автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.04, диссертация на тему:Разработка методики прогноза устойчивости горных выработок при различных условиях их эксплуатации

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГОРНАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

. ОД

П : Мб

На правах рукописи

МЯКВНЬКИЙ Вячеслав Валентинович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ''11ГОГНОЗА УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

05.15.04.-" Шахтное и подземное стрсгггеяьство"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск

1996

Диссертация представлена в форме рукописи Работа выполнена в Государственной горной академии Украины

Научный руководитель ' докт.техн.наук, профессор 1

Шашенко Александр Николаевич

Официальные оппоненты

академик Академии горных наук Украины,

докт. техн. наук, профессор Усаченко Борис Миронович

директор шахты "Западнодонбасская" ПО "Павлоградо?голь",

канд. техн. наук • Халимендик Юрий Михайлович

Ведущее предприятие Днепропетровский государственный институт проектирования шахт (ДнепроГИПРОШАХТ)

Защита диссертации состоится " " 1995 г.

в на заседании специализированного совета ДОЗ.Об.ОЗл Госу

дарственной горной ^кадемин Украины (320027, г.Днепропетровск-27 Пр.Карла Маркса, 19).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферег разослан ./¿йУ 1996 г.

Ученый секретарь специализированного Совета,

доктор технических Наук / И .А. Садовснко

и',;ьмл:гхлглктнрпст11кл работы •

Л к 1 у л :.! ь н о.с г ь работы . Ухудшающееся с глубиной со-сп^ншс юриых иырабоюк п рост jaipar на ш подп.'^жанне свидетельств кч о нсеоозвсгсгвнн применяемых- крепей и способов обеспечения их v-Kiii'iiiuft-n iwp!K->-reaioni4ecKHv.-V'MoBiWM их -жсплуатации к характеру ри зшшя и протекания в горном массиве геомехаянческих иропесеок нги I оснин горных рабог. , • ' ' . ,

Существующие методы расчета крепей основаны, как правило, на использовапнн прочностных . характерна нк образцов, пород, отобранных при ведении геологоразведочных работ, » значений глубины заложения выработки.

Реальные горно-геологнческие условия проведения выработок в большинстве случаев отличаются от тех представлений, которые сложились на стадии разведки и на основе которых выполнено их проектирование. Это обстоятельство, в основном, отрицательно сказывается . на состоянии и рных выработок, что в период проведения н эксплуатации приводит к необходимости их ремонта или перекрепления.

В этой связи разработка методов прогнозирования устойчивости горных выработок на весь период их эксплуатации по результатам первоначальных наблюдении за смещением контура выработки является важной научной и практической задачей.

Исследования выполнены в рамках Я IIP Государственной горной академии Украины.

Ц с л ь ю р а б о т ы является разработка методики прогноза устойчивости крепи подготовительных выработок, расположенных вне зоны и в зоне влияния очистных работ дтя выбора параметров крепи и рационального их расположения.

Научная задача работы состоит в разработке и исследовании математических моделей процесса смещения копиров крепи подготовительных выработок, расположенных вне зоны и в зоне влияния очистных работ, как основь1 для прогноза их устойчивости, выбора параметров крепи и рационального их расположения.

Основная идея работы заключается в использовании первоначальных наблюдении за смещением точек контуров н закономерностей протекания геомеханическнх процессов вокруг подготовительных выработок для выбора, оценки, корректировки параметров крепей и рационального их расположения.

М етоды и с с л е д о в а н и й. Поставленная в диссертационной работе цель достигнута путем применения методов анализа и обобщения литературных данных по исследованию устойчивости горных выработок, аналитических исследований геомеханпчеекпх процессов сдвижения юрных пород, формирования ;он повышенного гарного давления (ПГД) и разгрузки, смещения крепи подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ. Аналитические исследования

выполнены с привлечением методов математической физики, математической статистики, теории ошибок.

Научные положения, защищаемые в диссертации: пр.и расположении горной выработки вне зоны влияния очистного пространства, смещения точек ее контура в первоначальный после его обнажения период п время их проявления являются комплексными показателями протекания геомеханичеекпх процессов в системе ■ "вмещающий массив-контур выработки" и несут полную информацию о величине максимального смещения, времени его возникновения, общей закономерности процесса смещения на весь срок эксплуатации выработки;

- процесс смещения контура выработки в зоне влияния очистных работ начинается впереди забоя лавы в зоне формирования повышенного горного давления и совпадает по времени с началом процесса сдвиже-нля горного массива; наиболее интенсивные смещения происходят позади забоя лавы и вызываются изменением знаков горизонтальных и вертикальных деформаций и перераспределением напряжении в горном массиве в период формирования зоны разгрузки;

- характер процесса смещения точек контура подготовительной выработки в зоне влияния очистных работ соответствует характеру процесса вертикальных сдвижении вмещающего горного массива, кривые смещения точек контуров выработок в зоне влияния лавы являются симметричными относительно точек перегиба, а их характер соответствует интегральной кривой Гаусса.

Обоснованность н достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректностью поставленных задач, использованием апробированных методов математической физики, математической статистики и теории ошибок; удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и натурных исследований; адекватностью разработанных математических моделей с уровнем значимости О,О'' и оценкой их точности по критерию Фишера с доверительной вероятностью 0,95; результатами промышленных проверок и испытаний разработанных методов прогноза на шахтах Западного Донбасса."

Научная новизна работы:

1. Установлены закономерности и получена аналитическая зависимость смещения точек контуров подготовительных выработок от времени, прошедшего с момента их обнажения. Полученные закономерности позволяют на основе измерений смещений контура в первоначальный период после его проведения прогнозировать динамику устойчивости выработки на весь период ее эксплуатации.

Т. На основе впервые установленного соответствия кривых смещений точек контуров подготовительных выработок в зоне влияния движущегося забоя лавы интегральной кривой Гаусса разработан .способ определения местоположения точки начала и точки окончания, а также

тппч { \-in.i п-киопчшо! <> пличная очиспюН выработки на смешения котуров.

л. Рпервые"'установлена закономерность влияния мементарно1Ч) |п'|).смп выработанного пространства на смещение точек кон л,-ров под-пчошпельной выработки. на основе чего разработана математическая модель пропита смешения точ к контуров выработок, расположенных в подрабатываемом л надрпблтываемом массиве горных пород, учитывающая пространственное расположение подготовительной и очистной вырабоюк. шубипу разработки, физико-механические свойства вмещающих пород, углы с;тп:':еиня, скорости подвигания забоя лавы и размеры очистной выработки.

4. Разработана обобщенная математическая модель процесса смещения точек контура подготовительной выработки, учитывающая смещения в первоначальный, после обнажения, период времени, смещения после подрывок поувы. а также техногенное влияние отработки лав, позволяющая оценивать динамику устойчивости выработки ча весь срок ее зкеплуаташш при различных техногенных воздействиях.

Практическое л н а ч е и и е работы:

1. Разработана инженерная методика прогноза смещении точек контуров выработки, расположенной вне зоны влияния очистных, работ, корректировки параметров ее крепи. Она основана на использовании данных экспериментальных наблюдений за смещениями точек •контура и времени их проявления в первоначальный посте обнажения контура период.

• 2. Установлена взаимосвязь процессов сдвижения горного массива. изменения его напряженно-деформированного состояния, смещения контуров и устойчивости крепи подготовительных выработок, на основе чего установлен механизм й закономерности изменения устойчивости их крепи в зоне влияния очистных, работ.

3.. Разработана ниже ерная методика прогноза смещений точек контура подготовительной выработки, попадающей в зону движущегося забоя лавы при ее подработке или надработке. что позволяет на стадии планирования горных работ выбирать рациональное месторасположение подготовительных выработок относительно очистных и, корректировать параметры их крепи. ■

Р е а л и з а ц ¡1 я работы. По результатам исследований разработана "Методика прогноза смещении и выбора параметров крепи подготовительных выработок'', принятая к использованию на шахтах ПО"Павлоградуголь". Методика внедрена на двух проходческих участках шахты Юбилейная 110'' II а в л о г р а цуг о л ь''.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на заседании научно-технического совета ПО''1Танлоградуголь" в 1995 года* н заседании тех-совета шахты Юбилейная, на заседаниях кафедры СШ и ПС ГГАУ (! 994, 1995. 1996 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследовании опубликовано пять печатных работ.

.Структура побьем р а о о т ы . Диссертация состоит из введения, пяти пыь и заключения, изложена на страница?: машинописного текста, содержит 26 рисунков, 7 таблиц, библиографический список и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ При сохранении существующих темпов добычи после 2000 года горные работы 70 шахт Донбасса достигнут глубины 1100-1350 ы. С увеличением глубины разработки, соответственно, будет наблюдаться ухудшение условий поддержания горных выработок, что связано с увс лнченнем нагрузок на крепь и осложнением горно-геологических условий, возростанием величин смещений пород в выработках в 2,5-3 раза.

При очистной вЫемке угольных пластов развиваются процессь деформирования и сдвижения горных пород, перераспределения па пряженного состояния с образованием зон повышенного опорного давления впереди забоя лавы и зон пониженного давления над и по? выработанным пространством лавы. В эти зоны попадают, подготовительные выработки, которые испытывают изменения напряженного состояния, что в значительной мере влияет на их устойчивость.

Существенный вклад в изучение геомеханнческих процессов горного массива и разработку методов, позволяющих повысить устойчивость выработок внесли С.Г.Авершин,А.Г.АкимовД.Ф.Амусин, С.А.Батугнн, П.В.Баклашев, Л.Ф.Булат, Л.Н.Булычев; Н.С.Булычев. М.А,Выгоднн,В.В.Внноградов,В.Т.Глушко, Н.М.Ершов, Ж.С.Ержанов. В.Н.Земисев, Н.М.Зоря, Ю.З.Заславский, М.П.Зборщик, А.Н.Зорнн, М.А.Пофис, Ю.М.Карташов, Е.А.Харгазия,А.М.Козел,В.Я.Кириченко Д А.Казаковстли\Н.В.Коротков.О.В.Колоколов,И.Г.Л псица Д.П.Максимов Д.Н.Медянцев,Р.Л.Муллер.Б.М.Усаченко Л Л.Парчевскнй.П.А. Турчанинов, В.И. Чер'яевД.Н.Шашенко и др.

Е трудах зтих авторов решены важные вопросы поведения вме щающего выработку массива. изменения его напряженно деформированного состояния, управления геомеханическнми процес сами в горном массиве, проведения, крепления и поддержания горных выработок при различных условиях их эксплуатации.

• Устойчивость выработок тесно зависит ст характера протекания геомеханических процессов во вмещающем породном массиве.

Для оценки устойчивости выработок разработаны критерии, кото рые различные авторы определяют по разному: по отношениям нагрузок на крепь к расчетному сопротивлению пород сжатию на контуре, по отношению величин смещений почвы-кровли и боков выработки, по отношению вертикальной л горизонтальной составляющих тензора напряжений вмещающего выработку массива, по отношению критического радиуса области пластических деформаций вокруг выработки к радиусу зоны ,<«\улр\тото расширения пород и т.д.

Сдн^ь;.'. в насг.кш.се гремя при оценке уаойчивостн принимается конечнс с •стояние выработок. т.е. не \ чптывается его изменение с момента <.'бил,кепит копира на весь период эксплуатации. Это- обстоятельство не поз»', .ляс г \ ег.п!. ыпь динамику устойчивости выработки -сроки иреомьинип в устойчивом состоянии, момент перехода в крпти- • ческое и время наступления запредельного состояния устой ..шостн.

Смещения контура вирабогки являются одним из основных параметров, х.фактери лтощич геомеханические процессы, протекающие в горном массиве, однако, в отличие от остальных, их можно регистрировать непосредственно в выработке бе? особых трудностей и затрат.

Потому. да оценки состояния выработки в различных горногеологических условиях эксплуатации целесообразно принять коэффициент устойчивости. определяющийся из отношения величины критического смешения, различного ,чдя каждого вида вмещающих выработку пород, к величине текущего смещения контура выработки.

Величина критического смешения определяется из аналитических выражении, полученных А.Н.Шашенко при решении задачи о потере устойчивости выработок с пучащей почвой. Величину текущего смещения можно получать в результате планомерных экспериментальных наблюдении за процессом смещения контура выработки, либо прогнозируя этот процесс по результатам, первоначальных наблюдений за ею смещением.

V* (1 + Су-л,У 1п I 1

К..,=---= Су (0.5----------------) . (1)

и,,, £/.., ;-1+€г-''4/-1 -

В этой связи разработка методики прогноза процесса смещений контура выработки на весь период ее эксплуатации для оценки ее устойчивости и оперативной корректировки параметров крепи, является актуальной задачей.

Исходя из анализа состояния вопроса и выполненных исследований в работе поставлены, и решены следующие основные задачи:

- обобщить результаты наблюдении за смещением контуров подготовительных выработок, не подверженных влиянию очистных работ;

- разработать методику прогноза смещений контуров подготовительных выработок, основанную на первоначальных, непосредственно после их обнажения, наблюдениях за протеканием геомеханических процессов в системе "вмещающий массив-обиажение-крепь'';

- на основе разработанной методики прогноза смешений контуров выработки предложить рекомендации по выбору и корректировке параметров крепи, соответствующей горно-геологическим условиям ее проведения; . '

- н-'следовагь геомехлннческне процессы в системе "вмещающий массив-обнажение-крень". уекшовитв закономерности смещения контура выработки в зоне влияния движущегося- забоя лавы:

и(<)-

разработать математические модели процессов смещения контуров подготовительных выработок, попадающих ь зону хехнсяенного влияния движущегося забоя очистной выработки.

На основе обобщения многочисленных шахтных экспериментальных исследований установлено, что процесс смещения контуров горных выработок носит временной характер и для первой, второй и третьей категории устойчивости пород является затухающим процессом.

С целью установления общего характера процесса смещения графики смещений трансформировались по отдельным парам реперов в единичные кривые. При статистической обработке полученных данных 'установлено, что уравнение смещения точек контура выработки, не подверженной влиянию очистных работ, в системе координат "время-смещение" можно представить как гиперболу общего вида. После определения параметров гиперболы в результате преобразований системы координат получено прогнозное уравнение процесса смещения точек контура выработки вне зоны влияния лавы.

Щ

г + • (2)

ще ит - максимальное смещение контура выработки, мм;

¿0 - время, за которое смещение контура достигает половины мак симального, сут.

В зависимости от требуемой точности прогнозных величин смещений предложено несколько способов их определения: - графический 'и аналитический способы прогноза смещений точек кок-тура по двум экспериментальным наблюдениям за смещениями в первоначальный период его существования, который используются для предварительной оценки параметров смещения;

■- статистический способ прогноза смещений точек контура выработки по серии наблюдений за смещением в первоначальный период, позволяющий прогнозировать с необходимой точностью состояние крепи в любой период времени на весь срок эксплуатации выработки.

В практике проведения подготовительных выработок в сложных горногеологнческих условиях возникают случаи, когда одновременно с проведением необходимо производить ее подрывку на некотором удалении от забоя. Установлено, что смещения точек контура выработки после подрывки почвы носят, как ив первоначальный период после его обнажения, гиперболический характер.

Для этих случаев разработана математическая модель процесса смещений точек контура выработки для прогноза смещений в любой момент времени., учитывающая смещения от подрывок почвы.

и - 11 ; ^.('-'П.) ] | '

0................... ('-'п,)+'оп» ' (3)

дс t-r.i- l'.jt - соответсшенно время, прошедшее от первоначального об нажения контура до первой И n-подрывки, сут.;

laiU'fois. - соответственно время, за которое смешения после первой . и n-подрывкп дсктигщт половины максимальных емеще ний от я их подрывок, сут. •.' f , ,

- Полеченное прогнозное уравнение позроляет для любого заданного, периода времени I определять величина смещений точек контуров^, фбмя перскреплення выработки, а также время достижения максимальг шх смешении контура выработки. '

■Выполненные исследования процесса смешения точек контуров . юдштовнтельных выработок и установленные закономерности его |рот екания позволяют утверждать, что смещения точек контура горной шработкп в первоначальный непосредственно после его обнажения ' териод и врем^.их проявления, являются комплексными показателями,' тротекання геомеханических процессов h системе "вмещающий массив- • хмажение-крепь"' и несут информацию о величине максимального. :ме,щення, времени его возникновения, общей закономерности процес-:а смешения на весь срок зкеплуатации выработки. :

IIa основе.разработанного статистического метода прогноза еме-цении точек контуров ы.! работе и предложена методика перспективной . оценки и выбора новой крепи, в случае ее несоответствия горногеологическим условиям проведения и эксплуатации.

Устойчивость подготовительных выработок находится в тесной ; кшисимости от геомеханических процессов, протекающих в сдви- • гающемся горном массиве при очистной выемке пластов.

Наиболее широкие комплексные исследования .геомеханических процессов и смешении крепи в зонах влияния отработки пластов при различных горногеологичских условиях были выполнены ПЛ.Парчевскнм. Л.Н.Зориным, В.С.Кулиничем, Б.М. Усаченко, В.Я. Кириченко, A.B. Шмпголем, Ю.М. Халимендиком на шахтах Западного Донбасса, К.В.Кошелепым в Донбассе. . Анализ выполненных исследований геомеханических процессов в массиве горных пород позволил установить следующее.

В процессе смешения контура выработки, попадающей в зону влияния движущегося забоя лапы, наблюдается три стадии:- стадия постепенного нарастания смешений;- стадия интенсивных смещений;-етадия постепенного затухания смещений:

• Рассматривая з целом процесс смещения контура Еыработкп, подверженной влиянию очистных работ, можно заключить, что качественно он соответствует характеру вертикальных сдвижений массива в сторону пласта. Начинаясь впереди забоя лавы в зоне формирования повышенного горного давления, наиболее интенсивное смещение контура наблюдается в период резкого уменьшения напряжений по нормали к пласту и увеличение 'напряжении в плоскости пласта. Заканчивается

- 1о~

смещение контура в период затухания процессов с.шнженпл пород. напряжений массива и всех гсомеланических процессов.

Для установления общего вида, качественной оценки и сопоставления экспериментальных кривых смещения контурных реперов, полученных в различных горно-геологических условиях, они трансформировались в единичные безразмерные кривые.

По результатам выполненной таким образом обработки числовых массивов получена безразмерная кривая смешении точек контура выработки.

Статистическая обработка полученных числовых массивов показывает, что трансформированные безразмерные кривые смещении точек контуров выработки в зоне влияния лавы являются симметричными относительно точки перегиба, а их вид удовлетворительно согласуется с интегральной кризой Гаусса. 1

Соответствие профиля динамической кривой смещения контура выработки интегральной функции Гаусса позволило применить гипотезу о единичном влиянии элементарного объема выработанного пространства для описания всего процесса поведения контура выработки в зоне влияния движущегося забоя лавы. Эта гипотеза основывается на известном в математической физике способе описания различных явлений с применением функции единичного влияния (источника).

В результате применения этой гипотезы разработаны математические модели процесса смещения точек контуров горных выработок, вызванного влиянием очистных работ: для плоской задачи

I/(*,*,/) - - а - ф[л(й - *)] } , (4)

для пространственной задачи

и(х,у,^) = 0,25им -с1-л-)]-ф[,Ц</-*)]} *

*{ф[лф2 + 5 (5)

где Ут- величина максимального смещения точки контура выработ ки, расположенной на горизонте Х02 .определяемая экспериментальным или расчетным путем, м;

. 5,013

а = ■ - постоянный параметр;

Ь - длина кривой смещения контура выработки (техногенного

влияния лавы),м; х,г - координаты контурной точки (репер) в сечении подготови тельной выработки, подверженной техногенному влиянию лавы, м; •

с1 - величина смещения точки перегиба кривой техногенного влия ния забоя лавы, м;

- я -

- расчетный размер очнсшои выработки, м:

Ф шбличная ин |С1.ралышя функция Гаусса;

V - скорость подлш ания забоя лавы, м/мес.;

I - момент времени, па ко горы и определяется смещение контурного репера, мес.

Модели справедливы для выработок, расположенных в плоскости разрабатываемого пласта, а также если они находятся в надрабаты-ваемом или подрабатываемом массиве. При этом, в отличие от известных моделей, в качестве основных исходных параметров в них входят длина зоны хехногенного влияния, углы сдвижения, длина лавы и скорость подвигания ее забоя, пространственное положение очистной выработки относительно рассматривав юго контура и фактор времени. Задача справедлива, когда подготовите гьная выработка пройдена до момента проведения разрезной печи и по ледующей отработки лавы.

Основными параметрами, оказывглощими влияние на процесс смещения подготовительных выработок, попадающих в зону влияния лавы, является вертикальный и горизонтальный размеры зоны .техногенного влияния очистной выработки.

В "Указаниях по рациональному расположению, охране н поддержанию горных выработок на шахтах СССР"(ВНИМИ,1985) приведены безопасные высоты подработки Ь бп и надработки Ь, бн (в нашем случае - расположения выработки),а также размеры охранных целиков, выше, ниже и дальше по пласту от которых обеспечивается сохранность крепи и устойчивость выработки при влиянии очистных работ.

Величины И бп , Лен и Ьд являются функциями горно-геологнческих факторов, глубины расположения выработки, расчетного сопротивления пород сжатию на контуре выработки, угла падения пород, обрушаемостн пород основной кровли и мощности разрабатываемого пласта. Примем эти величины в качестве основных линейных параметров, характеризующих размеры зоны, в пределах которой проведенные до начала очистных работ подготовительные выработки будут испытывать техногенное влияние очистных работ.

В результате обобщения и анализа принятых величин установлены качественно новые зависимости максимальных величин смещений контура выработки, расположенного на расстоянии Ъ от пласта и длины зоны техногенного влияния.

Ьп-ЯЯ

тг . т

£/„, = и.

Ьвп • ■ (6)

¡)£н-2

юг т Ын '

где Ьш- безопасные высоты, соответственно, подработки и иадра • ботки, выше и ниже которых обеспечивается устойчивость выработки'и сохранность крепи, м;

-12- . . .. . i:.- ■ L = 24 f z(2,C/g<? +ctg¥ - Ctgö0) +20. (8) '

где Lq - длина-зоны вредного воздействия опорного давления, м:

¿о - граничный угол, град.: У - угол полных сдвижений, гр>ад.;

2 - расстояние по нормали от почвы подготовительной выработки • до кровли очистной выработки при подработке н от кровли подго товительной до почвы очистной при надработке, м. Для различных условий эксплуатации выработкиразработана обобщенная математическая модель смещения контура горной выработки/учитывающая процессы формирования зоны неупругих деформаций в первоначальный период после обнажения контура, после подрывок почвы, техногенное влияние отработки смежных пав, время прове-. дения выработки и формирования данного ее котура относительно времени ¡отработки лавы.

0 ('"'пП'оП - (t-tunj+tonn

. + ^f- { фИЧ' -л.) - - х)\ - ${A{d - *)f *

... jф[л(vf,-,лп)-rf-Д+а)]--*)]) *

+ у-ь)}+-у+ь)]} , (9) где Х>У - координаты точки заданного котура, м; ^ а,Ь . координаты цетра разрезной печи, м;

- время, прошедшее от начала обнажения контура соот

__________ ветственно: до начала первой подрывки почвы в зоне

расположения контура; п -подрывки; проведения раз резной печи первой павы; я -лавы, сут.

Применение этой математической модели при планировании горных работ позволяет решать задачи, проектирования новых схем вскрытия и подготовки шахтных полей глубоких горизонтов, обеспе-чиваюне безремонтное поддержание подготовительных выработок за счет оптимизации пространственно-временных параметров ведения подготовительных работ относительно очистных.

На основе исследования вариантов схем расположения подготовительных выработок с использованием полученных зависнмостейуста-новлено, что безремонтное поддержание подготовительных выработок, проводимых в зон? влияния омипных работ обзспгчивастся путем вы-

-

бора такого времени и опережения забоем лавы забоя подготовительной выработки, чтобы суммарные смещения от действия всех влияющих факторов ^обнажения контура, подрывки почвы и влияния лавы.! не. превышали величины критического смещения для данного вида пород вмещающего массива.

• ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертацпи решена актуальная научная задача создания мате-, магических моделей и методов прогноза устойчивости крепи подготовительных- выработок, расположённых вне зоны и в зоне влияния очистных работ, для выбора параметров крепи и рационального расположения подготовительных выработок.

В процессе выполнения днссертац.лннон работы автором получены новые закономерности и соотношеь т,-открывающие особенности протекания геомеханических процессов ь торном массиве вокруг подготовительной выработай, в том числе. * зоне влияния движущегося забоя лавы.

1. На основе обобщения экспериментальных кривых смещений точек контуров подготовительных горных выработок вне зоны влияния очистных работ, пройденных в породах первой, второй и третей категории устойчивости, установлен гиперболический характер смещения контура выработки во времени. Установлено, ^то смещения точек контура выработки н время их проявления в первоначальный, после 'обнажения контура период, являются комплексным показателем протекания геомеханнческих процессов в системе "вмещающий массив-обнажение-крепь" и несут полную информацию о закономерности смещения контура на весь период эксплуатации выработки, величине максимального смещения и времени его возникновения.

2. Разработан статистический метод прогноза смещений точек контура выработки по серии наблюдений в первоначальный, после его обнажения, период,-позволяющий прогнозировать с необходимой точностью состояние крепи в любой момент времени на весь срок эксплуатации выработки, а в случае ее несоответствия горно-геологическим условиям оперативно принимать решение о замене крепи или изменении ее параметров.

3. На основе исследовании устойчивости выработок в зоне влияния очистных работ, выполненных на шахтах Донбасса и Западного Донбасса, установлено, что начало смещений контура отмечается впереди забоя лавы в зоне формирования повышенного горного давления. Наиболее интенсивное смещение контура вызывается резким изменением деформаций и напряжений в массиве в период формирования зоны разгрузки и сдвижения массива в сторону вынутого пласта. Точки начала и окончания смещений контура выработки надежно определяются по величине максимального смещения и максимального наклона кривой смещения в точке ее перегиба.

4. Установлено, что смещения точек контуров подготовительной выработки в основном зависят от характера протекания геомеханнче-

crux процессов сдвижения, изменения напряженно-деформированного состояния пород в зоне движущегося забоя лавы. Характер кривых смещений точек контуров выработки соответствует характеру вертикальных сдвижении горного массива: а вид кривой смещения соответствует интегральной кривой Гаусса. На-основе этого, доказана возможность применения гипотезы о единичном влиянии элементарного объема вынутого пространства для математического описания процесса смещения коптуров подрабатываемых и надрабатываемых выработок.

5. Разработаны математические модели процесса смещения точек контуров горных выработок, вызванного влиянием очистных работ. В качестве основных исходных параметров при этом входят длина лавы и скорость подвигания ее забоя, пространственное положение очистной выработки относительно рассматриваемого контура и фактор времени.

6. Размеры зоны техногенного влияния очистной выработки на подготовительную зависят от глубины расположения выработки, угла падения пластов, коэффициента обрушаемости пород междупластья н расчетного сопротивления сжатию пород на контуре выработки.

7. Разработана обобщенная математическая модель, учитывающая смещения точек контура подготовительной выработки в первоначальный, после обнажения, период времени, смещения после подрывок почвы. а также техногенное влияние отработки лав. Применение ее позволяет выбирать место расположения выработок и время их проведения относительно пространственного положения и времени формирования очистной выработки для обеспечения их безремонтного поддержания.

Предложенные инженерно-технические решения прошли апробацию на шахте "Юбилейная" ПО "Павлоградуголь".

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Мякенький В.В. Прогноз смещений контуров горных вырабо-ток//Днепроп. горн.ин-т.-Днепропетровск.1992.-1 lc.-Деп. в УкрИНТЭН 25.05.92J\ai 324-У к92.

2. Мякенький В.В., Мякенькая Е.В. Исследование геомеханических процессов и устойчивости выработок в зоне влияния очистных работ: Тез.докладов 3 научн.-техн. конф.-ДГГУ.-Донецк, 1995.-С.75.

3. Мякенький В.И..Мякенький В.В.,Мякенькая Е.В. О реализации новых положении в теории сдвижения земной поверхности: Тездокладов 3 научн.-техн. конф.-ДГГУ .-Донецк,] 995.-С.88.

4. Шашенко А.Н., Мякенький В.В. О смещении контуров горных выработок в зоне влияния очистных работ / Гос. горн, академия Укранны.-Днепропетровск, 1995.-6с.-Деп.в ГНТБ Украины 25.04.95,№950-Ук95.

5. Шашенко А.Н., Мякенький В.В. Об основных параметрах, характеризующих процесс влияния очистных работ на устойчивость подготовительных выработок /Гос. горн, академия Украины.; Днепропетровск, 5995.-5с.-Деп.в ГНТБ Украины ! 3.04.95,№884-Ук95.

-ts-

B опубликованных работах личный вклад соискателя' заключается в следующем: . •

¡1.2.3] - постановка-, решение задачи и анализ полученных зависимо

стен:

[4.5| - решение задачи и анализ полученных зависимостей.

RESUME

V.V.Myakenky. Work out of methods of the prognosis development workings stability ander different conditions of their eksploitation.

The theses for the degre candidate T technical scienceon Speciality 05.15.04."Mining and underground cor., ruction", The State Mining University of Ukraine, Dnepropetrovsk, 19;. i.

The theses has devoted to development с the mathematical models anci methods of related to prognosis of the development work stability, which situated at the longwall work influence zones and out of them. These methods may be used for choosing of the yield timbering parameters and for their rational spase placement under influence of the moving coal walls.

The result of investigations has been published in five articles.

The result of the work has been experimentaiy tested at a number of coal mines.

АНОТАЦ1Я■

Мякенький B.B. Розробка методисн прогнозу етшкосп пщготовчн.х в »робок у р ¡зних умовах ix екшлузтацм.

Дисерташя на здобуггя паукового ступеню кандидата техшчних наук по спещальносп 05.15.04.-шахтне та пщзгмне буд1вншптю, Державна прнича академи У крайни, Дншропетровськ,1996 р.

Розроблеш математичш модел! та методаi прогнозу стшкосгп nizixo-товчих виробок, розмицених поза i у зон! вплнву очпсннх рооп для ви-бору napaMeipiii кртлення та рашонзльного просторового ix роз-Miiuenim вщкосно рухающнхся заосмв впаивающих лав.

Результат дпелщжень опублшоваш в пятьох статгях.

Здшснет экспер1ментальна перев1рка та промнслове впровадження результата робот на ряд! вупльнпх пщприсмств Захщного Докбаеу.

Kiii040Bi слова: втрата стшкосп, зона непружних деформащй, зона техногенного вплнву ■>4HcHoi виробкн, процес змицення контуру п1дго-TQB4oi выробкп.

Мякенький Вячеслав Валентинович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗА УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

/Автореферат/

Подписано в печать^^^г. Формат 60x84/1б. Бум.таи. №3 Офс.печ.Уеп.печл.1,7.Уч.-издл. 1,7 Тираж 100 экз. Заказ № «ШБезплатно.

Ротапринт ГГА Украины, 320027, Днепропетровск. np.K-Mapixa.19