Experimental studies of the seam openings competence in different methods of protection under pitch and steep coal seams development

Abstract

Purpose. Investigation of the seam openings competence in different methods of protection in complex mining and geological conditions of pitch and steep coal seams development of Donbas. Methods. To achieve this purpose, the research uses a complex approach, including analysis and generalization of the openings protection experience, studying the static field of stress distribution in a coal-rock mass on cloudy crystal ball model, a mine experiment to study the haulage gate hardness and the experimental data. Findings. When studying the wall-rock displacements on the haulage gate contour, it was recorded that in the case of yieldable protective facilities usage for seam openings, the roof and foot convergence of the coal bed mining as the productive workings advance is observed until the complete protective facilities compression, and in the zone of steady rock pressure is damped. In the case of coal pillars usage for roadway protection, after the destruction their hardness varies in a linear fashion, which contributes to a significant deterioration in the haulage gate stability behind the face. The use of a goaf stowing for the seam opening protection, from the point of view of stresses distribution in the coal-rock mass, ensures a gentle deflection of the wall-rocks behind the face by increasing the area of the subside strata actual contact with the filling mass, when compared with the roadway protection with the coal pillars. Originality. The effectiveness of the applied method for the seam openings protection is proposed to be evaluated according to the change in the stability of the haulage gate, but taking into account the hardness of the protective facilities. The hardness of protective facilities reflects their ability to resist deformation when the delaminated rock strata is displaced and depends on the value of the external force, the time factor, and the geological conditions of the developed coal seam. Practical implications. The use of a goaf stowing, as a method for controlling the roof or for wide yielding seats located above the roadway, will allow the haulage gates operational condition to be operational and increase the safety of work while maintaining the workings.

Мета. Дослідження стійкості пластових підготовчих виробок при різних способах охорони у складних гірничо-геологічних умовах розробки похилих і крутих вугільних пластів Донбасу. Методика. Для досягнення поставленої мети в дослідженнях використовується комплексний підхід, що включає аналіз і узагальнення досвіду охорони підготовчих виробок, вивчення статичного поля розподілу напружень у вуглепородному масиві на оптичних моделях, шахтний експеримент із вивчення стійкості відкаточних штреків та обробку експериментальних даних. Результати. При вивченні зсувів бічних порід на контурі відкаточного штреку зафіксовано, що в разі використання для охорони пластових підготовчих виробок піддатливих охоронних споруд, конвергенція покрівлі й підошви вугільного пласта, який розробляється, в міру посування очисного забою спостерігається до повного стиснення охоронної споруди, а в зоні сталого гірського тиску практично згасає. У разі використання для охорони штреків ціликів вугілля після руйнування їх жорсткість змінюється за лінійним законом, що сприяє значному погіршенню стійкості відкаточного штреку позаду очисного вибою. Застосування закладання виробленого простору для охорони пластових підготовчих виробок, з точки зору розподілу напружень у вуглепородному масиві, забезпечує плавний прогин бічних порід позаду очисного вибою за рахунок збільшення площі фактичного притискання товщі, що опускається, до закладного масиву, при порівнянні з охороною штреків ціликами вугілля. Наукова новизна. Ефективність застосовуваного способу охорони пластових підготовчих виробок пропонується оцінювати за зміною стійкості відкаточного штреку, але з урахуванням жорсткості охоронних споруд. Жорсткість охоронних споруд відображає їх здатність чинити опір деформації при зрушенні розшарованної породної товщі й залежить від значення зовнішньої сили, фактору часу та гірничо-геологічних умов розроблюваного вугільного пласта. Практична значимість. Застосування закладання виробленого простору, як способу управління покрівлею або широких піддатливих опор, розташованих над штреком, дозволить забезпечити експлуатаційний стан відкаточних штреків і підвищити безпеку робіт при підтриманні підготовчих виробок.

Цель. Исследование устойчивости пластовых подготовительных выработок при различных способах охраны в сложных горно-геологических условиях разработки наклонных и крутых угольных пластов Донбасса. Методика. Для достижения поставленной цели в исследованиях используется комплексный подход, включающий анализ и обобщение опыта охраны подготовительных выработок, изучение статического поля распределения напряжений в углепородном массиве на оптических моделях, шахтный эксперимент по изучению устойчивости откаточных штреков и обработку экспериментальных данных. Результаты. При изучении смещений боковых пород на контуре откаточного штрека зафиксировано, что в случае использования для охраны пластовых подготовительных выработок податливых охранных сооружений, конвергенция кровли и почвы разрабатываемого угольного пласта по мере подвигания очистного забоя наблюдается до полного сжатия охранного сооружения, а в зоне установившегося горного давления практически затухает. В случае использования для охраны штреков целиков угля после разрушения их жесткость изменяется по линейному закону, что способствует значительному ухудшению устойчивости откаточного штрека позади очистного забоя. Применение закладки выработанного пространства для охраны пластовых подготовительных выработок, с точки зрения распределения напряжений в углепородном массиве, обеспечивает плавный прогиб боковых пород позади очистного забоя за счет увеличения площади фактического касания опускающейся толщи с закладочным массивом, при сравнении с охраной штреков целиками угля. Научная новизна. Эффективность применяемого способа охраны пластовых подготовительных выработок предлагается оценивать по изменению устойчивости откаточного штрека, но с учетом жесткости охранных сооружений. Жесткость охранных сооружений отражает их способность сопротивляться деформации при сдвижении расслоившейся породной толщи и зависит от значения внешней силы, фактора времени и горно-геологических условий разрабатываемого угольного пласта. Практическая значимость. Применение закладки выработанного пространства, как способа управления кровлей или широких податливых опор, расположенных над штреком, позволит обеспечить эксплуатационное состояние откаточных штреков и повысить безопасность работ при поддержании подготовительных выработок.