Обґрунтування технологічних параметрів підземного видобування вугілля з урахуванням динаміки регіональної зони розвантаження

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової задачі обґрунтування параметрів підземного видобування вугілля з урахуванням динамічних змін напружено-деформованого стану гірських порід у регіональній зоні розвантаження. Основна ідея роботи полягає у використанні реологічних залежностей поведінки вуглевміщуючих гірських порід при аналізі геомеханічної моделі об’єкту досліджень. Реологічні параметри моделі встановлені шляхом виконання натурних досліджень в уклінних виробках Кальміуської дільниці шахти ім. О.Ф. Засядька. Ідентифікація моделі і натурного об’єкту виконана рішенням задач, що відповідають реальним геологічним і гірничо-технічним умовам. Ці умови стосуються глибин, що перевищують 1000 м і характерні для викидоне-безпечних вугільних пластів. Моделювання здійснене у декількох десятках варіантів положень зони розвантаження та лав, що відпрацьовуються. Встановлена асиметричність епюри коефіцієнтів концентрації напружень та визначена раціональна довжина розвантажувальної лави, що складає 300 м. Запропонована геомеханічна модель дає можливість оцінювати критичні напруження стану породного масиву навколо очисних виробок у процесі їх відпрацювання. На основі моделювання визначені місця закладення уклінних виробок і камер піднімальних машин.

В диссертации решена актуальная научная задача установления новых закономерностей асимметричного распределения напряжений во времени в региональной зоне разгрузки под влиянием активизации сдвижений массива горных пород вокруг очистных выработок, которые количественно определяются установленным реологическим показателем и длиной разгрузочной лавы, что позволяет обосновать порядок отработки запасов угля и расположение выработок. Выполнены натурные исследования изменений во времени деформаций породного массива вокруг подготовительных выработок, что позволило установить основные закономерности этих изменений для условий выбросоопасных пластов на глубинах более 1000 м (шахта имени А. Ф. Засядько). Предложена геомеханическая модель для расчета напряженного состояния породного массива в процессе развития очистных работ с учетом реологических свойств пород на основе установленных эмпирических зависимостей в региональной зоне разгрузки. Установлено, что безцеликовая отработка смежных запасов у границ региональной зоны разгрузки, которая расположена в массиве упругих горных пород, приводит к концентрации напряжений с суммарной эпюрой возрастания концентраций напряжений симметричного вида. При учете процессов ползучести симметрия нарушается - возрастание коэффициента концентрации напряжений со стороны первой смежной лавы достигает 1,0, в то время как со стороны второй лавы, которая отрабатывается с противоположной стороны от региональной зоны разгрузки, этот показатель изменяется в пределах 0,73-1,61 в зависимости от длины разгрузочной лавы. Рост напряжений в результате отработки первой смежной лавы яруса затухает с увеличением длины разгрузочной лавы. Рост напряжений в центре региональной зоны разгрузки имеет экстремум с максимумом при длине разгрузочной лавы равной 150 м, причем с увеличением длины лавы прирост напряжений быстро уменьшается, а начинается с длины лавы 300 м и более становится стабильным и не превышает 0,7. Дальнейшее увеличение длины разгрузочной лавы приводит к усложнению технологии ее отработки. Установлена физическая природа полученной закономерности уменьшения и стабилизации горного давления в границах региональной зоны разгрузки с увеличением длины разгрузочной лавы. Она заключается в том, что под воздействием необратимых процессов сдвижения, ползучести породного массива происходит увеличение жесткости отработанного пространства в пределах зоны разгрузки. В результате это пространство реагирует на динамическое опорное давление, генерируемое смежными лавами как целик, критические размеры которого составляют 150-270 м. Неравномерность текущего распределения горного давления в пределах региональной зоны разгрузки уменьшается со временем. В связи с этим рекомендуется путем моделирования выбирать такие планировочные решения при безцеликовом развитии очистных работ, которые обеспечивают минимизацию роста горного давления на стадии активных сдвижений массива горных пород, когда происходит слияние отработанных пространств разгрузочной лавы и смежных лав. Основные закономерности изменения параметров региональной зоны разгрузки при отработке смежных с ней лав использованы при проектировании развития очистных работ в пределах шахтного поля Кальмиусского участка. Это позволило повысить устойчивость основных уклонных выработок за счет минимизации возрастания горного давления в процессе активизации сдвигов при отработке смежных лав в ярусах, определить рациональные места их расположения, а также установить места расположения камер подъемных машин. Методика определения параметров региональной зоны разгрузки подготовки и порядка отработки Кальмиусского участка утверждена и используется при проектировании горных работ на шахте им. А.Ф. Засядько. Ожидаемый экономический эффект составляет более 2 млн. грн. в год.

Thesis is devoted to study actual scientific problem underground mining parameters including dynamic changes of the stress-strain state of rocks in a regional zone of discharge. The main idea is to use a dependency of rheological behavior of rocks containing the analysis of geomechanical model of the object of research. Rheological parameters of the model established by execution of field research in the sloping section of the mine workings Kalmius’koy them. AF Mine. Identification and natural object model made the decision problems that correspond to real geological and mining-technical conditions. These conditions pertain to depths exceeding 1000 m and typical of coal seams, which occur in carbon emissions. Simulation performed in dozens of variations of the provisions unloading zone and ranks that are working out. Installed diagram asymmetry coefficients of stress concentration and length the rational unloading bench, which is 300m. Geomechanical model proposed allows to assess the critical stress of rock mass around excavations in the process of cleaning them off. Based on the simulation set points for inclined excavations and chambers for hoisting machines.