Обґрунтування прогнозу та розрахунок параметрів здимання підошви пластових виробок шахт Західного Донбасу

Abstract

Захищаються встановлені закономірності впливу параметрів структури та механічних властивостей порід безпосередньої й основної підошви, глибини роз- міщення пластової виробки та площі її поперечного перерізу на інтенсивність здимання підошви, на базі яких отримані рівняння регресії для розрахунку її ве- личини. Ці результати отримані за масивом даних багатоваріантних розрахунків НДС шаруватого масиву слабких порід навколо пластової виробки на просторо- вих геомеханічних моделях, що враховують інформацію з геологічних дослі- джень структури й властивостей вуглевмісної товщі порід Західного Донбасу, дію факторів, що послаблюють породу, а також реальні паспорти проведення і кріплення виробок. Усі розрахунки виконані в пружно-пластичній постановці за повною діаграмою деформування гірської породи. На основі комплексного аналі- зу епюр повних переміщень порід безпосередньої й основної підошви та епюр кожного компонента напружень виявлена неоднозначність протікання процесу здимання залежно від структури й властивостей порід підошви пластової вироб- ки. Для пояснення цих тенденцій розкрито механізм розвитку здимання, що згру- пований у три основні схеми, які повністю охоплюють реальний діапазон зміни гірничо-геологічних умов підтримання пластових виробок. Розподіл гірничо- геологічних умов за характером розвитку здимання доведено до критеріального рівняння, що дозволяє чисельно визначити схему протікання процесу. Розробле- но методику й алгоритм розрахунку здимання підошви пластових виробок, що дозволяє на стадії проектування розробити технічні рішення з підвищення їх стійкості. Основний зміст роботи відображено у 3 колективних монографіях, 2 стат- тях, опублікованих в спеціалізованих наукових виданнях, 2 статтях у міжнарод- них збірниках, 3 статтях у науково-технічних збірниках міжнародних конферен- цій та технологічному регламенті.

Защищаются установленные закономерности влияния параметров структу- ры и механических свойств пород непосредственной и основной почвы, глубины размещения пластовой выработки и площади ее поперечного сечения на интен- сивность пучения почвы, на базе которых получены уравнения регрессии для ра- счета ее величины. Разработана стратегия подхода к прогнозной оценке состоя- ния пород почвы на всем протяжении выработки при меняющейся горно- геологической ситуации. Эти результаты получены по массиву данных многова- риантных расчетов НДС слоистого массива слабых пород вокруг пластовой вы- работки на пространственных геомеханических моделях, учитывающих инфор- мацию по геологическим изысканиям структуры и свойств углевмещающей тол- щи пород Западного Донбасса, действие ослабляющих породу факторов, а также реальные паспорта проведения и крепления выработок. Все расчеты выполнены в упруго-пластической постановке по полной диаграмме деформирования горной породы. На основе комплексного анализа эпюр полных перемещений пород не- посредственной и основной почвы и эпюр каждой компоненты напряжений выя- влена неоднозначность протекания процесса пучения в зависимости от структуры и свойств пород почвы пластовой выработки. Для объяснения этих тенденций раскрыт механизм развития пучения, который сгруппирован в три основные схемы, полностью охватывающие реальный диапазон изменения горно-геологических условий поддержания пластовых выработок. Проведено всестороннее обоснова- ние закономерностей влияния основных геомеханических факторов на проявле- ния пучения пород почвы пластовых выработок. Для каждой из трех установлен- ных схем развития процесса пучения пород получены корреляционные зависимо- сти для расчета величины пучения с достаточно высоким коэффициентом множе- ственной корреляции. Эти зависимости учитывают распределение мощности и сопротивления сжатию породных слоев по глубине непосредственной и основной почвы, но отличаются простотой и доступностью использования при прогнозиро- вании пучения почвы при разных вариантах его развития. Разделение горно- геологических условий по характеру развития пучения доведено до критериаль- ного уравнения, позволяющего численно определить схему протекания процесса. Разработаны методика и алгоритм расчета пучения почвы пластовых выработок, что позволяет на стадии проектирования разработать технические решения по повышению их устойчивости. Основное содержание работы отражено в 3 коллективных монографиях, 2 статьях, опубликованных в специализированных научных изданиях, 2 статьях в международных сборниках, 3 статьях в материалах международных конференций и технологическом регламенте.

Established regularities of parameters structure influence and mechanical proper- ties of immediate and main bottom rocks, depth of in-seam mine working location and its cross-section area on bottom heaving intensity are defended. On the base of all these factors regression equations for value calculation are obtained. These results are achieved on the massif data of multivariant calculations of stress-strain state of massif soft foliated rocks around in-seam mine working on spatial geomechanical models that take into account information on geological investigations of structure and properties of coal-bearing strata of Western Donbass rocks, action of weakening factors and also real passport of preparation and mine workings supports. All calculations are realized in elastic-plastic position on full diagram of rock deformation. Uncertainty of bottom heaving behavior depending on rock structure and properties of in-seam mine working are identified on the basis of complex diagrams analysis of rock full displacements of immediate ad main roof and diagrams of each component. For explanation of all these tendencies, mechanism of heaving development that classified into three main schemes and fully containing real range of changing of mine-geological conditions of in-seam mine working supporting is opened. Mine-geological conditions division on heaving development character is extending to criteria equation that allow numerically deter- mine scheme of process behavior. Methodology and algorithm of calculation of in- seam mine workings bottom heaving that allow to develop technical solutions on its steadiness increasing at the design stage are developed. Basic content of this work is described in 3 collective monographs, 2 articles that were published in specific scientific publications, 2 articles in international collections, 3 articles in materials of international conference and manufacturing instructions.