Геомеханічні процеси при відробці вугільних пластів струговими комплексами в умовах шахт Західного Донбасу

Abstract

Робота присвячена вирішенню актуальної науково-технічної проблеми адаптації стругових комплексів при відпрацюванні малопотужних вугільних пластів в умовах слабометаморфізованих порід шахт Західного Донбасу на підгрунті дослідження геомеханічних процесів, що протікають навколо системи «лава-вугільний цілик-камери монтажу та демонтажу». Технічна ідея роботи полягає у тому, що для скорочення часу на операцію «монтаж-демонтаж обладнання» попередньо проводиться демонтажна камера. У дисертації виконано комплекс досліджень, де розглянуті усі геомеханічні процеси, що виникають при відпрацюванні вугільного стовпа від монтажної до демонтажної камери. Встановлено для гірничо-геологічних умов ПСП «Шахта Степова», що критичний розмір виробленого простору, що призводить до обвалення порід основної покрівлі дорівнює 34±3 м. Обґрунтована залежність цієї величини від глибини залягання вугільного пласта. Встановлений характер розподілу напружень навколо криволінійного вибою лави, що рухається. Досліджено напружено-деформований стан породного масиву навколо динамічної системи «стругова лава-вугільний цілик-камери монтажу та демонтажу». Надані рекомендації щодо форми демонтажної камери та конструкції комбінованого кріплення. За рахунок скорочення терміну демонтажу обладнання отримано економічний ефект у розмірі 8,6 млн. гривень.

Работа посвящена решению актуальной научно-технической проблемы адаптации струговых комплексов при отработке маломощных пластов угля в условиях слабометаморфизированных вмещающих пород шахт Западного Донбасса на основе исследования геомеханических процессов, протекающих в окрестности системы «лава-угольный целик-камеры монтажа и демонтажа». Идея работы состоит в том, чтобы исследовать Геомеханические процессы на всех этапах отработке угольного пласта струговым комплексом и сократить время на демонтаж оборудования путем использования для этих целей предварительно пройденной демонтажной камеры. В диссертации выполнен комплекс натурных и аналитических исследований, охватывающий все процессы отработки выемочного столба. Путем постановки натурных и численных экспериментов отпредлен критический размер обнажения пород основной кровли, при котором произойдет первичное обрушение. Для условий ПСП «Шахта Степная» он составил 34±3 м. Получена функциональная зависимость, позволяющая вести прогноз этой геомеханической ситуации. Подана заявка на патент Украины. На основе численного моделирования исследовано распределение напряжений и деформаций в окрестности криволинейного забоя струговой лавы. Решена пространственная задача, установлены закономерности распределения вертикальной составляющей напряжений в произвольной точке пространства, что позволяет учесть этот факт в момент приближения лавы к демонтажной камере. Решена задача о распределении напряжений и перемещений в окрестности демонтажной камеры с различным очертанием поперечного сечения и разным количеством структурных элементов в системе комбинированной крепи. Обоснован оптимальный вариант полуарочной формы поперечного сечения, позволяющий обеспечить устойчивость выработки и технологичность выполнения операций по демонтажу оборудования. Выполнена геомеханическая оценка взаимного влияния забоя приближающейся лавы и демонтажной камеры. Установлено, что их существенное совместное влияние начинается при размере угольного целика шириной 10 м. Выполнена оценка развития геомеханических процессов в окрестности перемещающейся струговой лавы путем анализа давления в гидростойках механизированной крепи. Установлено, что взаимное влияние лавы и демонтажной камеры начинает проявляться на расстоянии 116 м и резко нарастает при размере угольного целика шириной 12,7 м. После этого давление в гидростойках падает. Этот момент следует рассматривать как критический, когда в демонтажной камере должны быть приняты максимальные меры безопасности. Разработаны и переданы шахте рекомендации по управлению устойчивостью демонтажной камеры. За счет сокращения планового срока демонтажа на 15 суток получен экономический эффект в размере 8,6 млн. гривен.

The paper is devoted to solving the actual scientific and technological problems of plow system adaptation when developing thin coal seams in weakly metamorphosed rocks of the Western Donbass mines. It is based on studying the geomechanical processes around the system "longwall - coal pillar – chambers for equipment assembly and disassembly". Technical idea of the paper is as following: in order to reduce the time for the operation "the assembly - disassembly of equipment", the special chamber is being held ahead of all the operations. All geomechanical processes arising when developing coal pillar from the assembling chamber to the pre-constructed disassembling chamber are considered. The critical size of mined-out space that leads to roof caving is determined. It is equal 34 ± 3 m in geological terms of private owned plant "Mine Stepnaya". The dependence of this quantity on the depth of the coal seam mining is grounded. The stress distribution around the curvilinear-moving longwall face is determined. The stress-strain state of the rock mass around the dynamic of the "plow longwall - coal pillar - equipment assembly and disassembly chambers" is studied. The recommendations regarding the form of the pre-constructed disassembling chamber and combined support are given. Due to reducing the time of dismantling the economic effect of $ 8.6 million hryvna is achieved.