Геомеханічні основи розробки і вибору комбінованих способів кріплення вертикальних стовбурів у структурно-неоднорідних породах

У кількісному відношенні довготривалий розвиток зміщень може бути з похибкою не більше 20 % описаний наступним аналітичним виразом:

U(t)_max. = 0,11 R_c (1 - exp(-tm/PG)^a),

де: R_c - радіус стовбура; t - час; m - корегуючий коефіцієнт; Р - опір кріплення (0,5 МПа); G - модуль зрушення порід (2,1ГПа при Е = 5ГПа та n = 0,2); параметр a = 2.

На 5-и шахтах виконано геофізичні дослідження та візуальні спостереження на ділянках сполучень стовбурів з горизонтальними виробками. В більшості випадків схема сполучення двостороння, поперек простирання, з похилим зводом. Кріплення стовбура переважно залізобетонне, а горизонтальної виробки - арка СВП чи двохтавр в бетоні.

Десятирічний досвід візуальних спостережень за сполученнями дозволив виявити основні закономірності розвитку деформаційних процесів. На початковій стадії спостерігається поверхневе руйнування і відколювання бетону, заколоутворення глибиною до 0,5 м. Паралельно відбувається здимання підошви в виробці на протязі кількох метрів від контуру стовбура. В гірших випадках деформація в примикаючій виробці поширюється на відстань до двох діаметрів стовбура.

В стовбурах шахт ім. О.Г. Стаханова та "Жовтневий рудник" досліджено примикаючі до сполучень ділянки вертикальних стовбурів, закріплені бетоном з анкерами, монолітним бетоном та монолітним залізобетоном. На відміну від подовжених ділянок стовбура, де напружено-деформований стан кріплення значною мірою визначається напрямком падіння порід, на сполученнях спостерігається також і вплив орієнтації примикаючих виробок. Середня інтенсивність електромагнітного випромінювання в 1,2-1,3 рази вища ніж на подовжених ділянках ствола, що свідчить про постійне явище крихкого руйнування бетону в мікрооб'ємах.

Результати аналізу матеріалів, отриманих в процесі комплексних досліджень в умовах шахт ім. О.Г. Стаханова, "Жовтневий рудник" та "Прогрес", дозволили скласти певне уявлення про складний характер напружено-деформованого стану на ділянці примикання горизонтальної виробки до стовбура.

Першою з відмічених закономірностей, що спостерігається незалежно від гірничо-геологічних умов та конструкції сполучення, слід назвати наявність мінімуму механічних напружень на відстані від контуру стовбура, що приблизно рівна його діаметру. Певна варіація положення мінімума пов'язана з гірничо-геологічними умовами, зокрема з просторовою орієнтацією пластів відносно осей виробок.

Експериментально встановлено також факт квазіхвильової зміни механічних напружень в приконтурній зоні примикаючої до стовбура горизонтальної виробки. Характерними особливостями є зниження амплітуди осциляції по мірі віддалення відповідних точок профілю від контуру стовбура. Для першої пари екстремумів відношення максимуму до мінімуму рівня електромагнітної емісії коливається в межах від 1,15 до 1,33 при середньому значенні 1,23. Для другої пари межі варіації - від 1,10 до 1,24 при середньому значенні 1,16. Межі для третьої пари, що спостерігається не у всіх випадках, становлять від 1,10 до 1,16 при середньому значенні 1,13. Спостерігається також збільшення періоду осциляції по мірі віддалення точок профілю від стовбура. Відстань між першими двома екстремумами різних знаків становить в середньому 2,6 м. Для другої і третьої пари екстремумів ця відстань становить близько 4 м. Достовірне значення межі впливу стовбура на розподіл напружень в приконтурній зоні горизонтальної виробки можна вважати рівним двом діаметрам стовбура з відліком від його контуру. В роботі визначена фізико-механічна суттєвість вивчених процесів з врахуванням неоднорідності масиву порід. Вперше встановлені нові закономірності і кількісні залежності проявлення гірського тиску у вертикальних стовбурах вугільних шахт, які покладені в основу обґрунтування комбінованих способів їх кріплення.

Розділ 5. Аналітичні дослідження взаємодії систем "кріплення - регулятивний елемент - неоднорідний породний масив" в вертикальних шахтних стовбурах. Для аналітичних досліджень використано континуальну модель, у відповідності з якою кріплення стовбура та регульований елемент моделюються суцільними неоднорідними циліндрами змінної товщини, а породний масив - суцільним шаруватим середовищем з циліндричним отвором. На верхній межі розрахункової області задано граничні умови, що враховують вагу налягаючих порід, а на боковій та нижній поверхні прийнято умову відсутності нормальних переміщень та дотичних напружень. Особливості взаємодії поверхонь кріплення зі стовбуром та прошарків між собою враховуються 3-ма типами граничних умов: повного зчеплення, двохстороннього контакту з тертям Кулона та одностороннього гладкого контакту.

Для опису процесу пружно-пластичного деформування всіх елементів досліджуваної системи використано деформаційну теорію пластичності. Необхідні розрахункові параметри отримано в процесі обробки діаграм повного деформування зразків матеріалів на жорсткій випробувальній установці (розділ 3).

Задача розрахунку напружено-деформованого стану системи "кріплення - регулятивний елемент - масив" полягає в визначенні полів переміщень та напружень, що задовольняють в розрахунковій області ? рівнянню рівноваги, геометричним співвідношенням Коші, положенням деформаційної теорії пластичності, граничним умовам на зовнішній поверхні та внутрішніх контактних поверхнях.

З використанням принципу можливих переміщень одержано варіаційне формулювання задачі в вигляді квазіваріаційної нерівності, для лінеаризації якої використано метод змінних пружних параметрів. Дискретизація задачі виконана на основі методу кінчених елементів, кількість яких складає порядку 10000, а мінімальний розмір 0,1 м.

По даних натурних спостережень в стовбурах найменш стійкими є ділянки на межі породних шарів з суттєво відмінними властивостями. Розглянуто два характерні випадки: тонкий шар слабких порід між двома потужними та навпаки - невеликий міцний породний шар між двома слабкими шарами значної товщини.

Для першого варіанту характерно різке локальне збільшення навантаження на кріплення в межах слабкого шару та зменшення навантаження на прилягаючі ділянки напроти потужних шарів. Слід відмітити насупні особливості: гіперболічна залежність розміру зони непружних деформацій в слабкому породному шарі від співвідношення R_t./Н; практична незалежність розміру зони непружних деформацій в слабкому породному шарі від міцності стискуючих шарів; при виконанні співвідношення для слабкого шару R_t./Н 0,67 розмір зони непружних деформацій залежить від потужності шару, а при R_t./Н 0,67 практично визначається граничними умовами на контактах шарів; максимальний розмір зон відривних явищ в міцних шарах фіксується при повному зчепленні шарів.

Для другого розрахункового варіанту встановлено наступні закономірності: взаємодія міцного породного шару з кріпленням викликає в ньому деформації згину; розмір зони непружних деформацій в слабких шарах практично не залежить від потужності міцного прошарку, а визначається співвідношенням R_t./Н для слабких шарів; при товщині міцного шару до 0,8 м його вплив на стійкість кріплення незначний; максимальне значення розмірів зон відриву в міцному шарі досягається при повному зчепленні його зі слабкими породами.

В обох випадках, незважаючи на розбіжності в природі виникнення локальних перенапружень, механізм руйнування кріплення аналогічний: виникнення деформацій згину внаслідок локальної осьової нерівномірності навантаження на кріплення з боку структурно неоднорідного масиву з різко відмінними властивостями шарів.

Керуючі впливи, що здатні підвищувати стійкість, можна розділити на наступні групи: підвищення міцності та жорсткості кріплення стовбура; підвищення залишкової несучої здатності приповерхневих шарів породного масиву; введення регулятивного піддатливого елемента, що здатний поглинути надлишкові позитивні переміщення породного масиву; комбіноване застосування перелічених вище впливів.

Перший шлях підвищення жорсткості кріплення стовбура полягає в збільшенні товщини бетонної стіни без зміни її міцності. Згідно розрахунків, збільшення товщини кріплення з 0,4 м до 1,2 м приводить до зменшення зони непружних деформацій в слабких шарах на 30-40 %, а відповідної зони в кріпленні - на 20-40 %.

Другий шлях полягає в підвищенні міцності кріплення при незмінній товщині кріплення. Для кріплення товщиною 0,4 м підвищення міцності на розтяг від 2 МПа до 5 МПа підвищує запас міцності кріплення на 30-70 %. При цьому розмір зони деформацій в слабких породних шарах практично не змінюється.

Практична реалізація керуючих впливів, що підвищують залишкову несучу здатність приповерхневих шарів масиву полягає в використанні анкерного кріплення чи тампонажу ослаблених зон в глибині масиву чи на контурі стовбура. Виконані розрахунки показали, що підвищення залишкової міцності приконтурної зони є доцільним, коли для шару слабких порід виконується співвідношення R_t./Н 1 для першого з розрахункових випадків і R_t./Н 1,5 для другого.

На практиці широке застосування знаходить багатошарове піддатливе кріплення, здатне до гасіння деформацій, зокрема реалізоване з застосуванням шлакових блоків. Розглянуто дві схеми укладки: довгою стороною по контуру кріплення та торцем до контуру. При розрахунках вибрано наступні параметри геомеханічної системи: товщина бетонного кріплення - 0,4 м; межа міцності блоку - 20 МПа, розмір зони ослаблених порід - 0,8 м.

Для першого з розрахункових випадків при товщині штучного підатливого шару 0,2 м допустиме зниження міцності слабкого прошарку, при якій починаються помітні деформації, становить 0,25 Н при товщині 4 м.

Для другого розрахункового випадку при товщині піддатливого шару 0,2 м порогове значення міцності слабких порід становить 0,75 Н, при товщині міцного прошарку 0,4 м і 0,66 Н - при товщині 4,0 м. Подвоєння товщини піддатливого шару приводить до можливості підтримувати стійкість системи аж до зниження міцності слабких порід до 0,5 Н практично незалежно від потужності міцного прошарку.

Таким чином, використання регулятивного елемента в вигляді піддатливого шару з шлакоблоків є ефективним засобом підвищення стійкості коли для слабких порід масиву виконується співвідношення R_t/Н < 1.

В процесі аналізу результатів розрахунків отримано залежності розмірів зони пластичності та розмірів подовжених ділянок кріплення стовбура від співвідношення міцностних показників порід суміжних шарів, потужності слабкого прошарку, міцності кріплення і залишкової міцності піддатливого шару в якості регулятивного елемента. Зокрема, розмір зони пластичності в слабких породах визначається з похибкою не вище 16 % (корелятивне відношення рівне 0,821) наступним чином:

,

де R_t - довготривала міцність; а ₀ = 0,018 0,031; b₀ = 1,60 2,13 для потужності пласта в межах т = 1,2 4,0 м.

Експоненціальний вигляд має також залежність вказаного параметра від залишкового опору регулятивного елемента . Аналогічно виглядає і залежність розмірів пластичної зони в кріпленні від його опору:

.

Розмір зони впливу на кріплення стовбура з похибкою, що не перевищує 14 % (корелятивний коефіцієнт рівний 0,873) визначається залежністю:

,

де а ₁ = -3; b = 0,5 7,6 для потужності пласта т = 1,2 4,0 м.

Розділ 6. Геомеханічне обґрунтування, розробка і впровадження комбінованих способів кріплення шахтних стовбурів в структурно неоднорідних породах. Геомеханічні основи розробки і вибору способів кріплення шахтних стовбурів в неоднорідних породах базуються на комплексному підході, який передбачає: визначення, з використанням літолого-геомеханічного тренду, умов прохідки, оцінку напруженого стану системи "кріплення - породний масив", вибір конструкції основного кріплення та обґрунтування, згідно запропонованих принципів регулятивних засобів керування гірським тиском, забезпечуючих в сукупності підвищення несучої здатності системи і зменшення величини та асиметрії навантажень на стовбур. Технологічні передумови у цьому пов'язані з формуванням обмежено-піддатливих та високої несучої здатності охоронних конструкцій за умов керованого використання властивостей породного масиву і зміни деформаційно-силових характеристик указаної системи. Досягається це використанням принципів попередньої, чи сумісної реалізації керуючих впливів, поєднання активних і пасивних регулятивних елементів з застосуванням їх на різних етапах підтримання стовбурів. Розроблено діаграму диференційованого вибору способів кріплення з урахуванням характеристик поводження масиву порід на ранніх стадіях його оголення та довготривалому стані.

Враховуючи результати шахтних і аналітичних досліджень, обґрунтовані параметри комбінованих схем охорони стовбурів: формуванням в геомеханічно активних (штучно створених) зонах піддатливої (хімтампонаж), а в закріпному просторі вантажонесучої (неорганічні в'яжучі) оболонок; формуванням в місцях підвищеного порушення порід в напрямку "підйом-падіння" пластів, орієнтованих зміцнених зон масиву для підвищення його квазіоднорідності, рівноміцності по контуру і зменшення асиметрії навантажень на стовбур. Розроблені схеми застосування в якості регулятивних елементів анкерного та анкерного натяжного кріплення. В першому випадку обґрунтовані параметри різноглибинного анкерування, при яких створюються умови для формування консолідованої порідної оболонки на контурі стовбура. У разі застосування анкерного натяжного кріплення створюються умови його активної примусової дії з масивом порід. Моделюючи натяжне анкерне кріплення, як гнучку нитку, знайдені аналітичні вирази для розрахунку шагу його зведення, необхідного опору та попереднього зусилля натягу. Розглянуто застосування цього кріплення на циліндричній частині стовбура та його сполучення з горизонтальною виробкою як гнучкого регулятивного елементу, забезпечуючого автономне деформування кріплень виробок.

Обґрунтовані параметри і розроблені комбіновані конструктивно-технологічні рішення по застосуванню багатошарових кріплень з використанням анкерних систем та піддатливих регулятивних елементів. Підвищення рівня їх прогресивності пов'язане з забезпеченням малонапруженості в основному кріпленні в першу чергу за рахунок чергування зміни стану матеріалів піддатливих елементів в режимах деформаційного розміцнення і зміцнення.

Розроблено спосіб комбінованого кріплення стовбурів в обводнених породах с формуванням протифільтраційних запон, виконано обґрунтування технології і типу кріплення для прохідки гирла стовбурів у структурно нестійких пливунних породах.

Порівняльними шахтними експериментами (ш. им. О.Г. Стаханова, "Жовтневий рудник", "Зоря") доказана ефективність покращення роботи системи "кріплення стовбура - масив" при використанні регулятивних елементів різної жорсткості і піддатливості (анкери, шлакоблоки, розчини, їх комбінації): коефіцієнт асиметрії навантажень на основне кріплення зменшується з 1,4 до 1,03-1,07.

Для економічної експресоцінки вартості спорудження одного метра стовбура розроблена методика; виконані техніко-економічні розрахунки ефекту від впровадження розробок на шахтах Донбасу. Показано, що їх використання дозволило зменшити капітальні витрати на 10-15 %, підвищити продуктивність праці на 15-25 %, зменшити обсяги використання дорогого залізобетонного і розширити застосування анкерного та штучного бетонного кріплення в складних геотехнічних умовах. Отримано економічний ефект 972,5 тис. крб. (в цінах 1984 г.).

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій дане теоретичне узагальнення і вирішена науково-технічна проблема, яка містить геомеханічне обґрунтування, вдосконалення та розробку комбінованих способів кріплення шахтних вертикальних стовбурів у структурно неоднорідних породах, впровадження яких вносить значний внесок в розвиток науково-технічного прогресу в галузі шахтного будівництва і забезпечує підвищення продуктивності праці, економії матеріальних ресурсів, скорочення термінів і вартості кріплення стовбурів при підготовці нових горизонтів і реконструкції вугільних шахт.

Основні наукові і практичні результати, висновки і рекомендації виконаних досліджень полягають в наступному:

Підвищення рівня ефективності і технологічності кріплення вертикальних стовбурів вугільних шахт в складних гірничо-геологічних умовах пов'язане з великими витратами, а іноді і труднощами технічного порядку. Обґрунтуванням показано, що перспективним є комбіновані способи кріплення стовбурів з забезпеченням керованого використання властивостей породного масиву, із застосуванням елементів різної піддатливості і жорсткості.

Для оцінки, прогнозування умов прохідки і кріплення вертикальних стовбурів введені нові показники для характеристики структурної і міцнісної неоднорідності породного масиву, а для визначення його стійкості у відслоненнях розроблено на основі імовірносно-статистичних моделей літолого-геомеханічний тренд, що має табличну відображеність та аналітичний вираз для розрахунку кількісних показників категорій стану масиву, використання якого підвищує повноту і достовірність вихідних даних для проектування і будівництва стовбурів та дає можливість вибрати напрями розробки конструктивно-технологічних рішень їх охорони.

Аналізом і статистичною обробкою даних про структурно-механічну неоднорідність масивів порід установлено експоненційний розподіл шарів порід по коефіцієнту міцності і шарів, що підпали під вивали, обернено-експоненційний розподіл потужності шарів в товщі. Виявлено, що статистична закономірність зменшення частотності вивалів із зростанням потужності пластів підпорядковується розподілу Парето. Для трьох виділених категорій порід (І - f 21, ІІ - f 12, ІІІ - f 6) значення імовірності вивалів в залежності від потужності шарів змінюються в межах: 0,33-0,67; 0,16-0,67; 0,72-0,92 і від міцності 0,11-0,47; 0,29-0,56; 0,81-0,92 відповідно. Інтенсивність вивалів в потужних слабких породах збільшується вдвічі, зберігаючи нерегулярний характер залежності імовірності вивалів від потужності пластів.

Установлена кореляційна залежність оцінки відносної величини вивалів на кожні 100 м поглиблення стовбура. Із зростанням глибини і міцності порід вона зменшується обернено пропорційно.

Основні закономірності, особливості та фізико-механічна суттєвість взаємодії системи "кріплення стовбура - регулятивний елемент - неоднорідний породний масив" полягають в наступному.

При явному впливі структурно міцнісної неоднорідності порід, типу кріплення та регулятивних елементів довготривала взаємодія системи "кріплення стовбура - породний масив" характеризується негативним впливом виражено асиметрією розподілу навантажень на стовбур з орієнтацією максимумів напружень (К_а = 1,2-1,4) в напрямі "падіння - підйом" шарів із зростанням ступеня асиметрії на ділянках з більш слабкими породами, яка і є визначальною причиною деформування стовбурів.

Установлено, що в глибину породних масивів на незакріплених ділянках стовбурів спочатку формуються дві зони підвищеного тріщиноутворення в таких межах: перша - 0-0,8 м; друга - 1,2-1,6 м. При довготривалій взаємодії кріплення стовбурів і породних масивів має місце формування активних трибогеомеханічних зон в межах: І - 1,4-1,6 м; ІІ - 1,8-2,2 м; ІІІ - більше 2,2 м. Викладена фізико-механічна суттєвість цих процесів, а їх кількісні показники використані при обґрунтуванні параметрів способів кріплення стовбурів та принципів керування гірським тиском в них.

Виявлено, що взаємний вплив вертикального стовбура і примикаючої до нього горизонтальної виробки проявляється в квазіхвильовій зміні рівня напружень в приконтурних породах останньої, при цьому з віддаленням від стовбура амплітуда осциляції показників зменшується, а відстань між суміжними екстремумами зростає: для першої пари відношення максимуму до мінімуму рівня електромагнітної емісії складає 1,15-1,33 (середнє 1,23), для другої пари - 1,1-1,24 (середнє 1,16), для третьої пари - 1,1-1,16 (середнє 1,13). Відстань між першими двома екстремумами різних знаків приблизно рівна 4,0 м. Таким чином, визначені кількісно зону впливу стовбура на горизонтальну виробку: наявність мінімуму напружень на відстані, рівній діаметру стовбура і зони безпосереднього його впливу, яка дорівнює двом його діаметрам з відліком від контуру кріплення стовбура.

Визначені характерні зони деформування порід над сполученнями стовбурів з горизонтальними виробками; розкрито механізм геомеханічних процесів біля стовбура з різним кріпленням з врахуванням основних взаємновпливаючих факторів.

На основі безпосередніх довготривалих вимірювань зміщень кріплення і порід в вертикальних стовбурах вугільних шахт отримана залежність, яка має експоненційний вигляд (кореляційне відношення 0,758, похибка розрахунків не перевищує 20 %) і дозволяє їх прогнозувати з врахуванням часу, радіуса стовбура, опору кріплення та властивостей порід.

По результатах рішення задачі про взаємодію багатошаруватої товщі, складеної різнопотужними і різноміцносними породами, з кріпленням стовбура виявлено механізм цього процесу, який проявляється в варіації параметрів зони непружних деформацій (пластичності) і зони кріплення, що знаходиться під дією контактуючого масиву: параметри першої нелінійно залежать від потужності шарів слабких порід і рівня їх навантаженості (R_t/Н), а другої - обернено пропорційно від тих же чинників.

На основі комплексних досліджень обґрунтовані науково-технічні принципи розробки і вибору комбінованих способів кріплення стовбурів, які регламентують види, рівні і послідовність реалізації основних і регулятивних елементів керування гірським тиском. Фізико-механічна суттєвість принципів пов'язана з попередньою послідовною чи сумісною реалізацією керуючих впливів на масив, застосуванням піддатливих, жорстких та гнучких регулятивних елеметів, забезпечуючих кероване використання несучої здатності масиву порід та підвищення стійкості стовбурів.

Розроблені комбіновані способи кріплення стовбурів в неоднорідних породах і технологічні схеми їх застосування. Запропонованою методикою економічної оцінки кріплення, перевіреною на декількох шахтах, виконані розрахунки економічних показників різних типів кріплення. Промислова перевірка і впровадження технологічних розробок показали ефективність рішень автора по застосуванню різних комбінацій регулятивних елементів з основним монолітним, бетонним, залізобетонним, тюбінговим кріпленням. Забезпечується зниження величини і асиметрії навантажень (з К_а = 1,4 до К_а = 1,03-1,07) на стовбур, чим підвищується його стійкість. Впроваджені розробки автора на 10 шахтах Донбасу забезпечили зменшення на 10-15 % капітальних витрат, підвищення продуктивності праці на кріпленні до 15-25 %, отримання економічного ефекту в обсязі 972,5 тис. руб. (в цінах 1984 р.).

На основі результатів виконаних робіт розроблено технологічні карти реалізації комбінованих способів кріплення шахтних стовбурів, "Руководство по геофизической диагностике состояния системы "крепь - породный массив" вертикальных стволов (дополнение к РД.12.18.073-88)", "Руководство по производству работ способом опускной крепи в тиксотропной рубашке при проходке вертикальных стволов шахт и сооружений неглубокого заложения", затверджених на рівні галузі як нормативних документів.

Сукупність отриманих результатів складає необхідні геомеханічні та технічні основи розробки, вибору і застосування комбінованих способів кріплення вертикальних шахтних стовбурів в неоднорідних породах продуктивних товщ Донбасу.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

Монографія:

1. Пшеничный Ю.А., Левит В.В. Технология сооружения горных выработок в сложных горно-геологических условиях (специальные способы строительства). Учебное пособие. Донецк, 1997. 200 с.

Керівництва, методичні вказівки:

2. Руководство по производству работ способом опускной крепи в тиксотропной рубашке при проходке вертикальных стволов шахт и сооружений неглубокого заложения/ Мустафин З.Ш., Новик Е.Б., Миронов В.В., Ардашев А.Н., Левит В.В., Коган А.М., Клюк А.И., Яриш Н.Ф., Лысых А.Г. - Донецк, 1993 г. 73 с.

3. Руководство по геофизической диагностике состояния системы "крепь - породный массив" вертикальных стволов (Дополнение к "Пособию по восстановлению крепи и армировки вертикальных стволов. РД. 12.18.07388)"/ А.Ф. Булат, Б.М. Усаченко, А.А. Яланский, В.И. Сергиенко, Т.А. Паламарчук, С. И. Скипочка, В.Б. Усаченко, Алекс. А. Яланский, Е.А. Слащева, И.Г. Косков, А.В. Будник, В.В. Левит. Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, НИИОМШС, ОАО "Донецкшахтопроходка", НТЦ "Подземиндустрия" АГН Украины, 1998. 42 с.

4. Пшеничный Ю.А., Левит В.В. Методические указания к изучению дисциплины "Технология сооружения горных выработок в сложных горно-геологических условиях (специальные способы строительства)". - Донецк: ДонГТУ, 1995. 22 с.

Наукові статті, доповіді, авторські свідоцтва:

5. Левит В.В. Новые технические решения при строительстве вертикальных стволов и сопряжений в сложных условиях. Материалы отраслевой научно-технической конференции "Прогрессивные решения по креплению и поддержанию горных выработок". Павлоград, 1996. С. 44-46.

6. Левит В.В. Результаты диагностики состояния вертикальных стволов методом электрометрии// Уголь Украины, 1997. - № 6. С. 5053.

7. Левит В.В. Влияние свойств пород и типа крепи на взаимодействие системы "крепь массив" в вертикальных стволах// Геотехническая механика, 1997. № 3. С. 32-39.

8. Левит В.В. Виброакустическая диагностика крепей шахтных стволов// Уголь Украины, 1997. № 8. С. 44-45.

9. Левит В.В. Оценка деформируемости слоистых образцов и эффекта упрочнения анкеров// Геотехническая механика, 1997. № 4. С. 70-76.

10. Левит В.В. Регистрация естественного электромагнитного излучения для оценки состояния вертикальных стволов// Уголь Украины, 1998. - № 2. С. 39-41.

11. Левит В.В., Усаченко В.Б. Решение по применению анкерной стяжной крепи, обеспечивающей самозапирание приконтурных пород// Геотехническая механика, 1997. № 2. С. 4245.

12. Левит В.В. Оценка состояния геоматериалов и взаимодействия системы "крепь породный массив" геофизическими методами// Известия Донецкого горного института. 1998. № 1 (7). С. 87-89.

13. Левит В.В. Литолого-геомеханический тренд горных условий как основа решения эколого-технологических задач при строительстве вертикальных стволов// Проблеми екологічної безпеки та керованого контролю динамічних природно-техногенних систем (Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції, м. Львів, 2426 вересня 1996 р.). Частина 2. С. 1213.

14. Левит В.В. Геофизическая диагностика грави- и флюидодеструкции пород вблизи глубоких вертикальных стволов угольных шахт// Проблемы гидрогеомеханики в горном деле и строительстве (Материалы конференции, 8-10 октября 1996 г., Киев). Часть 1. С. 94-95.

15. Левит В.В., Мустафин З.Ш. Проходка устья технологического отхода вертикальных стволов в неустойчивых плывунных породах // Уголь Украины, 1996. - № 3. С. 4446.

16. Левит В.В., Кривко Ю.А., Бородин А.В., Прагер В.А., Будник А.В. О технологии перекрепления вертикальных стволов// Уголь Украины, 1995 г. № 5. С. 34.

17. Левит В.В., Рубец Г.Т., Бобро Н.Т. Приложимость теории наиболее слабого звена к оценке прочности сложноструктурных толщ, вскрываемых вертикальными стволами// Геотехническая механика, 1997. № 3. С. 5965.

18. Булат А.Ф., Левит В.В., Усаченко В.Б. Комплексирование геофизических методов при оценке состояния геоматериалов и взаимодействия системы "крепь породный массив"// Геотехническая механика, 1997. № 2. С. 3442.

19. Усаченко Б.М., Рубец Г.Т., Левит В.В. Статистическая оценка распределения нагрузок на крепь вертикальных стволов, проводимых в разнопрочных породах// Геотехническая механика, 1997. № 4. С. 32-37.

20. Бобылев А.А., Левит В.В. Математическая модель геомеханических процессов с учетом структурной неоднородности пород вблизи вертикальных стволов// Геотехническая механика, 1997. № 3. С. 7479.

21. Бобылев А.А., Левит В.В. Вычислительный алгоритм моделирования геомеханических процессов вблизи вертикальных стволов с учетом структурной неоднородности пород// Геотехническая механика, 1997. № 4. С. 77-80.

22. Усаченко Б.М., Яланский А.А., Паламарчук Т.А., Левит В.В. Синергетические эффекты и волновая природа геомеханических процессов в углепородном массиве// XXI столетие проблемы и перспективы освоения месторождений полезных ископаемых: Сб. научн. трудов НГА Украины. № 3, том 3. Прогрессивные технологии подземной разработки месторождений полезных ископаемых. Днепропетровск: РИК НГА Украины, 1998. С. 5861.

23. Усаченко Б.М., Яланский А.А., Сергиенко В.Н., Левит В.В. Приборно-методическое обеспечение технической диагностики крепи шахтных стволов// Там же. С. 154158.

24. Левит В.В., Смиян П.В., Будник А.В. Гидроизоляция чугунной тюбинговой крепи новым чеканочным материалом// Уголь Украины, 1995. № 8. С. 39.

25. Герметизация швов чугунных тюбингов с помощью клея "Эласт"/ Крастошевский Л.С., Друцко В.П., Будник А.В., Плишевой А.Н., Бевз В.И., Левит В.В. и др.// Шахтное строительство, 1986. - № 3. - С. 26.

26. Булат А.Ф., Усаченко В.Б., Левит В.В. Перспективное направление создания охранных конструкций горных выработок с использованием анкерных натяжных систем// Геотехническая механика, 1997. № 3. С. 39.

27. Дрибан В.А., Левит В.В. Геомеханические условия охраны и поддержания сопряжений шахтных стволов// III научная конференция ВУЗов Украины "Маркшейдерское обеспечение горных работ". Доклады и тезисы докладов. - Донецк. - 1995. - С. 91-95.

28. А.с. № 1624168, СССР, МКИ Е 21D 5/00. Способ крепления шахтного ствола в обводненных породах и гелеобразующий раствор на основе неорганического вяжущего для его осуществления/ Д.И. Могилевский, П.П. Гальченко, Е.Б. Новик, А.В. Моисеев, В.В. Левит (СССР). № 4485563/03; Заявлено 20.09.88; Опубл. 30.01.91. Бюл. № 4.

29. А.с. № 1744260, СССР, МКИ Е 21D 7/02. Способ транспортирования продукта по шахтному стволу/ В.В. Левит, И.Г. Манец, М.Н. Гергель, И.И. Сычев (СССР). - № 4802670/03; Заявлено 19.03.90; Опубл. 30.06.92. Бюл. № 24.

Особистий внесок автора в роботах, що опублікувалися у співавторстві полягає в наступному: (1) - аналіз, обґрунтування технологій кріплення шахтних стовбурів; (3) - розробка методики і критеріїв діагностики в вертикальних стовбурах; (11, 17, 18) - створення принципів розробки конструктивних рішень;(19, 21) - методичні розробки імовірності і аналітичні дослідження; (25, 26) - формування задачі, алгоритм розрахунку, моделювання; (20-24, 28, 34) - методика, проведення досліджень, аналіз результатів; 27 - розкриття механізму процесів; (29-33) - розробка конструктивних і технологічних рішень; (35, 36) - розробка істотних ознак в відповідності з довідкою про творчу участь в створенні винаходів.

АНОТАЦІЯ

Левіт В.В. Геомеханічні основи розробки і вибору комбінованих способів кріплення вертикальних стовбурів у структурно-неоднорідних породах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.04 - "Шахтне і підземне будівництво" Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 1999.

Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності і технологічності кріплення вертикальних стовбурів вугільних шахт, які проходяться у неоднорідних масивах порід. В роботі розвивається комплексний підхід отримання загальносистемного ефекту від диференційованого вибору кріплення стовбурів та послідовної чи сумісної реалізації регулятивних засобів в системі "кріплення стовбура - неоднорідній породний масив", які сукупно забезпечують демпфірування зміщень, зростання несучої здатності приконтурних порід та кріплення, в результаті чого забезпечується зниження величини і асиметрії навантажень на стовбур та підвищення його стійкості. З врахуванням структурної і міцнісної неоднорідності породного масиву та результатів дослідження закономірностей і особливостей взаємодії системи "кріплення стовбура - масив порід" розроблені науково-технічні принципи вибору і нові конструкції охоронних вантажонесучих систем, які забезпечують довготривалу стійкість шахтних стовбурів в складних гірничо-геологічних умовах. Основні результати роботи знайшли промислове застосування на вугільних шахтах, реалізовані в нормативно-технічних документах.

Ключові слова: ефективність, ресурсозбереження, вугільна шахта, вертикальний стовбур, кріплення, комбіновані способи.

АННОТАЦИЯ

Левит В.В. Геомеханические основы разработки и выбора комбинированных способов крепления вертикальных стволов в структурно-неоднородных породах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.04 - "Шахтное и подземное строительство" Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 1999.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности и технологичности крепления вертикальных стволов угольных шахт, проходимых в сложноструктурных массивах пород. В работе развивается комплексный подход получения общесистемного эффекта от дифференцированного выбора крепления стволов и последовательной или совместной реализации регулятивных способов в системе "крепь ствола - неоднородный породный массив", которые совокупно обеспечивают демпфирование перемещений, повышение несущей способности приконтурных пород и крепления, в результате чего обеспечивается снижение величины и асимметрии нагрузок на ствол и повышение его устойчивости.

На базе учета систематизации и обобщения информации по структурной и прочностной неоднородности продуктивных толщ Донбасса, учета показателей устойчивости пород в обнажениях разработан литолого-геомеханический тренд условий проходки и крепления стволов, который имеет табличное представление и аналитическое выражение, позволяющее определить количественно-потенциальный показатель устойчивости породного массива, по которому выделено пять групп условий. По результатам шахтных экспериментов установлены: влияние неоднородности пород на взаимодействие системы "крепь ствола - породный массив"; выраженную асимметрию нагрузок на крепь с коэффициентом, равным 1,2-1,4, при которой максимумы механических напряжений в системе сориентированы в направлении "падение - восстание" пластов, а усиление степени асимметрии прослеживается на участках с более слабыми породами; формирование в приконтурном породном массиве на незакрепленных участках двух зон трещинообразования (0-0,8; 1,2-1,6 м) и при долговременном взаимодействии крепи с массивом формирование в его глубине активных трибогеомеханических зон (І - 1,4-1,6 м; ІІ - 1,8-2,2 м; ІІІ - более 2,2 м); квазиволновое изменение напряженного состояния в породах вокруг примыкающей к стволу горизонтальной выработки при наличии минимума напряжений на расстоянии, равном диаметру ствола, и зоны влияния на удалении двух его диаметров. Разработаны научно-технические принципы создания и выбора комбинированных способов крепления стволов в неоднородных породах, прогрессивность и эффективность которых достигнута за счет дифференцированного выбора основного крепления и упреждающей, последовательной или совместной реализации комплементарных системе регулятивных элементов. Физическую основу принципов составляет применение отдельно или в сочетании податливых, жестких, гибких регулятивных элементов, обеспечивающих управляемое использование несущей способности массива, снижение напряженности крепи, равнопрочность охранной конструкции, чем достигается снижение величины и асимметрии нагрузок на нее и повышение устойчивости ствола. Разработаны новые комбинированные способы крепления стволов, обеспечивающие ресурсосбережение. Основные результаты работы нашли промышленное применение на угольных шахтах, реализованы в нормативно-технических документах.

Ключевые слова: эффективность, ресурсосбережение, угольная шахта, вертикальный ствол, крепь, комбинированные способы.

ANNOTATION

V.V. Levit. "Geomechanical basis of development and selection of supporting of vertical shafts in structurally heterogeneous rocks". - Manuscript.

Thesis for scientific degree of doctor of technical sciences on speciality 05.15.04 - "Mining and underground construction" - National Mining Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 1999.

The thesis is devoted to the questions of support technology and efficiency increases in vertical shaft construction for coalmines in structurally heterogeneous strata. In the thesis, a complex approach of developing a systematic effect from a differentiating selection of shaft supports and a successive and mutual realization of regulating means in the system "support-heterogenous rock mass" which, in their combination, supply a rock movements smoothing, a load capacity increase of supported rocks, and as a result of it, the reduction of the value and asymmetry of loads on the shaft and the increase of its stafility has been used. Taking into consideration the structural and strength heterogeneity of the rock mass, the research results of the nature and features of interaction in the system "shaft supports - rock mass", scientific and technical principles of support selection and new designs of combined supporting systems supplying a long-term stability of mine shafts in complex geological conditions have been obtained. The main results of the work have been applied in the practical environments of coalmines and realized in technical documents.

Key words: materials saving, efficiency, coalmine, vertical shaft, support, combined methods.

Размещено на Allbest.ru