Геомеханічні основи управління зоною зруйнованих порід навколо виробок для забезпечення їх стійкості на великих глибинах - Автореферат

Фронт руйнування порід, що посувається від контуру в глибину масиву і кріплення виробки взаємодіють через вже наявну зруйновану область порід. Для досягнення поставленої мети в роботі використані такі методи: аналіз і узагальнення даних літературних джерел по дослідженням проявів гірничого тиску у виробках на глибоких горизонтах; шахтні інструментальні спостереження за процесом деформування і зрушення гірничих порід за допомогою контурних і глибинних реперів; лабораторні дослідження на структурних моделях механізму передачі навантаження на кріплення зоною зруйнованих порід при просуванні фронту руйнування в глиб масиву; аналітико-експериментальний метод прогнозу розмірів ЗЗП, що базується на положеннях механіки крихкого руйнування; промислові іспити розроблених способів охорони виробок. Вперше експериментально встановлені особливості механізму формування ЗЗП навколо виробок, що полягають в утворенні і переміщенні від фронту руйнування порід до контуру виробки хвиль знакозмінних деформацій зруйнованого масиву, які визначають характер його взаємодії з кріпленням. Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій доведені: коректним використанням основних положень гірничої геомеханіки; достатнім обсягом натурних спостережень з використанням глибинних реперів за деформаційними процесами в породному масиві навколо виробок, що проводяться в різноманітних гірничо-геологічних і гірничотехнічних умовах; лабораторними дослідженнями ефекту передачі навколишніми породами навантаження на кріплення виробок більш ніж на ста структурних моделях; збіжністю результатів розрахунків з даними лабораторних і шахтних досліджень; позитивними результатами шахтних іспитів, способів, технологій і технічних засобів підвищення стійкості виробок, що підтримуються. Практичне значення роботи полягає в тому, що на базі встановлених геомеханічних основ управління ЗЗП навколо виробок розроблені нові ефективні способи їх охорони і підтримання в складних умовах глибоких шахт, а саме: спосіб забезпечення стійкості виробок шляхом створення підвищеного опору на їхньому контурі і забезпечення погодженої роботи системи кріплення-навколишні породи (поєднання арочного і податливого анкерного кріплень); спосіб локального укріплення порід в зруйнованій зоні, що передбачає поділення її на секторні дільниці за допомогою анкерного кріплення або інєкційного нагнітання скріплюючих розчинів, в яких забезпечується самозаклинювання зруйнованих порід.Високі напруження поблизу контуру виробки перевищують межу міцності порід, внаслідок чого навколо виробки утворюється зона не пружних деформацій. Структура такої зони і характер деформування порід в ній залежать від глибини розташування виробки, типу порід і їх механічних властивостей, розміру виробки, типу і характеристики кріплення. Спочатку бурять шпури по периметру виробки і зривають камуфлетні заряди ВР (створюють зону інтенсивної тріщинуватості порід навколо виробки). Встановлено, що при переміщенні фронту руйнування порід від контуру виробки в глибину масиву у вже зруйнованих породах утворюються зони їхнього стиснення і розширення, що в чергуючому порядку переміщаються в бік контуру виробки. У відомих підходах для вирішення такої задачі не враховується рух в глибину масиву фронту руйнування порід навколо виробок, граничні умови задаються одноразово, відсутнє врахування кінетики процесів, що відбуваються в породному масиві.В дисертації дано теоретичне узагальнення і запропоновано нове рішення актуальної наукової проблеми, що полягає в розробці геомеханічних основ управління станом зруйнованих порід навколо виробок на базі вперше встановлених закономірностей деформаційних процесів, що відбуваються всередині зони зруйнованих порід під дією рухливого фронту руйнування, які визначають характер взаємодії породного масиву з кріпленням виробок. Розроблено новий метод обробки і подання результатів натурних спостережень по глибинних станціях за зміщенням порід навколо виробок, який відрізняється тим, що зміщення реперів розглядається як дискретний процес і їхня величина визначається за періоди між попереднім і поточним замірами по всьому ланцюгу установки. Вперше експериментально встановлені особливості механізму формування ЗЗП навколо виробок, що полягають в утворенні і переміщенні від фронту руйнування порід до контуру виробок хвиль знакозмінних деформацій зруйнованого масиву, які зумовлюють характер його взаємодії з кріпленням.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ