Геомеханічне обґрунтування параметрів обвалення важкокерованої покрівлі в лавах пологих пластів Донбасу - Автореферат

Ведення очисних робіт на цих пластах передбачає ряд додаткових заходів щодо управління покрівлею, які необхідні для стабільної й безпечної роботи видобувної дільниці. Відсутність універсального методу розрахунку кроку первинного обвалення робить неможливим прогнозування поведінки покрівлі та вибір методів ефективного управління важкокерованою покрівлею на стадії проектування очисних робіт. Дослідити в шахтних умовах параметри зони опорного тиску, особливості зсуву покрівлі в виїмкових виробках попереду лави, крок первинного обвалення покрівлі, характер обвалення порід у очисних вибоях; Дослідити методом фізичного моделювання характер взаємодії породних шарів покрівлі над виробленим простором і формування руйнівних зон при їх прогині; При й покрівля не обвалюється, при й шар обвалюється великими блоками, при й шар обвалюється дрібними фракціями, при й шар обвалюється як дрібними фракціями так і великими блоками.Основні труднощі при теоретичних дослідженнях механічних процесів, що відбуваються в масиві важкокерованих гірських порід, при очисному вийманні вугілля, полягають у виборі розрахункової схеми напруженого стану підробленого гірського масиву, досить ідеалізованої для того, щоб можна було одержати рішення задачі з визначення параметрів обвалення покрівлі, яке би відображало реальні особливості масиву й мало практичну цінність для інженерних розрахунків. Проведений аналіз гіпотез гірського тиску показав, що основними механічними процесами, що відбуваються в масиві гірських порід, є розшарування порід покрівлі над очисним вибоєм при відході останнього від розрізної печі. Шари, що прогинаються над виробленим простором, формують опорний тиск і тиск на кріплення вибою. Утворення тріщин попереду очисного вибою у вугільному пласті, покрівлі й іноді у підошві обумовлено деформаціями прогину порід покрівлі та їхньою міцністю. Прогин шарів в області зрушення над виробленим простором, що формує опорний тиск, не має універсального аналітичного опису.Розподіл деформацій та напружень в породному шарі розраховувались, методом Горбунова-Посадова. Врахування взаємодії породних шарів, що входять в зону зрушення, при визначенні вертикальних напружень у кожному шарі вимагає тривалої безперервної роботи сучасних компютерів. Досліджуючи прогин товстих і тонких плит при різних граничних умовах, за допомогою методу кінцевих елементів, було визначено, що розрахунок максимального прогину плити можна звести до розрахунків максимальних прогинів двох взаємодіючих пересічних балок одиничної ширини (рис. 2), дозволяє оперативно розраховувати максимальні прогини й напруження породних шарів в області зрушення. Сумарне максимальне вертикальне напруження на межах шару у точці 1, з урахуванням опорного тиску шарів, що розміщуються вище, визначається: , (3) де Н - глибина залягання шару, м;Одержанні теоретичні і експериментальні залежності між параметрами обвалення важкокерованої покрівлі на лавах пологих пластів Донбасу та механічні і геометричні характеристики шаруватого гірського масиву, які в сукупності уявляють собою нове вирішення актуальної наукової задачі встановлення закономірностей обвалення важкокерованої покрівлі з урахуванням взаємодії вище лежачих породних шарів, яке має важливе народно-господарче значення. На формування величини руйнівних напружень, що формуються у безпосередній та основній покрівлі попереду очисного вибою, на момент первинної посадки, впливає кількість та міцність породних шарів, які знаходяться у зоні зсуву; У нижній частині закладення шару, в зоні опорного тиску руйнування порід відбувається під дією дотичних напружень від всебічного стиснення; При руйнуванні породного шару від узагальненого розтягання, шар ділиться на блоки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій отримані нові науково обґрунтовані результати в області підземної розробки родовищ корисних копалин. Одержанні теоретичні і експериментальні залежності між параметрами обвалення важкокерованої покрівлі на лавах пологих пластів Донбасу та механічні і геометричні характеристики шаруватого гірського масиву, які в сукупності уявляють собою нове вирішення актуальної наукової задачі встановлення закономірностей обвалення важкокерованої покрівлі з урахуванням взаємодії вище лежачих породних шарів, яке має важливе народно-господарче значення.

Головні виводи й результати роботи полягають у наступному: 1. На формування величини руйнівних напружень, що формуються у безпосередній та основній покрівлі попереду очисного вибою, на момент первинної посадки, впливає кількість та міцність породних шарів, які знаходяться у зоні зсуву;

2. У верхній частині закладення шару у зоні опорного тиску руйнування породи відбувається під дією напружень, що розтягують. У нижній частині закладення шару, в зоні опорного тиску руйнування порід відбувається під дією дотичних напружень від всебічного стиснення;

3. Обвалення порід покрівлі дрібними фракціями або великими блоками залежить від виду напружено-деформованого стану. При руйнуванні породного шару від узагальненого розтягання, шар ділиться на блоки. При руйнуванні порід під дією дотичних напружень, обвалення відбувається дрібними фракціями;

4. Характер руйнування породного шару й характер обвалення порід залежать від потужності шару, міцності порід і розміру виробленого простору;

5. Розроблений новий підхід до визначення прогину породних шарів над виробленим простором через розрахунок прогину двох взаємно перпендикулярних балок одиничної ширини;

6. На підставі отриманих теоретичних та експериментальних досліджень розроблений нормативний документ «Мероприятия по прогнозированию первичной посадки основной кровли в лавах пологих пластов Донбасса», затверджений Міністерством вугільної промисловості України (21.05.2008);

7. Запропоновані в роботі рекомендації та заходи щодо прогнозування параметрів обвалення важкокерованої покрівлі впроваджені на шахтах «Красноармійська-Західна №1», «Родинська» та на шахті ім. Стаханова, що дозволить одержати очікуваний економічний ефект у розмірі 1192,6 тис. грн/рік.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ Й РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Сергиенко А.И. Численные методы исследования изменения напряжений в горном массиве над выработанным пространством лав // Молодь та майбутнє. Збірник праць конференції. - Красноармійськ: КІІ ДОННТУ, 2005. С. 24 -28.

2. Кольчик Е.И. Управление горным давлением при охране горных выработок // Е.И. Кольчик, В.А. Болбат, А.И. Сергиенко. Физикотехнические проблемы горного производства. Сб. научных трудов. - Вып. №8. - Донецк: Институт физики горных процессов НАН Украины, 2005. - С.159-163.

3. Лобков Н.И. Моделирование зоны распределения деформаций и напряжений в горном массиве при разработке угольных пластов // Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко. Геотехнологии и управление производством XXI века. Монография в 2-х томах. Том 1 - Донецк: ДОННТУ, 2006 - С.72-76.

4. Лобков Н.И. Исследование характера поведения породного массива над выработанным пространством лав. // Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко, Л.Г. Сергиенко. Сб. трудов конференции «Наука та техносфера» - КИИ ДОННТУ, 2006, С.15-20.

5. Лобков Н.И. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния горного массива при разработке угольных пластов // Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко. Сб. трудов конференции «Наука та техносфера» - КИИ ДОННТУ, 2006, С.38-43.

6. Лобков Н.И. Моделирование характера поведения породного массива над выработанным пространством лав // Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко, Л.Г. Сергиенко. Сборник научных трудов НГУ №26, Том 1 - Днепропетровск: РВК НГУ, 2006. С.56-65.

7. Кольчик Е.И. Влияние мощных песчаников и скорости подвигания лавы на проявления горного давления в выемочных выработках // Е.И. Кольчик, И.Е. Кольчик, А.И. Сергиенко. Физикотехнические проблемы горного производства. Сб. научных трудов. - Вып. № 9. - Донецк: Институт физики горных процессов НАН Украины, 2006. - С.147-152.

8. Лобков Н.И. Исследование процесса деформирования слоистого горного массива над очистной выработкой // Н.И. Лобков, В.Е. Жуков, А.И. Сергиенко. Физикотехнические проблемы горного производства. Сб. научных трудов. - Вып. № 9. - Донецк: Институт физики горных процессов НАН Украины, - 2006. - С.219-225.

9. Лобков Н.И. Аналитические исследования сдвижения горного массива над выработанным пространством // Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко. Сб. трудов конференции «Геотехнологии и охрана труда в горной промышленности», КИИ ДОННТУ - Донецк: ООО «Норд Компьютер», 2007 - С.6-13.

10. Лобков Н.И. Определение разрушающих напряжений от прогиба слоев над выработанным пространством // Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко, Л.В. Сергиенко, В.М. Куцерубов, Е.Н. Халимендиков. Физикотехнические проблемы горного производства. Сб. научных трудов. - Вып. №10- Донецк: Институт физики горных процессов НАН Украины, - 2007 - С.119-127.

11. Лобков Н.И. Пространственное моделирование напряженно-деформированного состояния горного массива при различных способах отработки лав, для условий охраны горных выработок // Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко, Л.В. Сергиенко. Сб. трудов конференции «Геотехнологии и охрана труда в горной промышленности», КИИ ДОННТУ - Донецк: ООО «Цифровая типография», 2008.- С.17-24.

12. Ильяшов М.А. Оценка влияния скорости подвигания очистного забоя на вмещающие боковые породы // М.А. Ильяшов, Е.Н. Халимендиков, Н.И. Лобков, В.М. Куцерубов, А.И. Сергиенко. Уголь Украины №8, 2008. - С.11-13.

13. Лобков Н.И. Определение разрушающих напряжений и предельного пролета кровли в очистных забоях // Н.И. Лобков, А.И. Сергиенко, Е.Н. Халимендиков. Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамическими явлениями в горных породах и выработках: Матер. XVIII Межд. науч. школы. Симферополь: Таврич. нац. ун.-т, 2008. - 368 с. (С. 199-201).

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві: [2] - проведення чисельного аналізу НДС масиву при різних варіантів охорони виробок; [3, 4, 5, 6] - математичне дослідження розподілу напружень та деформацій навколо очисного вибою; [7] - аналіз та проведення натурних досліджень впливу формування опорного тиску на деформування виїмкових виробок; [8] - фізичне моделювання підробленого гірського масиву на моделях із еквівалентних матеріалів; [9] - аналітичні дослідження прогину породних шарів над виробленим простором; [10] - розробка нового підходу визначення руйнівних напружень породних шарів; [11] - чисельне моделювання стану гірського масиву при різних схемах відробки лав; [12] - визначення критерію характеру обвалення покрівлі; [13] - визначення довжини граничного прогону порід покрівлі.