Прогнозування та підвищення стійкості виробок в умовах слабкометаморфізованих порід Західного Донбасу - Автореферат

Прогнозування та підвищення стійкості виробок в умовах слабкометаморфізованих порід Західного ДонбасуСтабілізація економіки України багато в чому залежить від стійкої роботи паливно-енергетичного комплексу і, насамперед, від роботи підприємств вугільної промисловості - шахт та розрізів. Мета досліджень полягає в розробці методики прогнозування та способу підвищення стійкості гірничих виробок вугільних шахт Західного Донбасу в умовах слабкометаморфізованих, схильних до здимання порід підошви, що мають дуже високий рівень структурної неоднорідності та повязану з цим змінність фізико-механічних властивостей. Ідея роботи полягає в урахуванні особливостей геомеханічних параметрів породного масиву на рівні фізичних і математичних моделей, у системному підході до проблеми прогнозування та оцінки стійкості виробок при їх проектуванні, розробці та впровадженні конструкції металевого кріплення криволінійної форми. Наукова новизна отриманих результатів: вперше при дослідженнях стійкості підземних виробок, проведених у слабкометаморфізованих породах, на рівні фізичних та статистичних моделей ураховано особливості вуглевміщуючого масиву і отримано закономірності його деформування, що дає можливість проектувати виробки з більшою, ніж звичайно, надійністю; Наукове значення роботи полягає у дослідженні та встановленні нових закономірностей змінення стійкості виробок, проведених у неоднорідному слабкометаморфізованому породному масиві, із використанням ймовірносно-статистичних моделей; в обгрунтуванні застосування та розробці конструкції підковоподібного металевого кріплення для умов шахт Західного Донбасу.Для шахт Західного Донбасу, де інтенсивне зміщення слабих нестійких порід підошви викликає руйнування кріплення виробок, найбільш досконалим із точки зору відпору і збереження цілісності є застосування замкнутого кріплення. Так, на 11 шахтах ДХК «Павлоградвугілля» до 1990 року щорічно перекріплювали до 20 км гірничих виробок, підривали породи підошви виробок на ділянках загальною довжиною понад 130 км, а рихтування рейкової колії виконували на 180 км виробок. Наведений в першому розділі аналіз досліджень, присвячених здиманню порід підошви, показав, що всі базові фізичні моделі гірського масиву, що містить виробку, є або пружними, або пружнопластичними. У основу фізичної моделі процесу здимання порід покладено явище втрати стійкості рівноваги, тобто явище переходу механічної системи «масив-виробка» з одного енергетичного стану в інший, більш низького рівня, який відрізняється наявністю великих зміщень порід контуру виробки. Аналіз результатів аналітичних досліджень дозволив встановити, що стійкого стану порід підошви можливо досягти двома способами - зменшуючи величину відносного обємного розпушення вміщуючих порід на контурі виробки, або величину відносного радіусу області непружних деформації .Дисертація є завершеним науковим дослідженням, у якому вирішено актуальну науково-технічну задачу підвищення стійкості гірничих виробок в умовах слабкометаморфізованих порід, схильних до здимання, на підставі встановлення з використанням ймовірнісно-статистичних моделей закономірностей змінення стійкості виробок та застосування розробленої для умов шахт Західного Донбасу конструкції підковоподібного металевого кріплення. Основні наукові висновки та практичні рекомендації, одержані у дисертації, базуються на результатах критичного аналізу питань забезпечення стійкості виробок та розрахунків металевого кріплення; теоретичних та практичних досліджень заходів підвищення стійкості виробок в умовах слабкометаморфізованих, схильних до здимання порід підошви; результатах лабораторних досліджень з визначення раціональної конструкції металевого кріплення криволінійної форми та експериментальної перевірки запропонованого способу підвищення стійкості виробок в умовах шахт Західного Донбасу. На основі аналізу формування пружнопластичної зони навколо виробок, від розмірів якої залежить їх стан, з урахуванням чинника часу отримано вираз коефіцієнту стійкості для реальних кількісних оцінок стану у породах, що здимаються. Коефіцієнтом стійкості виробки є відношення критичного радіуса зони непружних деформацій, що залежить від властивостей вміщуючих порід і показника їх обємного розпушення у позамежному стані, до реального радіуса зони непружних деформацій, обумовленого гірничо-геомеханічними умовами експлуатації виробки. Установлені аналітичні залежності дають можливість у реальних умовах вирішувати питання прогнозування стійкості виробок при їх проектуванні та експлуатації, а також виконувати кількісний аналіз впливу різноманітних чинників на стійкість виробки з вирішенням конкретних прикладних завдань.

Основний зміст роботи