Обґрунтування способу підвищення стійкості капітальних виробок в умовах великих зміщень породного контуру

Abstract

У дисертації вирішена актуальна науково-технічна задача з підвищення стійкості капітальних виробок вугільних шахт Центрального Донбасу. Виконаний аналіз витрат, пов'язаних з підтримкою гірничих виробок. Організовані та проведені комплексні шахтні; лабораторні та аналітичні дослідження напружено-деформованого стану приконтурного масиву порід при різному розміщенні гірничотехнічних об’єктів відносно пласта вугілля і міцних порід, а також при використанні різних способів забезпечення стійкості виробки. Розроблені розрахункові схеми та алгоритм чисельного моделювання геомеханічних процесів, що протікають в межах виробки, траса якої пересікає розривні геологічні порушення. Закономірності, отримані в результаті досліджень використані для розробки рекомендацій із забезпечення стійкості протяжних капітальних виробок для гірничо-геологічних та гірничотехнічних умов ПАТ «Шахтоуправління «Покровське».

В диссертации решена актуальная научно-техническая задача повышения устойчивости протяженных капитальных выработок шахт Центрального Донбасса. Выполнен анализ и обобщение литературных источников и производственного опыта применительно к вопросам обеспечения устойчивости капитальных выработок в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях. Установлено, что затраты поддержание выработок в эксплуатационном состоянии в соответствии с правилами безопасности обусловлены рядом факторов, среди которых наиболее существенным является несоответствие существующих конструкций крепи условиям их применения вследствие недостаточного учета геомеханических особенностей вмещающего породного массива. Отмечено, что обеспечение устойчивости капитальных выработок, возможно за счет использования комплекса технических средств охраны и безремонтного поддержания магистральных выработок угольных шахт на основании закономерностей проявлений горного давления в условиях неустойчивых пород. Организованы и проведены комплексные шахтные, лабораторные и аналитические исследования закономерностей деформирования породного массива в районе протяженных выработок находящихся в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях больших глубин, при значительных деформациях породного контура. Для более полного отображения реальной геотехнической ситуации при проведении и поддержании протяженных выработок, предложен комплексный показатель устойчивости применительно к интенсивному пучению пород почвы, который характеризует в интегральном смысле состояние выработки в целом, как по текущему состоянию элементов крепи, так и по состоянию пород почвы. Проанализированы показания с замерных пунктов, включающих контурные и глубинные реперные станции, что позволило получить зависимости относительных смещений контура выработки от времени ее проведения в контрольных сечениях в диапазоне глубин 710…880 м для горно-геологических условий ПАТ «ШУ «Покровское». С помощью моделирования на эквивалентных материалах проведены лабораторные исследования деформирования породного массива в окрестности вы-работки, трасса которой пересекает мелкоамплитудное геологическое нарушение типа «сброс». Разработаны расчетные схемы и алгоритм численного моделирования геомеханических процессов протекающих в окрестности выработки, трасса которой пересекает разрывные геологические нарушения при различных способах обеспечения ее устойчивости. На основании проведенных исследований для условий ПАТ «ШУ «Покровское» получены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния приконтурного массива пород при различном расположении горнотехнических объектов относительно угольного пласта и крепких пород, а также при использовании различных способов обеспечения устойчивости выработки, с учетом структурных особенностей вмещающего породного массива. На базе крепи типа АНТ и двуслойной монолитной крепи ДонУГИ разработан ряд конструктивных решений комбинированной технологически-податливой крепи для сложных горно-геологических условий шахт Центрального Донбасса, которые заключаются в обеспечении равномерного распределения нагрузки на крепь, изоляции породного контура и частичном управлении процессами, протекающими в окрестности выработки путем варьирования прочностных характеристик и толщины демпферного слоя и породонесущей оболочки. Расчетный экономический эффект от применения технологически-податливой комбинированной крепи в горно-геологических и горнотехнических условиях схожих с условиями ПАТ «ШУ «Покровское» составляет поряд-ка 1300 грн/м. и достигается за счет уменьшения прямых расходов на поддержание выработки в эксплуатационном состоянии.

In the thesis an actual scientific and technical problem of improving the stability of capital workings for Central Donbas coal mines is solved. The analysis of the costs associated with maintaining mine workings is made. Full-scale, laboratory and analytical studies of the stress-strain state of rock mass at different placement of objects in relation to mining coal seam and hard rocks, as well as at the using different ways of workings’ sustainability providing. Design schemes and algorithm for the numerical modeling of geomechanical processes that occur within the working, which crosses the geological dislocation, are developed. Regularities obtained as a result of the study researches were used to develop recommendations on providing of main workings stability for geological and geomechanical conditions of the Public stock company "Shahtoupravlenie “Pokrovskoe”".