Фомичов Вадим Володимирович. Обґрунтування параметрів управління шаруватим масивом навколо виїмкових виробок

brief description

Фомичов Вадим Володимирович. Обґрунтування параметрів управління шаруватим масивом навколо виїмкових виробок : Дис... канд. наук: 05.15.02 2008

Фомичов В.В. Обґрунтування параметрів управління шаруватим масивом навколо виїмкових виробок. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.02 Підземна розробка родовищ корисних копалин. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2008.
Захищаються встановлені закономірності: впливи механічних характеристик у домежовому та позамежовому станах кожного із прилеглих породних шарів вуглевміщуючої товщі на зміну НДС системи «шаруватий масив-кріплення виїмкової виробки»; розвиток переміщень будь-якої точки контура кріплення виробки в сполученні з комплексом нових умов оцінки її стійкості й експлуатаційної придатності. Обґрунтована просторова геомеханічна модель зсувів навколо пластової виробки тонкошаруватого масиву слабких порід з урахуванням кінцево-елементної побудови реальних геометричних параметрів рамного кріплення, підп'ятників, затяжки і закріпного простору з відповідними умовами їхнього контакту та реальних механічних характеристик. Модель реалізована за допомогою методу кінцевих елементів на базі сучасних комп'ютерних програм і їх додатків. Створена методика прогнозу переміщень контура кріплення виїмкової виробки, що враховує структуру порушеної тонкошаруватої вуглевміщуючої товщі, механічні характеристики її породних шарів і основні конструктивно-технологічні норми безпечної експлуатації.
Основний зміст роботи відображений у 3 монографіях, 1 брошурі, 5 статтях і 6 доповідях на міжнародних конференціях.

У дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, надане нове вирішення важливого науково-технічного завдання забезпечення надійної й безпечної експлуатації виїмкових виробок за рахунок підвищення вірогідності прогнозу проявів гірського тиску неоднорідного вуглевміщуючого масиву слабких порід по всьому контуру кріплення виїмкової виробки з урахуванням повних діаграм деформування кожного з елементів системи «шаруватий масив-кріплення виїмкової виробки».
Основні наукові й практичні результати роботи полягають у наступному:
1. Обґрунтування геомеханічної моделі виїмкових виробок, розташованих у шаруватому масиві слабких порід, проведено за комплексом основних гірничо-геологічних і гірничотехнічних факторів, що дозволило максимально адекватно реальним умовам змоделювати процес переміщення неоднорідної шаруватої вуглевміщуючої товщі в порожнину виробки за допомогою сучасних комп'ютерних програм МКЕ.
2. У шаруватій товщі слабких порід, що містяться у виїмковій виробці, перехід у граничний та позамежний стани настає в різних областях і елементах системи «шаруватий масив-кріплення виїмкової виробки». Тому для підвищення адекватності геомеханічної моделі НДС кожного її елемента повинне розраховуватися по повній діаграмі деформування з урахуванням особливостей конкретного матеріалу, що вперше виконано для гірничо-геологічних і гірничотехнічних умов Західного Донбасу та дозволяє глибше розкрити механізм розвитку геомеханічних процесів навколо виїмкової виробки.
3. Уперше встановлені роздільні закономірності впливу міцнісних і деформаційних характеристик кожного із прилеглих породних шарів на зміну поля напружень і переміщень з ростом глибинирозташування виїмкової виробки. Визначальним фактором є вид стану й розміри його області в прилеглих породних шарах і вугільному пласті (домежовий, граничний, позамежний) при конкретній глибині розробки. Доведено, що для підвищення вірогідності прогнозу проявів гірського тиску необхідно враховувати комплекс механічних характеристик як домежового, так і позамежного стану масиву.
4. Виявлено, що відносна незалежність деформування породних шарів при їх проковзуванні один відносно одного навколо виробки породжує високий ступінь незалежності поля напружень окремого породного шару від виду стану сусідніх шарів, що інтенсифікує розвиток переміщень контура кріплення виробки.
5. Уперше встановлені закономірності розвитку епюри переміщень контура кріплення виїмкової виробки, що споруджується в шаруватому масиві слабких порід, визначають різний зв'язок зсувів окремих ділянок контура з геомеханічними параметрами:
у покрівлі відбувається виположування склепіння рами (що знижує несучу здатність) зі стабільним відношенням 0,640,71 вертикальних переміщень у зоні проходження людей у порівнянні з опусканням замка склепіння. Тут суттєво впливають (більше 10%) механічні характеристики першого і другого породних шарів покрівлі:,,,;
у боках виробки відбувається вигин стояків рамного кріплення, що знижує його стійкість, на величину якого впливають механічні характеристики не тільки першого і другого породних шарів покрівлі, але також і першого шару підошви:,,,; випереджальне зближення опор стояків рами обумовлено дією «ефекту штампа», коли в умовах залягання більш твердого й менш знеміцненого першого породного шару покрівлі він під впливом опорного тиску в боках виробки інтенсифікує видавлювання порід підошви у порожнину виробки.
6. Аналіз закономірностей розвитку переміщень контура й НДС кріплення виробки дозволив виявити область гірничо-геологічних умов, коли можливе збереження експлуатаційного стану виробки за допомогою ресурсозберігаючих технологій підсилення рами системою анкерів: примМПа; при 400 м <Н600 мМПа. Така можливість у зазначених умовах обумовлена відносно помірними переміщеннями контура рами й обмежених областей граничного й позамежного стану масиву. Для часткової компенсації переміщень на небезпечні (з погляду експлуатаційних норм і правил безпеки) ділянках контура рами доцільно застосовувати податливі трубчасті анкери ТА-2, що розвивають високу реакцію опору навіть у знеміцнених слабких породах.
7. Оцінка вірогідності розрахунку НДС системи «шаруватий масив-кріплення виїмкової виробки» дала задовільні результати: закономірності розвитку переміщень контура кріплення виробки не суперечать відомим геомеханічним тенденціям (установленим як експериментальними, так і аналітичними дослідженнями), а підсилюють спільність прогнозу завдяки більш повному урахуванню об'єктивно існуючих геомеханічних факторів.
8. Виділено основні позиції оцінки надійної й безпечної експлуатації виїмкової виробки відповідно до вимог нормативних документів: стійкість рамного кріплення, умови безпечного проходження людей і руху транспортних засобів. Для кожної з позицій уперше отримані рівняння регресії відповідних переміщень, що дозволяє в замкнутому виді вже на стадії проектування оперативно спрогнозувати стан виїмкової виробки за основними умовами функціонування в шаруватому масиві слабких порід і закласти в проект (за необхідності) виконання спеціальних заходів для підвищення її стабільності.
9. Розроблена методика прогнозу переміщень контура кріплення виїмкової виробки, розташованої в шаруватому масиві слабких порід, прийнята до використання при проведенні дільничних штреків на шахті «Степова» ВАТ «Павлоградвугілля».