Обґрунтування параметрів кріпильної системи виробок, що повторно використовуються, при розробці вугільних пластів

Abstract

Захищаються нові виявлені закономірності управління навантаженням елементів кріпильної системи шляхом оптимізації деформаційно-силових параметрів бокових анкерів у зоні стабілізації проявів гірського тиску позаду лави в шаруватому масиві слабких порід для створення ресурсозберігаючих умов повторного використання виїмкових виробок. Розроблено механізм навантаження кріпильної системи позаду очисного вибою з деталізацією формування у виїмкових виробках зон граничної рівноваги, що відрізняються різновеликими ділянками знеміцнених порід у боках виробки як по висоті, так і по ширині різних її бортів, а також будучи інтегральним показником напружено-деформованого стану системи «масив – виїмкова виробка» від прохідницького вибою до зони стабілізації проявів гірського тиску позаду лави. Обґрунтовано багатопараметричну просторову модель процесів зрушення надвугільної товщі на сполученні лави з виїмковою виробкою, що містить: ділянку попереду очисного вибою, ділянку виробленого простору позаду лави з зонами безладного обвалення, шарнірно-блокового зру 17 шення і плавного прогину шарів без порушення суцільності й ділянку недоторканого масиву з боку суміжного виїмкового стовпа, а також враховує структуру й властивості прилеглих породних шарів вуглевміщуючої товщі Західного Донбасу. Розроблено алгоритм поетапного проведення багатопараметричного обчислювального експерименту МСЕ з розрахунку НДС: неоднорідного тонкошаруватого масиву слабких порід з урахуванням його структури, властивостей, глибини розробки й елементів кріпильної системи за повною діаграмою деформування їх матеріалу. Комплекс багатоваріантних розрахунків НДС кріпильної системи виїмкових виробок у різних гірничо-геологічних умовах Західного Донбасу виявив ступінь доцільності застосування кожного вантажонесучого елемента з набором рекомендацій і розрахункових виразів щодо вибору їх раціональних параметрів. Одержано розрахункові вирази, що повністю визначають необхідні параметри: координати встановлення анкерів і їх кут нахилу, довжина анкерів і діаметр несучого стрижня. Також обґрунтована межа областей доцільного застосування бокових сталеполімерних і канатних анкерів. Розроблено й затверджено «Методику розрахунку кріпильної системи виїмкових виробок шахт Західного Донбасу». Сумарний фактичний економічний ефект від реалізації результатів досліджень по двох шахтах склав 12,02 млн грн

Защищаются вновь выявленные закономерности управления нагружением элементов крепежной системы посредством оптимизации деформационносиловых параметров боковых анкеров в зоне стабилизации проявлений горного давления позади лавы в слоистом массиве слабых пород для создания ресурсосберегающих условий повторного использования выемочных выработок. Разработан механизм нагружения крепежной системы позади очистного забоя с детализацией формирования в выемочных выработках зон предельного равновесия, отличающихся разновеликими участками разупрочненных пород в боках выработки как по высоте, так и по ширине разных ее бортов, а также являясь интегральным показателем напряженно-деформированного состояния системы «массив – выемочная выработка» от проходческого забоя до зоны стабилизации проявлений горного давления позади лавы. Обоснована многопараметрическая пространственная модель процессов сдвижения надугольной толщи на сопряжении лавы с выемочной выработкой, включающая: участок впереди очистного забоя, участок выработанного пространства позади лавы с зонами беспорядочного обрушения, шарнирно-блокового сдвижения и плавного прогиба слоев без наруше 18 ния сплошности и участок нетронутого массива со стороны смежного выемочного столба, а также учитывающая структуру и свойства близлежащих породных слоев углевмещающей толщи Западного Донбасса. Разработан алгоритм поэтапного проведения многопараметрического вычислительного эксперимента МКЭ по расчету НДС: неоднородного тонкослоистого массива слабых пород с учетом его структуры, свойств, глубины разработки и элементов крепежной системы по полной диаграмме деформирования их материала. Усовершенствован метод расчета параметров зоны предельного равновесия пород в окрестности выемочной выработки на основе выявленных закономерностей разупрочнения непосредственной почвы и кровли в боках выработки в зоне стабилизации проявлений горного давления позади лавы и учета положений СОУ 10.1.00185790.011:2007. Комплекс многовариантных расчетов НДС крепежной системы выемочных выработок в различных горно-геологических условиях Западного Донбасса выявил степень целесообразности применения каждого грузонесущего элемента с набором рекомендаций и расчетных выражений по выбору их рациональных параметров. Подтверждена эффективность установки боковых анкеров с податливыми механическими связями со стойками рамной крепи. Это впервые доказано в рамках рассмотрения всего современного и перспективного перечня крепежных и охранных элементов с широким диапазоном вариаций их параметров и горно-геологических условий. Получены расчетные выражения, полностью определяющие все необходимые параметры: координаты установки анкеров и их угол наклона, длину анкеров и диаметр несущего стержня. Также обоснована граница областей целесообразного применения боковых сталеполимерных и канатных анкеров. Разработана и утверждена «Методика расчета крепежной системы выемочных выработок шахт Западного Донбасса». Фактический экономический эффект от реализации результатов исследований по двум шахтам составил 12,02 млн грн.

Revealed regularities of load control of elements of the support system via optimization of strain-force parameters of wall anchors in stabilization zone of rock pressure manifestation behind the longwall in layered massif of soft rocks for creation of resource-saving conditions of reusing excavation mine workings are again defense. The support system loading mechanism behind the longwall face with detailization of limit equilibrium of zone formation of mine workings is developed. This 19 mechanism distinguishes different-sized section of weakened rocks in walls of mine working on high and width of different it sides, and also an integrated indicator of stress-strain state “massif-excavation mine working” system from development face in zone of rock pressure manifestation behind the longwall. The multiparameter threedimensional model of actuation processes of over-coal rock layer on a row combination with excavation mine working is justified. Model includes section ahead the longwall face, section of goaf behind the longwall face with zone of random failure, joined-block shift and gradual deflection of layers from the side of adjacent extraction pillar, and takes into account the structure and properties of neighboring rock layers in coalbearing massif of Western Donbass. The stepwise algorithm of carrying out multiparameter computing experiment FEM based on SSS: non-uniform thin layer of soft rocks taking into account its structure, properties, mining depth and elements of support system with full deformation material diagram is developed. The complex of multiple calculations of the SSS of support system of excavation mine working in different mining-and-geological conditions of Western Donbass found a level of application feasibility of each load-carrying element with a set of recommendation and calculation expression at the choice of their rational parameters. The calculation results are given. These calculations completely determine the necessary parameters, which are coordinates of installation of anchors and their slope angel, length of anchors and diameter of the bearing rod. The boundary of areas of feasibility of wall resin-grouted and rope anchors application is also justified. “The methodology of calculation support system of excavation mine working of Western Donbass mines” is developed and confirmed. The expected economic effect of improvement of stability of the excavation mine workings in one stope district will make 12,02 mln UAH.