Закономірності зміни стійкості підготовчих виробок вугільних шахт з урахуванням швидкості посування вибою лави.

Abstract

У дисертації обґрунтовані параметри забезпечення стійкості підготовчих виробок в умовах інтенсивного відпрацювання вугільного пласту. Оброблено значний обсяг статистичного матеріалу щодо впливу низки гірничо-геологічних і гірничотехнічних параметрів на первинне та подальше циклічне обвалення порід в умовах високонавантажених вибоїв. Встановлено закономірності зміни напруженого стану порід та розвитку зон руйнування навколо сполучення очисної та підготовчої виробки на основі розробленого критерію міцності з урахуванням темпів відпрацювання пласта в умовах шахти “Шахтарська-Глибока” ДП «Шахтарськантрацит». Отримано залежність кроку обвалення порід основної покрівлі від швидкості посування вибою лави. Запропоновано спосіб підвищення стійкості підготовчих виробок при збільшенні темпів відпрацювання вугільного пласту h8. Передбачуваний (розрахунковий) економічний ефект від реалізації запропонованого способу підвищення стійкості виробок складе 26,1 тис. грн. на 1000 п.м. виробки. Результати досліджень опубліковано в 13 наукових працях.

В диссертации обоснованы параметры обеспечения устойчивости подготовительных выработок в условиях интенсивной отработки угольного пласта в зоне влияния очистных работ. Обработан значительный объем статистического материала относительно влияния ряда горно-геологических и горнотехнических параметров на первичное и дальнейшее циклическое обрушение пород в условиях высоконагруженных забоев. Методом группового учета аргументов установлено, что при первичном обрушении кровли значимыми факторами являются глубина разработки, угол наклона и мощность пласта, мощность основной кровли и расстояние между трещинами. Скорость подвигания забоя также является влияющим фактором, нелинейно входящим в структуру модели. Наибольшее влияние скорости движения лавы на шаг обрушения основной кровли в условиях проанализированной группы шахт имеет место для диапазона глубин отработки 500-900 м. На основе классической схемы сводообразования и трактовки условия обрушения пород с точки зрения кинетической теории прочности показано влияние времени развития процесса разрушения в породном массиве, а следовательно, и скорости обнажения, на критический размер выработанного пространства. Обобщение известных данных о лабораторных испытаниях образцов горных пород в условиях одноосного сжатия при различных скоростях нагружения, а также данные лабораторных испытаний, выполненных автором, позволили констатировать увеличение прочности породных образцов при увеличении скорости нагружения в соответствии с логарифмической зависимостью. Установлено, что при обнажении пород в процессе очистной выемки и перераспределении напряжений в породном массиве элементарный объем породной среды в окрестности обнажения находится под воздействием нагрузки, скорость приложения которой сопоставима со скоростью нагружения образцов в лабораторных условиях, что дает возможность корректировать предельное значение прочности, полученное лабораторным путем, в соответствии с реальными условиями добычи угля и охраны выработок. На основе статистической и кинематической теорий прочности дано развитие феноменологическому критерию прочности горных пород с учетом скорости приложения нагрузки и структурной неоднородности пород. Методом конечных элементов определено напряженно-деформированное состояние породного массива в окрестности сопряжения очистной и подготовительной выработок. Разработана методика моделирования квазистатического процесса подвигания очистного забоя путем последовательного изменения граничных условий в расчетной схеме исследуемой области. На основе разработанного критерия прочности с учетом скорости подвигания очистного забоя определены закономерности развития зон разрушения пород в кровле очистных выработок, провоцирующих первичную и последующие посадки основной кровли. Путем выполнения многовариантных расчетов получены зависимости шага первичного и установившегося обрушения основной кровли в зависимости от глубины разработки, прочности вмещающих пород, мощности вынимаемого пласта и скорости его отработки. Установлены закономерности распределения напряжений в приконтур-ной области подготовительной выработки в зоне влияния очистных работ при различной скорости отработки угольного пласта. Дана количественная оценка неравномерности распределения нормальных напряжений в различных сечениях штрека в зависимости от его расположения по отношению к выработанному пространству. Показано, что снижение жесткости целиков (за счет их разрыхления) в потенциальных зонах обрушения кровли лавы позволяет снизить действующие на контур подготовительной выработки напряжения и исключить появление их аномальных значений вблизи выработки. Установленные закономерности и полученные на их основе технические решения положены в основу рекомендаций относительно мероприятий для повышения устойчивости подготовительных выработок при увеличении темпов отработки угольного пласта h8. Расчетный экономический эффект от реализации предложенного способа повышения устойчивости выработок составил 26,1 тыс. грн. на 1000 п.м. выработки. Результаты исследований опубликованы в 13 научных трудах.

The working stability parameters in terms of intensive coal outworking are substantiated for an extraction zone influence. The considerable volume of statistical data is processed concerning influence of geological and geotechnical parameters on a fundamental and cyclic rock fall in conditions of highly loaded longwall. The laws of stress state change in rock mass are determined, and the failure zones around intersected openings are defined with usage of developed failure criterion taking into consideration the rates of mining. The function connecting the period of a roof fall and rate of longwall advance is obtained. The activities providing the stability of workings in terms of coal seam h8 mining are proposed. The realization of means directed to increasing the stability of development workings provides the economic benefit of 26100 hrivnas per 1000 meters of working. Research results are published in 13 proceedings.