Геомеханічне обґрунтування параметрів комбінованого кріплення і способу охорони виробок, що використовують повторно в складних гірничо-геологічних умовах.

Abstract

Метою роботи є обґрунтування раціональних параметрів геомеханічної сис- теми «масив-виробка-охоронна конструкція», при яких можливо економічно ефе- ктивне повторне використання виробок в складних гірничо-геологічних умовах. Вперше для складних умов ШУ «Південнодонбаське №1» встановлено закономірності деформування масиву порід навколо підготовчих виробок в ча- сі, що дозволило обґрунтувати параметри їх кріплення і охоронних конструкцій для можливості повторного використання. Запропонований показник ремонтування Р П , що визначає ступінь склад- ності підтримання виробки і є новим комплексним критерієм геомеханічної і економічної доцільності систем забезпечення стійкості виробок. Встановлені закономірності зміни об’ємного розпушення масиву порід навколо виробки в умовах великих зміщень породного контуру Виконаний комплекс чисельних досліджень, що дозволило визначити па- раметри комбінованого кріплення і охоронної конструкції для забезпечення стійкості виробки на всіх етапах її експлуатації.

Целью исследований, выполненных в диссертации, является обоснование рациональных параметров геомеханической системы «массив-выработка- охранная конструкция», при которых возможно экономически эффективное по- вторное использование выработок при столбовой системе отработки угля в сложных горно-геологических условиях. Впервые для сложных условий ШУ «Южнодонбасское №1» установлены закономерности деформирования массива пород вокруг подготовительных вы- работок во времени вне и в зоне влияния очистных работ, что позволило обос- новать параметры их крепи и охранных конструкций для возможности повтор- ного использования. Разработана новая численная модель геомеханической системы «массив- подготовительная выработка-охранная конструкция» с элементами комбиниро- ванной крепи и охранной конструкции, что позволило определить рациональ- ные параметры системы «крепь-массив» для обеспечения устойчивости выра- ботки на всех этапах ее эксплуатации. Предложен показатель ремонтируемости Р П , который определяет степень сложности поддержания выработки во время ее эксплуатации и является, по сути, новым комплексным критерием геомеханической и экономической целе- сообразности систем обеспечения устойчивости выработок (повторного ис- пользования, в частности) с учетом стоимости крепи, материалов, работ и обо- рудования для ее крепления и ремонта. Установлены закономерности изменения объемного разрыхления массива пород вокруг выработки в условиях больших смещений породного контура. Показано, что устойчивость подготовительной выработки в слабых породах оп- ределяется величиной смещений породного контура, зависит от коэффициента объемного разрыхления приконтурного массива, величина которого для пород кровли в 1,15 раза больше, чем для пород почвы, возрастает по мере удаления от забоя по логарифмической зависимости, а установка анкеров в забое выра- ботки по ее периметру с плотностью не менее 1,3 анк./м 2 , закономерно снижает степень разрыхления и уменьшает смещения как по контуру выработки, так и в почве. Установлено, что ограничение смещений пород в почве до величины не требующей подрывки достигается уже при 10 анкерах. При этом сечение выра- ботки составляет не менее S СВ = 10,0 м 2 . Это позволяет обеспечить достаточное для нормальной работы сечение выработки до подхода лавы без проведения подрывки пород почвы. Показано, что на улучшение состояния выемочной выработки, в бóльшей степени влияет увеличение ширины охранной полосы с 1,0 до 2,0 м. Дальнейшее увеличение ширины не оказывает существенного влияния, однако резко увели- чивает трудоемкость ее возведения и стоимость. Установлено, что по степени эффективности в плане увеличения полезной площади сечения выработки, полоса Tekhard шириной 1…1,25 м равноценна на- катной полосе из шпального бруса шириной 1,5…2,0 м. Увеличение ширины охранной полосы и количества канатных анкеров, установленных до подхода лавы, приводит к росту над охранной конструкцией зоны не разрушенных пород. Это снижает смещения контура, увеличивает по- лезную площадь сечения выработки, а также уменьшает степень несимметрии нагрузки на рамную крепь. Расчетный экономический эффект от внедрения предложенных решений составил 786 грн./м повторно используемой выработки.

The objective of the work is to justify the rational parameters of the geome- chanical system “rock mass – working – protective construction” that allows econom- ically efficient reuse of mine workings in complex mining-geological conditions. For the first time, the patterns of deformation of the rock mass around the de- velopment workings in time for the complex conditions of the mine “Yuzhnodon- basskaya No 1” have been established, that allowed justify parameters of mine sup- port and protective structures for reuse purposes. The index of repair ability R I is proposed, which determines the degree of complexity for maintaining of mine working and represents a new comprehensive criterion of geomechanical and economic feasibility for the systems of ensuring sta- bility of workings. The regularities of the change of volumetric loosening of the rock mass around the working in the conditions of large displacements of rock contour are established. A complex of numerical studies, which allowed determine parameters of the combined support and protective construction to ensure stability of mine workings at all stages of its operation, was carried out.