Введение к работе
Актуальность проблеми. Обеспечение безопасности и эффективности при ведении горных работ на пластах, опасных по газодинамическим явлениям, является важной задачей, стоящей перед угольной промышленностью. Ее решение осложняется тем, что разработка пластов нередко осуществляется в зонах повышенного горного давления (ПГД) от целиков и краевых частей угольного массива, обусловливающих увеличение проявлений выбросоопасности. В условиях влияния зон ПГД целесообразным является использование защитных пластов. Надработка целиков и краевых частей защитными пластами обусловливает разгрузку толщи пород и сшгаелие размеров образуемых ими зон ПГД,
Параметры разгружающего действия надработок на изменение размеров зон ПГД и факторы, влияющие на их эффективность, изучены недостаточно. Согласно "Инструїщии по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа"* при надработках целиков и краевых частей угольного массива защитными пластами к учету принимаются только защищенные зоны. Зоны разгрузки и напряжений нетронутого массива, расположенные в почве защищенных зон, не рассматриваются. Изменение размеров зон ПГД от целиков, и краевых частей угольного массива вследствие разгружающего действия надработок не учитывается.
Эффективное использование разгружающего действия защитных
. пластов при надработках целиков и краевых частей угольного массива даст возможность снизить размеры создаваемых ими зон ПГД. Это позволит соответственно уменьшить протяженность особо выбро-соопасных участков и за счет снижения объемов противовыбросных
jAeppjnpH^THftnoBHCiiTb технико-экономические показатели разработки.
'В дальнейшем именуется "Инструкция.-."
Указанное относится в первую очередь к Донбассу, где очистные и подготовительные забои нередко разрабатываются в надработанных зонах ПТД.
Яз вышеизложенного слсдуот, что исследования разгружающего действия надработок на изменение параметров зон ПГД являются актуачышми.
Диссертационная работа является итогом исследований, выполненных автором в соответствии с темплаиом ВІС-Ш в работах "Разработать рекомендации по борьбе с вредным влиянием зон ПГД на пласты, склошшо к внезапным выбросам угля и газа" (тема 0200105100), "Разработка и освоение геомехшшчоских основ и схем регионального управления ударе— и выбросоопасным состоянием защитных пластов в свите" (тема 02560І9І0І, J5 ГР 01860037938), "Вы-полшіть исследования- напрят.ешіо-деформпроваїшого и газодинамического состояния занжаемых пластов п вмещающих пород с помощью региональных комплексных наблюдательных станции, физического и математического моделирования" (тема 02О0ІОІІО0), в которых автор участвовал как исполнитель.
Цель работы состоит в разработке инженерного метода расчета параметров зон ПГД в условиях разгружающего действия надработок при выемке свит выбросоопасных угольных пластов.
1'доя работы заключается в использовании разгрузки толщи пород защитным пластом при определении параметров зон ПГД от над-работшшых целиков и краевых частей угольного массива.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следуюіцио основные задачи:
провести иахтіше окслорпменты по изучению газодинамического и напряяенно-деформпрованного состояния пластов в зонах ПГД от надработанішх целиков и краевых частой пластов;
выполнить анализ опита ведения горных работ в надработанішх зонах ПГД;
выполнить математическое моделироваіше распределения напряжении массива горных пород в зонах ПГД, подверженных воздействию под- и надработок;
установить количественные зависимости размеров надработан-. них зон ПТД от условий разработки;
разработать инженерши метод расчета параметров зон ПГД в условиях разгружающего дєЯстеия надработок. ' _
Принят комплексний1 метод исследований. Он віслючач шахтішо эксперименты по определению газопроішцаемости призабонноЗ части
пласта, начальной скорости газовиділення, выхода буровой мелочи; анализ опыта ведения горных работ в надработанных зонах ПГД; математическое моделирование распределеїтя напряжений массива горных пород в под- и надработшшых зонах ПГД; анализ и научноо обобщение литературных источников.
Научнто новизну исследований составляют следующие основные результаты, выносимые на защиту:
экспериментально установленные закономерности изменения вы-бросоопасности угольных пластов в зонах влияния целиков и краевых частей угольного массива, подверженных разгружающему воздействию надработок;
закономерности разгружающего влияния надработок на изменение области повышенного давления. Установлено, что основным параметром, определяющшл снижение уровня напряненности на участках влияния надработанных целиков и краевых частей угольного массива, является расстояние от пласта-источника ПГД до защитного. Определены новые границы зон ПГД с учетом разгружающего действия надработок;
геомеханическое обоснование и создание метода расчета параметров зон ПГД в условиях разгрузки толщи пород надработками.
Лично автором проведены эксперименты в шахтных условиях пс оценке газодинамического и напряженно-деформированного состояния приэабойной части пластов в надработанных зонах ПГД; проведено математическое моделирование распределения напряжений в зонах ПГД, подверженных воздействию под- и надработок; выполнен анализ проявлений выбросоопаспости при ведении горішх работ в надработанных зонах ПГД; выполнено сопоставление результатов натурных экспериментов, анализа опыта разработки и математического моделирования; установлены количественные зависимости размеров надработанных зон ПГД от условий разработки; разработан, обоснован и внедрен инженерный метод построения надработанных зон ПГД.
Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций подтверждается: комплексным сочетанием натурных методов исследований, математического моделирования, анализа опыта ведения горных работ; использованием современных апробированных методов натурных экспериментов; корректным и обоснованным применением расчетного метода, основанного на фундаментальных положениях теории упругости.
Практическое значение диссертации состоит в разработке и внедрении инженерного метода построения надрайоташшх зон ПГД„ в котором учитывается разгружающее действие защитного пласта. Использование разгружающего влияния подработок дает возможность во многих случаях сократить размера зон ПГД от надработанных це-, ликов и краевше часте Я пластов и тем самым снизить размеры участков повышенной выбросоопасностп. На основшши разработанного ме-» тода составлены схемы использования разгружающего действия иадработок при построешш зон ПЩ для пластов Центрального района Донбасса,
Реализация работы. Основные результаты работы вошли составной частью в "Мотодпчоскио указания по расчету напряжений в зонах влияния очистных выработок" (Л.: ВІШИ, 1990. - 56 с.) и в "Перспективные геомохиннческио схемы регионального управления выбросо— и удароопасішп состоянием массива ярії разработке свит угольных пластов на шахтах Донецкого бассейна (пласты пологого и наклонного падения)" (Л.: BIDI.C1, 1ЭЭ0. - 69 е.).
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на сяегодішх конференциях молодых ученых В1ЕШ (Санкт-Петербург, IUJ0-I990 гг.); на П конференции по механике горных пород в Институте физики н механики горных пород All Кцрг.ССР(г.Бишкек, 1939 г.); на Всесоюзной иаучно-техшіческой конференции "Теория и практика прооктировшиїя, строительства и эксплуатации высоко-, производительных подземных рудников" в Московском горном институте (г.Москва, 1990 г.); на научно-техническом совете по проблеме горных ударов и внезапішх выбросов угля (порода) и газа ВІСШ (Санкт-Петорбург, 1990 г.); на секции по проблеме горного давления и горшх ударов ученого совета В1ЕГ.ПІ (Санкт-Петербург,, 1991 г.){ на семинаре отделения рудничной аэрологии и борьбы о внезапными выбросами ПІД им. А.А.Скочинского (Москва, 1992 г.).
Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 7 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из III наименований и приложения. Она представлена на 121 странице, содержит 25 рисунков, В таблиц.