Обґрунтування параметрів способу забезпечення стійкості магістральних виробок в умовах вугільних шахт Західного Донбасу

Abstract

Дисертація присвячена встановленню закономірностей взаємодії металево-го кріплення капітальних виробок шахт Західного Донбасу з породним масивом в умовах нерівномірності завантаження та обґрунтуванню параметрів способу підвищення їх стійкості. Отримані степеневі залежності між показником умов розробки θ і параме-тром оцінки стану виробок, що дозволяє прогнозувати обсяги ремонтів і витра-ти на підтримання. Доведено, що в однакових гірничо-геологічних умовах при подібних розмі-рах поперечних перерізів виробок розмір зони непружних деформацій приблизно однаковий, що дозволяє спростити чисельні моделі. Виконані чисельні експери-менти з оцінки впливу коефіцієнта бокового розпору на основні геомеханічні па-раметри приконтурного масиву, що дозволило довести істотність його впливу на стійкість гірничих виробок. Виконана оцінка впливу нерівномірності зовнішнього завантаження металевого кріплення та визначено, що 6 точок розклинювання є достатнім для вирівнювання епюри згинальних моментів у рамі та підвищення ефективності її роботи. Виконана натурна перевірка запропонованих технічних рішень. Відхилення від теоретичних результатів не перевищує 24%. Очікуваний економічний ефект від впровадження результатів склав 370 грн. на 1 м виробки.Диссертация посвящена установлению закономерностей взаимодействия металлической крепи капитальных выработок угольных шахт Западного Дон-басса с породным массивом в условиях неравномерности загружения и обосно-вании на этой основе параметров способа повышения их устойчивости. Идея работы заключается в учете особенностей напряженно-деформированного состояния вмещающей выработку неоднородной породной среды при формировании нагрузки на крепь протяженных выработок. Объектом исследования являются геомеханические процессы, развиваю-щиеся вокруг горной выработки. Предмет исследований – напряженно-деформированное состояние неодно-родного приконтурного породного массива в окрестности капитальной протя-женной выработки. Впервые на основе результатов комплексного обследования протяженных выработок Западного Донбасса, в том числе с использованием методики экс-пертной оценки, получены зависимости в виде степенных функций между по-казателем условий разработки θ и параметром оценки состояния выработок, что позволяет прогнозировать объемы выработок, требующих ремонта и затраты на их поддержание. Решением задачи о влиянии формы поперечного сечения капитальных горных выработок на размеры зоны неупругих деформаций доказано, что в одинаковых горно-геологических условиях при сходных размерах поперечных сечений размер зоны неупругих деформаций примерно одинаков. Установлено также, что замена в ходе численного моделирования слоистой среды на усред-ненную однородную при отличии прочностных и деформационных характери-стик слоев в 1,5-2 раза приводит к ошибке, составляющей 25-30%. Это позволя-ет обоснованно применять упрощенные таким образом численные модели при решении геомеханических задач. Выполнены численные эксперименты по оценке влияния коэффициента бокового распора на основе геомеханических параметров приконтурного мас-сива, что позволило доказать существенное его влияние на характер проявления горного давления и устойчивость горных выработок. Впервые для рассматриваемых горно-геологических условий примени-тельно к численному моделированию выполнена количественная оценка горно-технических факторов, негативно влияющих на устойчивость протяженных вы-работок, что позволило применить 3D-дискретную численную модель для оценки основных параметров их геомеханического состояния на различных этапах эксплуатации выработок. Для рассмотренных условий проведения оди-ночной капитальной выработки (Северный конвейерный уклон шахты им. Ге-роев космоса) при определении нагрузки на крепь и величины ее податливости необходимо, в первом приближении, в зависимости от геомеханической ситуа-ции вводить следующие поправочные коэффициенты: а) при надработке – k1=0,75; б) при подработке – k2=1,23; в) при подработке и пересечении геологи-ческого нарушения – k3=1,5; г) при подработке и надработке – k4=1,26. Выполнена оценка влияния несимметрии внешнего загружения металличе-ской арочной крепи и установлено, что шесть точек расклинки является доста-точным для выравнивания эпюры изгибающих моментов и в раме крепи и по-вышения эффективности ее работы. В условиях шахт «Степная» и им. Героев космоса выполнена проверка предложенных инженерных решений. Отклонение от теоретических результа-тов не превышает 24%. Внедрение результатов исследований было выполнено в северном конвейерном уклоне пласта С10в, гор. 370 м шахты им. Героев космоса ПСП «ШУ им. Героев космоса» ПАО «ДТЭК ПАВЛОГРАДУГОЛЬ» с положи-тельным экономическим эффектом в размере 370 грн. на 1 м выработки.The thesis deals with determination of regularities of interaction between metal sup-port of permanent workings of Western Donbas mines and rock mass in terms of load imbalance as well as substantiation of the parameters of technique improving their sta-bility. Functional and exponential dependences between ratio of mining conditions θ and the parameter estimating conditions of mine workings have been obtained; it allows forecasting maintenance-and-repair costs. It has been proved that under similar mining and geological conditions and cross-sections of mine workings areas of non-elastic deformations are almost analogous which makes it possible to simplify numerical models. Numerical experiments to determine ra-tio of horizontal stress on basic geomechanical parameters of border mass have been car-ried out. That helped prove the importance of its effect on the stability of mine workings. Effect of external load on metal support unsymmetry has been estimated; it has been de-termined that six wedging points are quite sufficient to level curves of bending moments within a frame and to improve its efficiency. The proposed technical solutions have been tested under mining conditions. Devia-tion from theoretical results is not more than 24%. The expected economic efficiency is UAH 370 per a meter.