления воды в трех режимах с различным дебитом и давлением [3].

По результатам исследований свойств пород установлено из менение положения проницаемых зон в исследуемом интервале скважины. При расходометрии в одной и той же скважине, в одном и том же интервале, ранее выявленные зоны переставали работать, открывались новые зоны, отмечалось изменение приемистости зон, что свидетельствует о блочной перестройке массива и изменении его трещиноватости при гидродинамическом воздействии. При этом давление нагнетания воды составляли всего 0,2 - 0,3 МПа, и глуби на исследований не превышала 130м. Сопоставление полученных результатов гидродинамических исследований на данном этапе не позволило выявить общую закономерность геомеханического поведения массива. Установлен фактор изменения напряженно деформированного состояния пород кровли техногенного гори зонта и эффект структурной перестройки массива при гидродина мической активизации.

Эффект горного землетрясения силой 3-4 балла наблюдался на поле шахты № 81 «Киевская», где разгрузка напряжения произошла по Валентиновскому Восточному сбросу (15-30 м;

70-750).

Таким образом, для предупреждения развития во времени процессов концентрации напряжений на основании и строитель ных конструкциях необходимо выполнение комплекса защитных мероприятий с различной степенью капитальности.

Для этого необходимо проведение геологического исследова ния массива горных пород на предмет определения основных зон нарушений и систем трещиноватости, служащих естествен ными проводниками воды и газов на поверхность. В зависимости от прогнозируемого изменения прочностных показателей горных пород принимается решение о производстве работ по укрепле нию основания фундаментов сооружения и создания под основа нием на контакте покровных и коренных отложений стабилизи рующей глино-цементной подушки (рис.1). Формирование зоны за крепления осуществляется физико-химическим способом.

Технологические параметры формирования демифирующей подушку выбираются по методике проектирования в комплексном методе тампонажа обводненных пород [3].

Мощность стабилизирующей подушки, глубина ее заложения выбирается в зависимости от конкретных горно-геологических ус ловий (глубины залегания геологического нарушения, его ампли туды, зоны влияния), а также геометрических параметров и тех нологического назначения сооружения.

Рис. 1. Схема расположения трещиноватых зон и глино-цементной подушки 1 - четвертичные отложения;

2 – осадочные отложения;

3 - тектоническое нарушение разрывного характера;

4 – зона гидродинамического напряжения;

5 – зона трещиноватости;

6 – зона обрушения;

7 – зона укрепления основа ния;

8 - стабилизирующая подушка;

9 - скважины Применение такой системы позволяет перераспределить на пряжения с конструкций фундамента на систему фундамент - мас сив пород -стабилизирующая подушка, расширить эффективную площадь «фундамента» сооружения, увеличить жесткость осно вания и уменьшить деформации строительных конструкций. С другой стороны этот способ позволяет управлять напряженно деформационным состоянием горного массива.

Литература 1. Техногенные последствия закрытия угольных шахт Украи ны: Монография / Ю.Н. Гавриленко, В.Н. Ермаков и др. – Донецк:

Норд-пресс. - 2004. – 631 с.

2. Шашенко А.Н., Пустовойтенко В.П. Механика горных по род. – К.: Новый друк, 2004. – 400с.

3. Комплексный метод тампонажа при строительстве шахт / Э.Я. Кипко, П.Н. Должиков и др. 2-ое изд. – Днепропетровск: НГУ, 2004. – 415с.

УДК 622. Должиков П.Н., д.т.н., проф., Рябичев В.Д., к.т.н., доц., (АФГТ ВНУ им. В.Даля) О НЕОБХОДИМОСТИ ПЕРЕЛИКВИДАЦИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК СТАРЫХ И ЗАКРЫТЫХ ШАХТ В процессе закрытия нерентабельных шахт важнейшей науч но-технической проблемой является физическая ликвидация всех выработок, выходящих на поверхность, и обеспечение их техниче ской и экологической безопасности. Это прежде всего обусловлено тем, что «Правилами ликвидации стволов угольных шахт» принят основной и экономически целесообразный способ погашения вер тикальных и наклонных выработок - засыпка горелой породой. Од нако, проектные решения в ряде случаев принимались необосно ванно, а опыт закрытия многих шахт показывает, что данный спо соб ликвидации наклонных выработок не позволяет получить их абсолютного и надежного заполнения, что во времени приводит к серьезным инженерным и экологическим осложнениям, аварийным ситуациям, человеческим жертвам. Основными причинами послед них являются: отсутствие правильных технологических решений, неполная засыпка выработок, низкая степень уплотнения и значи тельная усадка пород засыпки (до 50%), аварийное состояние мно гих выработок. Поэтому проектные технологические решения не позволяли надежно ликвидировать выработки. Исследования мно гочисленных засыпанных наклонных выработок показали наличие остаточных пустот высотой до 1м, неоднократно образовывались провалы земной поверхности до 4м, происходило неконтролируе мое газовыделение, в выработки проникали и гибли люди.

В Донецком бассейне, где разработки угля ведутся более двух сот лет, верхние горизонты отработаны давно. Поэтому во многих многих случаях планы горных работ на них отсутствуют, а совре менное состояние горных выработок и подработанного массива тем более неизвестно. О масштабах данной проблемы свидетельствуют следующие данные.

В 1917 г. в Донбассе работало 1604 шахты. К началу 40-х го дов 20-го века в Донбассе имелось свыше 200 мелких наклонных шахт. В период восстановления затопленных во время войны шахт для быстрого получения угля в бассейне было заложено свыше мелких наклонных шахт с горными работами на малых глубинах.

Таким образом, практически вся поверхность бассейна оказалась подработанной в разные периоды на малых глубинах (20-100 м).

Кроме того, в Донбассе имеется значительное количество непога шенных или неудовлетворительно погашенных стволов, старых вертикальных и наклонных шахт, шурфов, вентиляционных сбоек и т.д.

Вторым фактором является то, что в настоящее время массо вое закрытие угольных шахт вызывает подъем подземных вод, и следовательно, замачивание пород вокруг старых выработок, что может служить причиной активизации сдвижений над ними. Ос новной предпосылкой активизации геомеханических процессов яв ляются сохранившиеся остаточные пустоты и вторичная трещино ватость в подземном пространстве. Самоликвидация этих пустот приводит к повторному сдвижению толщи горных пород и прояв лению этих процессов на земной поверхности, в виде деформаций и провалов. Опасность старых наклонных выработок (стволов, сбоек, бремсбергов и т.п.) заключается в образовании нескольких прова лов в виде воронок, вытянутых вдоль оси выработки.

Основная причина образования провалов над наклонными стволами - неудовлетворительное погашение устьев или полное его отсутствие, а также наличие условий для перепуска обрушенного материала в глубь выработки по падению. Провалы над такими вы работками могут образовываться не только на устье, но и ниже по падению выработки. Даже если устье ствола перекреплено и хоро шо затампонировано, но есть условия для перепуска обрушенных пород вглубь выработки, не исключается возможность образования провалов и деформации поверхности. Характерными примерами образования аварийных ситуаций могут служить провалы на шахте им. газеты «Луганская правда», на стволах шахт «Запорожская», «Брянковская», «Межсброссовая».

Для прогнозирования сдвижений над старыми выработками и разработки мер по охране поверхности необходимо знать причины активизации этих процессов и факторы, влияющие на их развитие.

Наличие пустот при совпадении определенных обстоятельств мо жет вызвать активизацию процессов сдвижения и в конечном итоге - повреждения земной поверхности. На сохранность пустот влияют:

тип выработки, глубина разработки, применяемое крепление, сис тема разработки, способ охраны и способ ликвидации (погашения) выработки, прочность пород подработанной толщи.

Третьим фактором необходимости переликвидации горных выработок на полях закрытых шахт является незаконная угледобы ча в так называемых «копанках» с использованием частично лик видированных выработок. Ведение горных работ в условиях отсут ствия крепления, вентиляции и средств механизации является не допустимым и требует немедленного прекращения работ. Здесь единственным эффективным средством может быть только абсо лютная ликвидация горных выработок, выходящих на поверхность.

Характерными примерами выполнения работ по переликвида ции горных выработок и проникновения в них людей являются работы на шахте «Межсбросовая» и № 72. Так, для переликвидации аварийных наклонных вспомогательного и грузолюдского стволов ликвидированной шахты №3–бис. «Межсбросовая» выполнено бу рение закладочных и тампонажных скважин (рис. 1). Пробурено закладочных скважины глубиной 26–30м и 6 тампонажных сква жин глубиной 10м, 14м, 16м, 20м, 22м. Конструкция закладочных скважин: 0–5м – диаметр бурения 190мм, диаметр обсадки – 168мм;

5м – забой - диаметр бурения 151мм;

в интервале от 0м до забоя скважины обсажены трубами диаметром 146мм. Конструкция тампонажных скважин: 0 – 5м – диаметр бурения 132мм, диаметр обсадки 127мм;

в интервале 5,0м – забой 93мм.

Через закладочные скважины было произведено сооружение двух изолирующих перемычек в грузолюдском и двух изолирую щих перемычек во вспомогательном стволах. В качестве закладоч ного материала применялся карьерный отсев, перемешанный с це ментно–силикатным тампонажным раствором в пропорции 1:1.

Технология выполнения работ была следующая: в закладочную скважину подается тампонажно–закладочный раствор в объеме до 5м3, перерыв – 24 часа на стабилизацию, затем подается следующая порция раствора и т.д. до закачки проектного объема.

Рис. 1. Схема переликвидации грузолюдского и вспомогательного ство лов шх. «Межсброссовая»

Контроль формирования изолирующих перемычек осуществ лялся через скважины. Всего было закачано 1659 м3 раствора. Через тампонажные скважины закачано 1619 м3 экологически чистого глиноцементного тампонажного раствора, приготовленного по тех нологии мобильного комплекса, что позволило ликвидировать вы работки и стабилизировать геомеханическую ситуацию.

На шахте № 72 велись подземные работы по угольному пласту k2. В 60-е годы шахта была закрыта как нерентабельная, наклонный ствол ликвидирован только на поверхности, вход в выработку пе рекрыт бетонной плитой. Устье ликвидированного ствола бывшей шахты №72 расположено в 3 км северо-западнее поселка Ленин ское Свердловского района Луганской области.

В геологическом отношении участок приурочен к северному крылу Должано-Садкинской котловины. В орогидрографическом отношении участок расположен на южном склоне Главного Донец кого водораздела. Поверхность участка представляет собой рав нинное степное пространство, осложнённое овражно-балочной сис темой верховий балки Большая Медвежья, пересекающей поверх ность участка почти в меридиональном направлении (рис. 2).

Рис. 2. Схема спасения людей из-за завала в наклонном стволе 1 – перекрытия устья;

2 – подкоп;

3 – завал;

4 – скважина;

5 – место нахо ждения людей Весной 2004 года трое бывших горнорабочих шахты сделали самовольный боковой подкоп к наклонному стволу бывшей шахты №72 с целью извлечения крепежного металла для сдачи в металло лом. Затяжку начали извлекать сверху - вниз, в связи с чем, неза крепленная часть наклонного ствола обрушилась. При этом два че ловека оказались изолированными на 25-метровой глубине. Выйти на поверхность самостоятельно им не удалось. Человек, находив шийся на поверхности, помочь ничем не смог, сообщил о случив шемся в поселковый совет только на третий день. ВГСЧ отказались подойти к людям через другие горные выработки.

Учитывая длительное пребывание людей без пищи и с огра ниченным доступом воздуха, было принято решение силами ООО «Геотехника» пробурить скважину диаметром 132мм для подачи воздуха, передачи пищи, и связи с пострадавшими. Оперативно бы ла пробурена скважина глубиной 25м, вскрьвшая горную выработ ку. Через скважину сотрудниками ВГСЧ города Свердловска нала жена связь с пострадавшими, передана пища. В последующем эта скважина разбурена роторной установкой БА - 1 - 15М на диаметр 500мм, а пострадавшие были спасены путем подъема по канату на поверхность. После этого случая были проверены все доступы в горные выработки и надежно заблокированы.

Из вышеизложенного следует, что в настоящее время необхо дим серьезный анализ геомеханической и гидрогеологической си туации на полях всех закрытых шахт, на основании которого необ ходимо принятие решения о переликвидации горных выработок.

Литература 1. Техногенные последствия закрытия угольных шахт Украи ны: Монография / Ю.Н. Гавриленко, В.Н. Ермаков и др. – Донецк:

Норд-пресс. - 2004. – 631 с.

2. Комплексный метод тампонажа при строительстве шахт / Э.Я. Кипко, П.Н. Должиков и др. 2-ое изд. – Днепропетровск: НГУ, 2004. – 415с.

УДК 625.42(075) Кауфман Л.Л., горн.инж., к.т.н., (г. Нью-Йорк, США) Кулдыркаев Н.И., член-корр. Академии строительства Украины, Лысиков Б.А., к.т.н., проф., Лабинский К.Н., к.т.н., доц., (Донецкий национальный технический университет, Украина) ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ БУРОВЫХ ТУННЕЛЬНЫХ МАШИН В последние годы ведутся интенсивные работы по созданию буровых туннельных машин с широким диапазоном применения и большим набором оригинальных технических решений. Это позво ляет применить буровые методы проходки туннелей в различных геологических условиях – при слабых и обводненных или, наобо рот, крепких скальных породах, а также в сложных топографиче ских условиях – при плотной городской застройке или при наличии подземных объектов и инженерных коммуникаций инфраструкту ры.

При нестабильных горных породах широко применяются щи товые буровые туннельные машины. В них роль временной крепи выполняет щитовая обшивка, а постоянная сегментная железобе тонная крепь устанавливается непосредственно с машины, задняя часть которой оборудована специальными эректорами установщиками сегментов. Отсюда же производится тампонаж за крепного пространства специальными растворами. Подвигание ма шины и ее подача на забой осуществляется за счет упора задних домкратов в последнее сегментное кольцо.

Так называемая двойная щитовая машина (рис. 1) оборудована домкратным распорным устройством. Последнее позволяет для по дачи на забой и создания режущего усилия опереть машину на бо ковые домкраты, раздвигающиеся между стенками туннеля.

В особо сложных геологических условиях применяются щи товые машины со сбалансированным давлением пород и грунтовых вод в забое. В таких машинах порода, размельчаемая режущей го ловкой, сама служит средством первичного крепления забоя. Одна ко, обычно для стабилизации забоя в герметизированную рабочую зону машины (экскавационную камеру) подается вода, полимеры, бентонит (расширяющаяся глина) или пена. Эти средства, смеши ваясь с размельченной породой, образуют суспензию, удерживаю щую забой от обрушения. Она же служит средством транспорти ровки отбитой породы в установку разделения породы и рабочей жидкости, используемой повторно.

Рис. 1. Щитовые буровые туннельные машины В туннельных машинах с открытой забойной частью (open face tunnel machine) отсутствует перемычка между экскавационной частью и остальным корпусом, а отбойка породы производится ковшовым экскаватором или режущей головкой, установленными на сменных выносных рукоятях, имеющих одинаковые базовые платформы. Это позволяет их менять с небольшими усилиями и в короткое время. Подобные машины могут применяться в различ ных геологических условиях для разных сечений туннеля, отлича ются простотой управления, требуют меньшего времени и средств для монтажа и оборудованы механизмами для установки крепи (рис. 2, рис. 3). Отбитая порода удаляется шнековым конвейером.

Примером применения машины с открытой забойной частью явля ется туннель в Афинах, Греция длиной 1,9 км с наружным диамет ром 9,5 м.

а) б) в) Рис. 2. Общий вид туннельной буровой машины с открытой забойной частью и схема расположения оборудования а – общий вид;

б – рукоять, оборудованная режущей головкой;

в – рукоять, оборудованная экскаватором;

1 – режущая головка или экскаватор;

2 – щит;

3 – управляющий цилиндр;

4 – ленточный конвейер;

5 –домкраты;

6 – гидравлическая силовая установка Особое внимание уделяется совершенствованию режущей части буровых туннельных машин. Некоторые из предложенных в Японии решений описаны далее.

Рис. 3. Общий вид рабочих органов туннельной буровой машины с от крытой забойной частью Мультициркульные туннельные машины (Multi-circular face shield method) имеют две или три режущие головки, образующие каждая в отдельности круглые сечения, частично перекрывающие друг друга (рис. 4, рис. 5, рис. 6). Режущие головки в таких маши нах располагаются как в горизонтальной (рядом друг за другом), так и в вертикальной плоскостях (одна над другой).

Сравнение сечений туннеля, необходимых для выполнения одинаковых транспортных функций при использовании обычной и двухциркульной буровых машин, показывает, что последняя уменьшает сечение туннеля примерно на 15%. Соответственно уменьшаются расходы на проходку и крепление туннеля.

Мультициркульные конструкции могут успешно применяться в стесненных условиях городской застройки подземной инфра структуры.

На рис. 7 показана схема строительства участка туннеля метро на станции Иидабаши (Jidabashi), Япония трехциркульной маши ной. Участок туннеля длиной 275 м проходил на глубине около м. Диаметр центральной режущей головки составлял 11,02 м, боко вых – по 8,85 м. Такой же машиной с диаметром центральной го ловки 8,84 м и боковых – диаметром 8,14 м была пройдена станция метро в Токио общей шириной 17,44 м.

Рис. 4. Двухциркульная машина и туннель, пройденный этой машиной В описанных мультициркульных машинах для обеспечения нужной формы сечения туннеля площади выемки отдельных ре жущих головок частично перекрывают друг друга. Для этого цен тральная и боковая головки располагаются в различных вертикаль ных плоскостях (боковые – за центральной), что усложняет конст рукцию машины. Вариант двухциркульной машины, у которой ре жущие головки, выполненные в виде сегментов окружности, нахо дятся в одной плоскости, показан на рис. 8 а.

А Б а) б) Рис. 5. Сравнение обычных буровых туннельных машин с мультицир кульными А) сравнение сечений туннелей, выполняющих одинаковые транспортные функции;

Б) сравнение расположения туннелей, проводимых обычными ма шинами и мультициркульными машинами;

а) вертикальное соединение;

б) горизонтальное соединение;

1 – обычная щитовая машина;

2 – мультицир кульная машина;

3 – существующая структура Рис. 6. Трехциркульная машина и станция метро, пройденная этой машиной Такая машина (работающая по методу DОТ Tunneling Method) использовалась при строительстве метро в Нагое, Япония и обеспе чила ширину туннеля 11,1 м и высоту 6,5 м. Длина туннеля состав ляла 1 км, глубина 11,5-32,1 м. На рис. 8 б показан туннель в Хиро симе, Япония, пройденный по DОТ технологии. Ширина туннеля – 10,7 м, высота 6,1 м, его длина 850 м, глубина расположения 5-8 м.

Рис. 7. Схема строительства участка туннеля метро на станции Иидабаши трехциркульной машиной Рис. 8. Технология DOT проходки туннелей Метод JIYU-DAMMEN позволяет в стесненных условиях строительства выбирать нужную форму сечения туннеля (рис. 9, рис. 10, 11).

Рис. 9. Буровая туннельная машина конструкции JIYU-DAMMEN а) б) Рис. 10. Возможные формы сечения туннеля при использовании маши ны типа JIYU-DAMMEN а) условия применения машины;

1 – частная земля;

2 – дорога;

3 – нарушение границ частной собственности при использовании туннельных машин обыч ной конструкции;

4 – строительство двух туннелей обычной конструкции в пределах границ частной собственности;

5 – строительство одного тунне ля машиной JIYU-DAMMEN в пределах границ частной собственности;

б) возможные формы сечения туннеля;

1 – сводчатое с обратным сводом;

2 – овоидное;

3 – овальное;

4 – прямоугольное;

5 – сводчатое с прямыми стена ми а) Рис. 11. Конструктивные особенно- б) сти буровой туннельной машины JIYU-DAMMEN а) продольный разрез;

1 – планетар ная режущая головка;

2 – перемычки;

3 – шарнир;

4 – люк;

5 – роликовые направляющие;

6 – шнековый конвей ер;

7 – ротационный насос;

8 – дом крат;

9 – расширитель;

10 – подъем ник;

11 – сегмент крепи;

б) попереч ное сечение;

1 – качающаяся руко ять;

2 – планетарный резец;

3 – цен тральная режущая головка;

4 – рез цы Конструкция забойной части машины отличается наличием в одной плоскости, кроме центральной, еще и периферийных режу щих головок. В то время, как центральная головка производит кру говую экскавацию в центре забоя, три периферийных головки оформляют окружающие участки по периметру сечения над и под центральной окружностью. Орбиты периферийных головок могут варьироваться изменением угла поворота качающихся рукоятей, на которых прикреплены эти головки.

На рис. 12 приведены примеры туннелей шириной 3,16 м, вы сотой 4,66 м, проведенных в Японии машиной JIYU-DAMMEN.

Рис. 12. Примеры туннелей, проведенных в Японии машиной JIYU DAMMEN В туннельной машине системы DPLEX режущая рама, снаб женная резцами, приводится в движение несколькими рукоятями, вращающимися синхронно в одном направлении (рис. 13). Закреп ление режущей рамы на концах рукоятей и вращение последних за ставляет раму двигаться конгруэнтно внутреннему периметру сече ния туннеля и создать форму последнего подобную форме рамы.

Способ приведения в движение режущей рамы напоминает схему работы поршня, вращающегося колеса паровоза (рис. 14).

Двигатели, приводящие в движение приводные рукояти, объедине ны в общую систему.

Туннель, пройденный этой машиной, показан на рис. 15.

Туннельная домкратная машина (Waqqing Cutter Shield Tun neling Method) включает в себя режущую часть, состоящую из вы движных качающихся гидравлических домкратов, изменяющих а) б) Рис. 13. Схема работы туннельной машины по схеме DPLEX а) круглая режущая рама, круглое сечение туннеля;

б) прямоугольная режущая рама, прямоугольное сечение туннеля;

– рукоять;

2 – режущая рама;

3 – палец рукояти;

4 – коленчатый вал;

5 – режущий зубец;

6 – шнековый конвейер;

7 – центр вращения Рис. 14. Туннельные машины, работающие по методу DPLEX Рис. 15. Туннель, пройденный по методу DPLEX а) б) Рис. 16. Схема режущей домкратной системы а) схема конструкции домкратной системы;

б) схема работы домкратной системы 1 – удли нение и укорачивание домкрата;

2 – контур за боя;

3 – гидравлический режущий домкрат;

4 – амплитуда качания режущего домкрата Рис. 17. Сравнение сечений туннеля 1 – круглое сечение при работе обычной туннельной машины;

2 – сечение, необходимое по технологическим и транспортным требованиям;

3 – прямо угольное сечение при работе домкратной туннельной машины а) б) в) Рис. 18. Схема сечений разной формы при работе туннельных машин с домкратной режущей частью а) круглое одиночное сечение;

б) круглое сдвоенное сечение;

в) прямоугольное сечение длину в соответствии с формой и размерами сечения туннеля. Ка чание этих домкратов, их удлинение и укорачивание обеспечивают создание проектных сечений и автоматически контролируются, чтобы обеспечить выемку углов забоя (рис. 16-19).

Такими машинами был пройден туннель одной из линий мет ро в Киото (Kyoto), Япония шириной 9,9 м, высотой 6,5 м на глуби не 7 м и подземный пешеходный переход шириной 7,8 м и высотой 5 м (рис. 20, рис. 21).

Рис. 19. Буровая машина с домкратной режущей частью Рис. 20. Схема проведения туннеля домкратной машиной Ротационная технология (Rotating Shield Method) позволяет бурить горизонтальные туннели и вертикальные стволы одной и той же машиной, в состав которой входит так называемая субма шина – сферический узел с режущей головкой. Герметические уп лотнения позволяют применять машину в туннелях, расположен ных ниже уровня грунтовых вод.


Буровую машину можно развернуть в любом направлении в ходе бурения, создавая следующие конфигурации (рис. 22):

- вертикально (сверху вниз) – горизонтально;

Рис. 21. Туннель, пройденный домкратной машиной а) б) Рис. 22. Буровые машины, работающие по ротационной технологии - горизонтально-горизонтально (новое направление);

- горизонтально-вертикально (снизу вверх).

Проходка с поверхности вертикального ствола доступа к тун нелю и переход к горизонтальному бурению происходит следую щим образом (рис. 23).

Рис. 23. Проходка с поверхности вертикального ствола и переход к гори зонтальному туннелю (вертикально-горизонтальная технология) 1 – сборка машины;

2 – начальное бурение;

3 – нормальное бурение;

4 – пово рот субмашины;

5 – начало бурения в новом направлении;

6 –горизонтальное бурение 1. Сборка машины. Сборка производится снизу вверх на плат форме, расположенной на кольцевой бетонной направляющей сте не.

2. Начальное бурение. Подача машины к забою осуществляет ся за счет собственного веса, а затем домкратами, упирающимися в конструкции, связанные с направляющей стеной (технологическим отходом).

3. Нормальное бурение. Подача машины к забою производит ся домкратами, упирающимися в сегменты крепи ствола.

4. Поворот субмашины. После достижения стволом проектной глубины режущая головка втягивается в сферическую конструк цию, которая затем поворачивается на 900.

5. Начало бурения в новом направлении.

6. Горизонтальное бурение. Бурение продолжается подобно обычным буровым туннельным машинам.

Технически сложная обычно проблема замены резцов на ре жущей головке машины решается при ротационной технологии простым разворотом субмашины вовнутрь основного корпуса (рис.

24).

Проходка ротационной буровой машиной вертикальных ство лов снизу вверх производится в следующей последовательности (рис. 25):

- бурение начинается вертикально вверх субмашиной, прижи маемой к забою домкратами. Прорезается сегмент крепи туннеля, заранее установленный в этом месте и изготовленный из бетона, усиленного не металлической арматурой, а волокнистым пласти ком;

- в ходе работы субмашины собирается хвостовая часть, кото рая продолжает бурение, как стандартная туннельная машина.

Ротационная технология была применена при проходке систе мы канализационных туннелей в Японии. Наружный диаметр тун нелей составлял 3,93-9,45 м, их длина варьировалась в пределах от 19 м до 4435 м.

Рис. 24. Замена резцов ротационной машины Рис. 25. Проходка вертикального ствола ротационной машиной снизу-вверх УДК 622.233:622. Н.Р. Шевцов, д.т.н., проф., С.А. Калякин, к.т.н., (Донецкий национальный технический университет, Украина) СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ В ОПАСНЫХ УСЛОВИЯХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ Современный уровень технологии строительства шахт и под земных сооружений характеризуется, с одной стороны, применени ем энергоемкого механизированного комплекса оборудования, со стоящего из дорогих проходческих комбайнов, а с другой стороны, применением относительно дешевой технологии разрушения гор ного массива за счет энергии взрыва взрывчатых веществ (ВВ). На протяжении почти пятидесяти последних лет негласное соревнова ние этих двух технологий разрушения горных пород показывает, что, несмотря на имеющиеся в ряде случаев преимущества механи зированных комплексов при проведении подготовительных выра боток над взрывными работами, в целом они экономически не ком пенсируются вследствие их огромной первоначальной стоимости и большого энергопотребления. Поэтому, учитывая высокую эффек тивность взрывного способа разрушения пород любой крепости, их простоту и надежность, которая сочетается с высокой безопасно стью работ по отношению к взрывоопасной среде, можно утвер ждать, что данная технология разрушения горного массива будет оставаться еще долгое время преобладающей над способом меха нического разрушения пород с помощью машин. Актуальность ра бот по развитию и совершенствованию взрывных технологий в обозримом будущем заключается не только в их высоком уровне энергосбережения и сокращения расхода электроэнергии, но и в том, что, например, разработка выбросоопасных угольных пластов вообще ставит под большое сомнение возможность применения механизированных комплексов при добыче угля, и проведении подготовительных пластовых выработок.

Анализ последних исследований и публикаций показал, что современная концепция развития взрывных технологий разрушения горного массива должна базироваться на применении экологически чистых и безопасных в обращении предохранительных ВВ (ПВВ), заряды которых обладают устойчивостью против выгорания, имеют высокую устойчивость детонации в шпурах, а продукты их взрыва образуют высокоэффективную газодисперсную систему в приза бойном пространстве после производства взрывных работ, обла дающую взрывопредотвращающим и локализирующим действием на метановоздушную (МВС) и пылевоздушную (ПВС) смеси. В этом случае станет невозможным воспламенение МВС как от взры ва заряда ПВВ в шпурах последующих серий замедления, так и от воздействия постороннего (случайного) источника, имеющего вы сокую температуру, в результате которой взрывоопасная МВС мо жет воспламениться. Вместе с тем применение ПВВ технологиче ски взаимосвязано со всеми основными элементами, составляющи ми процесс проведения взрывных работ. К ним относятся взрывча тые вещества, средства их инициирования и способы взрывания, а также забойка шпуров, конструкция шпурового заряда, напряжен ность разрушаемого взрывом горного массива, наличие газа метана и взрывчатой угольной пыли. До настоящего времени эти вопросы в комплексе не были глубоко рассмотрены и поэтому требуют на учного обоснования и экспериментального подтверждения.

Целью статьи является проведение анализа и выработка на правления работы на обозримое будущее относительно взрывчатых материалов и способов их применения для взрывных технологий разрушения горных пород в угольных шахтах, опасных по газу или внезапным выбросам, а также разрабатывающих пласты, опасные по взрывам пыли.

Безопасность применения ПВВ определяется, с одной сторо ны, их чувствительностью к механическим воздействиям (ударам, трению, разбуриванию), а с другой стороны, антигризутностью, т.е.

способностью воспламенять взрывоопасную среду.

Последний из перечисленных процессов, в свою очередь, за висит от уровня их предохранительных свойств – величины пре дельного заряда ПВВ, невоспламеняющего взрывчатые МВС и ПВС, и от устойчивости ПВВ против выгорания в шпуровом заря де, определяемая величиной поджигаемости ПВВ. На сегодняшний день перечисленные факторы, определяющие параметры безопас ности при применении ПВВ в особо опасных условиях угольных шахт, поддаются управлению и корректировке до желаемого уров ня. Безопасность взрывания ПВВ во взрывоопасной атмосфере шахт достигается выбором необходимой взрывоподавляющей кон центрации ингибитора (химически активное вещество, предотвра щающее воспламенение не только за счет теплоотбора, но и за счет торможения химических реакций путем обрыва цепей их развития) в продуктах взрыва ВВ. При этом роль ингибитора сводится не к простому охлаждению продуктов взрыва до безопасной (критиче ской) температуры, а к осуществлению процесса рекомбинации ра дикалов (очень активные, с не насыщенной валентностью химиче ские продукты, получившие название активных центров, которые легко реагируют между собой и с молекулами метана и кислорода с образованием новых активных центров) как в самих продуктах взрыва ВВ, так и в исходной МВС. Процесс рекомбинации (взаи модействие радикалов между собой с образованием валентнонасы щенных химических соединений) радикалов ингибитором происхо дит на поверхности кристаллов соли;

и чем больше поверхность, тем выше скорость рекомбинации радикалов, а следовательно, ин гибирующая активность соли. Современные соли-ингибиторы имеют флегматизирующую концентрацию всего несколько грамм на один кубометр МВС, что позволяет достигать высокий уровень предохранительных свойств у современных ВВ. Вместе с тем «за ставить» соль активно ингибировать реакции во время процесса развития воспламенения МВС при взрыве в ней заряда ВВ не так просто. Во-первых, это связано с сильным динамическим действи ем давления продуктов реакции на соль ингибитора в процессе де тонации ВВ, в результате чего кристаллы соли разрушаются, их кристаллическая решетка деформируется и возникает дезрекомби национный эффект на поверхности такого кристалла. В этом случае процесс рекомбинации радикалов солью ингибитора прекращается, т.е. ингибитор становится балластом в продуктах взрыва. Для во зобновления его эффективного действия необходимо определенное время, которое, к сожалению, гораздо больше, чем время детонации и развития взрыва ВВ во взрывоопасной среде. Во-вторых, продук ты взрыва ВВ имеют достаточно высокую температуру;

часть про дуктов при этой температуре, в результате вторичных реакций за детонационным фронтом, создает в своем составе активные ради калы. Эти радикалы, попадая из продуктов взрыва ВВ в исходную МВС, вызывают ее воспламенение. Поэтому частично соль ингиби тора в продуктах взрыва должна осуществлять рекомбинацию ра дикалов, образованных непосредственно в процессе детонации ВВ, т.е. непосредственно в ПВ. Эти достаточно сложные вопросы анти гризутности ВВ в настоящее время удалось увязать во времени и пространстве при взрыве ВВ благодаря созданию принципиально новых схем построения предохранительных ВВ современного по коления – на базе радикально-цепной теории (согласно этой теории окисление горючей среды рассматривается как разветвленный цеп ной химический процесс образования радикалов при превращении горючего и окислителя в продукты взрыва) предохранительных свойств ВВ. Суть ее сводится к тому, что соль ингибитора в про дуктах взрыва ВВ должна образовываться за фронтом детонацион ной волны, а сам ингибитор должен быть представлен двойной комбинацией, из которых одна химически активная и утилизирует радикалы в продуктах взрыва ВВ, а другая осуществляет процесс рекомбинации радикалов на поверхности кристалла во взрывчатой МВС. Это позволяет получить предохранительные ВВ с высоким уровнем предохранительных свойств и работоспособностью.


Устойчивость шпуровых зарядов ВВ против выгорания также достаточно сильно определяет безопасность применения предохра нительных ВВ. Выгорающий заряд достаточно легко воспламеняет взрывоопасную среду. Это, во-первых, связано с тем, что возможен пожар в выработке, а во-вторых, когда происходит отказ детонации заряда ВВ, соль ингибитора уже не образуется в продуктах взрыва, а газообразные продукты горения ВВ легко смешиваются с МВС и поджигают ее. Поэтому борьба с выгоранием основывается на сни жении горючести ПВВ и на обеспечении достаточно высокой его детонационной способности при практическом применении. Одна ко опять возникает достаточно не простой вопрос: как при этом обеспечить устойчивую детонацию шпурового заряда ВВ? Дело в том, что повышение детонационной способности ВВ связано с по вышением скорости детонации, давления детонации и мощности детонационной волны. Все эти факторы отрицательно влияют как на ингибирующую активность соли ингибитора, так облегчают воспламенение МВС. Решение этого вопроса требует иного – не традиционного решения, о котором будет сказано далее. У совре менных ПВВ устойчивость против выгорания обеспечивается за счет снижения горючести ВВ. Это достигается путем ввода в состав ПВВ специальных солей, которые получили название ингибиторов поджигаемости ВВ. Настоящим успехом в борьбе с выгоранием за рядов ПВВ является то, что удалось подобрать соли, которые при взрыве ВВ образуют ингибиторы реакции окисления метана кисло родом воздуха, а в случае отказа детонации в заряде ВВ (при пере ходном процессе возникновения в нем горения) являются активны ми ингибиторами поджигаемости ВВ, т.е. подавляют его горю честь. Вследствие этого удачным сочетанием тех или иных ингре диентов в составе ПВВ можно достичь у них таких параметров, ко торые обеспечивают ему достаточную для практики взрывных ра бот безопасность в опасных условиях угольных шахт.

Чувствительность к механическим воздействиям (ударам, тре нию и др.) современных высокопредохранительных ВВ достаточно высокая и поэтому они являются потенциально опасными вещест вами. Такое положение дел обусловлено тем, что в качестве сенси билизаторов в высокопредохрнительных ВВ применяют крайне опасные в обращении индивидуальные ВВ - нитроэфиры, пред ставляющие смесь нитроглицерина и диэтиленгликольдинитрата. В будущем их необходимо заменить на менее опасные, низкочувст вительные ВВ, например, на нитрометан. Это жидкое нитросоеди нение насыщенного ряда углеводородов. Широко применяется в ракетной технике в качестве монотоплива. Нитрометан обладает гораздо более низкой токсичностью, чем нитроэфиры. Он относит ся к IV классу веществ по токсичности;

кстати, в эту группу ве ществ входит аммиачная селитра и практически все компоненты, составляющие рецептуру ПВВ. Поэтому такая замена полезна и из соображений токсичности ВВ, и их экологической безопасности.

Этой заменой будет решена также проблема чувствительности ВВ к механическим воздействиям и задача достижения экологической безопасности ВВ.

Не менее остро стоит и задача безопасности применения при взрывных работах средств взрывания. В угольных шахтах исполь зуют электрическую систему взрывания. Основными элементами данной системы являются электродетонаторы, приборы электриче ского тока (взрывные приборы), контрольно-измерительные прибо ры и соединительные провода. Наиболее уязвимым местом этой системы взрывания являются электродетонаторы. Они крайне опасные в обращении, обладают невысоким уровнем предохрани тельных свойств, а главное, морально устарели, так как их конст рукция мало чем отличается от конструкции детонатора, предло женной Альфредом Нобелем (1867 г.). По своему назначению де тонаторы относятся к средствам точечного инициирования детона ции в заряде. Это означает, что процесс детонации возникает в за ряде в месте установки детонатора. Далее детонационная волна распространяется по всему, как правило, удлиненному заряду ис ключительно за счет детонационной способности ВВ. Для состав ных удлиненных зарядов, состоящих из отдельных патронов ВВ, обеспечить процесс детонации с высокой степенью надежности не возможно. На практике это приводит к неполным детонациям - от до 10% всех взрываемых шпуровых зарядов. Поэтому в будущем необходимо переходить на монозаряды, не имеющие стыков и раз рывов сплошности заряда по длине, или на механизированное за ряжание ВВ на все поперечное сечение шпура. Однако даже пере ход на такие заряды не решит существующих проблем, связанных с применением детонаторов, поскольку они крайне опасны в обра щении и обладают невысоким уровнем предохранительных свойств во взрывоопасной среде. Высокая чувствительность к механиче ским воздействиям связана с применением в детонаторах, крайне опасных в обращении, инициирующих ВВ;

низкая их антигризут ность обусловлена высокой мощностью импульса, формируемого в результате взрыва детонатора, то есть при этом реализуются его основные свойства как инициатора взрыва. Кроме того, в будущем вообще невозможно станет применять детонаторы в качестве ос новных средств инициирования, так как основная масса ВВ будет представлена низкочувствительными ВВ, не поддающихся иниции рованию капсюлем-детонатором. Поэтому проблему необходимо решать комплексно с учетом нового технического уровня, как са мих средств взрывания, так и ассортимента ВВ, а именно: приме нением детонирующих шнуров (ДШ) в качестве средств иницииро вания шпуровых и скважинных зарядов ВВ. Это дает огромный выигрыш в надежности инициирования заряда по его длине (ли нейное инициирование), а также в эффективности (шпуровой заряд взрывается примерно со скоростью линейного инициатора, т.е. 7, км/с вместо 3…4 км/с) и безопасности (отсутствия отказов и выго раний шпуровых зарядов) взрывных работ. Достичь высокого уровня предохранительных свойств детонирующих шнуров не со ставляет особой трудности, т.к. они представляют собой заряды в предохранительной оболочке, отделяющей ВВ от взрывчатой МВС.

Инициирующая способность ДШ крайне высокая за счет большей площади его контакта с ВВ и может быть существенно повышена при использовании эффекта Монроя (соударение ударных и дето национных волн), за счет прокладки ДШ в виде петли.

Опыт применения современных систем безкапсюльного взры вания и волноводов неэлектрической системы «Нонель» практиче ски позволяет создать базу, на которой будет разработана новая система взрывания зарядов ВВ. Отказ от использования электриче ского тока в системах взрывания дает существенный выигрыш в безопасности взрывных работ в опасных условиях угольных шахт, так как исключается возможность искрений и разрядов электриче ства во взрывной цепи. Разряды электрического тока в МВС крайне опасны и легко вызывают ее воспламенение.

Эффективность взрывных технологий разрушения горных по род определяется работоспособностью ПВВ, наличием забойки в шпурах, конструкцией шпурового заряда, способами его иницииро вания, условиями напряженного состояния разрушаемого горного массива.

Несомненно важное значение имеет работоспособность ВВ.

Практическое значение при разрушении горных пород имеют две формы работы взрыва ВВ, а именно: бризантность и фугасность.

Исторически сложилось так, что создание безопасных высокопре дохранительных ВВ привело к тому, что данные ВВ уступают по работоспособности ВВ непредохранительного типа, так как их про дукты взрыва содержат конденсированную (негазообразную) фазу, представленную солями-ингибиторами, которые вводят в ПВВ для обеспечения им необходимого уровня предохранительных свойств.

Чем больше ингибитора содержится в продуктах взрыва ВВ, тем выше его уровень предохранительных свойств, но ниже работоспо собность. Одно время даже считали, что высокопредохранительные ВВ нельзя эффективно применять при взрывных работах. Это оши бочное мнение, которое уже в настоящее время отвергнуто на прак тике успешным их применением, а в будущем, за счет совершенст вования условий и способов инициирования и взрывания, фактиче ской разницы между эффектом взрыва ПВВ и непредохранитель ных ВВ в обычных условиях взрывания не будет. Единственным недостатком будет только увеличение их удельного расхода на раз рушение обуренной породы, но этот недостаток должен быть уст ранен значительным их удешевлением. Удешевление ПВВ будет обеспечиваться, прежде всего, отказом от сенсибилизаторов из до рогостоящих бризантных ВВ. При этом детонационная способность зарядов ПВВ в шпурах будет обеспечиваться за счет линейного инициирования детонации безкапсюльной системой взрывания. Та кой нетрадиционный подход в комбинации взаимодействия между средством инициирования и зарядом ПВВ обеспечит резкое возрас тание работоспосбности ВВ, т.к. детонация в заряде возбуждается практически одновременно во всех точках заряда и выделение энергии ВВ при взрыве не зависит от его детонационной способно сти, а зависит от площади контакта ВВ с инициатором. Способ ли нейного инициирования детонации заряда ВВ может быть в 1,5 раза эффективней даже способа обратного инициирования шпурового заряда по работе, производимой продуктами взрыва заряда ВВ.

Не исчерпала своих возможностей как средство повышения эффективности действия взрыва ВВ и забойка шпуров. Это прежде всего относится к гидровзрыванию заряда ВВ в шпурах. Вода в шпурах заполняет все свободное пространство вокруг заряда ВВ, включая трещины горного массива. В этих условиях при детонации ВВ к.п.д. взрыва достигает практически единицы, а вода выступает рабочим телом, которое сжимается, как и газообразные продукты взрыва ВВ, до высокого давления, а затем, расширяясь совместно с продуктами взрыва, значительно увеличивает эффект действия взрыва. Гидровзрывание зарядов ВВ позволяет резко сократить расход ВВ более, чем в 2 раза по сравнению с обычным «сухим»

взрыванием. Взрывание зарядов ВВ в воде абсолютно безопасно по отношению к взрывоопасной среде, что практически снимает принципиальные различия между предохранительными ВВ и ВВ непредохранительного типа как по безопасности, так и по работоспособности. Учитывая это, взрывную технологию разрушения горных пород путем гидровзрывания зарядов ВВ необходимо рассматривать как наиболее перспективную в обозримом будущем.

В этом плане следует особо подчеркнуть, что гидродинамиче ское рыхление угля и пород выбросоопасных пластов резко снижа ет, а в ряде случаев вообще предотвращает внезапные выбросы. На это указывают результаты исследования по изучению гидродина мического воздействия на породы с целью их разрушения и дегаза ции, которые проведены как у нас, так и за рубежом. Доказано, что высоконапорное нагнетание жидкости с импульсным режимом пе редачи давления на массив вызывает в нем образование и прорас тание трещин за счет растягивающих напряжений. Вполне понятно, что гидровзрывание зарядов ВВ является самым эффективным спо собом гидрообработки пластов. Поэтому этот способ взрывания ВВ на выбросоопасных пластах будет не только разрушать горный массив, но и путем интенсивного гидродинамического рыхления на большую глубину в массиве создавать выбрособезопасные зоны, которые становятся безопасными в отношении горных работ на та ких пластах.

Таким образом, анализ показал, что взрывная технология яв ляется наиболее эффективной из всех известных для разрушения горных пород любой крепости. Развитие науки о предохранитель ности достигло уровня, когда стало возможным разрабатывать со вершенно безопасные в отношении взрывоопасной среды ПВВ.

Наиболее эффективным является гидровзрывание с применением безкапсюльных систем линейного инициирования шпуровых заря дов.

Таким образом, современный уровень техники и технологии взрывных работ характеризуется:

• применением гранулированных, порошкообразных, водосодер жащих, нитроэфиросодержащих, аммоналов, аммонитов и гексо генсодержащих ВВ;

в последнее время их ассортимент расширя ется за счет утилизации боеприпасов и ВВ военного назначения, которые весьма токсичные и экологически небезопасные;

• использованием для инициирования зарядов ВВ морально уста ревших капсюлей-детонаторов или электродетонаторов;

особня ком стоит безкапсюльная система взрывания с помощью детони рующих шнуров - она применяется не достаточно широко, т.к.

дорогая;

• технология заряжания основана на применении отдельных па тронов ВВ или применением механизированного заряжания не патронированных ВВ;

• допущены способы прямого, обратного и многоточечного ини циирования шпуровых и скважинных зарядов ВВ, однако нет линейных инициаторов;

• забойка шпуров и скважин весьма разнообразна: применяются практически все известные виды материалов, однако самая эф фективная забойка и вид взрывания – гидровзрывание применя ется весьма мало и до конца не осознаны его достоинства (рис.

1);

• совершенно не разработаны основы взрывных работ в напря женном выбросоопасном массиве;

сотрясательное взрывание на ходится на уровне ХIХ века, как по технологии, так и по назна чению.

Рис. 1. Современные конструкции зарядов ВВ при гидровзрывании Техника и технология обозримого будущего должна преду сматривать (рис. 2):

• безкапсюльные неэлектрические системы взрывания, основан ные на линейном способе инициирования заряда;

• ВВ для заряжания на полное сечение шпура в виде непрерывных зарядов или патронированные линейные заряды конечной дли ны;

• жидкие водоустойчивые ВВ для гидровзрывания как на поверх ности, так и в подземных условиях;

• применение в подземных условиях исключительно предохрани тельных ВВ, устойчивых против выгорания;

• применение специального режима сотрясательного взрывания на основе псевдовзрывчатых веществ, создающих в забое разруше ние пород с использованием потенциальной энергии напряжен ного состояния массива: гидроудар, вакуумный взрыв и др.;

• повсеместное применение гидровзрывания и ВВ, создающих в призабойном пространстве выработки предохранительную среду за счет использования в их составе эффективных химически ак тивных ингибиторов реакции окисления метана кислородом воз духа, создание унифицированных заслонов и взрывозащиты вы работанного пространства;

Рис. 2. Перспективные направления гидровзрывания • применение экологически безопасных ВВ и средств их иниции рования и способов взрывания;

• применение длинношпурового и даже скважинного метода взрывных работ при проведении горных выработок;

• применение накладных зарядов в водяной оболочке для разру шения зданий и сооружений.

Учитывая вышеизложенное становится ясно, что сочетание высокопредохранительных ВВ, безкапсюльной системы линейного инициирования заряда в условиях гидровзрывания вырисовывают общие контуры взрывной технологии разрушения горных пород в будущем. Для успешной реализации данной концепции взрывной технологии будущего необходимо:

• разработать жидкие предохранительные водоустойчивые ВВ с небольшим критическим диаметром;

• создать тяжелые, устойчивые эмульсии этих ВВ с водой либо с активными водными растворами из ПАВ и солей ингибиторов, в т.ч. активных солей для рекомбинации атомов кислорода;

• разработать автономные технические средства для нагнетания (подачи) в шпуры (скважины) активных водяных растворов и эмульсионных ВВ и удержания их в горном массиве;

• экспериментально подтвердить надежность процесса детонации жидких и эмульсионных ВВ в массиве горных пород при гидро взрывании;

• разработать предохранительный линейный инициатор шпуровых зарядов ВВ и технологию его введения в шпуры (скважины);

• создать рациональную для шпурового метода взрывных работ конструкцию сплошного заряда ВВ;

• разработать параметры способа разрушения инженерных конст рукций накладными зарядами в водяной оболочке и устройство для его реализации;

• упростить нормативные правила на проведение взрывных работ.

УДК 622.257. Должиков П.Н., д.т.н., проф., Смородин Г.М., к.т.н.

(АФГТ ВНУ им. В.Даля) ПРИЧИНЫ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ В ШАХТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ, ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ И ЛИКВИДАЦИЯ В многолетней практике шахтного строительства в Донбассе известны многочисленные сложные и аварийные ситуации, обу словленные прежде всего горно-геологическими и гидрогеологиче скими условиями сооружения горных выработок. Наиболее часто такие ситуации определяются геомеханическими и гидрогеологи ческими факторами, а также их совместным проявлением.

Основными геомеханическими факторами, осложняющими сооружение горных выработок, являются:

- плывунные свойства несвязных водонасыщенных покровных отложений – песков, супесей, в отдельных случаях глин;

- слабая устойчивость и обрушение несвязных покровных от ложений при проходке выработок;

- суффозионные явления, сопровождающие водопроявления из покровных отложений в выработку и вызывающие снижение прочностных свойств и несущей способности массива;

- высокая раздробленность и обводненность коренных пород на контакте с покровными отложениями, особенно при значитель ной мощности последних;

- развитие послойной трещиноватости и плоскостей скольже ния в коренных породах (особенно аргиллита) как следствие интен сивных складчатых деформаций и крутого падения, чем обусловле но обрушение боковых пород в выработку.

В числе основных гидрогеологисеских факторов необходимо отме тить следующие:

- наличие в разрезе горной выработки многочисленных водо носных горизонтов пластового типа, обладающих весьма неравно мерной водообильностью;

- развитие высокой и, как правило, неравномерной открытой трещиноватости горных пород (песчаников и известняков), опреде ляющей водопроводящие свойства пород;

- пересекаемые горной выработкой тектонические разрывы открытого типа (чаще сбросы и сбросо-сдвиги) и генетически свя занные с ними зоны дробления и интенсивной трещиноватости по род всех литологических типов, являющиеся крутопадающими во доносными зонами со значительными статическими и динамиче скими запасами подземных вод и кроме того обеспечивающие гид равлическую связь между водоносными горизонтами угленосной толщи, а в отдельных случаях и покровных отложений;

- присутствие в отдельных геологических структурах с низкой степенью литификации пород, включающих угольные пласты с маркой углей Д, Г, Ж, в разрезе угленосной толщи пачек или про слоев песчаников с поровым или порово-трещинным типами кол лектора;

- развитие в пачках трещиноватых известняков значительной мощности, залегающих на малых глубинах выше базиса разгрузки подземных вод, процессов каверно- и карстообразования.

В таком многообразии горно-геологических условий преду преждение и ликвидация сложных ситуаций представляют собой сложные инженерные задачи. В этом плане наиболее эффективным является комплексный метод тампонажа, позволяющий осуществ лять всестороннюю оценку конкретных ситуаций и выполнять ра боты в весьма широком спектре условий как с поверхности земли, так и непосредственно из горных выработок при их строительстве и эксплуатации[1].



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.