Геомеханічне обгрунтування раціональних технологічних схем відробки кінцевих дільниць вийомочних стовпів на інтенсивно порушених дільницях шахтних полів

Національна академія наук України

Міністерство вугільної промисловості України

Відділення фізико-технічних гірничих проблем Донецького фізико-технічного інституту ім. О.О. Галкіна

 

Бугара Михайло Іванович

 

УДК 622. 273

 

 

Спеціальність: 05. 15. 02. – Підземна розробка родовищ корисних копалин

 

 

Донецьк – 1999

 

Дисертацією є рукопис. 

Робота зроблена у Державній холдинговій компанії “Донвугілля”, Міністерства вугільної промисловості України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор, Александров Сергій Миколайович Донецький Державний технічний університет, проректор.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, Бондаренко Юрій Васильович Донецький Державний технічний університет, декан кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Кузьменко Миколай Семенович Відділення фізико-технічних гірничих проблем ДонФТІ ім. О.О. Галкіна НАН України та Мінвуглепрому.

Провідна організація: Донецький вугільний інститут (ДонВУГІ), відділ кріплення.

Захист дисертації відбудеться “22” липня 1999 р. у 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К. 11. 184. 02 у Відділені фізико-технічних гірничих проблем ДонФТІ ім. О. О. Галкіна НАН України за адресою: 340114, м. Донецьк, вул. Рози Люксембург, 72

С дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Відділення фізико-технічних гірничих проблем ДонФТІ ім. О. О. Галкіна НАН України за адресою: 340114, м. Донецьк, вул. Рози Люксембург, 72. 

 

 

Актуальність роботи. У порушених шахтних полях регулярне планування гірничих робіт зв’язане з певними труднощами. Це виникає тому, що орієнтація кордонів шахтних полів звично прив’язується до геологічних порушень. У той же час орієнтування підготовлюючих виробок прив’язується до елементів залягання пласту, таких як простягання або падіння. Різниця у орієнтації виїмкових стовпів та підготовлюючих виробок примушує залишати біля останніх вугільні цілики різної неправильної форми (трикутникової, трапецієвидної та інші). Відробити у майбутньому ці цілики прогнозується заважким із-за їхньої неправильної форми. Як результат втрачається до 20% підготовлених запасів. Самі цілики є концентраторами гірського тиску. Звідси виникають додаткові проблеми: погіршення стану покрівлі очисних вибоїв при їх роботі у безпосередній близькості у підготовлюючих виробок; погіршення стану самих підготовлюючих виробок. Таким чином, проблема ціликів неправильної форми у підготовлюючих виробок складна та багатогранна. Вирішення питання, щодо раціонального з точки зору геомеханіки повного або часткового їх виймання, із врахуванням вказаних проблем, є важлива науково-прикладна задача. 

Існує багато варіантів планування гірничих робіт при доробці кінцевих частин виїмкових стовпів та дільниць у порушених копалинах. Однак аналіз науково-технічної літератури засвідчив, що ніхто не аналізував ці планування з геомеханічної точки зору. Взагалі розроблена тактика розвороту комплексів, хоч їхні параметри ніяк не прив’язані до проявів гірського тиску. Відомо, що у процесі формування цілика підвищується у його околі рівень концентрації гірського тиску. Однак кількісні характеристики і їхня залежність від конкретного планування та його параметрів не досліджувалися. Разом з цим, як засвідчує практика, прояви гірського тиску при доопрацюванні крайових частин виїмкових дільниць змінюються у кілька разів у залежності від планування що застосовується та його параметрів. 

Зв*язок дисертації з планами наукової роботи. Дослідження, що викладені у дисертаційній роботі, були проведені автором при практичній діяльності на шахті та скоординовані з виконанням науково-дослідницьких робіт, що виконуються у ДонДТУ, й присвячені вивченню геомеханічного стану покрівлі у очисному вибої при відробленні пластів у слабких бокових породах (номер держреєстрації теми 0198U002310). 

Метою роботи є обгрунтування раціональних технологічних схем відробки кінцевих частин виїмкових стовпів на сильно порушених частинах шахтних полів. 

Ідея роботи складається у врахуванні комплексу взаємовпливових геомеханічних, технологічних та економічних факторів, що визначають ефективність виймання запасів у складних умовах планування гірничих робіт при відробці частин виїмкових стовпів, що безпосередньо примикають до підготовлюючих виробок. 

Задача досліджень: 1) Виділити основні варіанти планування гірничих робіт при доробці крайових частин виїмкових полів у порушених копалинах та провести їхній геомеханічний аналіз з точки зору перерозподілу гірського тиску. 2) Розробити комплексний критерій оцінки раціональності доробки крайових частин виїмкових дільниць, який одночасно враховував би а) втрати підготовлених запасів, б) стан покрівлі у очисних вибоях та в) стан підготовлюючих виробок. 3) Провести промислову перевірку раціональних варіантів доробки кінцевих частин виїмкових дільниць у порушених шахтних полях та зробити їх техніко-економічну оцінку. 

Методика досліджень. Для досягнення поставленої цілі використаний комплексний науковий підхід із застосуванням наступних методів: дослідження проявів гірничого тиску у натурних умовах за допомогою комплексних спостережницьких станцій та гідравлічних датчиків, комп’ютерне моделювання розподілу напружень у масиві гірських порід, математична обробка результатів моделювання та економічний аналіз варіантів. 

Наукова новизна результатів дисертації полягає у наступному: 

1. Встановлені закономірності зміни напруженого стану гірничого масиву при доробці кінцевих частин виїмкових дільниць, які відрізняються тим, що середні значення коефіцієнту концентрації напружень попереду лави за мірою її посування змінюються від 1, 64 при відході поодинокої лави верхнього пласту від кордону виїмкового стовпа до 3, 15 при накатуванні лави, що примикає до раніше виробленого простору з розгорненням на кордон регіональної зони розвантаження. При цьому середній кінцевий приріст коефіцієнту концентрації напружень у зоні підтримання