Прогнозування геомеханічних умов відробки похилих вугільних пластів на основі рельєфу їх залягання - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наукУ дисертації розвинений метод опису складчастості залягання похилих (пологих) вугільних пластів, що базується на використанні ступеневих апроксимуючих поліномів та відрізняється додатковим урахуванням даних експлуатаційної розвідки залягання пластів та використанням нової процедури визначення оптимального ступеня апроксимуючих поліномів. Експериментально в натурних умовах підтверджено істотний взаємозвязок кривини рельєфу залягання пласта та проявів гірничого тиску при веденні гірничих робіт (збільшенні посувань порід контуру виробок, відносної площі вивалів порід у лавах, локальна приуроченість газодинамічних явищ до зон високих значень кривини залягання пластів).Підвищення ефективності та безпеки видобутку вугілля на шахтах Донбасу вимагає вдосконалення методів прогнозування геомеханічних умов відробки похилих вугільних пластів на глибинах, більших за 1000 м. Усе вищезазначене обумовлює необхідність створення нового маловитратного методу опису просторових залягань вугільних пластів, які визначають геомеханічні умови їх відробки. Прогнозування технологічних і геомеханічних умов відробки похилих (пологих) вугільних пластів Донецького басейну становить один із найважливіших наукових напрямків кафедри гірничої геомеханіки ДОННТУ. Дисертацію виконано згідно з аспірантським планом та в межах держбюджетної теми Д-12-03 “Розробка системи геомеханічного прогнозування умов відробки похилих (пологих) вугільних пластів на великих глибинах” (номер держреєстрації 0103U001731). Метод дослідження - комплексний, що містить у собі: аналіз виконаних досліджень; апроксимацію поверхні рельєфу вугільного пласта у вигляді функції двох змінних із використанням ступеневих поліномів та ортогональних поліномів Чебишева; оптимізацію ступеня поліномів, що використовуються, за критерієм мінімальної сумарної наведеної помилки; визначення параметрів, що апроксимують рельєф поверхні чисельним методом Ньютона; шахтні інструментальні спостереження за зсуванням кріплень підготовчих виробок; статистичний аналіз відносної площі обвалень порід покрівлі в очисних вибоях; а також дослідно-промислову перевірку розроблених технологічних рішень.Таким чином, аналіз виконаних досліджень доводить, що на наш час не існує простого й точного методу опису рельєфу залягання вугільних пластів, що розроблюються, який відбивав би їх складчастість. Використання для опису обємної поверхні вугільних пластів гладких безперервних функцій дозволяє по-новому підійти до питань розробки критерія оцінки складності їх залягання як у конкретній точці (зоні), так і в межах усієї площі шахтного поля. Таким чином, можна запропонувати критерій, котрий одночасно б відбивав і геометрію рельєфу залягання складчастого вугільного пласта, і зміну його вихідного напружено-деформованого стану. Виконані обчислення продемонстрували також, що під час опису рельєфу залягання поліномами з оптимальним ступенем кількість опорних точок завдає менш вагомого впливу на точність апроксимації, а величина цього ступеня залежить від параметрів складчастості вугільного пласта, що розробляється. Таким чином, на основі виконаних досліджень був розвинутий метод опису складчастості залягання похилих (пологих) вугільних пластів, який базується на використанні ступеневих апроксимуючих поліномів та відрізняється додатковим урахуванням даних експлуатаційної розвідки залягання пластів та використанням нової процедури визначення оптимального ступеня апроксимуючих поліномів.У дисертації подане нове розвязання актуальної науково-технічної задачі визначення плікативного рельєфу залягання похилих (пологих) вугільних пластів, що полягає у розвитку методу апроксимації складчастих поверхонь та в обгрунтуванні використання геометричної сумми кривин як критерію для прогнозування природних аномальних зон напруженого стану вміщуючого масиву, і параметрів стійкості виробок, що дає змогу підвищіти ефективність ведення гірничих робіт. Розвиток методу полягає у тому, що враховуються координати залягання пласта, отримані не лише протягом періоду геологічної, а й експлуатаційної розвідки. Уперше обгрунтований критерій оцінки рельєфу залягання пласта (зміни за площею рівня тектонічних напружень у непорушній породній товщі), який являє собою величину геометричної суми головних кривин у точці гірничого масиву, що розглядається. У зонах природної плікативної порушеності пласта, що відробляється, величини зсувів порід контура виробки, які визначаються методом ВНІМІ, слід корегувати шляхом множення їх на величину коефіцієнта, який враховує ступінь складчастості залягання пласта. Розроблений метод прогнозування обвалень безпосередньої покрівлі у привибійному просторі лави, який враховує тип та інтенсивність плікативної порушеності пласта на різних ділянках у межах площі відроблюваного поверху або яруса.

2. Основний зміст роботи