Геомеханічні основи та просторово-технологічні рішення забезпечення стійкості виробок вугільних шахт у складноструктурних тріщинуватих порідних масивах - Автореферат

Ціль досліджень полягає в створенні науково обґрунтованої геомеханічної концепції і напрямків розробки інженерно-технологічних рішень, що забезпечують раціональне використання літолого-механічних властивостей шарувато-структурних масивів при закладенні, кріпленні і довгостроковій експлуатації гірничих виробок вугільних шахт. Основна ідея роботи полягає у використанні ефекту підвищення стійкості порідного масиву, послабленого підземними виробками, і системи “кріплення-порода” у цілому за рахунок вибору раціонального розташування виробок щодо елементів залягання складноструктурного масиву, його керованого розвантаження, і використання конструкцій кріплення з підвищеною несучою здатністю. Основні наукові положення, що захищаються в дисертації: у залежності від виду розподілу коефіцієнта стійкості, як випадкової величини, помилка при кількісній оцінці прогнозованих обсягів ремонтних робіт у протяжних виробках із підошвою, що здимається, яка отримана на основі ймовірнісно-статистичних моделей, зростає за нелінійним законом із збільшенням неоднорідності порідного середовища; при цьому для підготовчих виробок із достатньою точністю може бути застосовано нормальний закон розподілу, а для капітальних - закон розподілу Вейбулла; максимальна стійкість підготовчих виробок, що сполучаються з лавою і закріплених металевим кріпленням, досягається шляхом додаткового встановлення двох анкерів, з яких один жорстко звязаний з аркою і спрямований убік виробленого простору під кутом від горизонталі уздовж лінії дії результуючого вектора зовнішнього навантаження, а другий - не звязаний з аркою і спрямований у масив під кутом ; стійкість камер у вугільних шахтах в умовах підвищеного гірничого тиску регулюється наявністю навколо них двох компенсаційних виробок, при цьому існує критична глибина розміщення камери, відповідно до якої компенсуючи виробки варто розташовувати на рівні покрівлі камери, що охороняється, а при більш глибокому розміщенні - на рівні її підошви;Аналіз показав, що основна причина ремонтних робіт у виробках на глибоких горизонтах шахт криється в наявності здимання порід підошви (70%) і невідповідності несучої здатності кріплення діючому навантаженню (30%). оцінка стійкості протяжних капітальних виробок, розташованих поза зоною впливу очисних робіт, з урахуванням ймовірносної структури порідного масиву, що вміщає виробки, і розробка заходів для підвищення їх стійкості; оцінка стійкості виробок великого поперечного перерізу (камер) на основі комплексного вивчення напружено-деформованого стану порідного масиву, що вміщає, і розробка заходів щодо підвищення їх стійкості; Розміри цієї області, величини навантаження на кріплення і зсувів контуру виробки, наявність здимання порід підошви у значній мірі залежать від того, як протікає процес руйнування порід у приконтурній області. Критичний розмір зони непружних деформацій, після чого виробка втрачає стійкість і починається процес пластичного плину, чи здимання порід, визначається за теорією О.М.Шашенка за формулою: RL*2 ln2 RL* - 2 = 0, (2) де - середнє значення коефіцієнта розпушення порід, - критичне значення радіусу непружних деформацій.Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій надано теоретичне узагальнення й отримані нові рішення актуальної науково-прикладної проблеми, що полягає в підвищенні стійкості виробок вугільних шахт, на основі уперше встановлених геомеханічних закономірностей деформування складноструктурного тріщинуватого порідного масиву, що послаблений штучними порожнинами різного призначення та способів його керованого послаблення з метою підвищення продуктивності шахт і зниження вартості вугілля, що видобувається. Стосовно до капітальних виробок, які експлуатуються у тяжких умовах здимання порід підошви, розроблена методика прогнозу обсягів ремонтних робіт; установлено, що побудова стохастичних моделей для підготовчих виробок більш адекватно описується нормальним законом розподілу, а капітальних - законом розподілу Вейбулла, що дозволило підвищити надійність планування ремонтних робіт. Для умов виробок шахт ДХК “Павлоградвугілля” запропоновано металеве кріплення з підвищеною несучою здатністю, та технологію нанесення плівкового покриття, що дозволило підвищити їх стійкість і знизити обсяги ремонтних робіт. Доведено, що ефективність роботи вугільної шахти в нових умовах господарювання істотно покращується при повторному використанні підготовчих виробок, підвищити стійкість яких можна шляхом застосування рамно-анкерного кріплення з установкою двох анкерів, які розташовані взаємноперпендикулярно, при цьому один з них спрямований по лінії дії результуючого вектора зовнішнього навантаження у бік лави, а другий - у бік непорушеного масиву. На основі зареєстрованого відкриття і встановлених закономірностей виконано проектування нових горизонтів на шахтах “Шахтарська-Глибока” ДХК “Шахтарськантрацит” і “Добропільська” ДХК “Добропіллявугілля”, що дозволило за рахунок зменшення обсягів ремонтних робіт стримати очікуваний економічний ефект у розм

. Основний зміст роботи