Разработка способов охраны подготовительных выработок при отработке пологих угольных пластов восточного региона Украинского Донбасса Борзых, Анатолий Филиппович

Введение к работе

Акгальносгь_поблемы. Угольная промышленность является зноеной составляющей топливно-энергетического комплекса Укра-ш. Дальнейшее повышение эффективности подземной угледобычи зеозможно без совершенствования существующих и внедрения но--IX технологий, способов и средств ведения горных работ.

В Донецком бассейне с увеличением глубины разработки уго-ьных пластов одной из наиболее актуальных остается проблема беепечения сохранности подверженных влиянии очистных работ ластовых подготовительных выработок. На пологих пластах их ротяженность составляет 70-60 % от всех поддерживаемых подзем-ых горных Еыработок. Несмотря на. увеличение затрат на ремонт ыработок, состояние их на шахтах Донбасса не улучшается и в реднем 13 % из них по протяженности не удовлетворяют эксплуа-ационным требованиям. В последнее время наметилась тенденция оста этого показателя. В целом на шахтах Украинского Донбасса жегодно ремонтируется и перекрепляется 1,5-2 тыс.км выработок 10-12 % общей их протяженности). Трудоемкость работ по содержанию Еыработок на 1000 г добываемого угля составляет примерно )0 чел.-смен при весьма низком уровне их механизации 1,5-3 %. J связи с этим продолжает оставаться актуальной проблема иесле-юваний сложных геомеханических процессов, происходящих вокруг шдготоЕительных выработок, для совершенствования существующих і изыскания новых ресурсосберегающих способов и средств их охраны и поддержания.

Диссертационная работа выполнена на кафедре разработки пластовых месторождений ДГМЙ в рамках решения отраслевой проблемы совершенствования и разработки ноеых технологических процессов, горных машин, способов и средств охраны и поддержания Еыработок на глубоких угольных шахтах. Номера госрегисграции тем, выполненных по планам бывшего Минуглепрома УССР, следующие: 74064869, 75033045, 760І3237, 8I0I7657, 01820074223, 0I860I06604, 0I8800I2734, 01890025660, 0I9I00I4982.

Цель_абогы - разработка и внедрение новых и эффективных способов и средств охраны пластовых подготовительных выработок при отработке пологих угольных пластов в условиях шахт восточного региона Украинского Донбасса.

М55_Е^-Ї5 заключается в использовании повышенного отпора охранных конструкций и создании ео вмещающей толще локальных зон разгрузки для сохранения устойчивости пластовых выработок, подверяенных активному воздействие очистных работ.

Методы_исследования. Для достижения поставленной цели в работе использован комплексный метод исследования, Екдвчающий обобщение научных достижений и производственного опыта, аналитические исследования, математическое моделирование, лабораторные испытания и шахтные инструментальные наблюдения, статистическую обработку данных, системно-логический и технико-экон мический анализы, промышленные испытания и внедрение способов охраны выработок.

їїї2її_02ЇЕйН._Е52Е&І2Е5ЇЕНе_ї!1Е^о._^оі1ЕЇЕ2^е!і'

1. Впервые для условий тонких пологих пластов восточного
региона Украинского Донбасса установлена зависимость критерия
обрушаемости пород кровли в лавах от совокупного влияния мощ
ности и чередования породных слоев, коэффициента их крепости

и плотности природной трещиноватости. Величина его для трудно-обрушающихся и весьма труднообрушавщихся кровель изменяется соответственно в пределах 0,1-0,3 и 0,31-0,65; при этом по мере роста численного значения критерия шаг периодической осадки кровли увеличивается по парабалической зависимости. Установлено существенное влияние вага обрушаемости кровли на величину максимальной нагрузки, воспринимаемой возведенными у выработки охранными опорами.

1. При изменении скорости подЕйгания лавы е пределах 1,7-12,6 м/суг. е пластовой выработке, поддерживаемой в зоне временного опорного давления, установлена зависимость изменения скорости смещений ее породного контура от величины суточного ускорения подвигания лавы. Эта зависимость предопределяется . динамикой обрушений пород кроЕли е выработанном пространстве лавы.

2. Натурными наблюдениями установлен механизм восприятия давления оседающих пород возведенными у выработки охранными опорами ограниченной податливости при равномерной суточной скорости подвигания лавы, заключающийся в восприятии максимальной нагрузки на расстоянии 30-80 м от забоя лавы, дальше

юсле пика нагрузки происходит ее постепенное снижение в [,1-1,8 раза,и наступает стабилизация давления не охранные эпоры. Уровень уменьшения нагрузки на охранные опоры зависит зт характера и высоты обрушений пород кровли и расстояния от кромки угольного массива до места полного смыкания пород кровав и почвы в выработанном пространстве лавы.

4. Установлено косинусоидалькае распределение вдоль выра-5отки дополнительного давления пород труднообрушающейся кровли на возведенные охранные опоры; при этом величина такого давления (пригрузки) предопределяется мощностьв пород труднообрушающейся кровли и соотношением длины концевого участка лавы к шагу обрушения кровли. При шаге обрушения кровли более 20 м и соотношении 1,2 и более возведенные у выработки опоры испытывают повторное давление, величина которого на порядок неньше.

5. Экспериментально в натурных условиях установлено изменение частоты (плотности) трещин от горного давления в породах кровли пласта высотой до 2 м, примыкавших к выработке со стороны массива угля, заключающееся в экспоненциальном уменьшении числа трещин на І м на расстоянии до 14 м по напластованию от кромки массива; при этом частота трещин изменяется от 20 до 2.

6. При охране со стороны лавы пластовой выработки спаренными и разделенными разгрузочной полостью (просеком) целиками угля раскрыты особенности механизма их взаимодействия с вмещающими породами, заключающиеся в разрушении целика шириной 2-

к м, непосредственно примыкающего к выработке, и восприятии находящимся в запредельном состоянии углем давления оседающих пород кровли аналогично возведенной с предварительным распором искусственной бутовой полосе. Такой кеханизм взаимодействия существенно уменьшает в выработке величину вертикальных сближений пород кровли и почвы, при этом имеющийся рост горизонтальных смещений пород контура компенсируется крепью и полостями закрепного пространства.

7. Аналитически обосновано и экспериментально подтвер
ждено существенное влияние угла наклона отсечных скважин к
плоскости напластования вмещающей толщи на эффективность раз
упрочнения зарядами ВВ пород труднообрушающейся кровли: е
уменьшением угла наклона возрастает воздействие взрыва заря
дов на окружающие породы; максимальное воздействие взрыва дос-

тигается при расположении скгажинного заряда в плоскости напластования, в слое слабых пород и на удалении не более 0,5 м от контакта с прочным слоем.

ОбосноЕ^нность_и_достовеносгь_нау_чных положений_Л_внво-лоЕ_и_Екомендаций_подгвеждаются: представительным и достаточным объемом натурных измерений проявления горного давления апробированными методами в 70 лавах и 32 подготовительных выработках; замерами объема откольной воронки в устье 49 взорванных скважин передового торпедирования труднообрушающейся кровли; применением методов математического моделирования, механики сплошной среды и статистической обработки данных; удовлетворительной сходимостью прогнозируемых и фактических параметров (рассогласование до 30 %); результатами промышленных испытаний и внедрения способов охраны подготовительных выработок, подверженных влиянии очистных работ.

^0521-^⁶^^ заключается е более полном раскры тии особенностей и закономерностей протекания геомеханических процессов в подработанной толще при Еыемке угля лавами и наличии е кроЕле отрабатываемых пластов труднообрушасщихся и весьма труднообрушасщихся пород. Обоснован критерий количественной оценки обрушаемости пород кровли в лавах. Установлено влияние суточного ускорения подвигания лавы на интенсивность смещений пород контура пластоЕОй выработки, поддерживаемой в зоне време; ного опорного давления. Раскрыты особенности механизма елиякия периодических осадок труднообрушающейся кровли в лаве на формирование и изменение нагрузки, воспринимаемой возведенными вдолі выработки охранными конструкциями. Все эти особенности и закономерности сдвижений пород подработанной толщи необходимо учитывать при Быборе и обосновании расчетных схем для определения рациональных параметров охранных конструкций выработок, поддерживаемых в зоне активного воздействия очистных работ. Метод расчета сквахинных зарядов БВ позволяет прогнозировать уровень разупрочнения труднообрушасщихся слоев пород кровли при веденні очистных работ и охране выработок.

ЦеНЇЙ225_5їі51іеййе_Ее52ії_НН^в1і5її_?_Н?.5ї.55Яі Р^аз" работаны способы и методы инженерного расчета параметров охраны выработок со стороны лавы искусственными конструкциями (опорами) из сборного железобетона, спаренными податливыми целиками угля, при проведении выработок Еслед за лавой Еприсечку к

выработанному пространству; разработана технология разупрочнения структурно-неоднородной труднообрушающейся кровли взрыванием зарядов ЗВ в слоевых скважинах. Новизна способов, средств и технологий охраны выработок зищищена 13 авторскими свидель-ствами на изобретения,одним патентом.

Реализация_выводов_и_екомендаций_аботы^

Способ охраны пластовых выработок конструкциями из железобетонных блоков внедрен в 89 выработках 26 иахг 10 производственных объединений с экономическим эффектом 730,5 тыс.рублей (здесь и далее в ценах до 1985 г.). Охрана выработок спаренными податливыми целиками Енедрена в 7 выработках 2 шахт объединения "Ро-венькиантрацит" с экономическим эффектом 169,85 тыс.рублей, путем их проведения вприсечку к Еыработанному пространству вслед за лавой-на шахте "Красный партизан" объединения "Свердловантра-цит" (3 выработки) с экономическим эффектом 144,15 тыс.рублей.

Результаты работы включены в отраслевые нормативные документы бывшего Минуглепрома СССР: Прогрессивные паспорта крепления, охраны и поддержания подготовительных выработок при бес-целикогой технологии отработки угольных пластов.- Л.: ВНИМИ, 1985.- 112 с. (паспорт 12); Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках.- Л.: ВНИМИ, 1991.- 102 с. (С. 19. 59, 77).

Научные и прикладные результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов горного профиля.

АпОбация_аботы. Основные результаты работы обсуждались и получили одобрение на ежегодных научно-технических конференциях Донбасского горно-металлургического института (.'Алчевск,'. . 1975-1996), на технических советах объединений "Луганскуголь" (1932) и "Ровенькианграциг" (1985), на заседаниях секций горного давления и горных ударов ВНЙМЙ (Ленинград, 1987), горного давления ИГД им.А.А.Скочинского (Люберцы, 1988) и проектного института Луганскгипрошахт (Луганск, 1988).

Публикации. Научные и прикладные результаты диссертации опубликованы в 45 научных трудах, в том числе-13 авторских свидетельств на изобретения и один патент. Лично автором опубликовано 6 научных статей и один патент.

Стр_у_кту_р_а и объем диссетации. Диссертация включает введение, 5 разделов, заключение, список ссылок из 299 наименований;

содержит 75 иллюстраций, 43 таблицы.Общий ее объем 367 страниц.

Автор признателен и благодарен проф., доктору техн. наук М.П.Зборщику за постоянное внимание к работе и оказанную научно-прикладную консультативную помощь в процессе ее выполнения; сотрудникам лаборатории охраны и поддержания подготовительных выработок глубоких шахт ДГШ за помощь в выполнении шахтных исследований; работникам угольных шахт восточного региона Украинского Донбасса за содействие и помощь при внедрении результатов исследований; проф., доктору техн.наук Ф.Н.ВоскобовЕу за иетодическус и практическую помощь при проведении натурных наблюдений.