Рябічев Віктор Дронович. Наукові основи керування технологічними процесами гірничих робіт в зонах структурних змін гірського масиву

brief description

Рябічев Віктор Дронович. Наукові основи керування технологічними процесами гірничих робіт в зонах структурних змін гірського масиву : Дис... д-ра наук: 05.15.02 2009

Рябічев В.Д. Наукові основи керування технологічними процесами гірничих робіт в зонах структурних змін гірського масиву. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.02. «Підземна розробка родовищ корисних копалин». Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2008.
Дисертація присвячена вирішенню важливої науково-технічної проблеми створення наукових основ керування технологічними процесами гірничих робіт в зонах структурних змін гірського масиву на підґрунті отриманих нових закономірностей, які обґрунтовують ідеєю встановлення нового комплексного критерію оцінки технологічності запасів у виїмковому полі з врахуванням геологічних і гірничотехнічних факторів.
Теоретичні підходи до досліджень з вирішення впливу технологічних процесів гірничих робіт на напружено-деформований стан масиву порід в зонах зміни структурної будови дозволили отримати закономірності, що характеризують їх взаємозв’язок.
Обґрунтований процес руху в’язкопластичної рідини при тампонажу хаотичної тріщинуватості та встановлені залежності її поширення в гірському масиві. Досліджений вплив гідророзриву тріщинуватих порід на навантаження кріплення виробки та обґрунтовані контролюючі параметри процесу тампонажу.
Розроблені рекомендації та раціональні параметри технологічних схем керування масивом і водоподавленням в зонах структурних змін покриваючих порід.
Досягнутий економічний ефект від впровадження розробок на шахтах Донбасу склав 150 тис грн.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішена важлива науково-практична проблема створення наукових основ керування технологічними процесами гірничих робіт в зонах структурних змін гірського масиву на основі одержаних нових закономірностей, що обґрунтовують ідею встановлення нового комплексного критерію оцінки технологічності запасів у виїмковому полі з урахуванням геологічних і гірничотехнічних факторів. Це дозволяє керувати технологічними параметрами гірничих робіт і ефективно застосовувати засоби механізації очисного виймання вугільних пластів, що має важливе значення для вугільної промисловості України.
Основні наукові і практичні результати полягають у наступному:

Виконаний аналіз структурних змін в літотипах порід підтверджує складність структурних форм, що зустрічаються при вийманні вугілля довгими виїмковими стовпами. Встановлені закономірності зміни структури масиву, яка властива східній частині Донбасу.
Збільшення швидкості посування лави зменшує опускання порід в робочому просторі лави незалежно від структурної будови масиву порід, а збільшення потужності пісковиків в покрівлі вугільних пластів диференціює динаміку опускання порід із поділом на два характерні діапазони, що впливають на напружено-деформований стан покрівлі. При швидкостях 2 6 м/доб напруження збільшується в півтора рази, а при швидкостях 6.10 м/доб - більш ніж в 3 рази. Це дозволяє планувати навантаження на очисний забій з урахуванням структурної будови масиву та застосовувати засоби для керування гірським тиском.
Показники стійкості порід в зоні рухомого забою лави знаходяться в прямій залежності від характеристик структурної будови літологічних різниць, довжини лави і швидкості її посування. Збільшення швидкості посування лави призводить до збільшення напруження в покрівлі незалежно від структурної будови, але інтенсивність напруження є різною, а величина опускання безпосередньої покрівлі нелінійно залежить від швидкості виймання вугілля комбайном. Це дозволяє цілеспрямовано керувати технологічними параметрами очисних робіт для підвищення їх ефективності.
Вперше встановлено, що при будові масиву порід із близькими параметрами за потужністю й міцнісними характеристиками літологічних різниць напруження змінюються за експоненціальною залежністю від швидкості посування лави, а зі збільшенням потужності шару порід безпосередньої покрівлі - за поліноміальною залежністю.
Встановлено, що збільшення швидкості виймання вугілля комбайном зменшує величину опускання породних шарів безпосередньої покрівлі за емпіричною поліноміальною залежністю з високою достовірністю для всіх структурних будов масиву гірських порід.
Параметри порожнини розшарування покрівлі вугільного пласта між порідними шарами різної жорсткості знаходяться в прямій залежності від різниці між потужністю нижнього і верхнього шарів, швидкості посування лави і в оберненій залежності від її довжини. Зміна потужності вказаних порідних шарів в співвідношенні 1:3 призводить до зменшення порожнини розшарування гірських порід. Це дозволяє прогнозувати стан порід в зонах зміни структури геологічного середовища і планувати подальший розвиток гірничих робіт.
Вперше встановлено, що рух в'язкопластичної рідини при тампонажі масиву з хаотичною тріщинуватістю визначається положенням випадкових траєкторій при логнормальному розподілі тріщин з урахуванням статистичної дисперсії їх розкриття. Положення контурів поширення суміші визначається розкриттям тріщин і нестаціонарною в'язкістю розчину, причому останній параметр домінує. Контрольовані параметри формування тампонажних завіс і стійкість розташованих в них гірничих виробок при нагнітанні тампонажних сумішей визначені в діапазоні властивостей від Ньютонівської рідини до в'язкопластичного середовища. Це дозволяє прогнозувати стан порід в зонах тампонажных завіс і стійкість розташованих в них гірничих виробок при розвитку очисних робіт.
Збільшення швидкості виймання вугілля комбайном зменшує величину опускань порід шарів безпосередньої покрівлі за емпіричною поліноміальною залежністю з високою мірою достовірності для всіх структурних будов масиву гірських порід. При збільшенні швидкості виймання вугілля комбайном з 2 до 7 м/хв напруження в площині забою лави зростають відповідно з 8,6 до 65 МПа. Внаслідок цього вірогідність порушення порід покрівлі зростає й утворюються вертикальні тріщини.
Вперше встановлено, що критичне навантаження кріплення фіксується приростом витрати тампонажної суміші між суміжними рівнями в 2 рази, що свідчить про гідророзрив тріщинуватих порід.
Вперше обґрунтований комплексний коефіцієнт технологічності запасів який враховує співвідношення об'єму запасів в гірничо-геологічних умовах за допустимими межами технічних умов комплексу і загальної кількості запасів вугілля у виїмковому полі. Запаси вугілля у виїмковому полі вважаються технологічними за умови, коли коефіцієнт технологічностіkтехн.> 0,85, а коефіцієнт використання моторесурсу очисного механізованого комплексуkt>0,90. Це прийняте на підставі можливої помилки вихідної інформації про гірничо-геологічні умови розробки і перерв, що технологічно не перекриваються.
Обґрунтовані раціональні параметри технологічної схеми та технології водоподавлення в тріщинуватих зонах водоносних горизонтів пластів із однорідною проникністю. Розроблений новий спосіб керування станом масиву в глибині за рахунок набухання літологічних різниць при нагнітанні глинистих розчинів, що призводить до збільшення об'єму, і масив набуває зв'язаної структури.
Фактичний економічний ефект з впровадження розроблених рекомендацій склав 150 тис. грн. Даний ефект отриманий за рахунок збільшення видобутку на шахті «Известия» (80 тис. грн), зниження вивалів під час проведення гірничих виробок по пластуl6на шахтах «Довжанська-Капітальна» і «Червоний партизан» (70 тис. грн). У сукупності запропонованих комплексних заходів за впровадження розроблених рекомендацій із застосуванням регульованих технологічних процесів очікуваний економічний ефект сягає 2,5 млн. грн на один очисний забій.