Геомеханічне обґрунтування параметрів безпечної відробки виїмкових дільниць у процесі формування вугільних ціликів - Автореферат

У процесі доробки виїмкових полів очисними вибоями формуються та руйнуються цілики вугілля, що призводить до збільшення гірського тиску та газовиділення із пласту та уміщуючого масиву. Існуючі методики не враховують у повній мірі умови і процеси формування та руйнування цілика, що досягає значних критичних розмірів на великій глибині розробки, при яких починається його руйнування та істотно змінюється гірський тиск та газова обстановка на виїмковому полі. У роботі використано комплексний метод досліджень, який включає моніторинг сейсмоакустичної емісії у оточенні очисного вибою, газовиділення із окремих джерел уміщуючого масиву для аналізу динаміки газовиділення та встановлення найбільш небезпечних місць виділення метану, заміри конвергенції на контурі підготовчих виробок для встановлення моменту руйнування цілика, метод чисельного моделювання напружено-деформованого стану вугільного пласту та уміщуючих порід з урахуванням позамежного деформування при різній конфігурації виробленого простору для встановлення критичного розміру цілика та розробки заходів по забезпеченню безпечної технології доробки виїмкових дільниць, методи математичної статистики та теорії вірогідності для обробки результатів вимірів. Процес руйнування вуглепородного масиву обєднує віджим крайових частин цілика з утворенням субвертикальних діагональних тріщин, орієнтація яких залежить від конфігурації цілика, а також умов примикання лав до виробленого простору та протікає у три-чотири етапи, при цьому додаткове газовиділення відбувається у перші два-три етапи та затухає по лінійному закону до моменту зупинки лави. Уточнено взаємозвязок параметрів фізичних процесів у момент руйнування цілика: швидкість деформації на контурі примикаючих виробок збільшується у 8,2 рази; газовиділення із свердловин, що пробурені попереду лави, знижується у 2,1 рази та збільшується у 2,9 рази із виробленого простору; інтенсивність акустичної емісії збільшується у 4,7 рази.Доробка газонасичених ціликів лавами на раніше вироблений простір на великих глибинах призводить до додаткового газовиділення у привибійний простір. При зменшенні ширини цілика відбувається накладення зон опорного тиску з протилежних сторін цілика, та по досягненню його критичного розміру зони позамежного стану зливаються, у результаті чого цілик повністю руйнується. Так, на фрагменті д видно, що лава 4 відробляється на раніше вироблений простір 1 як ціликова, тоді як у випадках в та г вона примикає до раніше виробленого простору 2 тільки з однієї сторони. Перші дві лави примикали до раніше виробленого простору та дороблялися на раніше вироблений простір розвантажувальної лави. При ширині цілика 382 м акустична емісія у верхній та нижній частинах лави одночасно підвищилася у 2,5-3 рази, після чого із затримкою у 2 доби або при переміщенні вибою (та зменшенні розміру цілика на 10 м) відбувся перерозподіл газовиділення по джерелам: величина каптажу впала у 5 разів, а надходження газу із виробленого простору збільшилося у 4,5 рази.Дисертація є закінченою науковою роботою, у якій вирішена актуальна науково-прикладна задача геомеханічного обґрунтування параметрів безпечної відробки виїмкових дільниць у процесі формування вугільних ціликів похилих пластів глибоких шахт на підставі встановлених закономірностей протікання фізичних процесів руйнування та газовиділення при формуванні та відробці ціликів, що має велике значення для ефективного та безпечного ведення гірничих робіт на вугільних родовищах із високою багатогазовістю. Експериментальне дослідження фізичних процесів, що протікають при формуванні та руйнуванні ціликів, дозволило встановити, що при доробці виїмкових полів на раніше вироблену дільницю шахтного поля зі швидкістю 100-150 м/міс. критичний розмір цілика, при досягненні якого відбувається перше руйнування уміщуючої товщі, суттєво залежить від конфігурації оточуючого виробленого простору та змінюється від 0,31 до 0,24 та 0,17 глибини розробки, що відповідає випадку, коли цілик оконтурений виробленим простором з трьох, двох та однієї сторони відповідно. При досягненні критичного розміру цілика відбувається збільшення швидкості конвергенції на контурі примикаючих підготовчих виробок у 8,2 рази та збільшення інтенсивності акустичної емісії по всій довжині лави у 4,7 рази. Дегазація цілика протікає при перших двох-трьох його руйнуваннях до досягнення ширини цілика 0,15-0,07 глибини розробки, а подальше руйнування відбувається із затуханням газовиділення по лінійній залежності. Досліджені особливості зміни напружено-деформованого стану товщі у оточенні цілика на стадіях його деформування при різній конфігурації вироблених просторів, що дозволило встановити: при відробці цілика, що оконтурений з трьох або однієї сторони, відбувається зсув вздовж ліній, що виходять із кутових частин лави та орієнтовані вздовж діагоналі, що зєднує сполучення лави із конвеєрним штреком та пересічення вентиляційного штреку із границею раніше виробленого простору; додатковий зсув реалізується вздовж короткої півді

Основний зміст роботи