Геомеханічне обґрунтування параметрів способу керування напруженим станом порід навколо виробок камерного типу - Автореферат

Серед способів утворення порожнин у земній корі, придатних для використання, найбільше поширення в даний час має цілеспрямоване їхнє формування, а також пристосування порожнин, що мають техногенний генезис. Максимальний ефект набувається при поєднанні процесу формування виробок під майбутні обєкти із супутнім видобутком корисних копалин, що є характерним при підземному видобутку пиляних вапняків у Криму. У звязку з переходом на підземний видобуток пиляних вапняків Криму виникла низка проблем, серед яких однією з найважливіших задач є обґрунтування параметрів системи розробки, що забезпечують, з одного боку, мінімальні втрати корисної копалини в надрах, з іншого боку - безпечне й ефективне ведення робіт, а також гарантовану стійкість виробленого простору протягом тривалого періоду часу. В даний час при підземному видобутку пиляних вапняків Криму застосовується камерна система розробки з параметрами, що, як правило, приводять до невиправданих втрат корисної копалини, а іноді, навпаки, до втрати стійкості основних несучих елементів - міжкамерних ціликів і стелин. Поставлена в дисертації ціль досягнута шляхом застосування комплексного підходу, що включає аналіз і узагальнення літературних даних за темою дисертації, аналітичні дослідження, проведені з метою удосконалення розрахункового алгоритму методу чисельного аналізу, чисельне моделювання із застосуванням методу граничних елементів для визначення параметрів компенсаційних порожнин, проведення промислових випробувань.Видобуток пиляних вапняків у Криму вівся переважно відкритим способом, однак з кінця 80-х років 20 століття було накладено заборону на створення нових технологічних відводів під карєри. Під час підземного видобутку пиляних вапняків у Криму застосовується камерна система розробки, основними несучими елементами якої є міжкамерні цілики й стелина. Очевидно, вони відіграють роль компенсаційних порожнин, обґрунтоване застосування яких дозволить знизити концентрації напружень у приконтурній області породного масиву і підвищити стійкість основних несучих елементів камерної системи розробки. Дослідження впливу компенсаційних порожнин на напружено деформований стан породного масиву в околиці системи камер проводилися за допомогою програми “Underground”. Спочатку був установлений вплив компенсаційних порожнин з різними параметрами на напружено-деформований стан породного масиву, що вміщує одиночну виробку великого поперечного перерізу.Аналіз літературних джерел показав, що розміщення обєктів різного народногосподарського призначення в підземному просторі є перспективним напрямком розвитку України, особливо, коли йдеться про супутній видобуток корисної копалини. Доведено, що для підвищення стійкості підземних споруд компенсаційні порожнини у вигляді щілинних пропилів необхідно розташовувати в максимально напружених зонах породного масиву, що вміщує. Доведено, що при вирішенні задач гірничої геомеханіки методами граничних елементів, кількість апроксимуючих прямолінійних граничних елементів повинна визначатися, по-перше, системними ресурсами ЕОМ, а, по-друге - необхідною точністю розрахунків. На основі аналітичних досліджень уперше встановлено, що для забезпечення необхідної точності розрахунків методами граничних елементів, довжина кожного прямолінійного граничного елемента, що оцінюється відносним відхиленням від середнього значення, повинна знаходитися в межах (-75 ? 175%). Установлено, що орієнтація компенсаційних порожнин у вигляді щілинних пропилів практично не залежить від гірничотехнічних умов підземної розробки пиляних вапняків Криму і повинна знаходитися в межах 25 - 35 °; довжина пропилів прямо пропорційна коефіцієнту; величина внутрішнього тиску визначається за допомогою номограми в залежності від вертикальної складової початкового поля напружень, коефіцієнта Пуассона і коефіцієнта, де відношення межі міцності порід, що вміщають, на розтягання до межі міцності на стиск, що дозволить визначати параметри компенсаційних порожнин в умовах конкретного родовища.

Основний зміст роботи

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, у якій на основі вперше встановлених закономірностей перерозподілу напружень у породному масиві під дією компенсаційних порожнин вирішена актуальна науково-технічна задача підвищення стійкості виробок камерного типу, створених під час підземного видобутку пиляних вапняків.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному: 1. Аналіз літературних джерел показав, що розміщення обєктів різного народногосподарського призначення в підземному просторі є перспективним напрямком розвитку України, особливо, коли йдеться про супутній видобуток корисної копалини. Сформована в даний час правова й економічна обстановка в нашій країні сприяють реалізації цього напрямку.

2. Доведено, що для підвищення стійкості підземних споруд компенсаційні порожнини у вигляді щілинних пропилів необхідно розташовувати в максимально напружених зонах породного масиву, що вміщує. При цьому усередині пропилів необхідно створювати тиск деякої величини.

3. Доведено, що при вирішенні задач гірничої геомеханіки методами граничних елементів, кількість апроксимуючих прямолінійних граничних елементів повинна визначатися, по-перше, системними ресурсами ЕОМ, а, по-друге - необхідною точністю розрахунків. При цьому їх кількість для кожного замкнутого контуру повинна бути не менш 300.

4. На основі аналітичних досліджень уперше встановлено, що для забезпечення необхідної точності розрахунків методами граничних елементів, довжина кожного прямолінійного граничного елемента, що оцінюється відносним відхиленням від середнього значення, повинна знаходитися в межах (-75 ? 175%).

5. Установлено, що орієнтація компенсаційних порожнин у вигляді щілинних пропилів практично не залежить від гірничотехнічних умов підземної розробки пиляних вапняків Криму і повинна знаходитися в межах 25 - 35 °; довжина пропилів прямо пропорційна коефіцієнту; величина внутрішнього тиску визначається за допомогою номограми в залежності від вертикальної складової початкового поля напружень, коефіцієнта Пуассона і коефіцієнта, де відношення межі міцності порід, що вміщають, на розтягання до межі міцності на стиск, що дозволить визначати параметри компенсаційних порожнин в умовах конкретного родовища.

6. Установлені закономірності й отримані на їхній основі технічні рішення дозволили сформулювати рекомендації з підвищення стійкості підземних виробок родовищ пиляного вапняку Криму шляхом застосування компенсаційних порожнин. Рекомендації були реалізовані при проектуванні і будівництві овочефруктосховища “Бештерек” (Крим) з супутнім видобутком пиляного каменю. За рахунок зменшення ширини міжкамерних ціликів був підвищений коефіцієнт видобутку на 7%. Економічний ефект склав 98 тис. грн.

Список опублікованих робіт здобувача за темою дисертації

1. Мартиненко С.В., Гавриш А.К. Аналіз впливу технології проведення виробок на їх стійкість // Науковий вісник НГАУ. - 1999. - №6. - С. 35-37.

2. Гавриш А.К., Роєнко А.М. Дослідження пружно-деформованого стану гірського масиву навколо одиночної камери великого перерізу // Вісник ЖІТІ. - 2002. - №2(21) / Технічні науки. - С. 139-142.

3. Гавриш А.К. О повышении длительной устойчивости подземных сооружений // Науковий вісник НГАУ. - 2002. - №2. - С. 13-15.

4. Гавриш А.К., Роенко А.Н. Управление напряженно-деформированным состоянием породного массива в окрестности одиночной камеры большого поперечного сечения с помощью компенсационных полостей // Проблеми гірського тиску. - Донецьк: ДОННТУ, 2002. - №8 - С. 40-52.

5. Гавриш А.К., Ефанов К.А. Применение компенсационных полостей для повышения устойчивости горных выработок при подземной разработке пильных известняков // Тезисы докладов Междунар. науч.- техн. конф. “Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений”. - Донецк: ООО “Норд-пресс”, 2004. - С. 53-56.