Кольчик Євген Іванович. Геомеханічне обґрунтування стійкості виїмкових виробок при інтенсивній відробці вугільних пластів

brief description

Кольчик Євген Іванович. Геомеханічне обґрунтування стійкості виїмкових виробок при інтенсивній відробці вугільних пластів : Дис... д-ра наук: 05.15.02 2008

Кольчик Є.І. Геомеханічне обґрунтування стійкості виїмкових виробок при інтенсивній відробці вугільних пластів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.02. Підземна розробка родовищ корисних копалин. Інститут фізики гірничих процесів НАН України, Донецьк, 2007.
Дисертація присвячена проблемі забезпечення стійкості виїмкових виробок при інтенсивній відробці вугільних пластів з малоамлітудною диз’юнктивною порушеністю.
Встановлені закономірності зміни швидкості зміщень порід у зоні тимчасового опорного тиску та зоні інтенсивних зміщень порід від швидкості посування очисного вибою при наявності у покрівлі пласта потужних монолітних пісковиків.
Доведено, що величина зміщень порід у виїмкових виробках прямопропорційно залежить від протяжності зони непружних деформацій та відносної міцності порід, які вміщують виробку. Зі зміною швидкості посування очисного вибою з 1,07 до 8,1 м/добу в зоні тимчасового опорного тиску конвергенція порід покрівлі з підошвою збільшується в 1,8 рази, а в зоні інтенсивного зміщення порід в 1,64 рази.
Встановлено, що при наявності в покрівлі пласта, що розробляється потужних монолітних пісковиків, та за відсутності в межах виїмкової дільниці диз’юнктивних порушень, попереду зони тимчасового тиску з’являється розвантажена зона. У цій зоні висота виробки збільшується, а над нею піднімається земна поверхня.
Встановлено, що при створенні уздовж периметра перетину виробки диз’юнктивним порушенням, у зруйнованих породах порушення, зміцненого кільця та зміцнених смуг, які поділяють зруйнований масив на клини, зміщення порід зменшуються у 1,7 2,4 рази. Найбільший вплив на стійкість зруйнованих порід спостерігається при куті відхилення зміцненої смуги від вісі клину на величину= 36 540.
Розроблений технологічний регламент забезпечення стійкості виїмкових виробок при інтенсивній відробці вугільних пластів, рекомендації та технологія забезпечення стійкості виробок в умовах малоамплітудної диз’юнктивної порушеності.

Дисертація є закінченою науково-дослідницькою роботою, в якій отримано нове рішення актуальної наукової проблеми - геомеханічне обґрунтування параметрів забезпечення стійкості виїмкових виробок при інтенсивній відробці вугільних пластів за рахунок використання взаємного впливу потужних пісковиків покрівлі, малоамплітудної диз’юнктивної порушеності та великих швидкостей посування лав на напружено-деформаційний стан гірничого масиву, що безпосередньо пов’язано зі зниженням витрат на охорону та підтримання виробок.
На основі результатів лабораторних, теоретичних та шахтних досліджень можна зробити наступні висновки:
1. У Донецькому вугільному басейні практично всі шахтопласти пологого та похилого падіння мають несправжню покрівлю. Від 49,6 до 92,6 % шахтопластів мають нестійку безпосередню покрівлю та від 25,4 до 63,0 % нестійку безпосередню підошву. Всі шахтопласти обводнені. Причому 11 % шахтопластів мають водоприплив більший за 150 м3/годину;
2. Найбільш небезпечними при підтриманні виїмкових виробок є ділянки, які знаходяться в зоні впливу очисних робіт. На долю поломів кріплення на сполученні штреку з лавою припадає до 20 %, а на ділянках у зоні впливу очисних робіт 38,9 % від загальної кількості поломів кріплення у виробках, які підтримуються на шахті;
3. Зі зменшенням кута, під яким виробка перетинає геологічне порушення, збільшується зона впливу порушення та витрати на її проведення та підтримання;
4. Швидкість зміщення порід у виїмкових виробках на ділянках, які не знаходяться у зоні впливу очисних робіт, практично постійна та не залежить від швидкості посування очисного вибою;
5. За час знаходження виробки в зоні тимчасового опорного тиску зміщення порід покрівлі з підошвою збільшуються у 1,8 рази зі зміною швидкості посування лави з 1,07 до 8,1 м/добу, а в зоні інтенсивного зміщення порід у 1,64 рази;
6. Довжина породних консолей, що зависають, зони тимчасового опорного тиску, зони інтенсивного зміщення порід та розвантаженої зони, яка знаходиться попереду зони опорного тиску, залежить від швидкості посування очисного вибою та комплексу гірничо-геологічних факторів;
7. При наявності у покрівлі пласта потужних шарів пісковику, який не містить геологічної порушеності, попереду зони тимчасового опорного тиску з’являється зона розвантаження гірничого масиву. Причому довжина розвантаженої зони прямопропорційно залежить від довжини зони опорного тиску. В розвантаженій зоні збільшується висота виробок, а над нею виникає підняття земної поверхні;
8. Малоамплітудні диз’юнктивні порушення є обмеженням для розвитку зони тимчасового опорного тиску. Причому в зоні впливу порушення, при наближенні до нього очисного вибою, напруження можуть бути меншими за геостатичні. Однак, в зоні впливу порушення, швидкість конвергенції порід збільшується у 1,35 1,5 рази відносно випадків підтримання виробки за зоною його впливу;
9. Протяжність зони непружних деформацій залежить від протяжності розвантаженої зони та від відносної міцності порід. При відносній міцності порід більшій за 5,1Нзона непружних деформацій не з’являється. Величина зміщень порід у виїмкових виробках прямопропорційно залежить від протяжності зони непружних деформацій та відносної міцності порід;
10. В зоні впливу очисних робіт у малоамплітудного диз’юнктивного порушення зміщення порід у виїмкових виробках збільшуються у 1,5 1,8 рази;
11. При наявності в покрівлі пласта потужних породних шарів максимальна швидкість зниження напружень у приконтурній частині гірничого масиву змінюється в межах 0,07 0,6 МПа/годину. Зі зміною швидкості посування лави з 1,07 до 8,1 м/добу напруження в зоні тимчасового опорного тиску збільшуються зі швидкістю 0,03 0,25 МПа/годину, що призводить до збільшення конвергенції порід у 1,4 1,8 рази;
12. Протяжність зони впливу малоамплітудного диз’юнктивного порушення прямопропорційно залежить від амплітуди зміщення пласта та зворотно пропорційно від кута під яким виробка перетинає порушення;
13. При створенні уздовж периметра перетину виробкою порушення у зруйнованих породах зміцнених зон знижується величина зміщень порід у 1,7 2,4 рази. Найбільший відпір у зруйнованих породах виникає при куті відхилення площини зміцненої смуги від вісі клину на величину= 36 540;
14. Розроблені тимчасовий технологічний регламент та технологічні схеми забезпечення стійкості виїмкових виробок при інтенсивній відробці вугільних пластів в умовах малоамплітудної диз’юнктивної порушеності;
15. Впровадження розробленої технологічних схем дозволяє отримати економічний ефект від 20 до 95 тис.грн/рік при підтриманні виробки в зоні впливу одного малоамплітудного диз’юнктивного порушення, а по шахті від 700 до 3325 тис. грн/рік.