Геомеханічні основи та просторово-технологічні рішення забезпечення стійкості виробок вугільних шахт у складноструктурних тріщинуватих порідних масивах

Тулуб С.Б., Шидловский А.К., Пивняк Г.Г., Кулик М.Н. Структура и переспективы потребления энергоресурсов в Украине // Горный журнал. - 2000. - №6. -С.158-161.

Тулуб С.Б. Моделирование устойчивости камеры с компенсационными выработками // Геотехническая механика.-Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины.-2000.-№ 20.-С.45-50.

Тулуб С.Б.Определение параметров установки анкеров в системе “арка-анкер” // Геотехническая механика.-Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины.-2000.-№ 23.-С.11-16.

Тулуб С.Б., Мартиненко С.В. Дослідження стійкості камер вугільних шахт на однорідних моделях із еквівалентних матеріалів // Науковий вісник НГА України. - 2001. - №1. - С.3-7.

Тулуб С.Б. Пріоритетні питання питання розвитку паливно-енергетичного комплексу України // Науковий вісник НГА України. - 2001. - №2. - С.8-10.

Сдвижкова Е.А., Тулуб С.Б., Шашенко А.Н. Закономерности проявления горного давления в подготовительных выработках, пройденных в противоположных направлениях // Проблеми гірського тиску. - Донецьк:ДТТУ.-2001.-Вип.5. - С.72-79.

Тулуб С.Б., Панішко О.І., М'якенький В.В., Мартиненко С.В. Дослідження процесу деформування металевого аркового кріплення при несиметричному навантаженні в умовах ДХК “Шахтарськантрацит” // Науковий вісник НГА України. - 2001. - №3. - С.10-13.

Шашенко А.Н., Тулуб С.Б., Мартыненко С.В. Технические решения по обеспечению устойчивости камер в условиях шахт ГХК “Шахтерскантрацит” // Cборник научных трудов НГА Украины №11, Т.1. - Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2001.- С.47-51.

Диплом № 131 от 14.12.1999г. (Международная ассоциация авторов научных открытий РАЕН) на открытие “Закономерность изменния устойчивости обнажений в выработках” / Авторы: Шашенко А.Н., Агеев В.Г., Кужель С.В., Сдвижкова Е.А., Тулуб С.Б.

S.B.Tulub, V.G.Agejev, A.I.Panishsko. Providing stability of reentrant developments // Mine Planning and Equipment Selection 1999, Mine Environmental and Economical Issues 1999, NMUU.- Dnipropetrovsk.- 1999.- p. 297-301.

A.N.Shashenko, E.A.Sdvizhkova, S.B.Tulub. The analysis of a condition of mine workings intersected by planes of weakness// Mine Planning and Equipment Selection 1999, Mine Environmental and Economical Issues 1999, NMUU.-Dnipropetrovsk.- 1999.- p. 301 - 306.

S.B.Tulub. Coal as the base of the long-term powers Strategy of Ukraine// Mine Planning and Equipment Selection 1999, Mine Environmental and Economical Issues 1999, NMUU.- Dnipropetrovsk.- 1999.- p. 651 - 658.

Shashenko A., Ivanov A., Kuzhel S., Sdvizhkova E., Tulub S. Wytrzynalosc wyrobisk w spekanym masywie skalnym // Efektywne prowadzenie wyrobisk w trudnych warunkach gorniczo-geologicznych (Miedzynarodowa konferencja naukowo-techniczna). - Szczyrk. - 2000. - S.1-4.

Tulub S.B. The estimation of stressed state of massif under the protection of chambers with compensatory mine workings // Geotechnological Issues of Underground Space Use for Environmentally Protected World 2001, NMUU.- Dnipropetrovsk.- 2001.- p.181-184.

Анотація

Тулуб С.Б. Геомеханічні основи та просторово-технологічні рішення забезпечення стійкості виробок вугільних шахт у складноструктурних тріщинуватих масивах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.15.04. - “Шахтне і підземне будівництво”. Національна гірнича академія України Міністерства освіти і науки України, Дніпропетровськ, 2001.

Дисертація присвячена розробці геомеханічних основ та способів підвищення стійкості комплексу підземних виробок вугільних шахт на основі використання закономірностей деформування складноструктурного тріщинуватого породного масиву, що містить штучні порожнини.

Для підготовчих виробок, які знаходяться під впливом очисних робіт, обґрунтовано, розроблено і впроваджено конструкції рамно-анкерного кріплення. Для підвищення стійкості камер обґрунтовано можливість їх охорони за допомогою компенсуючих виробок і рекомендовані нові конструкції фундаментів піднімальних машин для умов здимання підошви. Доведено, що стійкість виробок залежить від кута падіння тріщин та азимута проведення виробки, на базі чого обґрунтовані та встановлені геомеханічні закономірності розміщення комплексу виробок вугільних шахт у складноструктурних тріщинуватих масивах.

Ключові слова: стійкість виробок вугільних шахт, структурно-неоднорідний масив, тріщинуватість, опорний тиск, рамно-анкерне кріплення, набризкбетона технологія, компенсуючі порожнини, геомеханіка.

Аннотация

Тулуб С.Б. Геомеханические основы и пространственно-технологические решения обеспечения устойчивости выработок угольных шахт в сложноструктурных трещиноватых породных массивах. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.15.04. - “Шахтное и подземное строительство”. Национальная горная академия Украины Министерства образования и науки Украины, Днепропетровск, 2001.

Работа посвящена разработке геомеханических основ и способов повышения устойчивости выработок различного назначения и способов повышения устойчивости выработок различного назначения угольных шахт Украины, разрабатывающих пласты в сложных горно-геологических условиях, с целью повышения эффективности предприятий отрасли и снижения себестоимости -угля. Идея диссертации состоит в установлении и целенаправленном использовании закономерностей деформирования структурно-неоднородного породного массива и их целенаправленного использования для повышения устойчивости выработок различного назначения.

Капитальные и подготовительные выработки являются одним из важных элементов структуры угольной шахты, обеспечивающих вскрытие и подготовку шахтных полей. Являясь транспортными магистралями, они обеспечивают непрерывность и надежность работы шахт.

В комплексе подземных выработок можно выделить три основные группы:

капитальные горизонтальные и наклонные выработки, расположенные вне зоны влияния очистных работ;

протяженные подготовительные выработки, расположенные в зоне влияния очистных работ;

выработки большого поперечного сечения (камеры).

Анализ показал, что основная причина ремонтных работ на глубоких горизонтах шахт кроется в наличии пучения пород почвы выработок (70%) и несоответствии несущей способности крепи действующей нагрузке (30%). Устранение этого несоответствия на основе глубокого изучения взаимодействия крепи выработок со структурно-неоднородным породным массивом и использования его несущей способности является одним из существенных путей повышения устойчивости работы угольных шахт.

Применительно к протяженным выработкам в условиях пучения пород почвы, расположенным вне зоны влияния очистных работ, в качестве базовой использована теория потери массивом упругопластической устойчивости, разработанная А.Н. Шашенко. При этом дополнительно учтено в качестве одного из основных факторов, способствующих пучению пород почвы, влияние влаги на прочность вмещающих пород.

На основе анализа детерминированных решений разработана и испытана в условиях шахты “Западно-Донбасская” конструкция металлической крепи повышенной несущей способности и предложена технология нанесения пленочных покрытий на поверхность породных обнажений с помощью набрызгбетонирующей техники. Для учета неоднородности породной среды разработана стохастическая модель выработки с пучащей почвой, для которой выполнен анализ влияния характера распределения случайной величины - коэффициента устойчивости. Доказано, что для капитальных выработок применим нормальный закон распределения, а для подготовительных - закон распределения Вейбулла. На этой основе разработана и утверждена институтом “Днепрогипрошахт” методика прогноза объемов ремонтных работ.

На примере шахт ГХК “Шахтерскантрацит” выполнены натурные измерения параметров процесса формирования нагрузки на крепь подготовительных выработок, испытывающих влияние лавы. Установлены основные закономерности этого процесса - величина, направление вектора внешних сил и функциональная зависимость, связывающая эти величины со скоростью подвигания лавы. Кроме того, установлены закономерности деформирования контура выработки. Разработан на основе программных средств “Cosmos/M” метод численного решения упругопластических задач на основе конечно-элементного подхода. Это позволило оценить влияние анкеров на устойчивость породного массива и разработать параметры рамно-анкерной крепи, которая позволяет повысить устойчивость подготовительных выработок и использовать их повторно.

Для условий шахт ГХК “Добропольеуголь” выполнен комплекс работ по обеспечению длительной устойчивости камер капитального назначения. В качестве основной меры, обеспечивающей отсутствие пучения пород почвы, рекомендованы компенсирующие полости, определены их размеры и местоположение. Доказано, что в зависимости от глубины расположения камер имеется некоторая критическая граница, влияющая на местоположение компенсирующих выработок, она равна 500…550 м. Предложены усиление конструкции комбинированной крепи и сборно-разборных фундаментов под основные механизмы подъемных машин.

Изучено на основе обработки большого статистического материала, собранного в выработках шахт ГХК “Шахтерскантрацит” и “Добропольеуголь”, аналитических и лабораторных исследований влияние направления проведения протяженных выработок в структурнонеоднородном массиве на их устойчивость. Доказано, что наличие трещиноватости влияет на устойчивость выработок. Установлены границы наиболее влияющих значений углов падения трещин. Приведены примеры проектирования выработок.

Ключевые слова: устойчивость выработок угольных шахт, структурно-неоднородный массив, трещиноватость, опорное давление, рамно-анкерная крепь, набрызгбетонная технология, компенсирующие полости, геомеханика.

The summary

Tulub S.B. Geomechanical Foundations and spatial-technological solutions of providing mine workings stability of complicated-structure fissured rock massifs.

The Dissertation to the competition of Scientific Degree of Doctor of Technical Science in speciality 05.15.04 - “Mine and Underground Construction”. The National Mining University of Ukraine, Dnipropetrovsk, 2001.

The dissertation is devoted to the elaboration of geomechanical foundations and the ways of increasing the stability of mine workings on the basis of usage the regularities of deformation of complicated-structure fissured rock massifs which contains artificial cavities.

The constructions of frame-anchor support are substantiated, elaborated and implemented for the preparatory mine workings which are under the influence of purification works. In order to increase the chambers stability the possibility of their protection on account of compensatory mine workings has been substantiated and new constructions of basements of escalating machines for the conditions of rock swelling have been recommended. It is proved that the mine workings stability depends on the angle of crack falling and azimuth of mine working conduction, and on this basis geomechanical regularities of complex of mine workings in complicated-structure fissured rock massifs have been substantiated and stated.

Key words: geomechanical basements, mine workings stability, frame-anchor support, compensatory cavities, fissured rock massif, azimuth of conduction, angle of crack falling.

Размещено на Allbest.ru