Пологие угольные пласты — испытания материалов на деформационные свойства

Внедрение: 2016 г.

Применение измерительной системы LTR в установке для исследования свойств деформации материалов мы встречаем в кандидатской диссертации [1], посвящённой вопросам технологии добычи угля при разработке пологих угольных пластов. Для защиты почвы около угольного пласта от пучения требовалось разработать научно обоснованные количественные рекомендации по созданию защитных зон (компенсационных полостей) при разработке угольного пласта, минимизирующие потери полезного ископаемого и обеспечивающие достаточную защиту от обрушения породы.

Для решения этой задачи было применено моделирование угольного пласта на основе метода эквивалентных материалов (ЭМ). При разработке рецептуры изготовления ЭМ анализировались материалы с наполнителем из кварцевого песка с разной дисперсностью. Для подбора прочностных свойств ЭМ было испытано 75 образцов с различным содержанием наполнителя и связующего (рисунки 1 и 2). 

Рисунок 1. Образцы ЭМ с различными свойствами прочностных и деформационных свойств.

Проведена модернизация установки УТС-1 для исследования прочностных и деформационных свойств (рисунок 2). Установлены асинхронные двигатели 1 и 2 мощностью 270 и 600 Вт соответственно, тензобалка 3, предназначенная для слежения за прикладываемой нагрузкой, пригрузочная балка 4, опорные плиты 5, блок управления асинхронными двигателями 6. Установка рассчитана на максимальную прикладываемую нагрузку 4 т. Тензобалка – это два тензорезистора, соединенные по полумостовой схеме и подключенные к тензоизмерительному АЦП LTR212. Изготовлена скользящая опалубка.

Рисунок 2. Внешний вид установки УТС-1 после модернизации.

Важнейшая информация была получена с помощью датчиков напряжений типа МДГ-3, устанавливаемых непосредственно в толще модели. Датчик предназначен для определения статических и динамических напряжений, в мелкодисперсных материалах с модулем упругости до 1000 МПа и с напряжениями 0,0005 до 1,5 МПа. Частотный диапазон датчиков – от 0 до 5 кГц. Диаметр микродинамометра – 15 мм, толщина – 1,5 мм (рисунок 3).

Рисунок 3. Датчик напряжения типа МГД-3.

Для измерений применялся крейт LTR-EU-16 с тезноизмерительными модулями LTR212 (до 16 шт.) и модулями регистрации широкополосных сигналов LTR22 (2 шт.) и программным обеспечением для регистрации и визуализации ACTest Pro.

Для решения поставленной задачи было изготовлено 4 модели (рисунок 4) с одинаковыми свойствами ЭМ, изменялся только один параметр – мощность угольного пласта (рисунок 5). Масштаб моделирования 1:50. Высота выработки 3 м, ширина 5 м, для всех моделей постоянна. В непосредственной почве было установлено 8 датчиков МГД-3. Расстояние от крайних датчиков до борта выработки при ширине 5 м составляет 3 см, что в натуре соответствует 1,5 м, между датчиками 1,5 м.

Рисунок 4. Лицевая и тыльная сторона модели.

Рисунок 5. Модель при мощности угольного пласта 2 м (слева) и 5 м (справа).

Некоторые важные результаты исследования:

• Разработана численная геомеханическая модель, позволяющая определять размеры охранного и поддерживающего целика для способа охраны подготовительной выработки с помощью компенсационной полости. Установлено, что для горно-геологических условий залегания пласта 70 шахты «Талдинская-Западная - 2» ширина поддерживающего целика составит 5 м, охранного - 20 м.
• Усовершенствована методика моделирования на эквивалентных материалах за счет применения современного оборудования, позволяющая улучшить качество изготовления моделей, производить измерения в режиме реального времени без потери данных, повысить качество полученных результатов, автоматизировать обработку полученных результатов.
• Разработана методика расчета параметров анкерной крепи подготовительной выработки с учетом влияния мощного угольного пласта и проведения компенсационной полости для горно-геологических условий залегания пласта 70 шахты «Талдинская-Западная - 2» АО «СУЭК-Кузбасс».

Источник:
Кузьмин С.В. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук «Разработка способа охраны подготовительных выработок с помощью компенсационных полостей при отработке мощных пологих угольных пластов». - СПб. - 2016. - С. 154.

Разработчик: Кузьмин Сергей Владимирович (ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»)