Обґрунтування параметрів рамного кріплення капітальних і підготовчих виробок вугільних шахт на основі імовірносно-статистичних моделей - Автореферат

Зі збільшенням глибини розробки родовищ, починаючи з 600…800 м, різко знижується стійкість протяжних виробок, що повязано з ускладненням гірничо-геологічних умов їх проведення та експлуатації. При проектуванні виробок і плануванні ремонтно-відновних робіт виникає необхідність у використанні розрахункових методик, заснованих на більш складних імовірносних моделях, які дозволяли б більшою мірою враховувати випадковий вплив на стійкість виробок різноманітних гірничо-геологічних і гірничотехнічних факторів. У цьому звязку розробка на основі ймовірносних моделей методики оптимального проектування підземних гірничих виробок і планування ремонтно-відновних робіт з метою забезпечення їх стійкості протягом усього періоду експлуатації, обґрунтування параметрів кріплення і найменш дешевих, але досить ефективних, способів підтримки виробок у стійкому стані, є актуальною задачею, що має важливе наукове і практичне значення, рішенню якої і присвячена дисертація. Ціль досліджень полягає в обґрунтуванні і розробці на основі імовірносно-статистичних моделей методики оптимального проектування і визначення параметрів кріплення протяжних гірничих виробок з урахуванням витрат на їх підтримку в умовах випадкового впливу геомеханічних факторів. Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці методики визначення статистичних характеристик коефіцієнту стійкості протяжних гірничих виробок для оптимізації параметрів кріплення і обґрунтування способів їх підтримки в безремонтному стані, яка заснована на інструментальних спостереженнях за протіканням геомеханічних процесів у натурних умовах, а також методики кількісної оцінки і прогнозування стійкості протяжних гірничих виробок в умовах випадкового впливу геомеханічних факторів з урахуванням оптимізації витрат на їх проведення і поточні ремонти металевого аркового кріплення в період експлуатації., (1) де qгр(S) - несуча здатність кріплення, яка для тонкостінних конструкцій оцінюється за формулою: , (2) де RT - поріг текучості (міцності) матеріала кріплення; W - момент опіру поперечного перетину кріплення; R0 - напівпроліт виробки; f (l0, Kp, q, jmax) - безрозмірна функція, яка враховує співвідношення бокового і вертикального навантажень l0, кут прикладення результуючого вектора зовнішнього навантаження q, конструктивні особливості кріплення КР, величину кута, при якому визначено максимальне значення вигинаючого моменту jmax ; q(S) - діюче навантаження в цьому ж перетині, величина якого залежить в цілому від показника умов розробки: ; (3) Таким чином, кожна реалізація коефіцієнта стійкості (1) у перетині Si являє собою випадкову величину, що за довжиною виробки утворює випадкову функцію Кст(S). Метою лабораторних досліджень була розробка досить простої методики визначення статистичних характеристик коефіцієнта стійкості, що були виконані щодо найбільш розповсюдженого металевого аркового піддатливого кріплення. Виконані дослідження дозволили встановити, що за короткий відрізок часу, який дорівнює, приблизно, 10 добам, процес формування навантаження носить нестаціонарний характер, надалі цей процес є стаціонарним і для його опису підходить детально розроблена теорія стаціонарних випадкових функцій. ідповідно до прийнятої імовірносної моделі (рис.1) витікає, що довільно обраний перетин виробки може знаходитися в двох станах - стійкому (4) і нестійкому (5): ; (4) Викладені вище дослідження дозволили зробити наступне твердження: стійкість протяжних виробок, що оцінюється математичним очікуванням коефіцієнта стійкості, віднесеним до його граничної величини, є функцією показника стійкості і параметра форми розподілу Вейбулла, що дозволяє в залежності від призначення виробки для заданих гірничо-геологічних умов визначити тип і параметри кріплення, а також прогнозувати обсяги ремонтних робіт.Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій отримане нове рішення актуальної задачі розробки на основі імовірносних моделей методики оптимального проектування підземних гірничих виробок і планування ремонтно-відновних робіт з метою забезпечення їх стійкості протягом усього періоду експлуатації, обґрунтування конструктивних параметрів кріплення і найменш дешевих, але досить ефективних способів підтримки виробок у стійкому стані. Узагальнені результати шахтних спостережень за процесами деформації порідного масиву, що вміщує, і зміни кривизни рамного аркового кріплення підготовчих виробок, що дозволило обґрунтувати імовірносно-статистичну модель для встановлення залежності коефіцієнта стійкості протяжної виробки від гірничо-геологічних і гірничотехнічних факторів, що впливають. Розроблена інженерна методика визначення статистичних характеристик коефіцієнту стійкості протяжних гірничих виробок для оптимізації параметрів кріплення і обґрунтування способів їх підтримки в безремонтному стані, яка заснована на інструментальних спостереженнях за протіканням геомеханічних процесів у натурних умовах. Розроблена методика кількісної оцінки і прогнозування стійкості протяжних гірничих виробок в у

2. Основний зміст роботи