Закономірності деформування земної поверхні та масиву слабометаморфізованих гірських порід при розробці пологих вугільних пластів

Abstract

Дисертація присвячена вивченню і встановленню комплексних закономірностей деформацій земної поверхні та масиву слабометаморфізованих гірських при розробці пологих вугільних пластів. Встановлено, що характер розподілу горизонтальних зрушень і деформацій, залежить від глибини підробки, напряму руху очисного вибою, ступеню розвитку реологічних процесів і геометричних параметрів зон зрушення над очисною виробкою. Формування горизонтальної і вертикальної складових вектора зрушення відбувається під впливом різних чинників, що не дозволяє використовувати загальні принципи їх прогнозування. Запропонований механізм формування горизонтальних зрушень і деформацій підроблюваного масиву і геометричні параметри зон зрушення над рухомим очисним вибоєм. Розроблені методика прогнозування зрушень і деформацій земної поверхні та масиву гірських порід, методика визначення величин приросту гірського тиску в довільних точках зони підвищеного гірського тиску

Диссертация посвящена изучению и установлению комплексных закономерностей деформирования земной поверхности и массива слабометаморфизованных горных при разработке пологих угольных пластов. В диссертации исследовано состояние изученности по выбранному направлению, в результате которого установлено, что процесс горизонтального деформирования земной поверхности для условий разработки угольных пластов в Западном Донбассе изучен недостаточно. Исследования процесса сдвижения горных пород немногочисленны, а методика прогнозирования сдвижений и деформаций подрабатываемого массива отсутствует. Незначительный интерес к горизонтальной составляющей вектора сдвижения является следствием существующего утверждения о пропорциональности величин вертикальных и горизонтальных сдвижений, выдвинутое Авершиным С.Г. Характер распределения этих величин в пределах полумульды по существующим представлениям одинаковый, что не подтверждается результатами инструментальных наблюдений. В результате производства комплекса инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности и массива горных работ установлены закономерности характера их деформирования в различных горно-геологических условиях подработки и скоростях подвигания очистного забоя. Установлено, что характер распределения горизонтальных деформаций в главном сечении, параллельном направлению подвигания очистного забоя, зависит от глубины подработки, степени развития реологических процессов и геометрических параметров зон сдвижения над очистной выработкой. Полученная зависимость подтверждается результатами математического моделирования с применением переменных модулей, учитывающих изменение физико-механических свойств во времени. В плоском дне мульды сдвижения зафиксированы величины горизонтальных перемещений, значения которых для условий Западного Донбасса постоянны и равны 240 мм. В работе изучен механизм их образования вследствие процессов, происходящих на контакте зон повышенного и пониженного горного давления. На основе комплексного анализа сдвижений и деформаций земной поверхности и массива горных пород установлены геометрические параметры зон сдвижений над движущимся очистным забоем и после его остановки. Установлено, что при скоростях подвигания очистного забоя свыше 60 м/мес впереди него формируется область пониженных вертикальных напряжений. Геометрические параметры этой области и степень понижения напряжений зависят от скорости подвигания забоя. В результате комплексного анализа параметров деформирования земной поверхности и подрабатываемого массива разработана методика определения величин прироста горного давления в произвольных точках зоны повышенного горного давления. Предложена методика прогнозирования горизонтальных сдвижений и деформаций земной поверхности и массива горных пород, которая учитывает скорость подвигания очистного забоя. В отличие от существующей методики для определения влияния подземных разработок на земной поверхности не применяются угловые параметры, а характер распределения прогнозируемых величин изменяется с увеличением глубины подработки. Предложенная методика позволяет повысить надежность прогнозирования в 3 раза. Методика прогнозирования горизонтальных сдвижений и деформаций массива горных пород для условий Западного Донбасса предложена впервые.

The thesis is devoted to the study and the establishment of complex patterns of surface and the solid of slightly metamorphosed rock mass deformation when developing gently sloping coal seams. It is established that the distribution of horizontal displacement and deformation depends on the depth of underworking, the direction of the working face movement, the stage of development of rheological processes and geometric parameters of zones of subsidence above the working face. Formation of the horizontal and vertical components of the displacement vector is influenced by various factors, which prevents the use of general principles of forecasting them. The mechanism of formation of horizontal displacement and deformation of undermined solid and geometric parameters of subsidence zones above moving working face is proposed. Method of prediction of displacement and deformation of the earth's surface and the rock mass, method of determining growth value of rock pressure at arbitrary points of high rock pressure zones are developed.