Наукові основи управління станом гірських порід невибуховими руйнуючими сумішами при підземній розробці родовищ

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуальної нової наукової проблеми управління станом гірських порід невибуховими руйнуючими сумішами при підземній розробці родовищ. На підставі теоретичних, лабораторних і промислово-експериментальних досліджень встановлені закономірності формування НДС масиву при застосуванні невибухових руйнуючих сумішей для управління станом гірських порід з урахуванням кінетики їх гідратації в шпурових і свердловинних зарядах в часі, конструкції зарядів, впливу технологічних фізичних процесів. В результаті проведених досліджень вперше встановлені закономірності формування перехідних процесів в НРС в часі залежно від характеристик системи «НРС-масив». Виявлено особливості розвитку тріщин навколо шпуру з НРС та розроблено модель руйнування з урахуванням існуючого поля напружень. Досліджено механізм спрямованого руйнування гірських порід НРС. Встановлено закономірності формування критичних напружень в основній покрівлі при зміні довжини породної консолі у виробленому просторі і жорсткості охоронного споруди. Розроблено методику визначення параметрів руйнування гірських порід в підземних гірничих виробках за допомогою невибухових руйнуючих сумішей. Розроблені та затверджені нормативні документи. Сумарний річний ефект від впровадження рекомендацій склав 1,46 млн грн.

Повышение эффективности подземной разработки месторождений сопряжено с совершенствованием разрушения горных пород во время различных технологических операций и управлением состоянием горных пород. Одним из наиболее перспективных средств воздействия на горный массив и крепежные системы являются невзрывчатые разрушающие смеси. Их применение дает возможность совершенствования параметров устойчивости горных выработок на разных этапах поддержания и восстановлении их эксплуатационного состояния в сложных горно-геологических условиях разработки месторождений. Диссертация посвящена установлению зависимостей формирования НДС при применении невзрывчатых разрушающих смесей для управления состоянием горных пород при подземной разработке месторождений. Это является актуальной новой научной проблемой при управлении состоянием горных пород невзрывчатыми разрушающими смесями. На основании теоретических, экспериментальных и промышленно-экспериментальных исследований впервые установлены закономерности формирования переходных процессов в НРС во времени в зависимости от жесткости системы «НРС-массив», температуры окружающей среды, предварительного сжатия, воздействия электрического поля, введения этановой кислоты и гумата натрия, что позволяет регулировать скорость гидратации и давление расширения НРС при решении задач разрушения горных пород и управления их НДС. Выявлены особенности развития трещин вокруг шпура с НРС и разработана модель разрушения с учетом существующего поля напряжений. Исследован механизм направленного разрушения горных пород НРС. Установлены закономерности формирования критических напряжений в основной кровле при изменении длины породной консоли в выработанном пространстве и жесткости охранного сооружения, что характеризует качественные изменение механизма нагрузки охранной системы и определяет приоритетные направления управления НДС массива. Показано, что минимизация энергозатрат на принудительное обрушение консоли основной кровли может быть достигнута за счет изменения НДС и создания условий для разрушения пород в зоне естественных растягивающих напряжений выше нейтральной оси зависающего слоя пород основной кровли с помощью НРС, помещенных в скважины. Разработана методика определения параметров разрушения горных пород в подземных горных выработках с помощью невзрывчатых разрушающих смесей. Разработаны и испытаны модифицированные НРС с добавлением этановой кислоты и гумата натрия. Разработаны способы управления НДС горных пород, основанные на эффекте статического воздействия НРС во времени на горный массив и крепежные системы горных выработок. Разработаны и утверждены «Рекомендации по применению невзрывчатых разрушающих составов в условиях подземных горных выработок угольных шахт Донбасса», СОУ-П 10.1.00174088.031: 2011, СТП (02070826) (33161769): 2014. Результаты работы позволяют повысить эффективность управления состоянием горных пород при подземной разработке месторождений. Разработанные рекомендации по разрушению горных пород и управлению их НДС нашли применение на шахтах Министерства энергетики и угольной промышленности Украины. Суммарный годовой эффект от внедрения рекомендаций в ПАО Ш/У «Покровское» составил 1,46 млн грн, что подтверждает целесообразность предложенных технико-технологических мероприятий.

The dissertation is dedicated to the solution of an urgent scientific problem of mine rock control by non-explosive destructive mixtures (NDM) in underground mining. On the basis of theoretical, laboratory, industrial and experimental research regularity of a strain-stress state through the use of non-explosive destructive mixtures for mine rock state control is determined with due regard for the kinetics of their hydration in blast-hole and borehole charges in time spans, the charge construction, the impact of technological physical processes. As the result of the carried out investigation the regularity of transient processes formation in non-explosive destructive mixtures in time spans are first determined depending on the “NDM – massif” system properties. Special features of cracking around the borehole by NDM are revealed and a destruction model is developed with regard for the existing strain field. The mechanism of mine rock directed destruction by NDM is considered. The regularity of critical stress formation in the main roof is determined depending on the change in the rock cantilever length in the open goaf and on the protective construction rigidity. The methods of determining the parameters of mine rock destruction in underground workings by means of NDM are worked out. Specification documents are worked out and approved. The total annual effect due to the implementation of the recommendations made 1.46 mln UAH.