МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА ГІРНИЧА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

ДИЧКОВСЬКИЙ РОМАН ОМЕЛЯНОВИЧ

УДК 622.272.6:622.833.3/.5

ОБҐРУНТУВАННЯ РАЦІОНАЛЬНИХ ПАРАМЕТРІВ ТЕХНОЛОГІЇ ГІРНИЧИХ РОБІТ БІЛЯ ГРАНИЦЬ ПОЛІВ НАПРУЖЕНЬ

(на прикладі Львівсько-Волинського вугільного басейну)

Спеціальність 05. 15. 02 - Підземна розробка родовищ корисних копалин

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі підземної розробки родовищ в Національній гірничій академії України Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ).

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор,

професор кафедри підземної розробки КУЗЬМЕНКО

родовищ Національної гірничої академії Олександр

України Міністерства освіти і науки Михайлович

України (м. Дніпропетровськ)

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий ПЕРЕПЕЛИЦЯ

співробітник, учений секретар Інституту Валентин

геотехнічної механіки Національної Академії Григорович

наук України (м. Дніпропетровськ)

кандидат технічних наук, директор ЯВОРСЬКИЙ

шахти “Ювілейна” ДХК “Павлоградвугілля” Василь

Міністерство палива та енергетики Миколайович

(м. Першотравенськ)

Провідна установа: Комплексний науково-дослідний і проектно-конструкторський інститут з проблем Центрального району Донбасу (ДонНДІ) Міністерства палива та енергетики України, лабораторія підготовки і систем розробки, (м. Горлівка).

Захист відбудеться “ 21 ” червня 2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.03 у Національній гірничій академії України Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19, т. 47-24-11).

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національної гірничої академії України Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19).

Автореферат розісланий “_21_” ___травня_ 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор С.Ф. Власов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Однією з причин, що стримує темпи і об’єми видобутку вугілля в Україні є низька ефективність використання гірничо-видобувного обладнання при роботі його в полях різної напруженості. Відсутнє необхідне наукове обґрунтування параметрів управління гірсь-ким тиском та недостатньо враховані в технологічних схемах очисних робіт особливості структурної будови зон нестійких вміщуючих порід. Границі полів напружень негативно позначаються на всіх технологічних процесах видобутку вугілля. Вони являються джерелами підвищеного вивалоутворення, газовиділення та вологонакопичення, що негативно впливає на технічні можливості вуглевидобувного обладнання та умови праці гірників. До 60 % очисних вибоїв пологих пластів працюють в зоні впливу різнорангових та різнотипних геологічних порушень, унаслідок чого втрачається до 20 % балансових запасів вугілля.

Проблема відробки запасів біля границь полів напружень має особливо актуальне значення у Львівсько-Волинському вугільному басейні, який розташований на краю древніх платформ і достатньо сильно піддався впливу геологічних порушень. Крім цього планується розробка більш глибокого горизонту пласта V6. На ньому прогнозується висока ймовірність проявлення гео- та газодинамічних явищ, визваних внутріш-німи тектонічними силами.

Поширенню зональності розривних утворень і виділенню чільної тріщинуватості в мережі геологічних порушень приділена досить велика увага. Розглянуті питання стійкості гірничих виробок щодо орієнтації геодинамічних активних зон. Однак вплив геометричних параметрів зсуву порід різних рівнів геологічного порушення на зміну напружень біля границь недостатньо вивчений і вимагає уточнення.

Застосовувані технології недостатньо оцінюють напружено-деформований стан масиву гірських порід біля границь полів напружень, а також відсутнє наукове обґрунтування параметрів і принципових технологічних схем управління гірським тиском.

Тому питання удосконалення технології розробки вугільних пластів біля границь полів напружень актуальні для умов Львівсько-Волинського вугільного басейну і посідають важливе місце в забезпеченні паливно-енергетичного комплексу західного регіону країни вугіллям.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами.

Дисертаційна робота виконана на кафедрі підземної розробки родовищ Національної гірничої академії України відповідно з планом найважливіших держбюджетних робіт Міністерства освіти і науки України на період 1999-2002 рр. (тема ДП – 269 “Розробити наукові принципи ведення гірничих робіт у геологічному середовищі з різноманітними геодинамічними напруженими полями”, № держреєстрації 0100U001804). Вона відповідає координаційному плану Міністерства освіти і науки України № 39 за фундаментальним напрямком “Гірничі науки” у 1998-2000рр.

Мета роботи – обґрунтування раціональних параметрів технології гірничих робіт біля границь полів напружень на основі закономірності зміни їх геометричних розмірів і напруженого стану породного масиву.

Для досягнення поставленої мети сформульовані та вирішені наступні задачі.

1. Визначити геометричні параметри і закономірності розподілу границь полів напружень у місцях структурних змін породного масиву.

2. Установити характер переміщення порід при їх підробці очисним вибоєм на різних рівнях границь полів напружень.

3. Установити залежності впливу амплітуди геологічного порушення на напружено-деформований стан біля границь полів напружень.

4. Обґрунтувати несучу здатність і місце встановлення додаткового кріплення біля границь полів напружень у робочому просторі комплексно-механізованих очисних вибоїв.

5. Розробити технологічні рішення з управління гірничими робо-тами біля границь полів напружень.

Ідея роботи полягає в урахуванні напружено-деформованого стану гірських порід і характеру їх поводження при відробці вугільного пласта для обґрунтування раціональних параметрів технології гірничих робіт біля границь полів напружень.

Об'єктом дослідження є масив гірських порід на границях зустрічі полів різнотипних напружень.

Предметом дослідження є технологія гірничих робіт біля границь полів напружень.

Методи дослідження. Для вирішення поставлених задач використовувався комплексний метод дослідження, що включає обробку й узагальнення літературних і патентних джерел, проведення аналітичних і експериментальних досліджень та шахтну апробацію. Визначення геометричних параметрів границь і оцінка напружено-деформованого стану гірського масиву проводилися при використанні принципів математичної статистики. Експериментальні дослідження містили в собі лабораторне моделювання фізичних процесів на еквівалентних матеріалах і метод шахтних експериментальних вимірів. Оцінка результатів досліджень велася на підставі апробації в умовах шахт Львівсько-Волинського вугільного басейну.

Наукові положення, що виносяться на захист.

1. Біля границь полів напружень несуча здатність додаткового кріплення (Rд.к.і.) прямо пропорційна різниці навантаження (Р) і несучої здатності секцій (Rк.м.), обернено пропорційна відстаням між стійками додаткового кріплення (li), ширині привибійного простору лави (s) і косинусу кута зустрічі з границею полів напружень. Це дозволяє ефективно управляти гірським тиском на стику різнотипних полів напружень.

2. Амплітуда зміщення геометричних границь полів напружень (Y) описується кривою другого порядку і залежить від довжини розповсюдження (X) та емпіричних коефіцієнтів, які враховують особливості структурної будови масиву. В умовах Львівсько-Волинського вугільного басейну відношення величин Y/X становить 0,01-0,05 для дрібноамплітудних геологічних порушень. Це дозволяє раціонально планувати розвиток гірничих робіт з урахуванням розповсюдження полів напружень.

3. Вертикальна складова напружень (n) змінюється прямо пропорційно амплітуді (Y) і поправочним коефіцієнтам К1 та К2, які залежать від місця розташування дослідної точки у граничній частині поля напружень та визначаються нелінійною функцією часу. Це дозволяє коректувати параметри технології очисних робіт на основі напружено-деформованого стану масиву біля границь полів напружень.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:

-

-

-

-

-

-

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджуються застосуванням основних положень теорії деформації пластичних та пружно-пластичних систем; достатнім обсягом виконаних експериментів та високою відповідністю результатів теоретичних та експериментальних досліджень (розбіжність отриманих результатів 8-18%). Шахтна апробація переходу границь полів напружень підтверджує відповідність наукових результатів, висновків і рекомендацій та можливість їх промислового використання.

Наукове значення роботи полягає у встановленні залежності несучої здатності та місця встановлення додаткового кріплення від зміни величини навантаження бокових порід та обґрунтуванні раціональних параметрів технології очисних та підготовчих робіт на пологих пластах біля границь полів напружень.

Практичне значення отриманих результатів полягає у такому:

-

-

-

-

Реалізація результатів роботи. Запропоновані заходи впроваджені в технологічні проекти при пререході дрібноамплітудних геологічних порушень механізованими комплексами на шахтах ДХК “Львіввугілля”.

Особистий внесок автора полягає у формулюванні мети, напрямків, задач дослідження і наукових положень; розробці методик; обробці, узагальненні й аналізі отриманих результатів; обґрунтуванні техноло-гічних рішень подолання границь полів для умов Львівсько-Волинського вугільного басейну; упровадженні їх безпосередньо в шахтних умовах.

Апробація роботи. Матеріали дисертаційної роботи представлялися й обговорювалися на наукових конференціях: “Проблеми комплексного освоєння надр” (22-24 липня 1998 р., Дніпропетровськ); “21 сторіччя - проблеми і перспективи освоєння родовищ корисних копалин” (12-14 жовтня 1998 р., Дніпропетровськ); “Geotechnological Issues of Underground Space Use for Environmentally Protected World 2001” (21–29 червня 2001 р., Дніпропетровськ); “Проблеми геоінформатики при комплексному освоєнні надр” (29-31 жовтня 2001 р., Дніпропетровськ); а також на науково-методичних семінарах кафедри підземної розробки родовищ.

Публікації. На підставі отриманих результатів, здобувачем опубліковано 9 друкованих праць: у т.ч. статей у фахових виданнях, затверджених ВАК України – 5; матеріалів конференцій – 4.

Структура й обсяг дисертації

Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків, переліку використаних джерел з 194 найменувань на 18 сторінках; містить 103 сторінки машинописного тексту, 32 рисунки, 10 таблиць і додатки на 30 сторінках; загальний обсяг роботи 170 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета та задачі досліджень, наведені наукові положення, що виносяться на захист, наукове та практичне значення роботи, а також дані щодо апробації і публікації досліджень.

Зміст першого розділу. Проблемою управління станом масиву гірських порід при переході границь полів напружень очисними роботами займалися наукові та інженерно-технічні працівники ряду інститутів та виробничих організацій України, країн ближнього та дальнього зарубіжжя. Суттєвим результатам з оцінки напружено-деформованого стану масиву гірських порід, управління гірським тиском, особливостей ведення очисних та підготовчих робіт з урахуванням розташування зон підвищеного та пониженого гірського тиску приділено достатньо уваги в роботах: Авершина С.Г., Батугіної І.М., Білинського О.В., Бондаренка В.І., Бочкарьова А.П., Глазкова Д.Д., Головчанського І.Є., Дніпровського Ю.С., Зборщика М.П., Зубова В.П., Ликова І.М., Кияшка І.А., Колоколова О.В., Кузьменка О.М., Перепелиці В.Г., Петухова І.П., Протодьяконова М.М., Савостьянова О.В., Халимендика Ю.М., Худіна Ю.Л., Шермана С.І., Яворського В.М. та ін.

На основі проведеного аналізу встановлено, що існуючі методики переходу границь полів напружень не достатньо відображають процес регулювання силових параметрів додаткового кріплення і не враховують характер зміни напруженості в залежності від коливання геометричних параметрів та рангової підпорядкованості геологічних порушень. Крім цього відсутні надійні методи прогнозу розвитку границь напружень, і не достатньо вивчений механізм поводження порід при переході очисними роботами різнонапружених полів.

Виходячи з наведеного, очевидним є те, що обґрунтування геомеханічних, технологічних і технічних параметрів взаємодії системи “породний масив – механізоване кріплення – додаткові силові елементи – очисний вибій” є актуальною задачею для комплексно-механізованих очисних вибоїв.

У другому розділі розглянута модель формування полів напружень при змінній структурі масиву гірських порід, вибраний метод розрахунку напружень та методика проведення досліджень.

Структурні зміни вугленосних відкладень визначають утворення полів напружень, які розподіляються за строгою закономірністю в залежності від рангу геологічного порушення.

Дослідженнями гірничо-геологічної документації шахтних полів відтворена загальна карта розгалуження геологічних порушень. Схематично розривні утворення можна представити через розповсюдження характерних зон. Зона 1 являється головуючою областю геологічних порушень даної ділянки. Вона визначає регіональну орієнтацію полів напружень у масиві гірських порід і закінчується перетином з розривами вищого порядку. Зона 2 визначає область перпендикулярних торцевих порушень і характеризується непостійною амплітудою і напрямком розвитку. Зона 3 представляє утворення вторинних геологічних порушень і є наслідком розвантаження напружень у вузлах нижчих порядків. Вона має достатнє розповсюдження з розривами меншої амплітуди та довжини простягання.

Визначення геометричних параметрів розповсюдження границь полів напружень ґрунтувалися на дослідженні диз’юнктивів за допомогою однорівневого сканування зміщення порід. Методом геометричної подібності встановлена загальна залежність зміни дрібноамплітудних геологічних порушень по довжині простягання. Область площини зміщення представляє собою замкнутий простір з максимальними значеннями амплітуди в центрі з поступовим зменшенням до периферії його розповсюдження. Приближений контур площини зміщувача можна описати за допомогою рівняння еліпсу.

Виходячи зі структурної будови і сил, які приймали участь у формуванні граничних частин полів напружень, доцільним є визначення напружень, виходячи з приоритетних. Причому визначальними будуть вертикальні напруження. Зміна геометричних параметрів границь напружень по довжині геологічного порушення приводить до адекватної зміни напружено-деформованого стану в зоні їх впливу. Існують відповідно перевідні коефіцієнти (К1, К2) від амплітуди геологічного порушення до напружень. Величини напружень у висячому (n1) і лежачому ( n2) боках зміщувача порід можна визначити за виразами

; (1)

, (2)

де К1, К2 – перевідні коефіцієнти, які залежать від місця розташування досліджуваної точки у просторі, кута падіння зміщувача та визначаються нелінійною функцією часу, МПа/м; Н – градієнтні напруження масиву гірських порід, МПа.

Навантаження на кріплення очисного вибою визначається виходячи з розрядки головних вертикальних напружень, за виразом

. (3)

Порівнюючи навантаження з технічними можливостями секцій механізованого комплексу, отримаємо необхідну величину додаткового кріплення. Виходячи з виразу (3), ця величина буде збільшуватися з плином часу. При неможливості задовольнити необхідну несучу здатність кріплення, дана ділянка шахтного поля вважається неперехідною очисними роботами. Тут проводиться частковий або повний демонтаж механізованого комплексу, а залишена зона називатиметься зоною відсікання.

Аналітичне моделювання передбачає певну ідеалізацію умов, тому результати досліджень мають деяку похибку. Для визначення впливу геометричних параметрів зсуву порід на зміну напружено-деформованого стану біля границь полів напружень необхідно виконати моделювання на еквівалентних матеріалах і з наступною перевіркою отриманих результатів в натурних умовах шахти.

У третьому розділі наведені результати поводження гірського масиву біля границь полів напружень на основі лабораторних та шахтних досліджень.

Лабораторні дослідження проводились за допомогою спеціальної установки шляхом врахування переміщень порід й аналізу напружено-деформованого стану по замірних станціях. Для цього в масиві еквівалентних матеріалів була утворена порожнина, яка імітувала розрізну піч трапецевидної форми поперечного перерізу. Вона розбивалася на 11 умовних ділянок, за якими проводилися виміри конвергенції порід покрівлі та підошви. Границя полів напружень знаходилася приблизно у центрі досліджуваної області.

Фізичне моделювання за допомогою еквівалентних матеріалів показало, що переміщення порід по різні сторони геологічного порушення носить строго виражений характер. Деформаційні властивості порід у висячому боці зміщувача в 2?2,5 рази вищі, ніж у відповідних точках лежачого боку границь полів напружень.

У результаті проведених досліджень встановлено, що існує зона пониженого та підвищеного гірського тиску відповідно у висячому та лежачому боках зміщувача порід.

Математичні вирази визначення геометричних параметрів границь полів напружень були використанні для прогнозування амплітуди зміщення та довжини простягання дрібно амплітудних геологічних порушень ряду шахт Львівсько-Волинського вугільного басейну. Для натурних досліджень в шахтних умовах виділені ділянки з вкрай несприятливими гірничо-геологічними умовами (“Відродження” лави №№ 580, 582 і 584 пласта n7; “Візейська” лави №№ 211 і 212 пласту n7 та “Червоноградська” лави №№ 421, 422 пласта n8 ДХК “Львіввугілля” та ін.).

У результаті аналізу геоструктурної будови та розвитку тектонічних утворень пласта n8 шахти “Червоноградська” встановлено, що площина 421 та 422 лав, попадає під вплив локальних полів напружень, границі яких являються причинами утворення розривних порушень. Виділені три квадранти одногенезисних полів, які представлені перетином дрібноамплітудних геологічних порушень з 422 конвеєрним штреком на ПК 34 і ПК 62. Амплітуда зміщення порід по довжині геологічного порушення змінюється за виразом

, (4)

де Y, X – відповідно амплітуда і довжина простягання границі полів напружень, м.

В умовах лави № 582 пласта n7 шахти “Відродження” вихідними даними моделювання розповсюдження границі поля і його амплітуди слу-жать дані плану розвитку геологічного порушення в лаві з ПК 26 по ПК 25.

Для отримання математичної залежності була проведена ідеалізація умов на основі кореляції точок максимуму амплітуди. В результаті визначено, що максимальне вертикальне зміщення дез’юнктиву порід в центрі геологічного порушення складе 2,6 м. Емпірична залежність амплітуди від довжини розповсюдження границі полів напружень буде мати вигляд:

, (5)

де Y, X – геометричні параметри площини зміщувача порід, м.

При розкритті очисними роботами границь полів напружень прогнозовані результати відрізняються від реальних на 8-18%.

У результаті проведених досліджень підтверджено, що амплітуда зміщення геометричних границь полів напружень описується кривою другого порядку і залежить від довжини розповсюдження та емпіричних коефіцієнтів, які враховують особливості структурної будови масиву. Причому статистична обробка дрібноамплітудних геологічних порушень показала, що для умов Львівсько-Волинського басейну, відношення Y/X знаходиться в межах: 0,01 – 0,05.

Оцінка напружено-деформованого стану масиву проводилася по зміні поперечних розмірів гірничих виробок на різних рівнях геологічного порушення. В результаті встановлено, що максимальні зближення порід проходять у вертикальній площині. Порівнявши деформаційні характеристики гірських порід зі зміною амплітуди, встановлено, що існує пряма залежність між цими параметрами. Згідно з отриманими результатами виходить, що існує загальна тенденція до зменшення конвергенції порід в часі. Це означає, що зона впливу границь полів напружень не стаціонарна, а змінюється за площею в сторону від зміщувача порід. При цьому напруження в масиві гірських порід зменшується, а навантаження на привибійне кріплення збільшується.

Використовуючи методики визначення напружень за допомогою експериментально-аналітичних методів дослідження були отримані залежності зміни вертикальних напружень в зоні підвищеного уn1 і пониженого уn2 гірничого тиску для конкретних гірничо-геологічних умов пласта n8 лав №№ 421 та 422 шахти “Червоноградська” ДХК “Львіввугілля”

; (6)

, (7)

де К1, K2 – перевідний коефіцієнт, що характеризує відхилення напружень біля границь полів напружень в часі, МПа/м; г? – градієнтне напруження масиву гірських порід (відповідно середня об’ємна вага та глибина досліджень), МПа; Х – місцезнаходження точки по довжині геологічного порушення, м; 2,28; 7412 – емпіричні коефіцієнти, які відображають особливості структурної будови масиву біля границь полів напружень безпосередньо для умов 422 лави пласта n8в шахти “Червоноградська” ДХК “Львіввугілля”.

У четвертому розділі запропоновані технологічні рішення переходу границь полів напружень гірничими роботами і дана економічна оцінка запропонованих заходів.

Для досягнення нормальних умов роботи механізованого комплексу в очисному вибої необхідно дотримуватись наступної умови

Р Rкр, (8)

де Rкр – несуча здатність по фактору кріплення, кН/м2; Р – навантаження на кріплення очисного вибою, кН/м2.

Несуча здатність кріплення залежить від технологічних можливостей механізованого комплексу і додаткового кріплення.

Rкр = Rкр.м.к. + Rдоп, (9)

де Rкр.м.к – несуча здатність секцій механізованого комплексу, кН/м2; Rдоп – несуча здатність додаткового кріплення, кН/м2.

Місце розташування стійок додаткового кріплення визначалося виходячи з навантажень, що припадають на площу і-ої ділянки, і характеризується трьома параметрами: відстанню між стійками додаткового кріплення по довжині виїмкового стовпа (ln) і лави (li), а також величиною несучої здатності самої стійки (Ri) (рис. 1).

Відстань між стійками додаткового кріплення по довжині виїмкового стовпа визначається з технічних можливостей механізованого комплексу за виразом:

, (10)

де r – ширина захвату гірничо-виймальної машини, м; – кут зустрічі лінії очисного вибою з геологічним порушенням, град; n – частота встановлення стійок додаткового кріплення по довжині виїмкового стовпу.

Дана величина повинна бути кратною кількості циклів по виїмці вугілля, визначається за виразом:

, (11)

де Рi – навантаження на кріплення очисного вибою i-ої ділянки, кН/м2; Rм.к. – несуча здатність секцій механізованого кріплення, кН/м2; Rд.к.i – несуча здатність стійок додаткового кріплення, кН/м2.

Несуча здатність стійок додаткового кріплення залежить від типу застосованих стійок, їх кількості на площі і-тої дільниці.

, (12)

де Rд.к.max – максимальна несуча здатність однієї стійки додаткового кріплення, кН/м2; nR – кількість стійок додаткового кріплення, що припадають на площу i-тої ділянки.

Рис. 1. Схема управління гірським тиском біля границь полів напружень в зоні додаткового кріплення.

Розрахункова величина частоти встановлення стійок додаткового кріплення заокруглюється до ближчого меншого значення.

Для ефективного управління гірським тиском в очисному вибої необхідне дотримання наступної умови:

, (13)

де li – відстань між стійками додаткового кріплення по довжині лави, м; s – ширина привибійного простору лави, м; - кут зустрічі лінії очисного вибою з границею полів напружень.

Відповідно необхідна несуча здатність додаткового кріплення, виходячи з навантаження від бокових порід, становитиме

. (14)

Відстань між стійками додаткового кріплення по довжині лави визначається за виразом

. (15)

Зменшення навантаження на периферії геопорушеної зони призводить до адекватного зниження густини встановлення стійок додаткового кріплення. Зміна відстані між стійками відтворюється на основі кривої другого порядку за параболічною залежністю. По різні боки від максимуму навантаження матиме вигляд:

; (16)

. (17)

Місце встановлення кріплення підсилення пропонується в міжсекційний простір механізованого кріплення. Тому вільний член виразу має бути кратним кроку встановлення секцій кріплення (h). Мінімальні відстані (l1 = h, l-1 = h) повинні знаходитися на одному рівні з максимумом навантаження по осі абсцис. Зона, де неможливе дотримання даної умови, вважається неперехідною очисними роботами (зона відсікання). На цій ділянці проводиться повний чи частковий демонтаж комплексу з наступним демонтажем секцій механізованого кріплення за зоною відсікання.

Крайнє місце стійок розташування додаткового кріплення визначається перетином ліній встановлення з лініями контуру шляхом визначення системи складних рівнянь:

; (18)

. (19)

У якості додаткового кріплення найбільш прийнятним є застосування дерев’яних чи гідравлічних стійок підсилення. Фактичні геометричні розміри зони додаткового кріплення не стаціонарні. З плином часу вони збільшуються, і адекватно змінюється величина навантаження на кріплення очисного вибою. Тому обов’язковим є корегування силових параметрів кріплення підсилення з урахуванням часу знаходження в зоні підвищеного тиску.

Використовуючи вище запропоновану методику, були розроблені рекомендації з управління гірським тиском у конкретних гірничо-геологічних умовах Львівсько-Волинського вугільного басейну. На підставі аналізу технологічних рішень ведення гірничих робіт біля границь полів напружень, автором були зібрані, оброблені та доповнені технічні рішення управління гірничими роботами в зонах змінних геологічних структур.

Метою даних технологічних рішень є перехід границь полів напружень при різному просторовому положенні. Вклинення границі в зону ведення очисних робіт (границя перетинає лише одну підготовчу виробку) викликає необхідність врахування злому механізованого комп-лексу у вертикальній площині. У випадку, коли геологічне порушення ціл-ком знаходиться в зоні очисних робіт виникає необхідність поділу комп-лексу на дві частини. Для цього передбачається проведення додаткових підготовчих виробок. При наскрізному проходженні порушення, найбільш доцільним є повний перемонтаж механізованого комплексу.

Усі схеми ситуаційного управління гірничими роботами передбачають маневр твердою базою комплексу: з поворотом на визначений кут чи під кутом 900 до підготовчих виробок; з повним перемонтажем комплексу; з веденням очисних робіт із присічкою бокових порід.

Можливість застосування запропонованих технологічних рішень були випробувані при подоланні границь полів напруг шахтах ДХК “Львіввугілля”.

ВИСНОВОК

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій вирішена актуальна наукова задача з обґрунтування раціональних параметрів технології очисних та підготовчих робіт біля границь полів напружень.

У ході виконання роботи отримані такі результати.

1. На підставі вивчення геометричних параметрів і закономірностей розподілу границь полів напружень у просторі встановлено, що в гірничо-геологічних умовах Львівсько-Волинського басейну:

- границі локальних полів напружень являють собою мережу квадрантів, утворених перетином основних, торцевих і вторинних паралельних геологічних порушень;

- геометрична границя полів напружень, представлена тектонічними утвореннями нижчих порядків, визначається генезисом і має форму еліпса;

- для дрібноамплітудних геологічних порушень відношення амплітуди до довжини простягання складає 0,01-0,05;

- відмінність прогнозованих довжини й амплітуди границь полів напружень з натурними показниками складає 8-18%.

2. Установлений характер зміни конвергенції порід покрівлі на різних рівнях границі полів напружень:

- змінюється стрибкоподібно з визначеними інтервалами в залежності від місця розташування досліджуваної точки до границі полів напружень і часу перебування в зоні впливу гірських робіт.

3. Вивчення впливу амплітуди дрібноамплітудного геологічного порушення на напружено-деформований стан біля границь полів напружень показало, що:

- вертикальна складова напруження (уn) у висячому і лежачому боках зміщувача порід змінюється прямо пропорційно амплітуді (Y) і поправочним коефіцієнтам К1 та К2, які залежать від місця розташування дослідної точки у просторі та визначаються нелінійною функцією часу;

- біля границь полів напружень у статичному стані існує значна потенційна енергія, що при виведенні масиву гірських порід зі статичної рівноваги очисними роботами перетворюється в кінетичну роботу з переміщення бічних порід. Причому при цьому виникає зона пониженого і підвищеного гірського тиску відповідно в лежачому та висячому боках.

4. Обґрунтована несуча здатність (Rд.к.і) і місце розташування (li, ln) додаткового кріплення в робочому просторі комплексно-механізованих очисних вибоїв біля границь полів напружень:

- область впливу геологічного порушення залежить від амплітуди зміщувача порід (Аmax) і структурної будови масиву, що дозволяє зробити оцінку напружено-деформованого стану і визначити несучу здатність (Rд.к.і) та місце розташування (li, ln) додаткового кріплення в граничних частинах полів напружень. Це дозволяє ефективно управляти гірським тиском на стику полів різнотипних напружень;

- несуча здатність додаткового кріплення (Rд.к.і) прямо пропорційна різниці навантаження і несучої здатності та обернено пропорційна відстані між стійками (li) додаткового кріплення, ширині привибійного простору (s) і косинусу кута зустрічі з границею полів напружень;

- відстані між додатковим кріпленням по довжині виїмкового стовпа (ln) установлюються виходячи з частоти зміни щільності кріплення (n), що визначається критерієм припустимої різниці несучої здатності секцій механізованого комплексу і додаткового кріплення до величини граничних навантажень з боку бокових порід.

5. Розроблені технологічні рішення ведення гірничих робіт біля границь полів напружень, що визначають:

- раціональне місце розташування гірничих виробок біля границь полів напружень;

- напрямок ведення очисних і підготовчих робіт;

- технологічні та конструктивні особливості в гірничодобувному устаткуванні;

- схеми ситуаційного керування гірничими роботами біля границь полів напружень.

6. Економічна оцінка підтверджує ефективність запропонованих заходів.

Результати дисертаційної роботи враховані при переході границь полів напружень в умовах шахт “Червоноградська”, “Відродження”, “Візейська” ДХК “Львіввугілля”, що дозволило збільшити повноту видобутку вугілля на 15-20%, знизити собівартість вугілля на 5%, підвищити ефективність використання гірничо-видобувного устаткування і техніку безпеки в очисному вибої.

Основні положення і результати дисертації опубліковані в наступних роботах:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві, полягає в наступному: [1] – участь у проведенні досліджень, обробка та систематизація отриманих результатів; [8] - аналіз літературних джерел, обробка і систематизація даних з визначення пріорітетних чинників у формуванні напружено-деформованого стану біля границь полів напружень.

АНОТАЦІЯ

Дичковський Р.О. “Обґрунтування раціональних параметрів технології гірничих робіт біля границь полів напружень (на прикладі Львівсько-Волинського вугільного басейну)”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.15.02 – “Підземна розробка родовищ корисних копалин”. Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 2002 р.

Дисертація присвячена питанням обґрунтування раціональних параметрів технології гірничих робіт біля границь полів напружень для конкретних гірничо-геологічних умов Львівсько-Волинського вугільного басейну. В результаті теоретичних, лабораторних і промислово-експериментальних досліджень запропоновано механізм прогнозування границь полів напружень у просторі; оцінки напружено-деформованого стану гірського масиву; визначення несучої здатності та місце встановлення додаткового кріплення в зонах змінних геологічних структур. Запропоновані технологічні рішення впроваджені при переході границь полів напружень на трьох шахтах ДХК “Львіввугілля”. Очікуваний економічний ефект у середньому становитиме 181 грн/м по довжині виїмкового стовпа.

Ключові слова: границя полів напружень, анізотропне середовище, напружено-деформований стан, технологія переходу границь полів напружень.

АННОТАЦИЯ

Дычковский Р.Е. “Обоснование рациональных параметров технологии горных работ у границ полей напряжений (на примере Львовско-Волынского угольного бассейна)”. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.15.02 – “Подземная разработка месторождений полезных ископаемых”. Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 2002 г.

Диссертация посвящена вопросам обоснования рациональных параметров технологии горных работ возле границ полей напряжений для конкретных горно-геологических условий Львовско-Волынского угольного бассейна. В работе дано новое обоснование рациональных параметров технологии горных работ у границ полей напряжений на основании закономерности изменения их геометрических размеров и напряженного состояния горного массива. В результате теоретических, лабораторных и промышленно-экспериментальных исследований предло-жен механизм прогнозирования границ полей напряжений в пространстве. Амплитуда смещения геометрических границ полей напряжений описывается кривой второго порядка и зависит от длины распространения и эмпирических коэффициентов, учитывающих особенности структурного строения массива. Дана оценка напряженно-деформированного состояния горного массива. Вертикальная составляющая напряжений прямо пропорциональны амплитуде и поправочному коэффициенту К, который определяется нелинейной функцией времени и зависит от угла падения сместителя и структуры окружающих пород. Предложены рекомендации по определению несущей способности и местоустановки дополнительной крепи в зонах изменяющихся геологических структур. Установлено, что несущая способность дополнительной крепи (Rі) прямо пропорциональна разности нагрузки и несущей способности секций и обратно пропор-циональна расстоянию между стойками (li) и косинусу угла встречи с границей полей напряжений.

Собраны, обработаны и дополнены схемы ситуационного управления горными работами у границ полей напряжений, которые позволяют адекватно технологически реагировать на структурные измене-ния массива пород.

Предложенные технологические решения внедрены при переходе границ полей напряжений на шахтах ГОАТ “Львовуголь”. Ожидаемый экономический эффект, в среднем, будет составлять 181 грн/м по длине выемочного столба.

Ключевые слова: граница полей напряжений, анизотропная среда, напряженно-деформированное состояние, технология перехода границ полей напряжений.

ANNOTATION

Dichkovskij R. “Rational Parameters Substantiation of Mining Technology near Borders of Tension Fields (on an Example of the Lviv-Volynsk coal basin)”. - Manuscript.

The dissertation on reception of the scientific degree of Candidate Technique Science on a specialty 05.15.02 – “Underground mining of mineral deposits”. National Mining University of Ukraine, Dnipropetrovsk, 2002.

The dissertation is devoted to questions of a substantiation of rational parameters of mining technology near borders of tension fields for concrete mining - geological conditions of Lviv-Volynsk coal basin. As a result of theoretical and laboratory and industrial - experimental researches, the mechanism of intense fields borders forecasting in mine space is offered; estimations of intense - deformed conditions of surrounded rocks and definition of bearing ability and a placement of additional fastening in zones of replaceable geological structures. The offered technological decisions are introduced at recoming of borders of tensioned fields on three mines SHC “Lvivugol”. Expected economic benefit on the average will be 181 grn/m on the length of the column.

Key words: border of tension fields, the anisotropic environment, the intense - deformed condition, and the technology of intense field borders recoming.

ДИЧКОВСЬКИЙ Роман Омелянович

Обґрунтування раціональних параметрів технології гірничих робіт біля границь полів напружень (на прикладі Львівсько-Волинського

вугільного басейну)

(Автореферат)

Підписано до друку 15.05.02. Формат 3042/4

Папір Captain. Ризографія. Умовн. друк. арк. 0,9

Обліково-видавн. арк. 0,9. Тираж 120 прим. Зак №

Безкоштовно

РВК НГА України

49027, м. Дніпропетровськ – 27, просп. К. Маркса, 19