Закономірності деформування системи «кріплення-масив» у слабких породах у зоні впливу очисних робіт

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуального науково-практичного за-вдання встановлення закономірностей деформування системи «кріплення-масив» у слабких породах у зоні впливу очисних робіт, які використовуються при прогнозуванні стану та підтриманні підготовчих виробок, що дозволяє збільшити їх стійкість, забезпечити повторне використання та інтенсифікацію гірничих робіт. Наукові дослідження включали обґрунтування, оцінку точності і прове-дення натурних маркшейдерських спостережень та аналітичне моделювання зміщень елементів системи «кріплення-масив» підготовчих виробок в зоні впливу очисних робіт в слабометаморфизованих породах. Комплексні маркшейдерські спостереження дозволили встановити закономірності деформування порід покрівлі підготовчої виробки, характер вдавлювання стійок аркового кріплення в підошву виробки, а також залежності між швидкістю посування очисного вибою та величинами конвергенції й швидкості конвергенції. В результаті аналітичних досліджень виконаний достовірний математич-ний опис зміщень порід виробки та прогнозування їх величин в зоні впливу лави з використанням адаптованої асиметричною логістичної функції. Результати натурних спостережень та аналітичних досліджень дозволили розробити методику прогнозування конвергенції виробки з урахуванням швидкості посування очисного вибою. Встановлені закономірності деформування порід покрівлі використані при обґрунтуванні параметрів установки канатних анкерів в 165-м штреку ш. «Степова», що дозволило підтримати виробку без застосування стійкового кріплення на сполученні «лава-штрек» з очікуваним економічним ефектом в розмірі 73.2 млн. грн. на одну лаву.

Диссертация посвящена установлению закономерностей деформирования системы «крепь-массив» в слабых породах в зоне влияния очистных работ, которые используются при прогнозировании состояния и поддержании подготовительных выработок, что является актуальной научно-практической задачей. В результате анализа нормативных документов и литературных источников установлено, что прирасчете смещений породного контура подготовительных выработок и параметров крепи не учитывается скорость подвигания лавы и влияние сдвижения толщи пород кровли за зоной дезинтеграции пород.Недостаточно изучены закономерности деформирования выработки при различной скорости подвигания очистного забоя.Выявлены недостатки существующих функций, используемыхдля описанияи прогнозирования смещений пород. Научные исследованиявключали обоснование и проведениенатурных маркшейдерскихнаблюдений и аналитическое моделированиесмещений эле-ментов системы «крепь-массив» подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ в слабометаморфизованных породах. Выполнено обоснование применения геометрического нивелирования контурных и глубинных реперов, произведена оценка точности определения деформаций пород, обоснованы параметры заложения глубинных реперов и точность измерений. Комплексныемаркшейдерские наблюдения проведены в пяти выработках, общее количество наблюдательных станций составило 53, реперов – 194, в результате чего установлено: – размеры зоны дезинтеграции пород в кровле подготовительной выработки и величина равномерного опускания вышележащего породного массива; – характер внедрения стоек крепи в почву при ее выдавливании и отсутствии такового в условиях слабых и средней крепости пород; – обратная зависимость между скоростью подвигания очистного забоя и величиной конвергенции выработки на сопряжении «лава-штрек», при этом скорость конвергенции остается неизменной при одинаковых горнотехниче-ских условиях. Целью аналитических исследованийявлялось математическое описание смещенийпород выработки и прогнозирование их величин в зоне влияния лавы. В качестве функции, описывающей конвергенцию в системе координат «смещение – расстояние до очистного забоя», обоснован выбор асимметричной логистической функции Ричардса и выполнена ее адаптация с целью применения в различных горнотехнических условиях. Проверена способность функции достоверно описыватьсмещения пород контура выработки при различныхзначениях показателяасимметрии и установлены зависимости между значениями параметров функции и влияющих горнотехнических факторов, таких как отпор крепи и скорость подвигания очистного забоя. Результаты натурных наблюдений и аналитических исследований позво-лили разработать методику прогнозирования конвергенции выработки с учетом скорости подвигания очистного забоя. Установленные закономерности деформирования пород кровли использованы при обосновании параметров установки канатных анкеров в 165-м штреке ш. «Степная», что позволило поддержать выработку без применения стоечной крепи на сопряжении «лава-штрек» с ожидаемым экономическим эффектом в размере 73.2 млн. грн. на одну лаву.

Thesis is devoted to solving important scientific and practical taskof establishing the objective laws of a system “support - rock mass” deformation in soft rocks in the area of longwall influence, which are used for the prediction of the gateroads condition and their maintenance, that increases stability, allows for the gateroads re-use and intensification of mining works. Comprehensive mine surveying observations allowed for the establishment of: the gateroad roof rocks deformation laws; the nature of the support’s racks penetration into the floor; the functional connection between the longwall face advance rateand the values of convergence and convergence speed. As a result of analytical research the reliable mathematical description of the displacements of the gateroad’s surrounding rocks and the prediction of their values in the zone of longwall using asymmetric adapted logistic function are performed. The results ofthe in-situ observationsand the analytical research allowed for the development of the gateroad convergence forecasting method that takes into account the longwall face advance rate. The objective laws of the gateroad’s roof rocks deformation are used for the substantiation of cable bolts installation parameters, that made it possible to maintain the gateroad without mounting of support propsat the intersection "longwall face – gateroad" with the expected economic benefit of 73.2 mln UAH per one longwall.