Введение к работе
Л ктуалыюапь работы.
Современным требованиям обеспечения экономической эффективности и езопасности добычи угля на шахтах в наибольшей степени соответствует есцелнковая технология разработки пологих пластов при столбовой системе с охранением подготовительных выработок на границе с выработанным про-гранством для повторного использования.
Общим признаком применяемых бесцеликовых способов и средств управ-ения геомеханическим состоянием массива горных пород является, как прави-о, пассивный принцип силового взаимодействия с массивом. Крепи выработок средства их охраны, главным образом, нарастающего сопротивления, которые зботают с горным массивом в реактивном режиме взаимодействия, выходят на абочие параметры сопротивления лишь в результате значительных величин от-осительных смещений и деформаций (до 50-60 % от вынимаемой мощности ласта), приводящих к потере устойчивости выработок.
В связи с этим назрела необходимость поисков путей совершенствования пособов управления состоянием массива, позволяющих оперативно управить напряженно-деформированным состоянием горных пород в массиве и фи-гко-механическими свойствами путем реализации активных способов управ-гния с целью понижения напряжений до уровня, при котором обеспечивается пительная прочность и эксплуатационное состояние выработок.
Вопросы изыскания и обоснования оптимальных решений, повышаю-[их устойчивость повторно используемых выработок являются актуальной ауч но-практической задачей, решению которой и посвящена настоящая ібота.
Цель исследований заключалась в обосновании и совершенствовании |)фективных и безопасных способов поддержания выработок с труднообру-іаюшимися кровлями в условиях Воргашорского месторождения Печорского гольного бассейна.
Основной идеей работы является обеспечение эксплутационного поддер-ания подготовительных выработок на основе совершенствования применяе-ых и оптимизации способов разупрочнения пород кровель, существенно шжающих горное давление на крепь подготовительных выработок при их эвторном использовании.
Задачи исследований:
изучение горно-геологических, горнотехнических условий и показателей изико-механических свойств горных пород их типизация и классификация;
исследование проявлений горного давления и взаимодействия крепи с жовыми породами;
разработка геомеханических требований к выбору соответствующего осматриваемым условиям способа охраны и поддержания выработок и обос-звание его параметров;
- промышленное испытание способа охраны выработок и оценка его эф фективности.
Методы исследования.
В работе использован комплексный метод, включающий научное обоб щение и анализ проведенных ранее исследований, экспериментальные шахт ные и лабораторные исследования в сочетании с аналитической обработко результатов и оценка технико-экономической эффективности полученных рс шений.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
При разработке угольных пластов с легкообрушающимися и среднео? рушающимися по классификации кровлями устойчивость пластовых подготс вительных выработок может быть обеспечена при использовании металличе ской рамной крепи с плотностью установки 1.5 р/м в сочетании с анкерно крепью, устанавливаемой между рамами с той же плотностью, причем наг больший эффект достигается при установки анкеров в центре выработки ил со стороны угольного массива (целика). При этом следует иметь ввиду, чт этот способ поддержания выработки отличается высокой трудоёмкостью рабо (8,9 н.дн./п.м) и большим расходом крепёжных материалов.
-
При разработке труднообрушающихся и весьма труднообрушающи>
СЯ ПОрОД КрОВеЛЬ Эксплуатационное СОСТОЯНИе ПОВТОРНО ИСПОЛЬЗуеМЫХ ПЛс
стовых выработок, поддерживаемых на границе с выработанным простраг ством, возможно обеспечить только при применении активных способо управления напряженно-деформированным состоянием массива горных пс род в приконтурыой области выработки. Так при применении, в маєтності взрывогидравлического (ВГР) способа разупрочнения пород относительны смещения пород на контуре выработки снижаются на 35 % и обеспечиваете её безремонтное поддержание.
3. В рассматриваемых условиях важное значение имеет учет боковых н;
грузок на оградительную крепь пластовой подготовительной выработки, коте
рые зависят от типа кровель и достигают при трудно и весьма труднообрз
шаюшихся кровлях до 2 т/м2.
4. При применении в условиях высокой коллекторской (межблочное
проницаемости массива горных пород наряду с их высокой прочностью до<
тижение эффекта гидроразрыва обуславливает необходимость предварителі
ного нагнетания в межблочные полости вязких флюидов (например, вода
бентонитовые глины).
Научная новизна работы:
-
Установлены оптимальные параметры паспортов крепления Пластовы подготовительных выработок комбинированными крепями (металличеекг рамы и винтовые анкера), обеспечивающие устойчивость выработки с мині мальным объёмом ремонтных работ на пластах с легко и ереднеобрушающі мися кровлями.
-
Предложено и экспериментально проверено, что при разработке трудь и весьма труднообрушающихся пород кровель эксплуатационное состоят 2
повторно используемых пластовых выработок, поддерживаемых на границе с выработанным пространством, возможно обеспечить применением взрывогид-равлического способа управления напряженно-деформированным состоянием массива. Смещение пород на контуре выработки при этом снижаются до 35-40 % и обеспечивается ее безремонтное поддержание.
-
Боковые нагрузки обрушенных пород на оградительную крепь пластовой подготовительной выработки возрастают, если между линией очистного забоя и направлением падения пласта угол менее 90 и уменьшаются, если более 90.
-
Установлена зависимость между возможностью реализации эффекта гидроразрыва в условиях высокой коллекторской (межблочной) проницаемости массива горных пород при высокой прочности пород блоков и составом, свойствами флюидов, используемых для предварительного нагнетания в межблочные полости.
-
Разработано геомеханическое обоснование выбора способов и параметров крепления, управления напряженно-деформированным состоянием массива на основе экспериментального установления количественных закономерностей проявлений горного давления на выемочном участке (смещение, расслоение пород кровли) начиная от зоны опорного давления, на линии очистного забоя и в поддерживаемом пространстве лавы в зависимости от параметров обрушения основной кровли во всем диапазоне изучаемых горно-геологических условий.
Личный вклад автора:
-совершенствование методов и составление программы исследований;
анализ и обобщение ранее полученных результатов исследований по те-we диссертации;
проведение экспериментальных шахтных и лабораторных исследований;
анализ и статистическая обработка результатов экспериментальных ис-:ледований;
обоснование и разработка методики расчета параметров средств крепле-1ия и охраны подготовительных выработок.
Достоверность научных результатов исследований обеспечена:
- большим объемом шахтных инструментальных исследований и наблю-
іений в 12 выемочных столбах на 29 участках, оборудованных 232 замерными
:танциями, по которым было сделано более 2000 измерений;
-обработкой результатов исследований методами математической стати-тики и инженерно-аналитическими;
- технико-экономической оценкой результатов опытно-промышленной
іроверки рекомендаций в условиях шахты «Октябрьская»
Практическая ценность работы
1. Разработана методика выбора и расчета параметров средств и способов іхраньї и поддержания повторно используемых выработок (поддерживающих і оградительных элементов) с учетом высоты расслоения пород кровли на лиши забоя, ожидаемой величины конвергенции контура за весь срок службы
выработки, величины шага обрушения кровли, нагрузки на элементы крепи, как с учетом влияния обрушения основной кровли (коэффициент динамичности), так и без учета ее влияния.
2. Разработан, апробирован и внедрен новый комбинированный способ ак
тивного управления состоянием трещиноватого массива, сложенного крупнога
баритными блоками из прочных и весьма прочных разновидностей пород ее
сравнительно низким сцеплением по связям, и в связи с этим с высокой меж
блочной проницаемостью жидких компонентов, обеспечивший возможное
применения гидроразрыва в качестве средства разупрочнения труднообрушаю-
щейся кровли (почвы) и релаксации на этой основе повышенных напряжений.
3. Оптимизированы параметры разупрочнения пород основной кровлі
при применении взрывогидравлического способа разупрочнения(длина сква
жины, расстояние между скважинами и др.).
Реализация работы.
Установленные зависимости и разработанные рекомендации использованы:
- шахтой "Октябрьской" при решении вопросов, связанных с отработко?
лавы 1232-3. Экономический эффект от внедрения рекомендаций составил бо
лее 98 тыс. рублей;
— институтом ПечорНИИпроект при разработке перспективных планоі
развития горных работ шахт ОАО "Воркутауголь".
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались на научно) конференции МАНЭБ (г. Москва, 1999 г.), на техническом совещании шахть "Октябрьская" (г. Воркута, 2000 г.), на Ученом совете института ПечорНИИпроек' (г. Воркута, 2000 г.), на Ученом совете ВНИМИ (г. Санкт-Петербург, 2000 г.), ні научном симпозиуме «Неделя горняка 2000» (Москва, МГГУ, 2000 г.).
Публикации.
По основным результатам выполненных исследований опубликовано работы.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списк используемой литературы из 90 наименований и приложения, изложена на 13' страницах, включая 25 рисунков, 23 таблицы, 5 фотографий.