Геомеханічне обгрунтування способу управління станом гірничого масиву при щитовій відробці крутих вугільних пластів

Обробка крутих пластів здійснюється у нисхідному порядку (рідше у висхідному), причому, першими відробляються захисні пласти. При цьому здійснюється розвантаження суміжного пласта від напружень та відбувається його дегазація. 

Для визначення закономірності зміни газодинамічного стану вугільного пласта після відробки захисного пласта в залежності від величини товщини порід міжпластя та кількості їх шарів була складена кореляційна багатофакторна модель, в якій були враховані структура порід, як кількості площин розшарувння nсл масиву на 1 м товщини (М). З цієї моделі було виведено рівняння регресії для деформацій розширення породного масиву після його надробки в залежності від кількості площин розшарування та товщини міжпластя у вигляді: 

(1)

де - – деформації розширення масиву на відстані М (м) від підошви надробленого пласта при можливій кількості шарів розшарування породної товщини nсл на цій дільниці. 

Для умов ЦРД коефіцієнти рівняються а=1, 4; -=0, 8. 

В результаті сумісного аналізу експеріментальних даних про залишковий тиск газу в пласті (Ро) в залежності від товщини порід міжпластя отримана залежність у вигляді

(2)

де А=31, 5 – статистичний коефіцієнт; 

- (сл, М) – деформації розширення при даній кількості площин розшарування та фіксованій товщині (%). 

З формули (2) були виконані розрахунки для залишкового тиску газу у пласті після його надробки, як з дільниць досліджень, так і для інших пластів ЦРД. Розрахункові величини достатньо близькі до фактичних, що дозволяє використовувати формулу (2) для розрахунків. 

Проведення виробки уздовж пласта приводе до додаткової дегазації вугільного пласта в об*ємі біля контура виробки. Дослідженнями, які виконані по нашій методиці, встановлено, що зміщення вугільного пласта та газовиділення з ньго біля контура виробки згасає з ступенем віддалення в глибину масиву (рис. 3). 

Для визначення величини тиску нагнітання розчинів в пласт отримана формула, в якій урахована зміна тиску газа в пласті при відробці зближених пластів та зміни фізико-механічних властивостей масиву. Довжина герметизації свердловини повинна бути не меншою довжини зони тріщинуватусті вугілля біля контура виробки, тобто не менше 3, 5 м. 

На щитових дільницях пластів l3 та m3 на шахті ім. Ю. О. Гагаріна була здійснена експеріментальна перевірка способу. Була оброблена крайова частина вугільного масиву з боку вентиляційної печі. Свердловини бурилися довжиною 6 м через 6 м уздовж падіння. Ефективність способу перевірювалась з велечин та швидкостей зближення бокових порід, а також з зміщень вугільного пласта на контурі та інтенсивності газовиділення. 

У зрівнянні з попередньою смугою величини та швидкості зближення порід зменшились у 1, 4 рази, інтенсивність газовиділення стала більш рівномірною та зменшилась у 2 рази. За час експлуатації перекріплення печі зменшилось з 45% до 8%. 

Економічна ефективність при цьому склала 15082, 6 грн. на одну пічь. 

 

 

В дисертаційній роботі надано нове рішення актуальної наукової задачі, яке міститься у встановленні особливостей зміни напружено-деформованого стану гірничого масиву біля щитового вибою та оточуючих його виробок в залежності від ступеню відробленності пласта уздовж простягання та падіння, впливу гірничих робіт з сусідніх пластів з метою обгрунтування способу охорони вентиляційних та вуглеспускних печей, який базується на управлінні напружено-деформованим станом гірничого масиву за допомогою попереднього зволоження водяними розчинами ПАР. 

1.Встановлено, що через особливий характер деформування порід покрівлі при відробці крутих вугільних пластів щитовими агрегатами, кріплення оточуючих щитовий вибій виробок знаходиться в екстремальних умовах навантаження вже при відході очистних робіт на 50-60 м від вентиляційного горизонту. Аналіз досвіду робіт шахт Центрального району Донбасу та досліджень ведучих наукових установ дозволив визначити перспективи вирішення проблеми – створення способів управління напружено-деформованим станом гірничого масиву на межі з виробкою, які дозволять знизити імовірність руйнування нижніх шарів порід покрівлі та вугільного пласта на межі з кріпленням виробки. 

2.Шахтні дослідження, що виконані на 6 експериментальних дільницях, дозволили встановити особливості прояву гірничого тиску в печах, які містяться в наступному. Найбільше інтенсивне зближення бокових порід в печах відбувається в зонах ПГТ та опорного тиску попереду вибою: швидкості зближення збільшуються до 4, 0 мм/годину або в 2, 4 рази у порівнянні з іншими дільницями. Причому, в площині напластування породи покрівлі відносно підошви уздовж падіння та простягання у бік виробленого простору на кут до 5-. 

3.Розміри зони опорного тиску попереду щитового вибою та з боку вугільного пласта визначаються швидкістю обробки та розмірами виробленого простору. Якщо в монтажній ніші, яка знаходиться у зоні ПГТ та при тривалому монтажі максимум опорного тиску знаходиться на відстані до 6, 0 м від межі пласта, то при працюючому агрегаті максимум наближається на відстань до 2, 5-2, 8 м. З боку вентиляційної печі максимум розташовується на відстані до 3, 5 м. Найбільшого значення зона опорного тиску досягає на сполученні вибою з вуглеспускною піччю при відході вибою на 50-60 м від монтажної печі,