Методика досліджень полягала у наступному. На першому етапі моделювалася природна поверхня залягання шахтопласту у межах відроблених площ. Потім будувалася карта ступеня тектонічного формозмінення масиву, на яку наносилися місця офіційно зареєстрованих газодинамічних проявів у формі раптових викидів і віджимань вугілля (рис. 7). У цих зонах додатково уточнювали форму залягання пласта, визначали локальні значення критерію К ₀, аналізували горно-геологічні і технологічні умови ведення гірничих робіт, що впливають на рівень напруженого стану пласта і вміщуючих порід.

Аналіз отриманих результатів показав, що домінуючим чинником у формуванні особливо викидонебезпечних ділянок є високий рівень тектонічних напружень, що діють у природних аномальних зонах. Так, з 29 газодинамічних явищ, що мали місце на шахті ім. В.М. Бажанова за весь період ведення гірничих робіт з 1963 р., 24 (89 %) були "груповими". Вони характеризувалися "купчастістю" розташування за площею шахтного поля і відбулися в зонах з аномально високими значеннями градієнта К ₀. 14 викидів мали місце в увігнутій зоні у Ново-Чайкинського насуву при К ₀>0,35 км^-1. Решта 10 - в районі західної межи поля поблизу Безименого і Григор'євського насувів на випуклих ділянках шахтопластів, де значення критерію складали К ₀>0,25 км^_1 (рис. 7). Обидві особливо викидонебезпечні ділянки розташовувалися на відносно невеликих для шахти глибинах. Це дозволяє стверджувати, що рівномірно розподілене за площею шахтопласта гравітаційне поле напружень не є причиною формування цих зон.

Рис. 7. Карта зміни форми залягання шахтопласта m₃ (цифри на ізолініях показують значення градієнта головних кривин К ₀, крапками позначені місця ГДЯ); 1 і 2 - межи шахтного поля (східна і західна); 3, 7 - зони увігнутої форми; 4, 6, 8 - сідлоподібні зони; 5, 9 - випуклі зони; 10 - малоамплітудне розривне порушення.

Наявність у масиві розривних геологічних порушень є другим за значущістю чинником, що зумовлює викидонебезпечність пласта. Аналіз досвіду ведення гірничих робіт показав, що при розкритті виробками диз'юнктивних порушень трапилося 8 газодинамічних явищ, тобто всього 28 % від їх загальної кількості. Шість викидів відносилися до "групових" і відбулися у аномальних особливо викидонебезпечних зонах. Інші два раптові видавлювання мали місце на плоских ділянках. Вони були одиночними. Всього при відробці пласта на шахті було проведено 95 розкриттів малоамплітудних порушень: 89 на плоских ділянках і 6 в аномальних зонах природного походження. Таким чином, частка небезпечних за ГДЯ розривних порушень у їх загальній кількості дуже мала і не перевищувала 7 %. З іншого боку всі порушення, розташовані у природних аномальних зонах, послужили причиною досить потужних викидів вугілля і газу. Отже, фактор порушеності масиву сам по собі не є головним у формуванні особливо викидонебезпечних ділянок. Небезпечність розривних порушень з точки зору газодинамічних проявів зумовлюється напруженим станом гірського масиву, зокрема, наявністю аномалій тектонічного походження.

Вплив природної газоносності пластів на викидонебезпечність досліджувався шляхом аналізу відносної газоносності вугільної маси, яка потрапляла у виробки у результаті газодинамічних явищ. Цей показник змінювався в умовах шахти у досить широких межах: від 7,5 до 150,0 м ³/т (середня газоносність пласта 25 м ³/т). Середньозважене відносне значення метановиділення одиночних викидів на плоских ділянках шахтопласта (К ₀0,1 км^-1) складало 31,3 м ³/т. При групових викидах (К ₀0,2 км^-1) воно сягало рівня 50,6 м ³/т. Найбільші значення відносного метановиділення зафіксовані при викидах, які відбулися на плікативних порушеннях випуклої форми: 98,2 і 150,0 м ³/т при градієнтах кривин К ₀ відповідно 0,47 і 0,44 км^-1. Разом з тим, у зоні найбільшої кривини рельєфу пласта К ₀=0,51 км^-1 відносне метановиділення при викиді було досить низьким 20,0 м ³/т. І, нарешті, мінімальне виділення метану при викиді було на плоскій ділянці (К ₀=0,07 км^-1) при розкритті розривного порушення з амплітудою 1,2 м. Воно склало всього 7,5 м ³/т. Таким чином в результаті аналізу не виявлено істотного і стійкого впливу природної газоносності пласта на формування у масиві особливо викидонебезпечних ділянок. Судячи з усього, цей чинник у механізмі викидів грає роль необхідної, але не достатньої умови.

Аналогічні результати були отримані також в умовах шахт ім. О.Ф. Засядька (пласт m₃) і ім. В.І. Леніна (пласт h₇). Вони також добре узгоджуються з виводами раніше виконаних досліджень.

Таким чином, аналіз досвіду ведення гірничих робіт на пластах, схильних до раптових викидів, показав, що домінуючим чинником у формуванні особливо викидонебезпечних ділянок є нерівномірний розподіл у масиві тектонічного поля напружень. При цьому вони приурочені до аномальних природних зон, які характеризуються відносно високими значеннями ступеня тектонічного формозмінення масиву.

У сьомому розділі дисертації викладені принципи прогнозування геомеханічних умов розробки запасів положистих пластів у природних аномальних зонах і описані нові способи зниження шкідливих проявів гірського тиску у виробках.

Виконані дослідження склали основу нової системи прогнозування геомеханічних умов відробки положистих пластів у природних аномальних зонах. Структурно вона включає три основні елементи: блок прогнозування і візуалізації природної поверхні залягання пластів, блок прогнозування місцерозташування особливо викидонебезпечних ділянок і блок прогнозування геомеханічних проявів в очисних і підготовчих виробках. Основним з них є блок моделювання залягання пластів, що включає підпрограми підготовки вихідних даних, виконання розрахунків, візуалізації і виведення отриманих результатів до друку.

Підпрограма підготовки вихідних даних функціонально пов'язана з електронним шаром плану гірничих виробок, на якому знаходяться координати точок маркшейдерських зйомок на відроблених ділянках і точок підсічки пласта розвідувальними свердловинами. Ця підпрограма формує основну систему опорних точок для моделювання. Максимальна кількість вхідних даних (опорних точок) може досягати 1000.

Підпрограма виконання розрахунків здійснює всі операції при моделюванні і прогнозуванні залягання пласта. Вона заснована на алгоритмі вибору оптимального степеня поліномів, який дозволяє оцінювати помилку опису рельєфу в опорних точках при зміненні степеня від 3 до 15. Підпрограма здійснює перерахунок моделі залягання пласта в плоскі карти практично будь-яких його геометричних параметрів (глибин, кутів падіння, радіусів кривини, головних кривин і т. д.), будує розрізи за прямими і ламаними лініями (трасах підготовчих виробок). Блок прогнозування виводить отримані результати на друкуючі пристрої будь-яких типів (принтери, плотери), сумісні з САПР AutoCAD.

Для створення на основі стандартної геолого-маркшейдерської документації електронних баз даних була розроблена і запатентована (патент України №12140) спеціальна технологія її введення і оцифрування. Суть технології полягає у тому, що для точного введення в комп'ютер графічної інформації використовувалися планшети великого (в порівнянні з планом) масштабу. Планшети фотографувалися за допомогою цифрової фотокамери. Вперше її мінімальну роздільну здатність необхідно визначати за наступною формулою:

, (3)

де L - довжина планшета (L=5000 мм); - допустима помилка нанесення графічної інформації на план гірничих виробок (=0,2 мм); - допустима помилка нанесення графічної інформації на планшет крупного масштабу (=0,2 мм); М_п - масштаб планшета.

Після фотографування цифрове зображення гірничих виробок включає оптичну помилку і помилку, обумовлену деформаціями планшета. Вони усувалися відомими програмними засобами AutoCAD (зворотна деформація зображення). Потім копії планшетів стикували в один растровий файл, векторизували його і пошарово формували електронний план гірничих виробок. При цьому координати опорних точок маркшейдерських мереж і точок підсічки вугільного пласта розвідувальними свердловинами виділяли в окремий шар, на основі якого формувалася база вихідних даних для моделювання поверхні залягання пластів, що відробляються.

Розроблена система і програмне забезпечення дозволяють здійснювати прогнозування місцерозташування природних аномальних зон при відробці одиночних положистих вугільних пластів. Границі аномальних зон природного походження визначаються за величиною небезпечного значення критерію К 0. Для цього карта його розподілу поєднується з електронним планом гірничих виробок, на якому відбито практичний досвід ведення гірничих робіт по шахтопласту. Ділянки, відробка яких супроводжувалася інтенсивними геомеханічними і газодинамічними проявами, завжди співпадають із зонами відносно високих для даних умов значень критерію К 0. За відсутності досвіду ведення гірничих робіт аномальными необхідно вважати зони, у яких відмічено закономірне зростання значень К ₀ вище 0,2 км^-1.

Результати виконаних досліджень дозволяють здійснювати прогнозування місцерозташування особливо викидонебезпечних ділянок у межах площі шахтопластів. Для цього розроблений і запатентований принципово новий спосіб прогнозу викидонебезпечності, що базується на встановленому зв'язку зональності ГДЯ з розташуванням зон аномальної дії тектонічних напружень (патент України № 11419). При реалізації способу будується карта форми природної поверхні викидонебезпечного пласта, на неї наносяться ізолінії градієнта формозмінення К ₀, потім за даними досвіду ведення гірничих робіт визначають небезпечні значення кривини для ділянок різної форми порушеності і виділяють особливо викидонебезпечні (аномальні) ділянки природного походження. Реалізація способу була показана раніше на прикладі пласта m₃ шахти ім. В.М. Бажанова (рис. 6). Для цих умов встановлені наступні небезпечні значення критерію К 0: для ділянок сідлоподібної форми - 0,05 км^-1; для випуклих - 0,25 км^-1; для увігнутих - 0,35 км^-1.

На стадії планування розвитку гірничих робіт таке регіональне прогнозування дає можливість виключати проведення гірничих виробок в особливо викидонебезпечних ділянках, що є найбільш простим і надійним способом підвищення безпечності робіт.

З використанням розробленої системи можна точніше планувати витрати на підтримання підготовчих виробок. Для цього на першому етапі визначають вертикальну конвергенцію порід їх контуру модернізованим у роботі методом, що враховує ступінь формозмінення масиву. Потім розраховують обсяги виконання ремонтних робіт у виробках і їх вартість. Аналіз цих витрат, наведений у роботі, показав, що незалежно від технології виконання ремонтних робіт у штреку витрати на його підтримання у аномальних зонах можуть зростати у 2 і більше рази у порівнянні із звичайними ділянками.

Розкритий у дисертації лінійний прямий зв'язок між відносною площею обвалень порід покрівлі в очисних вибоях і ступенем тектонічного формозмінення масиву послужив основою для розробки нового способу прогнозування стійкості безпосередньої покрівлі. Він включає геологорозвідку і визначення на її основі межи тривалої міцності порід безпосередньої покрівлі ?, експлуатаційну геометризацію пласта і вміщуючих порід, побудову карти градієнта головних кривин поверхні залягання пласта у межах шахтного поля або його частини. Відмінність способу від відомих аналогів полягає в тому, що при його реалізації розраховують небезпечні значення градієнта К 0р, при яких породи будуть зруйновані до ведення гірничих робіт, за формулою (3). Після цього здійснюють оконтурювання зон нестійкої покрівлі за умовою:

К ₀ ? К ₀^р. (4)

Ділянки шахтних полів, в яких виконується умова (5), є природними аномальними зонами і характеризуються високою відносною площею обвалень порід. У зв'язку з цим на стадії проектування паспортів кріплення і управління покрівлею їм необхідно привласнювати нижчу категорію за стійкістю нижнього шару покрівлі, ніж це рекомендовано у галузевих інструкціях.

Результати виконаних досліджень послужили основою для розробки нового способу прогнозування напруженого стану природного гірського масиву (патент України №80083). Його суть полягає у тому, що у відомому способі визначення напружень в осадовому гірському масиві, який включає геометризацію залягання пласта і вміщуючих порід на основі даних геологорозвідки, уточнення залягання пласта і вміщуючих порід на основі даних, отриманих в процесі ведення гірничих робіт, і визначення величин головних кривин К ₁ і К ₂ поверхні у даній точці невідробленої ділянки пласта, суміжної з відробленою, додатково визначають їх напрями, орієнтують головні нормальні горизонтальні напруження ₁^г і ₂^г у напрямах відповідних головних кривин і визначають їх величини за наступними залежностями:

;

, (5)

На основі виконаних досліджень був розроблений новий спосіб розвантаження пластових гірничих виробок від горизонтальних напружень тектонічного і техногенного походження (а. с. СРСР №1239348). Він включає проведення виробок з утворенням зони непружних деформацій і створення за її межами спеціальної розвантажувальної порожнини, що компенсує деформації масиву у площині напластування. Розвантажувальна порожнина утворюється в результаті проведення і погашення розрізної печі, паралельної виробці, що охороняється. Вона проводиться на безпечній відстані, що перевищує сумарні розміри областей впливу виробки та печі. У разі впливу очисних робіт остання має бути погашена при підході лави на відстань, що перевищує довжину зони опорного тиску попереду лави. Спосіб впроваджений при охороні центральних уклонів пласта l₃ шахти "Білозерська" ВО "Добропіллявугілля".

Нова технологія створення електронних планів гірничих виробок (патент України № 12140) і розроблений метод моделювання рельєфу залягання плікативно порушених положистих шахтопластів були використані при виконанні робіт з виготовлення 44 електронних планів, які ефективно використовуються у виробничій діяльності 22 крупних шахт Донбасу. Система прогнозування у вигляді програмного забезпечення передана шахті ім. О.Ф. Засядька для постійного використання у виробничій діяльності. Крім того, вона використовується для прогнозної оцінки геомеханічних умов ведення гірничих работ на діючих шахтах галузі (шахта "Північна" ДП "Макіїввугілля" і ін.).

Результати виконаних досліджень послужили основою для розробки "Комплексу заходів з прогнозування місця знаходження аномальних зон тектонічного походження при відробці положистих вугільних пластів Донбасу", який затверджений Міністерством вугільної промисловості України як рекомендаційний документ для вугледобувних підприємств галузі. "Комплекс заходів…" також прийнято до використання при проектуванні доробки запасів діючих вугільних шахт Донецько-Макіївського району технічною радою інституту "Дондіпрошахт" (протокол №1 від 12.02.2008 р.).

ВИСНОВОК

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій дано вирішення актуальної проблеми створення наукових і прикладних основ прогнозування геомеханічних умов розробки положистих вугільних пластів у природних аномальних зонах, які полягають у подальшому розвитку методу моделювання форми залягання гірського масиву, розкритті зв'язку між цією формою і рівнем діючих напружень, встановленні нових закономірностей проявів гірського тиску у виробках, а також в розробці технологічних рекомендацій, що дозволяють суттєво підвищити безпечність та ефективність ведення гірничих робіт.

Основні наукові і прикладні результати, виводи і рекомендації роботи полягають у наступному.

1. Аналіз раніше виконаних досліджень показав, що природне силове поле неторканого гірського масиву нерівномірно розподілено за площею шахтних полів і родовищ у цілому і має аномалії, які приурочені в основному до тектонічно порушених ділянок. При цьому описана, але не пояснена відома з практики зональність газодинамічних і геомеханічних проявів під час ведення гірничих робіт, відсутні ефективні і достовірні методи прогнозування умов розробки положистих вугільних пластів у природних аномальних зонах.

2. Нерівномірності розподілу вихідного напруженого стану неторканого гірського масиву зумовлюються формою природної поверхні його залягання, яка є результатом тектонічних посувань земної кори. Встановлено, що головні тектонічні напруження, що діють у породах, зорієнтовані у напрямі головних кривин поверхні їх залягання. Максимальні значення напружень можна оцінювати за формулами вигину пружних плит (формули С. Жермен).

3. Вперше на основі експериментальних даних встановлено, що природна форма залягання розроблюваних положистих вугільних пластів і вміщуючих порід на ділянках, що примикають до раніше відпрацьованих, достовірно моделюється з використанням стаціонарних за площею шахтного поля апроксимуючих степеневих функцій. При цьому їх степінь має бути оптимальним стосовно умов конкретного шахтопласту, а площа прогнозування обмежена розмірами зони достовірного відтворення залягання на раніше відпрацьованих ділянках.

4. Найбільш несприятлива різноспрямована дія тектонічних напружень у масиві і максимальні шкідливі прояви у виробках при веденні гірничих робіт спостерігаються при сідлоподібній природній формі залягання порід. Синклінальні порушення (складки) в цьому плані найменш небезпечні. При моноклінальному заляганні вміщуючої товщі формування аномальних зон не відбувається і в ній діє рівномірне розподілене за площею гравітаційне поле напружень. залягання гірський напруження донбас

5. Вперше при відробці одиночних плікативно порушених положистих пластів на основі шахтних інструментальних спостережень встановлено лінійне збільшення швидкості конвергенції порід контуру підготовчих виробок пластів, що підтримуються поза зоною впливу очисних робіт, із зростанням градієнта головних кривин поверхні залягання масиву. Збільшення загальної конвергенції у таких виробках при відробці запасів аномальних зон може сягати понад 50 %.

6. Вперше на основі практичного досвіду ведення очисних робіт на одиночних плікативно порушених положистих пластах встановлено лінійний зростаючий зв'язок відносної площі обвалень порід покрівлі в лавах і градієнта головних кривин природної форми залягання вміщуючого масиву. Максимальна кількість обвалень спостерігається при відробці сідлоподібних ділянок, а мінімальна - при виїмці плоских. Обґрунтований і визначений небезпечний ступінь тектонічного формозмінення масиву, при якому відбувається суттєве зростання інтенсивності обвалень порід безпосередньої покрівлі і зміна (зменшення) категорії їх стійкості при виїмці.

7. При розробці одиночних плікативно порушених викидонебезпечних пластів експериментально встановлений домінуючий вплив тектонічного поля напружень на формування у природному масиві особливо викидонебезпечних ділянок. При цьому підтверджена приуроченість місць розташування цих ділянок до зон з високими значеннями головних кривин поверхні залягання пласта. Границі особливо викидонебезпечних ділянок визначаються за небезпечними значеннями цього градієнту на раніше відроблених площах.

8. Розроблена система прогнозування геомеханічних і газодинамічних проявів у виробках при відробці запасів природних аномальних зон. Вона заснована на детальній експлуатаційній геометризації пласта, що розробляється, побудові карт розподілу ступеня природного формозмінення масиву, а також нових розроблених методах прогнозування стійкості виробок і місцерозташування особливо викидонебезпечних ділянок.

9. Вдосконалена технологія створення електронних планів гірничих виробок діючих шахт (патент України №12140). Вона схвалена технічною радою Міністерства палива і енергетики України (протокол від 27.07.2004 р.) і рекомендована для широкого впровадження на шахтах галузі. З використанням цієї технології і розробленого методу моделювання рельєфу залягання шахтопластів виконаний комплекс робіт із створення 44 електронних планів гірничих виробок, які успішно використовуються у виробничій діяльності 22 крупних шахт Донбасу.

10. На основі результатів виконаних досліджень розроблені і запатентовані: спосіб прогнозування особливо викидонебезпечних ділянок (деклараційний патент України №11419); спосіб прогнозування напруженого стану осадового масиву (патент України №80083); спосіб прогнозування зон нестійкого стану порід покрівлі вугільних пластів; спосіб розвантаження гірничих виробок від напружень (а.с. СРСР №1239348). Останній був упроваджений при охороні центральних уклонів пласта l₃ шахти "Білозерська" ВО "Добропіллявугілля".

11. Розроблений "Комплекс заходів з прогнозування місцерозташування аномальних зон тектонічного походження при відробці положистих вугільних пластів Донбасу" розглянутий і затверджений Міністерством вугільної промисловості України як рекомендаційний документ для вугледобувних підприємств галузі. "Комплекс заходів…" прийнятий до використання при проектуванні доробки запасів діючих вугільних шахт Донецько-Макіївського району технічною радою інституту "Дондіпрошахт" (протокол №1 від 12.02.08 р.).

12. Система геопрогнозування умов відробки запасів аномальних зон впроваджена на шахті ім. О.Ф. Засядька. Вона використовується технічним відділом і маркшейдерською службою при складанні паспортів ведення очисних робіт і проведення пластових підготовчих виробок. Шахті "Північна" ДП "Макіїввугілля" з використанням цієї системи розроблений і переданий висновок про оцінку стану і причини втрати стійкості вміщуючих порід у підготовчих виробках пласта m₃ 3-ої східної лави.

ОСНОВНІ НАУКОВІ ПОЛОЖЕННЯ І ПРИКЛАДНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

Монографії й періодичні видання:

1. Пілюгин В.І. Геомеханічні основи розробки положистих вугільних пластів у природних аномальних зонах [монографія]/ Пілюгин В.І.- Донецьк: ООО "Донецк-Вторма", 2007. - 368 с. - 1000 пр. - ISBN 978-966-96912-1 - 7.

2. Пілюгин В.І. Геомеханічні основи ведення гірничих робіт в умовах плікативно порушених положистих вугільних пластів [монографія]/ Зборщик М.П., Сін А.Ф., Пілюгин В.І. - Донецьк: ДонНТУ, 2005. - 282 с. - 300 пр. - ISBN 966-377-008-2.

3. Пілюгин В.І. Вплив рельєфу залягання положистих вугільних пластів на геомеханічні та газодинамічні прояви при розробці [монографія]/ Зборщик М.П., Пілюгин В.І., Ефремов І.О. - Донецьк: ДонНТУ, 2005. - 256 с. - 300 пр. - ISBN 966-377-005-8.

4. Пілюгин В.І. Рельєф залягання положистих вугільних пластів та його вплив на геомеханічні та газодинамічні прояви при розробці [монографія]/ Зборщик М.П., Пілюгин В.І. - Донецьк: ДонНТУ, 2005. - 221 с. - 300 пр. - ISBN 966-377-003-1.

5. Пілюгин В.І. Прогнозування геомеханічних умов розробки похилих вугільних пластів [монографія]/ Пілюгин В.І., Гавриш М.М., Кочин О.Є., Ремізов В.В. - Донецьк: ДонНТУ, 2004. - 145 с. - 300 пр. - ISBN 966-7559-95-5.

6. Пілюгин В.І. Вплив тектонічної порушеності на умови проведення та підтримання пластових виробок [монографія]/ Кольчик Є.І., Кольчик І.Є., Пілюгин В.І. - Донецьк: ООО "Донецк-Вторма", 2007. - 184 c. - 2000 пр. - ISBN 978-966-96912-0 - 0.

7. Пилюгин В.И. "Комплекс заходів із прогнозування місце розташування аномальних зон тектонічного походження під час розробки положистих вугільних пластів Донбасу" [рек-ції, затвер. Мінвуглепромом України]/ В.І. Пілюгин, М.П. Зборщик, О.Є. Кочин та ін. - Донецк: ДонНТУ, 2007. - 20 с. - 300 пр. - ISBN 978-966-377-039-0.

8. Пилюгин В.И. Математическая модель пространственного расположения угольного пласта в горном массиве [стаття]/ Дворников В.И., Пилюгин В.И., Кочин А.Е. // Изв. Донецкого горного института, Донецк: ДонГТУ, 2002. - № 2. - С. 112-117.

9. Пилюгин В.И. Прогноз природных аномальных зон напряженного состояния и свойств пород в угленосном массиве [стаття]/ Зборщик М.П., Дворников В.И., Пилюгин В.И. // Уголь Украины, 2003. - № 11. - С. 16-19.

10. Пилюгин В.И. Определение деформаций горного массива при формировании геологического рельефа угольного пласта в пределах шахтного поля [стаття]/ Пилюгин В.И. // Вісті Донецького гірничого інституту. - Донецк; 2003. - №2. - С. 99-106.

11. Пилюгин В.И. Прогнозирование расположения потенциально опасных зон в шахтных полях на основе геометрии залегания угольных пластов в горном массиве [стаття]/ Пилюгин В.И., Дворников В.И., Кочин А.Е., Каменем В.И., Ефремов И.А. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд-во МГГУ, 2003. - № 12. - С. 28-30.

12. Пилюгин В.И. Оценка сложности геологического рельефа разрабатываемых угольных пластов [стаття]/ Ефремов И.А., Пилюгин В.И., Василем А.А., Кочин А.Е. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: гірничо-геологічна. - Донецк, ДонНТУ, 2003. вип. №63. - С. 163-172.

13. Пилюгин В.И. Модель формирования геологического рельефа угольных пластов [стаття]/ Пилюгин В.И., Дворников В.И., Мартовицкий А.В. // Изв. Донецкого горного института. - Донецк: ДонНТУ, 2003. - № 1. - С. 68-74.

14. Пилюгин В.И. Обоснование оптимальной методики построения виртуального геологического рельефа угольного пласта в пределах шахтного поля [стаття]/ Ефремов И.А., Пилюгин В.И., Кочин А.Е., Меляков А.Д // Изв. Донецкого горного института. - Донецк: ДонНТУ, 2003. - № 1. - С. 79-84.

15. Пилюгин В.И. Эволюция термина: от "рельефа" к "рельефу залегания" [стаття]/ Пилюгин В.И. // Вісті Донецького гірничого інституту. - Донецк: 2004. - № 2. - С. 129-131.

16. Пилюгин В.И. Влияние складчатости на проявление горного давления при разработке угольных пластов [стаття]/ Пилюгин В.И., Гавриш Н.Н., Кочин А.Е // Сборник трудов Национального горного университета. Т. 5. - Д.: НГУ, 2004. - №19. - С. 77-80.

17. Пилюгин В.И. Особенности формирования техногенно опасных зон в горном массиве [стаття]/ Пилюгин В.И., Ефремов И.А., Гавриш Н.Н., Кочин А.Е., Жмилюк М.Б. // Вісті Донецького гірничого інституту. - Донецк: ДонНТУ, 2004. - № 1. - С. 142-148.

18. Пилюгин В.И. Прогноз уровня природного силового поля во вмещающем массиве при отработке пликативно нарушенных пологих пластов [стаття]/ Зборщик М.П., Пилюгин В.И. // Уголь Украины, 2005. - № 9. - С. 7-10.

19. Пилюгин В.И. Влияние техногенных зон повышенных напряжений в подработанной толще на проявления горного давления при отработке пологих пластов на больших глубинах [стаття]/ Зборщик М.П., Пилюгин В.И. // Уголь Украины, 2005. - №1.- С. 5-11.

20. Пилюгин В.И. Система регионального прогноза геомеханических условий отработки на больших глубинах свит пологих угольных пластов [стаття]/ Зборщик М.П., Пилюгин В.И. // Разработка рудных месторождений. - Кривой Рог: 2005. - вып. №89, - С. 31-35.

21. Пілюгин В.І. Удосконалення системи введення геолого-маркшейдерської графічної інформації при розробці електронних планів гірничих виробок [стаття]/ Пілюгин В.І. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: гірничо-геологічна. Донецк: 2005. вип. №96, 2005. - С. 152-157.

22. Пилюгин В.И. Научные основы регионального прогноза месторасположения аномальных зон тектонического происхождения [стаття]/ Пилюгин В.И. // Вісті Донецького гірничого інституту. - Донецк: ДонНТУ, 2005. - №1. - С. 3-10.

23. Пилюгин В.И. Прогнозирование конвергенции контура подготовительных выработок, поддерживаемых в пликативно нарушенной толще пород [стаття]/ Пилюгин В.И., Гавриш Н.Н., Мирошниченко И.А. // Вісті Донецького гірничого інституту. - Донецк: ДонНТУ, 2005. - № 2. - С. 72-83.

24. Пилюгин В.И. Геомеханические основы ведения горных работ в пликативно нарушенных осадочных массивах [стаття]/ Пилюгин В.И. // Вісті Донецького гірничого інституту. - Донецк: ДонНТУ, 2005. - № 2. - С. 3-7.

25. Пилюгин В.И. Графическое воссоздание структуры техногенной нарушенности породного массива очистными работами [стаття]/ Пилюгин В.И. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: гірничо-геологічна. Донецк: ДонНТУ, вип.. №85, 2005. - С. 94-99.

26. Пилюгин В.И. Основные принципы графического построения функции геотектонического формоизменения углевмещающего массива в пределах площади шахтных полей [стаття]/ Пилюгин В.И., Кочин А.Е., Романов А.Н., Волошенко В.В. // Вісті Донецького гірничого інституту. - Донецк: ДонНТУ, 2006. - № 1. - С. 74-80.

27. Пилюгин В.И. Особенности зональности газодинамических проявлений при разработке одиночных пологих пластов [стаття]/ Зборщик М.П., Ильяшов М.А., Пилюгин В.И. // Уголь Украины, 2007. - № 8.- С. 17-20.

28. Пилюгин В.И. Оценка стационарности функции геотектонического формоизменения углевмещающего горного массива [стаття]/ Пилюгин В.И., Кочин А.Е., Петренко А.В., Романов А.Н. // Дніпропетровськ: Науковий вісник НГУ, - 2007, №1, - C. 17-22.

29. Пилюгин В.И. Прогнозирование устойчивости кровли в очистных забоях при отработке запасов аномальных зон пологих угольных пластов [стаття]/ Пилюгин В.И., Кочин А.Е., Гавриш Н.Н., Мирошниченко И.А., // Вісті Донецького гірничого інституту. - Донецк: ДонНТУ, 2007. - № 2. - С. 3-10.

30. Пилюгин В.И. Построение сложных поверхностей с учетом поля градиентов [стаття]/ Ехилевский С. Г., Пилюгин В.И. // Вестник Полоцкого государственного университета. Фундаментальные науки, 2005. - № 4. - С. 35-37.

31. Способ разгрузки горной выработки от напряжений: А. с. 1239348 СССР. МПК. E 21 D 11 / 00 / М.П. Зборщик, В.И. Пилюгин, А.Ф. Морозов. - №3829665/22-03; Заявл. 20.12.1984; Опубл. 23.06.1986, Бюл. № 23. - 117 с.

32. Спосіб прогнозування викидонебезпечності вугільних пластів: Деклараційний патент 11419 Україна. МПК Е 21 F 5 / 00 / В.І. Пілюгин, М.П. Зборщик, О.П. Сін, В.Л. Радіоновський, О.І. Іванов - № и 200506747; Заявл. 11.07.2005; Опубл. 15.12.2005, Бюл. № 12. - 7 с.

33. Спосіб створення електронних планів гірничих виробок розроблюваних шахтних пластів: Деклараційний патент 12140 Україна. МПК Е 21 D 9 / 14 / В.І. Пілюгин, М.П. Зборщик, В.В. Ремізов, О.Є. Кочин, О.Д. Мєляков. - № и 200507823; Заявл. 08.08.2005; Опубл. 16.01.2006, Бюл. № 1. - 8 с.

34. Спосіб прогнозування напруженого стану осадового гірського масиву: Патент 80083 Україна. МПК Е 21 F 5/00 / В.І. Пілюгин, М.П. Зборщик, М.О. Ільяшов, О.В. Агафонов, І.М. Мартиненков, О.Є. Кочин, А.Н. Романов - № а 200702451; Заявл. 06.03.2007; Опубл. 10.08.2007, Бюл. №10. - 3.104 с.

35. Пилюгин В.И. По някои въпроси за прогнозиране на взривоопасните зони въчлищни пластове на основа геометрията на тяхното залягане [статья]/ Кърцелин Е., Зборщик М., Дворников В., Пилюгин В. // Годишник на минно-геоложкия университет "Св. Иван Рилски" // Материалы международной научной конференции: - София, Свитък II: Добив и переработка на минерални суровини. - Болгария, София: Издателска къща "Св. Иван Рилски", 2004. - Т. 47. - С. 205-208.

36. Пилюгин В.И. Влияние аномальных зон силового поля в угленосном массиве на проявления горного давления при отработке пологих пластов на больших глубинах [стаття]/ Зборщик М.П., Пилюгин В.И., Жмилюк М.Б. // Материалы международного научно-практического симпозиума "Современные проблемы шахтного и подземного строительства". - Донецк: "Норд-пресс", 2005. - Вып. 6. - С. 28-35.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані в співавторстві:

[2-6] - мета, ідея, рішення основних наукових задач дисертації;

[7-9, 12, 19] - з'ясування зональності геомеханічних і газодинамічних проявів при розробці;

[11, 17-20, 25, 27, 34] - удосконалення методу прогнозування природної поверхні залягання масиву;

[11, 28] - розробка системи прогнозування; [31-34]- ідея способів; [29, 35, 36]- наукові основи прогнозування геомеханічних та газодинамічних проявів у виробках.

АНОТАЦІЯ

Пілюгин В.І. Прогнозування геомеханічних умов розробки положистих вугільних пластів у природних аномальних зонах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.09 - "Геотехнічна і гірнича механіка". - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної проблеми створення наукових основ прогнозування геомеханічних умов розробки запасів положистих вугільних пластів у природних аномальних зонах. Наукові основи полягають у розвитку методу моделювання форми залягання природного масиву, розкритті зв'язку між цією формою та рівнем діючих напружень і встановленні закономірностей проявів гірського тиску у виробках. Розроблені технологічних рекомендацій та способи дозволяють суттєво підвищити безпечність та ефективність ведення гірничих робіт на глибоких вугільних шахтах Донбасу.

Ключові слова: аномальна зона, природний масив, газодинамичне явище, конвергенція у виробках, залягання масиву, тектонічні напруження, плікативна порушеність.

АННОТАЦИЯ

Пилюгин В.И. Прогнозирование геомеханических условий отработки пологих угольных пластов в природных аномальных зонах. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.09 - "Геотехническая и горная механика". - Национальный горный университет, Днепропетровск, 2008.

Диссертация посвящена решению актуальной проблемы создания научных основ прогнозирования геомеханических условий разработки пологих угольных пластов в природных аномальных зонах. Эти научные основы заключаются в развитии метода моделирования формы залегания горного массива, раскрытии связи между этой формой и уровнем действующих напряжений, установлении закономерностей проявлений горного давления в выработках, разработке новых способов и технологических рекомендаций, позволяющих существенно повысить безопасность и эффективность ведения горных работ на глубоких шахтах складчатого Донбасса.

Исследованиями установлено, что линейная складчатость пологих угольных пластов и вмещающих пород является результатом тектонического формоизменения горного массива и прогнозируется на основе стационарных по площади аппроксимирующих функций вертикальной координаты поверхности залегания, имеющих оптимальную (для условий шахтопласта) степень полиномов и характеризующихся тем, что количество их экстремумов по направлениям не может превышать половину соответствующего числа опорных точек, а поле градиентов первых производных на участках сложного залегания соответствует фактическому распределению углов падения пласта и пород.

Направления главных компонент тектонических напряжений в пликативно нарушенном массиве согласуется с направлением главных кривизн поверхности залегания пород, показателем их интенсивности является величина градиента главных кривизн, которая изменяется от 0,0 до 1,0 км^-1, а максимальный уровень напряжений имеет место в мощных песчаниках, являющихся "компетентными" слоями при формировании пликативной нарушенности осадочной толщи. При этом самое неблагоприятное для выработок разнонаправленное действие тектонических напряжений наблюдается в массивах и складках седлообразной формы.

Величина и интенсивность конвергенции контура пластовых выработок, поддерживаемых в нетронутом горном массиве при обратном порядке отработки лав, линейно зависит от показателя тектонического формоизменения вмещающих пород и достоверно прогнозируется на основе связи между коэффициентом тектонического поля напряжений и градиентом главных кривизн залегания массива.

Влияние тектонического формоизменения массива на устойчивость кровли в очистных выработках проявляется в виде прямой линейной зависимости относительной площади обрушений пород от градиента главных кривизн рельефа залегания пласта, а опасные значения этого показателя, соответствующие снижению категории устойчивости, уменьшаются по экспоненциальному закону при увеличении мощности слоя и линейно затухают с ростом глубины.

Ключевые слова: аномальная зона, нетронутый массив, газодинамическое явление, конвергенция в выработках, залегание массива, тектонические напряжения, тектоническая нарушенность.

SUMMARY

V. Pilugin. "Prognostication of Geomechanical Conditions of Flat Coal Seams Mining in Natural Abnormal Zones". Manuscript.

Doctoral thesis. Specialty 05.15.09. - "Geotechnical and mining mechanics". National Mining University, Dnepropetrovsk, 2008.

The thesis presents the scientific principles of safe and effective flat seams mining in natural abnormal zones. The connection between the natural form of rock mass bedding and the level of geomechanical manifestations while performing mining works has been established in the thesis. This work also features the dominating influence of tectonic stresses upon zonality of gas-dynamic phenomena as well as working out the system of predicting geomechanical conditions of plicated faulted seam mining. The thesis offers new ways of prognosticating the tectonic stress level in the rock mass, new means of maintaining the stability of preparatory in-seam workings and of locating the sites prone to outbursts within the area of mine fields.

Key words: abnormal zones, virgin coal, gas-dynamic phenomena, convergence of workings, rock mass bedding, tectonic stresses, plicated faults.

Размещено на Allbest.ru