Study of massif stress-strain state while mining the series of flat strata

Abstract

Purpose. To determine the effect of rock overworking and underworking on massif stress-strain state while extracting the series of flat coal seams. Methods. Mining, geological and technical conditions; current approaches to solution of the related problems were theoretically analysed on the basis of the developed calculation algorithm with the help of the boundary element method. We calculated maximum coefficients of stress concentration in the roof and floor of the working seam in the zones affected by pillars and contiguous seams. Findings. Boundaries for areas of increased rock pressure in the roof and floor of the extracted seam at mining enterprise “Lvivvuhillia” were determined. Values of maximum coefficients of stress concentration were derived. The load acting on the section of powered support was calculated considering the weight of rocks located in the area of boundary stress state in the roof above the longwall face. It was stated that during stope workings in areas affected by contiguous seams’ selvage, the period of longwall face exposure from under the selvage of the low seam is the most hazardous in terms of rock pressure manifestation. Originality. Analysis of stress-strain state of stratified heterogeneous massif around the stope was conducted considering overworking and underworking. Actual values of the force and geometrical parameters of the powered support were derived; rational velocity of stope advance in the given mining and geological conditions was determined. Practical implications. The results of the study allowed to obtain the data necessary to choose the type of standing support and estimate rational force parameters for the powered support during its operation in the areas of high and low rock pressure as well as to determine the velocity of longwall face advance and permissible distance between stopes of contiguous seams for the mines of Lviv-Volyn basin.

Цель. Оценка степени влияния надработки и подработки пород на напряженно-деформированное состояние массива при выемке свиты пологих угольных пластов. Методика. Проведен теоретический анализа горно-геологических и горнотехнических условий, анализ существующих подходов к решению родственных задач и на основе разработанного расчетного алгоритма методом граничных элементов, рассчитаны максимальные коэффициенты концентрации напряжений в кровле и почве разрабатываемого пласта в зонах влияния целиков и краевых частей сближенных пластов. Результаты. Для условий шахт ГП “Львовуголь” установлены границы зон повышенного горного давления в кровле и почве вынимаемого пласта, определены величины максимальных коэффициентов концентрации напряжений и найдена нагрузка, действующая на секцию механизированной крепи от веса пород, находящихся в области предельного напряженного состояния в кровле над лавой. Установлено, что при работе очистных забоев в зонах влияния краевых частей смежных пластов наиболее опасным, с точки зрения проявлений горного давления, является период выхода лавы из-под краевой части нижерасположенного пласта. Научная новизна. Проведен анализ напряженно-деформированного состояния слоистого неоднородного массива вокруг очистной выработки с учетом подработки и надработки. Установлены реальные значения силовых и геометрических параметров механизированной крепи, определена рациональная скорость подвигания очистного забоя в конкретных горно-геологических условиях. Практическая значимость. В результате проведенных исследований получены необходимые данные для выбора типа поддерживающей крепи и определения рациональных силовых параметров механизированной крепи при работе ее в зонах повышенного и пониженного горного давления, а также для определения скорости подвигания лавы и допустимого расстояния между очистными забоями сближенных пластов для условий шахт Львовско-Волынского бассейна.

Мета. Оцінка ступеня впливу надробки та підробки порід на напружено-деформований стан масиву при виїмці свити пологих вугільних пластів. Методика. Проведено теоретичний аналізу гірничо-геологічних і гірничотехнічних умов, аналіз існуючих підходів до вирішення споріднених задач та на основі розробленого розрахункового алгоритму методом граничних елементів розраховані максимальні коефіцієнти концентрації напружень у покрівлі та ґрунті пласта в зонах впливу ціликів і крайових частин зближених пластів. Результати. Для умов шахт ГП “Львіввугілля” встановлено межі зон підвищеного гірського тиску в покрівлі та ґрунті пласта, що виймається, визначені величини максимальних коефіцієнтів концентрації напружень і знайдено навантаження, яке діє на секцію механізованого кріплення від ваги порід, що знаходяться в області граничного напруженого стану в покрівлі над лавою. Встановлено, що при роботі очисних забоїв в зонах впливу крайових частин суміжних пластів найбільш небезпечним, з точки зору проявів гірського тиску, є період виходу лави з-під крайової частини пласта, який розташовано нижче. Наукова новизна. Проведено аналіз напружено-деформованого стану шаруватого неоднорідного масиву навколо очисної виробки з урахуванням підробки та надробки. Встановлено реальні значення силових і геометричних параметрів механізованого кріплення, визначена раціональна швидкість посування очисного забою у конкретних гірничо-геологічних умовах. Практична значимість. В результаті проведених досліджень отримані необхідні дані для вибору типу підтримуючого кріплення й визначення раціональних силових параметрів механізованого кріплення при роботі його в зонах підвищеного та зниженого гірського тиску, а також для визначення швидкості посування лави і допустимої відстані між очисними забоями зближених пластів для умов шахт Львівсько-Волинського басейну.