Обґрунтування методики визначення місцезнаходження областей локалізації геодинамічних явищ при інтенсивному відпрацюванні вугільних пластів

Міністерство освіти і науки України

Національний гірничий університет

 

Назимко Катерина Вікторівна

 

УДК 622.831.3.02

 

 

Спеціальність 05.15.09 - Механіка грунтів та гірських порід

 

 

Дніпропетровськ - 2006

 

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Українському державному науково-дослідному і проектно-конструкторському інституті гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України (м. Донецьк).

Науковий керівник: доктор технічних наук, доцент Грищенков Микола Миколайович, завідувач кафедри маркшейдерської справи Донецького національного технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Скіпочка Сергій Іванович, провідний науковий співробітник відділу механіки гірських порід Інституту геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України (м. Дніпропетровськ); доктор технічних наук, старший науковий співробітник Скіпочка Сергій Іванович, провідний науковий співробітник відділу механіки гірських порід Інституту геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України (м. Дніпропетровськ); доктор технічних наук, старший науковий співробітник Скіпочка Сергій Іванович, провідний науковий співробітник відділу механіки гірських порід Інституту геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України (м. Дніпропетровськ);

Захист дисертації відбудеться “ 16 ” червня 2006 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.04 при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України (49005, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19).

 

 

Актуальність теми. Сучасна ринкова економіка вимагає підвищення ефективності вугільної промисловості України за рахунок збільшення інтенсивності видобутку вугілля і продуктивності очисних вибоїв. Відпрацювання високонавантажених лав супроводжується динамічними зсуваннями товщі, що підроблюється, особливості яких раніше не виявлялися при помірних темпах посування. Так динамічні зсування масиву, що вміщає потужні шари міцних пісковиків, супроводжуються сейсмічними коливаннями товщі, що підроблюється, які раніше практично не досліджувалися. Разом з тим, сейсмічні коливання товщі не тільки являють собою певну небезпеку для наземних споруд, але й можуть бути використані як інформативні параметри процесу динамічної стадії зсувів. Вивчення таких особливостей і використання їх для попередження складних геодинамічних явищ є актуальною науково-технічною задачею вугледобувної промисловості.

Наукова задача, що вирішується в даній роботі, полягає у встановленні закономірностей формування напружено-деформованого стану та його перерозподілу у масивах порід покрівлі, що містить потужний шар міцних порід при інтенсивному веденні гірничих робіт. 

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконані відповідно до тематичного плану науково-дослідних робіт НАН України згідно пріоритетного напрямку розвитку науки і техніки „Фундаментальні дослідження з найважливіших проблем природних, суспільних і гуманітарних наук” по тематиці 6/03 (№ ДР 0102U007320).

Метою роботи є обґрунтування методики визначення місцезнаходження областей локалізації геодинамічних явищ при інтенсивному відпрацюванні вугільних пластів.

Основна ідея роботи полягає у врахуванні взаємозв'язку між рівнем і швидкістю зміни еквівалентних напружень, діючих в масиві порід, що підроблюється, та інтенсивністю проявів динамічних зсувів, що виникають внаслідок періодичних обвалень порід покрівлі в лавах. 

Об'єктом досліджень є масив, що містить в своїй структурі потужний шар міцних порід і підроблюється довгими очисними вибоями.

Предметом досліджень є поля напружень і деформацій, які формуються унаслідок посування очисного вибою з високою швидкістю.

Основні задачі досліджень полягають в наступному:

1. Геомеханічне обґрунтування і розробка методики прогнозування інтенсивності вивільнення потенційної енергії при підробці масиву порід, що вміщають шари порід високої міцності.

2. Перевірка достовірності результатів прогнозування і встановлення закономірностей перерозподілу показника інтенсивності вивільнення потенційної енергії в процесі відпрацювання лав.

3. Розробка методики прогнозу місцезнаходження порожнин в породному масиві та її промислова перевірка. 

У роботі використані наступні методи досліджень: інструментальні вимірювання осідань реперів профільних ліній над діючими очисними вибоями для встановлення параметрів динамічної мульди зсування, по яких настроюються параметри моделі; інструментальні спостереження за конвергенцією порід на контурі підготовчих виробок для підтвердження достовірності прогнозу напруженого стану масиву гірських порід; метод кінцевих різниць для прогнозу напруженого стану порідного масиву, що підроблюється, і розподілу інтенсивності вивільнення потенційної енергії над діючим очисним забоєм; метод дискретних елементів для моделювання динаміки обвалень і зсувів підробленої товщі масиву порід; метод контролю сейсмоакустичної активності порідного масиву для підтвердження достовірності результатів розрахунку інтенсивності вивільнення потенційної енергії.

Наукові положення, що виносяться на захист: 

- інтенсивність вивільнення потенційної енергії в породному масиві, що підроблюється, пропорційна величині еквівалентних напружень в потужному порідному шарі, що згинається, та швидкості зростання цих напружень, що дозволяє прогнозувати геодинамічні явища при інтенсивному відпрацюванні вугільних пластів;

- максимальне вивільнення потенційної енергії порід основної покрівлі відбувається під дією тимчасового зависання і подальшого обвалення потужних шарів пісковику, що супроводжується виділенням сейсмічної енергії, безрозмірний показник якої перевищує 0,3-0,4, що дозволяє визначити границі і розміри порожнини, яка утворюється під зависаючим потужним шаром пісковику. 

Новизна наукових положень полягає в наступному:

1.Одержала подальший розвиток модель динамічних зсувів товщі з урахуванням напруженого стану, який формується при обваленнях потужних зависаючих породних шарів в зоні активних зсувів в умовах інтенсивного відпрацювання пластів вугілля. 

2.Вперше встановлений критичний рівень