«Обґрунтування параметрів технології спорудження підготовчих виробок, що проводяться назустріч вибою лави в умовах шахт Західного Донбасу

Abstract

У дисертації розглянуте і вирішене актуальне науково-технічне завдання обґрунтування безпечних параметрів технології спорудження підготовчих виробок з їх проведенням назустріч вибою лави, що дозволяє прискорити введення очисних вибоїв в експлуатацію, скоротити транспортні ланцюжки, зменшити витрати на видобуток вугілля. Комплекс наукових досліджень складався з натурних вимірювань і чисельного моделювання геомеханічних ситуацій. Натурні експерименти виконувались у підготовчих виробках шахт «Тернівська» і «Степова» ПАО «ДТЕК – Павлоградвугілля». Експериментальні ділянки облаштовувались у п’яти бортових штреках. Виміри показали, що основні геомеханічні процеси проявляються на відстані, приблизно, 100 м між вибоями, що рухаються назустріч одне одному. При цьому якість стану протяжних виробок тим краще, чим швидше наближаються вибої. Виконаний розрахунок рамно-анкерного кріплення на основі багатоваріативного вирішення пружно-пластичних задач як у 2D, так і у 3D постановці. Досвід експлуатації виробок з кріпленням, параметри якого були запропоновані, показав, що виробки знаходяться у задовільному стані. Економічний ефект від впровадження наукових розробок склав близько 350 млн. гривень.

В диссертации поставлена и решена актуальная научно-техническая задача обоснования конструкции крепи и параметров технологии проведения подготовительных выработок навстречу забою движущейся лавы в горно- геологических условиях шахт Западного Донбасса. Необходимость таких технологических решений вызвана применением высокопроизводительного оборудования, в том числе струговых комплексов нового поколения. В качестве объектов исследований были определены две шахты, входящие состав ПАО «ДТЭК – Павлоградуголь»: ПСП «Шахта Терновская», и ПСП «Шахта Степная». Всего исследования были проведены в пяти бортовых штреках: 520, 524 и 560-й на шахте «Терновская» и 163, 167-й на шахте «Степная». Все выработки были оборудованы наблюдательными станциями. В результате выполнения натурных работ было установлено, что область взаимного влияния очистного и подготовительного забоев составляет, примерно, 100 м. При этом наиболее активные деформации проявляются на расстоянии 30 м, достигают максимума, когда забои находятся в створе и стабилизируются по мере их удаления. Анализ показал, что чем выше скорость сближения забоев, тем лучше состояние подготовительных выработок. Аналитические исследования были направлены на моделирование различных геомеханических ситуаций. Численное моделирование было основано на применение метода конечных элементов, реализованного в программных продуктах Solidworks для решения трехмерных упругих задач и Phase-2 для решения двумерных упругопластических задач. В последнем случае использовался критерий разрушения Хоека-Брауна. Во всех случаях учитывалась фактическая трехмерность задачи и постепенное формирование геотехнической системы «парные выработки – забой лавы – породный массив». Численные модели позволили определить зоны разрушенных пород в окрестности геомеханической системы «лава – породный массив – подготовительные выработки» и на этой основе рассчитать нагрузку на крепь. Определена рациональная конструкция рамно-анкерной крепи, которая показала свою работоспособность во время эксплуатации выработок. Запас прочности предложенный рамно-анкерной конструкции составил 2,0. Суммарный экономический эффект от досрочного ввода лав в эксплуатацию за время проведения экспериментов составил 350 млн. гривен.

The thesis deals and decided to date scientific and technical problem of justification of safe parameters for construction technology of development workings with their drive towards longwall face, that can accelerate the introduction of faces in operation, reduce transport chains and reduce the cost of mining coal. Complex of researches consisted of field measurements and numerical modeling of geomechanical situations. Full-scale experiments were carried out in the preparatory workings of mines "Ternovs’ka" and "Stepova" PJSC "DTEK - Pavlogradcoal". Experimental districts were made in five airborne drifts. Measurements have shown that the main geomechanical processes occur at a distance of approximately 100 m between faces moving towards each other. The quality of state of extended workings was the better, the faster one’s approaching the bottom. The calculation of frame- based anchoring was made on basis of many-variant-solution of elastic-plastic problems both in 2D, and in 3D setting. Operating experience of the workings with support, the parameters of which have been suggested, showed that workings are in satisfactory condition. The economic effect of the introduction of scientific developments amounted to about 350 million UAH.