Інтенсифікація гірничих робіт при сумісному відпрацюванні вугільних пластів з урахуванням зон знеміцнення міжпластя

Abstract

Захищаються нові закономірності розвитку аномалій гірського тиску і областей порушення цілісності порід міжпластя при сумісному відпрацюванні пластів у нисхідному порядку для умов слабометаморфізованих порід вугленос- ної товщі, а також вперше виявлено тенденції впливу основних геомеханічних факторів на ступінь стійкості міжпластя і ймовірність появи небезпечних зон в період відпрацювання виїмкового стовпа по нижньому пласту. Ці результати отримані на основі створення комплексної методики прове- дення різноманітних обчислювальних експериментів, новизна якої полягає у послідовному відображенні структурних перетворень порід міжпластя в процесі відпрацювання пластів. Аналіз масиву даних розрахунків НДС дозволив вперше встановити явище активізації зростання розмірів зон аномалій гірського тиску і їх зв’язок з основними геомеханічними факторами в процесі виймання нижнього пласта. Доведено, що при інших рівних умовах вплив тільки типу структури, потужності і координат залягання різноміцних літотипів за висотою міжпластя може призвести до втрати його стійкості. Крім зазначених вище до найбільш впливових геомеханічних параметрів віднесені також глибина розробки і міцності літотипів, що складають міжпластя. Обґрунтовано критерії та алгоритм визначення меж зон порушення ціліснос- ті порід міжпластя; виявлено неоднозначність зв’язку їх розмірів з основними гео- механічними факторами. На досить стабільні тенденції впливу глибини розробки, потужності міжпластя і міцності його літотипів накладається «стохастичний» вплив потужності і координат розміщення найбільш міцної породи – пісковика. Дана неоднозначність не дозволила безпосередньо встановити кореляційні співвідношення взаємозв’язку параметрів, замість яких побудовані сімейства графічних залежностей, що забезпечують оперативне визначення висоти (глибини) поширення порушень в покрівлі нижнього і підошві верхнього пластів. Виявлено найбільш небезпечні зони (за довжиною та шириною виймального стовпа) з точки зору втрати стійкості міжпластя, а розроблені критерії та алгоритм комплексної оцінки стійкості лягли в основу нової методики прогнозу небезпечних зон, яка дає можливість оперативно виявити проблемні ділянки і завчасно розробити заходи щодо безпечного та високопродуктивного сумісного відпрацювання пластів у нисхідному порядку. Адекватність та достовірність прогнозної оцінки стійкості міжпластя підтверджено шахтними індустріальними спостереженнями, виконаними за оригінальною методикою в очисному вибої 914 лави і 914 збірного штреку пласта 9 С шахти «Західно-Донбаська» ПрАТ «ДТЕК Павлоградвугілля».

Защищаются новые закономерности развития аномалий горного давления и областей нарушения целостности пород междупластья при совместной отработке пластов в нисходящем порядке для условий слабометаморфизированных пород угленосной толщи, а также впервые выявленные тенденции влияния основных геомеханических факторов на степень устойчивости междупластья и вероятность появления опасных зон в период отработки выемочного столба по нижележащему пласту. Для решения задачи впервые систематизированы структуры пород междупластья при совместной и нисходящей отработке угольных пластов Западного Донбасса, позволяющие выделить пять наиболее характерных структур, которые ложатся в основу расчетов методом конечных элементов аномальных зон проявления горного давления и последующей оценки устойчивости междупластья. Эти результаты получены на основе создания комплексной методики проведения многовариантных вычислительных экспериментов, новизна которой состоит в последовательном отражении структурных преобразований пород междупластья в процессе отработки пластов. Анализ массива данных расчетов НДС позволил впервые установить явление активизации роста размеров зон аномалий горного давления и их связь с основными геомеханическими факторами в процессе выемки нижележащего пласта. Доказано, что при прочих равных условиях влияние только типа структуры, мощности и координат залегания разнопрочных литотипов по высоте междупластья может привести к потере его устойчивости. Помимо отмеченных выше к наиболее влияющим геомеханическим параметрам отнесены также глубина разработки и прочностные характеристики литотипов, слагающих междупластье. Обоснованы критерии и алгоритм определения границ областей нарушения целостности пород междупластья; выявлена неоднозначность связи их размеров с основными геомеханическими факторами. На достаточно стабильные тенденции влияния глубины разработки, мощности междупластья и прочностных характеристик его литотипов накладывается «стохастическое» воздействие мощности и координат размещения наиболее прочной породы – песчаника. Данная неоднозначность не позволила напрямую установить корреляционные соотношения взаимосвязи параметров, взамен которых построены семейства графических зависимостей, обеспечивающих оперативное определение высоты (глубины) распространения нарушений в кровле нижележащего и почве вышележащего пластов. Выявлены наиболее опасные зоны (по длине и ширине выемочного столба) с точки зрения потери устойчивости междупластья, а разработанные критерии и алгоритм комплексной оценки устойчивости легли в основу новой методики про- гноза опасных зон, которая дает возможность оперативно выявить проблемные участки и заблаговременно разработать мероприятия по безопасной и высокопроизводительной совместной отработке пластов в нисходящем порядке. Адекватность и достоверность прогнозной оценки устойчивости междупластья подтверждена шахтными индустриальными наблюдениями, выполненными по оригинальной методике в очистном забое 914 лавы и 914 сборном штреке пласта 9 С шахты «Западно-Донбасская» ЧАО «ДТЭК Павлоградуголь». Шахтные исследования подтверждают положения методики прогноза устойчивости междупластий для использования в технической документации совместной отработки пластов в нисходящем порядке. Фактический экономический эффект от реализации результатов исследований на шахте «Западно-Донбасская» составляет 7,25 млн грн (за 6 мес.), а ожидаемый по ЧАО «ДТЭК Павлоградуголь» – 110 млн грн.

New regularities of the development anomalies of rock pressure and the areas of rock disintegration while combined and downward coal seams mining for the condi- tions of slightly metamorphized coal-bearing strata, as well as new-onset tendencies of the influence of the basic geomechanical factors on the degree of the interlayer stability and the probability of dangerous zones occurrence during panel extraction through underlying seam, are defended. These results were obtained on the basis of the creation of a complex methodol- ogy for carrying out multivariate computational experiments, the novelty of which is the consistent reflection of structural transformations of the interlayer in the process of working out the seams. An analysis of the data array of SSS calculations made it possible to establish for the first time the phenomenon of activation of the growth in the sizes of the zones of the anomalies of the rock pressure and their connection with the main geomechanical factors in the process of underlying seam mining. It is proved that, under other equal conditions, the influence of only the type of structure, thickness and occurrence coordinates of different-strength lithotypes on the height of the interlayer can lead to a loss of its stability. In addition to those mentioned above, the depth of development and the strength characteristics of the lithotypes composing the interlayer are also attributed to the most influential geomechanical parameters. The criteria and algorithm for determining the boundaries of the areas of interlayer rock disintegration are substantiated; the ambiguity of the relationship between their size and the main geomechanical factors has been revealed. The “stochastic” influence of the thickness and coordinates of the location of the hardesest rock – sandstone, is superimposed on fairly stable trends in the influence of the depth of development, the interlayer thickness and the strength characteristics of its lithotypes. This ambiguity didn`t allow us to directly establish correlation relationships between the parameters, in return for which families of graphical dependencies were constructed that provide an operative determination of the height (depth) of the disturbances in the roof of the underlying and floor of the overlying strata. The most dangerous zones (along the length and width of the extraction panel) have been identified from the point of view of the loss of stability of interlayer. The de- veloped criteria and the algorithm for integrated stability assessment formed the basis for a new method for predicting dangerous zones, which makes it possible to quickly identify problem areas and preliminary to develop measures for safe and high- performance of combined seams development in downward order. The adequacy and reliability of the predictive assessment of the interlayer stability are confirmed by min- ing industrial observations which were carried out in accordance with the original methodology in the 914 longwall face and the 914 conveyor drift “Zakhidno-Donbaska” mine PJSC “DTEK Pavlohradvuhillia”.