Геомеханічні закономірності зміни граничних напружених станів порідного масиву покрівлі, при відпрацьовуванні положистих вугільних пластів за допомогою суцільної системи розробки. Вивчення процесу обвалення порід покрівлі вугільного пласту на моделях.
Аннотация к работе
Тому тема дисертації, що присвячена встановленню закономірностей обвалення порід покрівлі, що містить міцні шари піщаника, є актуальною і важливою для вуглевидобувних шахт України. Метою досліджень є встановлення геомеханічних закономірностей зміни граничних напружених станів у покрівлі складноструктурних положистих вугільних пластів, що містить потужній шар міцних порід. Основна ідея досліджень полягає в урахуванні особливостей структури порід покрівлі у лавах положистих вугільних пластів при дослідженні граничних напружених станів геомеханічної системи "лава-породний масив". Величина генерального і крок сталого обвалень порід покрівлі для визначених гірничогеологічних умов не залежать від потужності вугільного пласта і являють собою нелінійну функцію структури і міцності порід основної і безпосередньої покрівель, а також довжини лави, що дозволяє прогнозувати параметри обвалення та приймати відповідні технічні рішення і міри безпеки. Наукове значення роботи полягає в: обґрунтуванні головних управляючих параметрів, які суттєво впливають на геомеханічну ситуацію при обваленні покрівлі вугільного пласту, що містить потужний шар міцного піщанику; розробці адекватної розрахункової схеми для компютерного моделювання на підставі виконаних натурних та лабораторних досліджень поведінки складноструктурної покрівлі вугільного плату; обґрунтуванні інтегральних критеріїв стійкості порід покрівлі для величини генерального та кроку сталого обвалень.Так, на деяких вугільних шахтах породи покрівлі містять потужні шари міцного піщаника, що робить основну покрівлю такою, що важко обвалюється. Для генерального обвалення запропонований наступний інтегральний критерій міцності порід покрівлі: , (1) де - середньозважене значення межи міцності на одноосьовий стиск порід покрівлі, kc - середньозважене значення коефіцієнту структурного послаблення порід покрівлі; гср - середнє значення обємної ваги гірських порід; hi - міцність i - го шару гірських порі, що залягають у покрівлі вугільного пласту. Встановлені основні фактори, що впливають на величину генерального обвалення: це межа міцності шарів порід покрівлі на одноосьовий стиск і розтягання, їх структура, неоднорідність, тріщинуватість та довжина лави. коефіцієнт крихкості, що дорівнюється відношенню межі міцності на розтягнення Rp, до межі міцності на стиск Rc; и - коефіцієнт структурного послаблення порід покрівлі і піщаника. На основі залежності (2) установлено, що основними параметрами, що визначають крок сталого обвалення є довжина лави, середньозважена міцність порід покрівлі і їх тріщинуватість.Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, у якій на основі вперше встановлених закономірностей формування граничних напружених станів порід отримане нове рішення актуальної науково-технічної задачі управління складноструктурною покрівлею, що важко обвалюється положистих вугільних пластів для гірничогеологічних умов шахт ДП "Добропіллявугілля". Установлено, що потужність вугільного пласту, що відпрацьовується, у межах її зміни на шахтних полях ДП "Добропіллявугілля" не впливає на розподіл і величину напружень у породах покрівлі, що істотно спрощує рішення геомеханічних задач. Розроблено інтегральні критерії стійкості порід покрівлі для генерального і сталого обвалення; доведено, що втрата стійкості породного масиву в покрівлі пласту, що відпрацьовується, можлива в тому випадку, якщо точковий критерій реалізується по всьому обєму зруйнованих порід, обмеженому кривою, довжина і форма якої відповідають інтегральній умові міцності. Установлено, що крок генерального і сталого обвалення залежить від міцності порід, що вміщують, потужності шарів безпосередньої й основної покрівлі, а також довжини лави, що дозволило одержати залежності і номограму для визначення параметрів обвалення. На підставі аналізу натурних, лабораторних і аналітичних досліджень запропонована трьохстадійна модель обвалення порід покрівлі положистих вугільних пластів, що дозволяє для конкретних гірничогеологічних умов прогнозувати основні параметри процесу руйнування породного масиву при очисній виїмці вугілля лавами.
План
Основний зміст роботи
Вывод
Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, у якій на основі вперше встановлених закономірностей формування граничних напружених станів порід отримане нове рішення актуальної науково-технічної задачі управління складноструктурною покрівлею, що важко обвалюється положистих вугільних пластів для гірничогеологічних умов шахт ДП "Добропіллявугілля".
Основні наукові і практичні результати дисертації полягають у наступному.
1. Виконано натурні і лабораторні дослідження поводження важкої покрівлі вугільного пласту l8 для геологічних і гірничотехнічних умов ш. "Білозерська" і "Новодонецька" ДП "Добропіллявугілля", що дозволило визначити основні керуючі параметри і розробити розрахункові схеми для компютерного моделювання.
2. Установлено, що потужність вугільного пласту, що відпрацьовується, у межах її зміни на шахтних полях ДП "Добропіллявугілля" не впливає на розподіл і величину напружень у породах покрівлі, що істотно спрощує рішення геомеханічних задач.
3. Розроблено інтегральні критерії стійкості порід покрівлі для генерального і сталого обвалення; доведено, що втрата стійкості породного масиву в покрівлі пласту, що відпрацьовується, можлива в тому випадку, якщо точковий критерій реалізується по всьому обєму зруйнованих порід, обмеженому кривою, довжина і форма якої відповідають інтегральній умові міцності.
4. Установлено, що крок генерального і сталого обвалення залежить від міцності порід, що вміщують, потужності шарів безпосередньої й основної покрівлі, а також довжини лави, що дозволило одержати залежності і номограму для визначення параметрів обвалення.
5. На підставі аналізу натурних, лабораторних і аналітичних досліджень запропонована трьохстадійна модель обвалення порід покрівлі положистих вугільних пластів, що дозволяє для конкретних гірничогеологічних умов прогнозувати основні параметри процесу руйнування породного масиву при очисній виїмці вугілля лавами.
6. Розрахунковий економічний ефект для умов ш. "Білозерська" ДП "Добропіллявугілля", що отриманий за рахунок більш раціональної установки кріплення у підготовчих виробках, склав 192220 грн. на 1000 м довжини виробок перетином у світлі 13,8 МІ і 115050 грн. перетином у світлі 11,2 МІ.
Основні положення і результати дисертації опубліковані в таких роботах
1. Хозяйкина Н.В., Кужель С.В., Панибратченко В.Ф., Григорьев А.Е. Проблемы устойчивочти подготовительных выработок на шахте "Белозерская" ГХК "Добропольеуголь" // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Вип. 54, Донецьк, 2002. - С. 137-142.
2. Кужель С.В., Хозяйкина Н.В. Расчет параметров установившегося шага обрушения в лаве при наличии в кровле угольного пласта слоя прочных горных пород // "Геотехнічна механіка". Міжвід. зб. наук. праць ІГТМ, Донецьк-Дніпропетровськ, 2002. - Вип. 40. - С. 166-173.
3. Хозяйкина Н.В. Закономерности генерального обрушения кровли лавы в условиях шахт ГК "Добропольеуголь"" // Известия Тульского государственного университета. Серия "Геомеханика. Механика подземных сооружений", Вып. 1, Тула, 2003. - С. 318-322.
4. Хозяйкина Н.В., Кужель С.В. Взаимосвязь технологических и геомеханических параметров при обрушении пород кровли в лавах // Науковий вісник НГУ. - 2003. № 4. - С. 49-51.
5. Шашенко А.Н., Хозяйкина Н.В. Закономерности изменения предельного напряженного состояния в сложноструктурной кровле угольного пласта при формировании генерального обрушения // Науковий вісник НГУ. - 2003. № 12. - С. 9-14.
6. Хозяйкина Н.В., Сдвижкова Е.А. Закономерности изменения напряженно-деформированного состояния породного массива на первом этапе отработки угольного пласта // Збірник наукових праць НГУ. Том 1. Дніпропетровськ, РВК НГУ, - 2003. № 17. - С.312-317.
7. Хозяйкина Н.В. Закономерности обрушения пород кровли лав, вмещающих пласт прочных горных пород // Информационный бюллетень Московского государственного горного университета - 2004. № 1. - С.174-177.
8. Хозяйкіна Н.В. Моделирование на эквивалентных материалах процесса обрушения основной кровли в условиях ш. Белозерская ГХК "Добропольеуголь" // Наукова конф. "Проблеми і перспективи геотехнологій на початку ІІІ тисячоліття" НГУ, Дніпропетровськ, 2002. - С. 45-52.
9. Хозяйкина Н.В. Обрушение пород кровли в лавах пологозалегающих пластов // Тезисы докладов междунар. студ. науч.-техн. конф. "Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений". - Донецк: "Норд-пресс", 2004. - С. 70-72.
Особистий внесок автора в роботах, що писані у співавторстві: [1] - дослідження гірничогеологічних та гірничотехнічних умов відпрацювання вугільних пластів; [2] - формулювання основних задач, проведення теоретичних досліджень, аналіз результатів; [4] - проведення аналітичних досліджень стану порідної покрівлі вугільного пласту і аналіз результатів; [5] - дослідження закономірностей пружно-деформованого стану порідного масиву і аналіз результатів; [6] - розробка математичної моделі, проведення розрахунків параметрів обвалення і обробка результатів.