Закономірності формування опорного тиску навколо системи “лава – магістральна виробка” шахт Західного Донбасу

Abstract

У дисертації розглянуте і вирішене актуальне науково-технічне завдання визначення закономірностей формування опорного тиску навколо системи “ла-ва – магістральна виробка”, що дозволяє забезпечити стійкість гірничих виро-бок, скоротити втрати запасів та, в цілому, підвищити ефективність роботи гір-ничих підприємств. Комплекс наукових досліджень складався з натурних інструментальних вимірювань і чисельного моделювання геомеханічних процесів в підошві плас-та, що розробляється, в початковий період роботи лави. Натурні спостереження проводились за декількома напрямками: експери-ментальні дослідження зони дезінтеграції в крайовій частині вугільного пласта; моніторинг стану виробок в зонах підвищеного гірського тиску; інструменталь-ні спостереження за деформуванням виробки при її надробці. Методом чисельного моделювання визначені закономірності формування опорного тиску в породах підошви пласта, що розробляється, на різних етапах посування очисного вибою. Очікуваний економічний ефект від впровадження наукових розробок скла-дає 6,4 млн. грн.

Диссертация посвящена установлению закономерностей формирования опорного давления в окрестностях системы “лава – магистральная выработка”, которые являются теоретической основой для применения бесцеликовой охра-ны магистральных выработок. В результате анализа состояния магистральных выработок в зонах влияния очистных работ установлено, что охранные целики не обеспечивают заданного уровня эксплуатационной устойчивости выработок. Влияние ширины охранных целиков на устойчивость выработок носит случайный характер, отсутствует тесная корреляционная связь между верти-кальной конвергенцией выработок и шириной целиков. Значительное влияние на вертикальную конвергенцию магистральных вы-работок оказывает глубина их расположения. Комплекс научных исследований состоял из натурных инструментальных наблюдений и численного моделирования геомеханических процессов в почве разрабатываемого угольного пласта в начальный период работы лавы. По результатам множественных натурных наблюдений установлено: – фактические границы зоны деформирования крепи выработок не соот-ветствуют границам зон повышенного горного давления, построенным по дей-ствующим для Западного Донбасса нормативным методикам; – в зоне повышенного горного давления имеют место участки, где не на-блюдается интенсивная деформация крепи выработок, а сама зона влияния очи-стных работ смещается в сторону неотработанного массива. – в краевой части пласта обнаружена зона дезинтеграции, ширина которой экспоненциально зависит от глубины ведения горных работ; – при надработке выработки в начальный период движения лавы формиру-ется зона устойчивого состояния выработки, где деформация незначительная. Аналитические исследования были направлены на численное моделирова-ние напряженно-деформированного состояния пород почвы пласта в начальный период работы лавы. Численное моделирование основано на применении мето-да конечных элементов для решения упругой задачи. Методом численного мо-делирования установлены закономерности формирования опорного давления в почве разрабатываемого пласта на различных этапах подвигания очистного за-боя для глубины ведения горных работ 300 – 700 м. По результатам выполненного моделирования в почве пласта выделены зоны с различной концентрацией вертикальных напряжений. Каждая построенная зона ограничивается огибающими изолиний концентрации вертикальных напряжений. Огибающие условно представлены как прямые, составляющие определенный угол с плоскостью пласта. Для шахт Западного Донбасса разработан график-номограмма, который позволит на этапе проектирования выработок определить увеличение вертикальных напряжений в почве разрабатываемого пласта, скорректировать глубину их расположения для выбора крепи выработок в случае надработки и обеспечить их сохранность. Разработан способ охраны магистральных выработок, в соответствии с ко-торым выработки подвергаются кратковременному воздействию опорного дав-ления с последующей эксплуатацией их в разгруженных зонах. Применение данного способа охраны магистральных выработок на шахтах Западного Дон-басса повысит полноту выемки запасов и уменьшит затраты на поддержание выработок. Ожидаемый экономический эффект от внедрения данного способа по одной лаве составляет 6,4 млн. грн.

Thesis is devoted to the establishment of the laws of the bearing pressure forma-tion in the vicinity of the system “Longwall – main haulage road”, which are the theoretical basis for the application of the pillarless protection of main mine work-ings. The complex of a research field consisted of instrumental observations and nu-merical modeling of geomechanical processes in the soil of developed coal seam in the initial the period of lava work. Field observations were carried out in several directions: experimental study of the disintegration zone in the marginal part of the seam; monitoring of mine workings in the area of high rock pressure; instrumental observations of the state of mine working at overworking. Regularities of bearing pressure formation in the seam soil at various stages of the working face advance are developed by numerical modeling. According to the results of numerical modeling and field observations a method of main mine workings protection from the extraction influence is provided. The expected economic effect of the introduction of this method for one longwall is 6.4 mln UAH.