Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геомеханічне обґрунтування технологічних рішень підвищення ефективності виїмки крутих вугільних пластів, схильних до газодинамічних явищ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Розробка крутих вугільних пластів Центрального району Донбасу в теперішній час ведеться в складних гірничо-геологічних умовах. До числа факторів, що ускладнюють видобуток, належать необхідність розробки свит зближених пластів, серед яких понад 50% схильні до раптових обвалень, велика глибина ведення гірничих робіт (700-1100 м), висока температура (до 40°С) і нестійкість бічних порід (80% випадків).

У зв'язку з можливими змінами гірничо-геологічних умов у межах виймальних ділянок, блоків і шахтних полів важливо оцінити ступінь впливу різних геомеханічних процесів на якість інженерних рішень щодо вдосконалення розробки крутих пластів на великих глибинах. У теперішній час напружено-деформований стан масиву гірничих порід у специфічних гірничо-геологічних та гірничотехнічних умовах крутих пластів вивчено недостатньо. Відомо, що розміри напруг у натурних умовах істотно відрізняються від розрахункових, а проблеми керування гірським тиском при розробці крутих пластів Донбасу залишаються одними із найскладніших. Крім того, недостатньо вивчена динаміка напружено-деформованого та газодинамічного станів привибійного масиву вугілля в зоні впливу очисної виїмки.

У зв'язку із цим, геомеханічне обґрунтування технологічних рішень підвищення ефективності виїмки крутих вугільних пластів є актуальною науково-практичною задачею, що має важливе значення для вуглевидобувної галузі.

Зв'язок теми дисертації з науковими планами, програмами і темами. Дисертаційна робота виконана в рамках держбюджетних тем: «Наукові основи геофізичної діагностики структурно-фазових процесів у природно-техногенних системах, що самоорганізуються, з метою прогнозу їх критичного геомеханічного стану», № держреєстрації РК 01031U004019 і «Механіка гірських порід, техніка та технології безпечного видобутку вугілля високонавантаженими лавами», № держреєстрації 0102U006126.

Метою роботи є комплексне геомеханічне обґрунтування параметрів нових технологічних рішень з підвищення безпеки та ефективності виїмки крутих вугільних пластів.

Ідея роботи полягає у використанні геомеханічних закономірностей поведінки гірського масиву навколо діючої лави в природно розвантаженій і дегазованій крайовій частині вугільного пласта для раціонального вибору параметрів очисної виїмки.

Об'єкт досліджень - вуглепородний масив навколо очисного вибою при розробці крутих пластів.

Предмет досліджень - геомеханічні процеси при очисній виїмці крутих вугільних пластів.

Для досягнення поставленої в роботі мети сформульовані наступні задачі досліджень:

1. Виконати аналітичні дослідження напружено-деформованого стану вуглепородного масиву та геомеханічних процесів у привибійній частині вугільного пласта.

2. Виконати експериментальні дослідження з вивчення геомеханічних процесів у вугільному масиві при веденні очисних робіт.

3. Провести лабораторні та шахтні дослідження, перевірити правомірність і обґрунтованість теоретичних передумов з геомеханічного обґрунтування нових технологічних рішень.

4. Виконати геомеханічне обґрунтування нових технологічних рішень щодо підвищення безпеки та ефективності виїмки крутих вугільних пластів.

Методи досліджень. У роботі використані: комплексний метод досліджень, що включає аналіз і узагальнення експериментальних і теоретичних досягнень з даної проблеми; методи теорії пружності, механіки гірських порід, методи рішення інтегральних рівнянь і обчислювальної математики; лабораторні та натурні інструментальні спостереження; статистична обробка результатів вимірювань.

Основні наукові положення, що захищаються в дисертації:

1. Величина зони опорного тиску залежить від співвідношення фізико-механічних характеристик покрівлі очисного вибою та вугільного пласта і від розмірів зони розвантаженого масиву. У середньому, при ширині зони опорного тиску l = 30 м, максимум опорного тиску, рівний , розташований в 6,0 м від лінії вибою.

2. Протяжність зони граничного стану вугільного пласта і величина максимальних напруг у ньому залежать від потужності пласта, ширини виробки, міцностних і пружних властивостей вугілля, а також кута між початковим положенням площини покрівлі і її положенням після зближення з підошвою виробки. При цьому для малих розмірів виробок максимум напруг складає 1,08 · ?, а збільшення співвідношення розмірів виробки до ширини зони опорного тиску приводить до росту концентрації напруги до 3,4 · ?.

3. Найнебезпечнішими ділянками лави за швидкістю зближення бічних порід, можливістю небезпечних наслідків, що призводять до деформування кріплення, є середні частини лави (від 50-го до 85-го метра від вентиляційного штреку) і сполучення комбайнової частини з уступами (10-20 м до верхнього уступу), де коефіцієнт динамічності складає 80-90.

4. Глибина поширення хвилі розвантаження у вугільному масиві залежить від швидкості зняття напруг. Зі збільшенням швидкості розвантаження вугільного масиву, що перебуває в умовах граничного напруженого стану, з 1 МПа/с до 10 МПа/с, значення напруг у ньому зменшується в 1,3 рази і відбувається зміна механізму руйнування вугілля та ступеня його тріщинуватості за рахунок перетворення частини закритих пор у тріщини.

Наукова новизна отриманих результатів.

? Вперше обґрунтовано і запропоновано аналітичну модель оцінки напружено-деформованого стану вугільного масиву у привибійній зоні пласта, яка відрізняється від відомих комплексним урахуванням взаємозв'язку поведінки бічних порід вугільного пласта із властивостями вуглепородного масиву.

? Вперше встановлено математичну залежність, що характеризує зміну місцезнаходження максимуму опорного тиску від розміру середнього кута зближення бічних порід, рішення якої визначається у вигляді степеневих рядів.

? Встановлено, що діагональні очисні прямолінійні або поліпідошвоуступні вибої на всю висоту поверху ефективно відробляються без застосування профілактичних заходів через те, що розміри безпечної глибини виїмки в напрямку простягання пласту варіюють у межах 1,25 ± 0,5 м. При цьому глибина поширення хвилі розвантаження у вугільному масиві залежить від швидкості зняття напруг.

Показано, що зі збільшенням швидкості розвантаження вугільного масиву, що перебуває в умовах гранично-напруженого стану з 1 МПа до 10 МПа, відбуваються зміни механізму руйнування вугілля.

? Обґрунтовано можливість підвищення стійкості крайової частини пласта за рахунок застосування кріплень, які керують гірським тиском одночасно у привибійному і у виробленому просторах очисного вибою (кріплення механізованого комплексу КГУ - лави, що рухаються по простяганню пласта; кріплення щитових агрегатів АНЩ - лави, що рухаються по падінню пласта).

Наукове значення роботи полягає у встановленні нових, експериментально підтверджених закономірностей протікання геомеханічних процесів навколо очисної виробки на крутих пластах, і у використанні їх для прогнозу стану очисних і підготовчих виробок при розробці крутих пластів на великих глибинах.

Практичне значення роботи полягає у тому, що на базі встановлених геомеханічних закономірностей поведінки гірничих масивів навколо очисного вибою розроблено нову ефективну технологію - гнучку (пошарову) технологію виїмки вугілля без застосування профілактичних заходів у незахищених локальними або регіональними заходами зонах.

Дослідно-експериментальна перевірка запропонованої технології і її елементів проведена в умовах шахт ім. К.А. Румянцева та ім. В.І. Леніна ДП «Артемвугілля». Сумарний очікуваний економічний ефект від впровадження зазначеної технології по цих шахтах складе 18600 грн./рік.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Основні результати досліджень автора використані при розробці нормативних документів, а саме:

? ДСТУ 101.00171144.001-2003 Технологічні схеми розробки викидонебезпечних пластів із застосуванням сейсмоакустичного моніторингу гірського масиву. Галузевий стандарт України. Мінпаливенерго України, Київ, - 2003 р.;

? комплекс програмного забезпечення для реєстрації сейсмоінформації, ТЗ 0310301020 (Мінпаливенерго України, Київ, - 2003 р.).

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно сформульована ідея роботи, поставлені мета та задачі досліджень; отримані та сформульовані основні наукові положення та висновки; дані практичні рекомендації з використання запропонованих нових технологій. Як відповідальний виконавець, автор безпосередньо брав участь у постановці лабораторних, теоретичних і шахтних досліджень, у розробці теоретичних і методологічних основ проведення роботи, у впровадженні результатів роботи. Текст дисертаційної роботи написаний автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи, наукові положення, практичні методологічні рекомендації обговорювалися і одержали схвалення на Міжнародних науково-технічних конференціях «Машинобудування і техносфера XXI віку» (м. Севастополь, 2003, 2004 рр.); XI Міжнародному симпозіумі «Геотехніка-2004» (Устрон, 2004 р. - Польща); на науково-практичній конференції «Удосконалювання кріплення й ремонту гірничих виробок» (м. Павлоград, 2004 р.); на наукових засіданнях кафедри підземної розробки родовищ корисних копалин ДонНТУ; наукових семінарах відділів механіки гірських порід і гірської аерогазодинаміки ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України; НТР ДП з видобутку вугілля «Артемвугілля», «Дзержинськвугілля», «Орджонікідзевугілля».

Публікації. Результати роботи автора відображені в 23 публікаціях, з яких 11 за темою дисертації, у тому числі Галузевий стандарт України.

Структура роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, списку використаних джерел з 106 найменувань, чотирьох додатків; містить 178 сторінок машинописного тексту, у тому числі 42 рисунка, 13 таблиць, 11 сторінок додатків.

Основний зміст роботи

вуглепородний геомеханічний очисний пласт

На підставі вивчення досягнень вітчизняних і зарубіжних дослідників у роботі виконано аналіз та узагальнення геомеханічного стану гірського масиву при виїмці крутих газоносних вугільних пластів на великих глибинах.

У результаті оцінки сучасного стану теоретичних досліджень напружено-деформованого стану вуглепородних масивів крутих пластів при веденні очисних робіт, а також з урахуванням даних багаторічних лабораторних досліджень, виконаних у ДонНТУ, ДонВУГІ, ДонНДІ, ІГТМ НАН України, НГУ та інших інститутах, встановлено, що дотепер напружено-деформований стан масиву гірських порід у специфічних умовах крутих пластів вивчено недостатньо.

Відомо, що величини напруг у натурних умовах істотно відрізняються від розрахункових, а проблеми керування гірським тиском при розробці крутих вугільних пластів є одними із найскладніших.

Тому, для забезпечення інтенсифікації вуглевидобутку на крутих пластах Донбасу необхідний комплексний підхід до досліджень системи «пласт, небезпечний по газодинамічним явищам - очисний вибій - бічні породи - параметри застосовуваної технології».

Аналіз досвіду технологій вуглевидобутку на крутих пластах Донбасу, що застосовувалися, дозволив встановити, що на сучасному етапі не досліджена і не створена ефективна технологія їх виїмки на великих глибинах, що не дозволяє вважати досить науково-обґрунтованими прийняті в теперішній час критерії оцінки ефективності технологій, які застосовуються і проектуються. Діючі галузеві нормативні документи повною мірою не відображають вимог щодо вдосконалення та розробки нових видів технології виїмки вугілля на глибоких шахтах ЦРД. У той же час, у зв'язку з новими задачами та «Програмами-стратегіями розвитку галузі до 2030 р.», підвищення ресурсів відомих і нових технологій вуглевидобутку на крутих пластах ЦРД, геомеханічне обґрунтування безпечної технології їх виїмки набуває особливу актуальність.

З метою обґрунтування параметрів безпечної технології виїмки крутих вугільних пластів, виконано теоретичні та експериментальні дослідження із встановлення закономірностей розподілу опорного тиску при веденні очисних робіт на великих глибинах.

Рішенню задач про розподіл опорного тиску на вугільний пласт у прямолінійному вибої присвячено значний обсяг робіт, однак істотні кількісні розбіжності та відсутність яскраво вираженого критерію його оцінки не дозволяють розробити рекомендації, спрямовані на прогнозування та усунення викидонебезпечності вугільних пластів, що відробляються.

Проблема прогнозу параметрів геомеханічних процесів навколо крайової частини вугільного пласта стає усе більш актуальною зі збільшенням глибини розробки родовищ, коли нерівномірність розподілу гірничого тиску призводить до утворення зони підвищеного опорного тиску, просторові контури та розміри якої визначаються фактичними умовами відробки пласта і консольним защемленням його крайової частини.

При усій складності геомеханічних процесів навколо очисного вибою, що рухається, використання універсальних умов дозволяє побудувати функцію опорного тиску, застосовну практично до всіх схем взаємодії покрівлі з пластом.

Універсальними умовами є умови статичної рівноваги покрівлі, які повинні виконуватися при будь-яких фізико-механічних властивостях породи та вугілля. Аналітично вони виражаються у вигляді:

, (1)

, (2)

де F_i - компонента сили, що діє на одиницю об'єму;

dV - елемент об'єму масиву;

_ik - тензор напруг;

?f_k - приріст компоненти вектора елемента поверхні, спрямованого по нормалі до поверхні;

- напруга на нескінченності (напруга «незайманого масиву»);

a - характерний розмір зависаючого масиву над виробленим простором.

Оскільки функція опорного тиску, як деяка фізична функція, є неперервною, то для зручності шукаємо рішення інтегральних рівнянь у двох областях, обмеженій та нескінченній, у вигляді степеневих рядів:

, (3)

де A₀, A₁, A₂, …, B₁, B₂, B₃, … постійні розкладу функції, визначувані з інтегральних рівнянь і умови неперервності;

l деяка довільна скінченна величина, у якій «зшиваються» розклади функції напруг;

E параметр, що характеризує неаналітичну поведінку функції.

У результаті чисельного інтегрування отримані варіації функції опорного тиску в прямолінійному очисному вибої та показано, що величина зони опорного тиску залежить як від співвідношення фізико-механічних характеристик покрівлі і вугільного пласта, так і від величини зони розвантаженого масиву. При цьому величина концентрації напруг істотно залежить від співвідношення протяжності виробленого простору і зони опорного тиску (рис. 1).



Рис. 1. Залежність опорного тиску уздовж лінії вибою від співвідношення розмірів зони опорного тиску та ширини розвантаженого простору a / l при E = 0,3

Дослідження поведінки функцій опорного тиску для одного і того ж пласта, що відробляється, при різних варіантах способу керування гірським тиском дозволяють обґрунтувати наявність кількох максимумів опорного тиску поперед очисного вибою та показати наявність зони «розвантаження», обумовленої защемленням кромки вугільного пласта, підхід до якої на критичну відстань викликає різного роду газодинамічні явища.

Встановлена математична залежність, що характеризує зміну місцезнаходження максимуму опорного тиску від величини середнього кута зближення бічних порід (кута нахилу покрівлі):

. (4)

де k₃ - коефіцієнт концентрації напруг;

_max - максимальні напруги;

m - потужність пласта;

L - протяжність зони граничного стану;

a - кут між початковим положенням покрівлі і її положенням після зближення з підошвою;

Dm - зближення підошви і покрівлі на кромці пласта;

- коефіцієнт Пуассона;

.

Встановлено, що протяжність зони граничного стану вугільного пласта та величина максимальних напруг у ньому залежать від потужності пласта, ширини виробки, міцностних і пружних властивостей порід, які містять вугілля, а також кута між початковим положенням площини покрівлі і її положенням після зближення з підошвою виробки. При більш міцних породах, що містять вугілля, величина максимальних напруг у вугільному пласті нижча, ніж для менш міцних порід. Неоднорідність поля напруг у вугільному пласті обумовлена наявністю градієнта фізико-механічних властивостей порід, що містять вугілля.

Розроблено метод для аналітичної оцінки напружено-деформованого стану вугільного масиву в привибійній зоні пласта, який використовується при обґрунтуванні та виборі параметрів безпечної технології очисних робіт. Запропоноване рішення наочно пояснює явища, що спостерігались на практиці, дозволяє описати ряд встановлених геомеханічних закономірностей і використовувати їх надалі при розробці заходів боротьби з різними газодинамічними явищами.

Досліджені на структурних моделях у лабораторних та безпосередньо у шахтних умовах особливості перерозподілу гірського тиску в дискретному розпірному середовищі, що становить породний контур виїмкової виробки, які дозволили встановити ступінь впливу геологічних і технологічних факторів на характер деформування породних блоків на контурі та навколо гірничої виробки. Їх результати використані при обґрунтуванні нових технологічних рішень виїмки крутих пластів.

Для перевірки правомірності та розвитку теоретичних передумов з геомеханічного обґрунтування нових технологічних рішень виїмки вугільних пластів виконаний комплекс експериментальних досліджень.

Електрометричні дослідження властивостей і стану гірських порід та вугільних пластів показали, що величина питомого електричного опору функціонально залежить як від параметрів об'ємного напруженого стану, так і від величин напруг, що діють у напрямку вимірювань. Електрометричні вимірювання дозволяють оперативно визначати глибину розвитку зон порушенності в гірських породах і характер розподілу зон підвищеної тріщинуватості уздовж лави.

Шахтні експерименти з вивчення геомеханічних процесів, що протікають у вугленосній товщі, особливо в крайовій частині вугільного пласта, показали, що зона розвантаження по простяганню становить у середньому на всіх експериментальних ділянках 1,5-2,0 м. У прямолінійних діагональних або щитових вибоях є оптимальна безпечна для кожного конкретного пласта зона розвантаження. Це може бути підставою для вибору технології та технічних засобів виїмки вугілля з найбільш раціональною шириною захвату, при цьому використання противикидних або попередніх профілактичних заходів не передбачається.

Досліджено прояви гірського тиску в комплексно-механізованих очисних вибоях і показано, що, встановлюючи безпосередньо у вибою лави жорстке кріплення з високою несучою здатністю, можна в значній мірі зменшити швидкість зближення порід і її вплив на крайову частину вугільного масиву. Таким чином, механізоване кріплення є одним із засобів керування геогазодинамічним станом масиву навколо очисного вибою.

Досліджено вплив швидкості розвантаження вугільного масиву на зміну тріщинувато-пористої структури і газопроникності вугілля. На рис. 2 наведені результати досліджень впливу швидкості розвантаження на газопроникність вугілля.

При швидкості розвантаження масиву 1 МПа/с виникає різка анізотропія коефіцієнтів концентрації напруг k з утворенням площин руйнування, орієнтованих під кутом 40-50° до напрямку дії напруг ?₁ і ?₃. При цьому значення коефіцієнтів газопроникності K₁ і K₃ залишаються на рівні ненавантаженого зразка. Значення ж коефіцієнта K₂ у цьому випадку перевищує їхній рівень у 10 разів. При швидкості розвантаження масиву 10 МПа/с значення коефіцієнтів концентрації напруг K₁ і K₂ уздовж дії напруг ?₁ і ?₂ становлять (12-14) · 10⁴ Д, а відповідні значення коефіцієнтів газопроникності в цих же напрямках (K₁ і K₂) на порядок перевищують їхню величину в ненавантаженому вугільному зразку.

Рис. 2. Зміна газопроникності вугільних зразків при розвантаженні мінімальної стискаючої напруги s₃ = 0:

Це свідчить про утворення площин руйнування паралельно грані, що розвантажується. Утворення систем вторинних тріщин, що різко змінюють проникність вугілля, при хаотичному їхньому розташуванні пов'язане, у першу чергу, з розкриттям частини закритих пор.

У табл. 1 представлено результати досліджень впливу швидкості розвантаження на глибину порожнини, що утворилася. Аналіз результатів показує, що ступінь виходу вугільного штиба, що утворюється, збільшується в середньому в 3 рази. Показано, що глибина поширення хвилі розвантаження залежить від швидкості зняття напруг і що зі збільшенням швидкості розвантаження вугільного масиву, який перебуває в умовах граничного напруженого стану, змінюються механізм руйнування вугілля та ступінь його тріщинуватості за рахунок перетворення частини закритих пор у тріщини.

Результати досліджень впливу швидкості розвантаження на глибину порожнини, що утворилася

v, м/с	0,5	2	4	5
l, мм	2,0-3,0	3,0-3,5	4,1-5,2	7,0-7,9
rпр, мм	5,0-5,5	4,0-4,5	3,5-3,8	2,5-3,5

Науково обґрунтовано і розроблено методику комплексної оцінки ефективності технології та засобів механізованої виїмки тонких крутих пластів. Вона дозволяє встановити комплексний показник технічного рівня застосовуваних техніки та технології, що забезпечують ефективний вуглевидобуток у ЦРД.

На підставі виконаних досліджень розроблено нові технологічні рішення з підвищення безпеки та ефективності виїмки крутих вугільних пластів.

Для обґрунтування параметрів нової технології виїмки вугільних пластів проведені комплексна оцінка і аналіз фізичних процесів у крайовій частині пласта з точки зору вимог безпеки і ефективності ведення гірничих робіт.

Встановлено, що зі збільшенням швидкості посування очисного вибою помітно збільшуються напруги в опорній зоні і відбувається значне переміщення максимуму концентрації напруг до крайової частини вугільного пласта, причому параметри опорної зони залежать від довжини лави, швидкості її посування, а також наявності або відсутності розвантаження (підробки та надробки).

Вплив фактору часу на зміну напружено-деформованого стану крайової частини в максимальному ступені проявляється в перші 2-3 години, протягом яких відбувається до 90% всіх деформацій, тому із достатньою для практики точністю період істотної релаксації напруг можна обмежити трьома годинами.

Виконано вдосконалення гнучкої технології із застосуванням відбійних молотків. Для створення зони знеміцненого вугілля можливий підбій у зоні віджатого вугілля в крайовій частині пласта, причому, якщо пачки вугілля однорідні, перевагу варто віддавати нижньому врубу. Для збільшення віджимання та тріщинуватості крайової частини пласта необхідно збільшувати тиск на вибій, що можливо здійснити шляхом зміни окремих технологічних параметрів виїмки, а також використанням спеціальних видів вибійного кріплення (органної, тумб, пневмокострів).

Розроблено основи гнучкої технології відробки вугільних викидонебезпечних пластів у щитових вибоях, яка базується на принципах примусової циклічної (з тимчасовим простоєм вибою, що фіксується) виїмки вузьких смуг 0,21 м у проектній ширині захвату конвейєроструга, рівній 0,63 м. Нова технологія реалізується автоматично за рахунок вбудованих у систему гідроприводу гідромеханічних клапанів, що обмежують хід гідродомкратів подачі конвейєроструга у вибої. Запропоновану технологію впроваджено на 2-х шахтах ДП «Артемвугілля», сумарний економічний ефект, що очікується, складе 18600 грн.

Коротку характеристику запропонованих технологічних рішень наведено в табл. 2.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджені коректним використанням основних положень гірничої геомеханіки; достатнім обсягом натурних спостережень; лабораторними, шахтними та теоретичними дослідженнями з використанням апробованих методик; збіжністю результатів різних видів досліджень; позитивними результатами випробувань запропонованих технологічних рішень.

Технологічні рішення, обґрунтовані й запропоновані автором

№ п/п	Назва технології або пристрою по її реалізації	Порівняння з відомими технологіями та засобами виробництва
		достоїнства	недоліки
1.	Гнучка технологія виїмки вугілля ВМ у стелеуступах з використанням «підбивки» вугільного пласта	Забезпечує надійність і ефективність очисних робіт за рахунок раціоналізації параметрів очисного вибою (збільшується довжина уступів, менше кутків у лаві) і збільшення продуктивності праці вибійників	Перебуває в стадії промислового експерименту
2.	Гнучка технологія виїмки вугільних пластів ВМ вузькими смугами по падінню пласта в прямолінійних (діагональних) або поліпідошвоуступних очисних вибоях	Забезпечує надійність і ефективність очисних робіт без застосування противикидних заходів при збереженні високого рівня безпеки гірничих робіт на небезпечних пластах	Жорсткі вимоги до кріплення привибійного та виробленого простору з обов'язковою системою запобіжних полків по всій довжині лави
3.	Дозована примусова циклічна виїмка вугілля у щитових вибоях за регламентованою технологією	Забезпечує виїмку в межах ширини захвату, порівнянної із зоною безпечної глибини виїмки. Внутрішньозмінні відстої вибою дозволяють забезпечити 3-х змінну виїмку вугілля в лаві і збільшення навантаження на неї в 1,5 рази	Потрібне виконання противикидних заходів у кутках вибою

Висновки

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій дане рішення актуальної науково-технічної задачі, що має важливе народногосподарське значення і полягає в розробці комплексного геомеханічного обґрунтування параметрів нових технологічних рішень щодо підвищення безпеки та ефективності виїмки крутих вугільних пластів, небезпечних за газодинамічними явищами, без попереднього здійснення профілактичних заходів.

Основні результати роботи зводяться до наступного:

1. Вперше отримані варіації функції опорного тиску в прямолінійному очисному вибої і показано, що розміри зони опорного тиску залежать як від співвідношення фізико-механічних характеристик покрівлі та вугільного пласта, так і від величини зони розвантаженого масиву. При цьому величина концентрації напруг істотно залежить від співвідношення протяжності виробленого простору і зони опорного тиску.

2. Встановлено, що протяжність зони граничного стану вугільного пласта і величина максимальних напруг у ньому залежать від потужності пласта, ширини виробки, міцностних і пружних властивостей порід, які містять вугілля, а також кута між початковим положенням площини покрівлі і її положенням після зближення з підошвою виробки. При більш міцних породах, що містять вугілля, величина максимальних напруг у вугільному пласті нижча, ніж для менш міцних порід. Неоднорідність поля напруг у вугільному пласті обумовлена наявністю градієнта фізико-механічних властивостей порід, що містять вугілля.

3. Встановлено, що найнебезпечнішими ділянками лави за швидкістю зближення бічних порід та можливістю небезпечних наслідків ведення очисних робіт є середні частини лави і, особливо, сполучення її комбайнової частини з верхнім уступом, у яких коефіцієнт динамічності складає 80-90. Доведено, що, встановлюючи безпосередньо у вибої лави жорстке кріплення з високою несучою здатністю, можна в значній мірі зменшити швидкість зближення порід і її вплив на крайову частину вугільного масиву.

4. Розроблено і впроваджено методику комплексної оцінки ефективності технології та засобів механізованої виїмки тонких крутих пластів Донбасу, що враховує економічність технологічних процесів.

5. Встановлено, що зі збільшенням швидкості посування очисного вибою помітно зростають напруги в опорній зоні і відбувається значне переміщення максимуму навантажень до крайової частини вугільного пласта. Причому параметри опорної зони залежать від довжини лави, швидкості її посування, а також наявності або відсутності розвантаження (підробки та надробки).

6. Розроблено основи гнучкої технології відробки вугільних викидонебезпечних пластів у щитових вибоях, яка базується на принципах примусової циклічної (з тимчасовим простоєм вибою, що фіксується) виїмки вузьких смуг 0,21 м у проектній ширині захвату конвейєроструга, рівній 0,63 м. Нова технологія реалізується автоматично за рахунок вбудованих у систему гідроприводу гідромеханічних клапанів, що обмежують хід гідродомкратів подачі конвейєроструга у вибої.

7. Розроблено Галузевий стандарт України «Технологічні схеми розробки викидонебезпечних пластів із застосуванням сейсмоакустичного моніторингу гірського масиву», який введено в дію за встановленим порядком.

Основні положення і результати дисертації опубліковано в наступних роботах

1. Чибисова М.Т., Гребенкина А.С. Некоторые методы решения вариационных задач линейной теории упругости // Научно-прикладные проблемы разработки крутых и крутонаклонных угольных пластов Донбасса. - Донецк: Регион, 1999. - С. 277-280.

2. Гребенкина А.С, Рожок И.Н., Шипунова И.В. Основы механики горных пород // Проведение и эксплуатация горизонтальных горных выработок на шахтах с крутым и наклонным залеганием угольных пластов. - Донецк: Регион, 2001. - С. 9-84.

3. Аналитическая оценка напряженного состояния угольного массива в призабойной зоне угольного пласта /С.С. Гребенкин, В.И. Пилюгин, А.С. Гребенкина, С.Г. Жулидов // Изв. Донецкого горного ин-та. - 2002. - №2. - С. 74-77.

4. Особенности механизма перераспределения нагрузки в дискретной распорной среде /Г.И. Соловьев, С.Г. Негрей, В.Е. Нефедов, А.С. Гребенкина // Изв. Донецкого горного ин-та. - 2003. - №2. - С. 47-55.

5. Геомеханические основы безопасной отработки угольных месторождений /С.Е. Топчий, Н.Н. Шлюпкин, А.С. Гребенкина, А.В. Костенко // Эколого-технологические проблемы безопасной отработки угольных месторождений. - Донецк: ДонНТУ, 2004. - С. 90-125.

6. Стариков Г.П., Гребенкина А.С. Влияние скорости разгрузки угольного массива на изменения в трещиноватопористой структуре угля // Изв. Донецкого горного ин-та. - 2004. - №1. - С. 18-21.

7. Кучер В.И., Гребенкина А.С. Комплексная оценка технологии и средств механизированной выемки тонких крутых пластов Донбасса // Науковий вісник НГУ. - 2004. - №10. - С. 33-38.

8. Паламарчук Т.А., Керкез С.Д., Гребенкина А.С. Проявление горного давления в очистных забоях, оборудованных механизированными крепями, при разработке крутых пластов // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ НАНУ. - 2004. - №49. - С. 93-98.

9. Аналитические исследования зависимостей силовых параметров рабочих органов комбайнов от механических характеристик разрушаемого массива угля /С.С. Гребенкин, В.В. Шумриков, В.И. Каменец, А.С. Гребенкина // Науковий вісник НГУ. - 2005. - №2. - С. 6-11.

10. Пивень Ю.А., Гребенкина А.С. Исследование изменения геомеханического состояния углепородного массива при ведении очистных работ на больших глубинах // Науковий вісник НГУ. - 2005. - №12. - С. 35-37.

11. Пивень Ю.А., Гребенкина А.С. Совершенствование системы управления щитовыми агрегатами при гибкой технологии выемки угля на крутых пластах // Гірнича ел ектромеханіка та автоматика. - 2005. - Вип. 75. - С. 176-179.

Размещено на Allbest.ru

...