автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Геомеханические основы управления вывалоопасными кровлями в очистных забоях

£ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГОРНАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

§

»

ГРЯДУЩИЙ Юрий Борисович

УДК 622. 231:284.54

ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЫВАЛООПАСНЫМИ КРОВЛЯМИ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ

Специальность 05.15.02 - "Разработка месторождений полезных

ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ДНЕПРОПЕТРОВСК -1997

Диссертация является рукописью Работа выполнена в Государственной холдинговой компании по добыче угля "Макеевуголь" Минуглепрома Украины

Научный консультант:

Лауреат Государственной премии Украины

в области науки VI техники, до;стор технических наук,

профессор Назишо В.В.

Официальные оппоненты:

Академик АИН Украины и МАНЗБ, доктор технических

наук, профессор Колоколов О.В

Академик АГН Украины, доктор технических наук,

профессор Сапицкий К.Ф.

доктор технических наук, профессор Садовенко И./

Ведущее предприятие - Донецкий научно-исследовательский угольный институт ДонУГИ

Защита диссертации состоится -3/Ь" ЫЬОкЯ1997 г. в 7 о час. на заседании специализированного совета Д 03.03.02. при Государственно»' горной академии Украины по адресу: 320027 Днепропетрозск, пр.К.Маркса,19

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГГАУ

Аатореферат разослан 1997 г

Ученый секретарь специализированного с

кандидат технических наук, доцент

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Текущее состояние безопасности горных работ свидетельствует об особо острой проблеме проявления горного давления с точки зрения вывалов неустойчивой кровли . Доля обрушений кровли составляет в общем числе аварий по шахтам Украины 30%. На шахтах западных промышленно развитых стран эта цифра достигает 48-56% . Около 60% от всех обрушений с 1974 по 1993 год (всего 872 случая) зафиксировано в очистных забоях. Средний коэффициент смертности при обрушениях составляет 0,8. Ежегодно происходит около 40 завалов, более половины которых происходят з очистных забоях или на сопряжениях с выемочными выработками. В подавляющем числе случаев аварий обрушаются слабые породы непосредственной или ложной кровли с коэффициентом крепости 1,5-4. Средние размеры куполов вывалов составляют 1-6м. а их ширина 1,8-7,2м. Объем вывалившихся пород составляет 1,2-24м3. Толщина слоя разрыхленных пород находится в пределах 1,3-6,9м.

Производительность в очистных забоях, где происходят вывалы кровли падает на 35-85% в зависимости от их интенсивности. Типичная ситуация когда лава простаивает 1-2 недели по причине масштабного вывала кровли и проведению специальных работ по его ликвидации. В результате недополученная добыча по причине вывалов кровли в очистных забоях составляет от 10 до 40%, что на средней шахте соответствует 100000-300000 тонн угля в год.

Наконец увеличение зольности сверх планового уровня из-за попадания пустых пород во время вызалоа кровли состазляет 1,8-5%. Такое снижение качества добываемого угля равноценно потери прибыли по средней шахте 300000-1000000 гривен о год

Таким образом проблема управления вывалоопасными кровлями в очистных угольных забоях является весьма актуальной.

Связь темы диссертации с планом основных научно-исследовательских работ. Исследования изложенные в данной диссертации были начаты в Московском горном институте (номер госрегистрации отчета 01890004712 "Разработка требований по выбору способов управления состоянием массива пород кровли в выемочных выработках на весь срок их службы".-М.: МГИ, 1991) и продолжены автором при практической деятельности на шахтах объединения, а затем ГХК Макеевуголь

Целью работы является разработка геомеханических основ управления

вывалами непосредственной кровли с учетом периодических ее обрушений на основе установления общих закономерностей данного процесса и создания его модели.

Идея работы состоит в покомпонентном учете распределения факторов динамической и статической составляющей горного давления и оценке их удельного влияния в технологии управления кровлей в очистном забое.

Методы исследований в данной работе использованы метод инструментальных наблюдений за смещениями кровли и толщи горного массива, а также давлением обрушающихся пород на почву отработанного пласта, измерение объемов вывалов, методы математической статистики и гармонического анализа для обработки результатов наблюдений, физическое моделирование процесса обрушения на эквивалентных материалах, математическое моделирование процессов перераспределения напряжений и разрушений в кровле очистного забоя с помощью метода конечных элементов, теория размерностей, термодинамика необратимых процессов.

Основные научные положения и их новизна:

1. Формирование динамической составляющей горного давления может осуществляться не только за счет основной кровли, но и за счет любого другого породного слоя кровли. При этом динамическая компонента увеличивается с ростом прочности и мощности породного слоя, слагающего кровлю м обратно пропорциональна расстоянию от его центра тяжести до обнажения очистного забоя.

2. Строгая периодичность обрушения нарушается преждевременным обрушением породных слоев из-за их предварительной нарушенности или за счет задержки обрушзния при олирании зависших слоез на обрушенные породы. Регулярная периодика обрушения и сдвижения кровли нарушается также изменчивостью прочностных свойств породных слоеа и их местоположения относительно обнажения непосредственной кровли. На основании установленное закономерности предложена зависимость для расчета средневзвешенной прочность кровли, учитывающая прочность, мощность слоев и их местоположение относительно обнажения непосредственной кровли.

3. Особенность механизма разрушения вмещающих лризабойно: пространство пород состоит в эволюционировании попеременных скачков в почве I кровле. При этом скачек разрушений в почве инициирует очередной этап развитие разрушений в кровле и наоборот, что обуславливает обратную положительнун

взаимосвязь между процессами разрушении пород в кровга и почве движущегося очистного забоя.

Создание горизонтального подпора крозли в сторону груди забоя на уровне не более 64% от вертикальней компоненты прерывает неблагоприятную положительную обратную связь между процессами разрушения в почве и кровле и может предохранить крозлга от разрушений над неподкрепленным пространством.

Дзнное решение язляется теоретическим обоснованием для разработки нозой технологии крепления слабых кровель, обеспечивающей их устойчивость в сложных условиях глубоких шахт.

4. Разработанный новый количественный критерий устойчивости кровли в очистном забое еогрзстает с увеличением средневзвешенной прочности крозли, долговечности слагающих ее пород и обобщенного показателя отпора крепи и уменьшается с ростом статической и динамической компонент опорного давления, Еынимаемой моа1ности пласта и времени обнажения кровли. Данный критерий согласуется качественно с известными классификациями устойчивости крозли и уточняет их в количественном отношении. Это уяэличивает достоверность оценки устойчивости крозли, что повышает безопасность горных работ в целом и надежность работы очистного оборудования, в частности.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением массовых шахтных инструментальных наблюдений за периодическими проявлениями горного дазления в процессе движения очистного забоя независимыми и взаимодополняющими методами измерений и анализа, а именно: за опусканиями кровли и параметрами ее еызалоз в условиях шахты им. Баженова; анализом изменчивости нагрузки на крепь очистного забоя (шахта Emerald); измерением с помощью глубинных репероз нормальных к напластованию деформаций толщи, примыкающей сбоку к выработанному пространству лавы по мере ее удаления от наблюдательной станции (шахта им. Калинина, гор. 820м); измерением вертикальных сдвижений массиза на уровне непосредственной почвы пласта спереди движущейся лазы (шахта им. Поченкова, гор. 915м); измерением скорости конвергенции на контура полевых выработок, на которые надвигалась действующая лава (шахта им. Бажанова, гор. 1100м); измерением изменчивости горизонтальных габаритов сечения полевого штрека, испытавшего косвенную надработку проходящей мимо лавы (шахта им. Калинина, гор. 893м); измерением давления обрушающейся толщи на почву отработанного

пласта по мере удаления лавы от наблюдательной станции (шахта им. Абакумова, гор. 590м); применением современного метода анализа периодических проявлений горного давления на основе спектрального гармонического анализа; совпадением результатов исследований роли горизонтальной компоненты отпора крепи при применении независимых современных методов численного и физического моделирования.

Научное значение работы заключается в установлении закономерности вывалов кровли в очистном забое, заключающейся в том, что вклад в формирование вывала вносят все слои кровли пропорционально их прочности и мощности и обратно пропорционально расстоянию от их центров тяжести до обнажения очистного забоя и разработке на этой основе количественного критерия устойчивости кровли, послужившем теоретической основой для разработки системы геомеханической оценки ее устойчивости и новых принципов ее повышения.

Практическое значение работы заключается в разработанной системе геомеханической оценки устойчивости кровли в очистном забое и ее широком

применении на шахтах Донбасса с помощью пакета специально разработанных

(

программ; в разработке способов повышения устойчивости кровли на основе применения горизонтального подпора слоео трещиноватой кровли наклонным!' стойками механизированной очистной крепи, применения бутовых полос у сопряжения с выемочной выработкой, выбора оптимальных параметров сопротивления крепей в зависимости от характера периодического проявлена горного давления при обрушении слоев кровли.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Система геомеханическоС оценки широко применяется на шахтах Украинского Донбасса при прогнозе выоалообразований в лавах и выборе и обосновании мероприятий по И) предотвращению.

Мероприятия по повышению устойчивостью крозпи в сложных условия) реализованы на глубоких шахтах Донецко-Макеевского угледобывающего района: I ним относятся выбор крепей с-оптимальным сопротивлением о зависимости о' строения кровли, что позволило управлять обрушением критических дги устойчивости кровли породных слоев; перераспределением комплексов п< выемочным участкам, при котором применение крепей с наклоном стоек в -торон; Фуди забоя и возможности передвижки с остаточным отпором планируется н; участках с вывалоопасными кровлями; исполвзованием бутовых полос дл:

повышения устойчивости кровель на сопряжении лаз с выемочными выработками за счет создания горизонтального подпора со стороны выработанного пространства. Применение данных мероприятий дало возможность обеспечить устойчивую работу лав на шахтопластах, склонных к вывалам непосредственной кровли. Дополнительная прибыль от реализации угля заданного качества с таких участков составила по шахтам Донецко-Макеевского угледобывающего района .2,86 млн. гривен в год.

Результаты исследований вошли в учебное пособие по управлению состоянием массива горных пород и применяются в учебном процессе.

Апробаций работы. Основные результаты работы обсуждались и получили одобрение на: международной научной конференции Ground Control in Mining. Proc. 15,h int. Conf. Golden, Colorado, 1996 (Управление состоянием массива горных пород, Голден, Колорадо, США, 1996); Юбилейной научно-практической конференции выпускников горных специальностей ДонГТУ (Донецк, 1996); Международной конференции Эффективная и безопасная подземная добыча угля на базе современных достижений геомеханики (Санкт-Петербург, Россия 1996), Международной научной конференции "Неделя горняка-97" (Россия, Москва, 1997); технических совещаниях МУП Украины и России, объединений "Макеевуголь", "Донецкуголь"; в институте ДонГИПРОшахт.

-, Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 5 самостоятельных и авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 разделов и заключения, содержит 66 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 175 наименований и 3 приложения. Объем работы 244 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Научному обоснованию способов управления кровлей в очистных забоях посвящено множество исследовательских работ отечественной и зарубежных школ, фундаментальное развитие рассматриваемые проблемы получили s МГИ (Черняк П Л.). ЛГИ (Борисов A.A.), ДонУГИ (Давидянц В Т., Заславский Ю.З. ). Дальнейшее расширение исследования получили в таких школах, как ГГАУ (Колоколов О.В., Садовенко А.И., Кияшко И.А.), ДонГТУ, (Сапицкий К.Ф.) ДонбГМИ, НИМИ (Кузнецов Т.Н., Глушихин А.И., Шклярский Ф.Э, Орлов А А. ), И1 Д (Коровкин Ю.А.). ИГТМ HAH

Украины (Зорин А.Н.). Проблемами управления кровлей в угольных очистных забоях занимаются ученые Сибири и Кузбасса, Караганды и Грузии. Большое внимание проблемам управления кровлей в настоящее время уделяется в США о связи с расширением применения длинных очистных забоев. Традиционно интенсивно указанной проблемой занимаются ученые Германии и Англии, а в последние несколько десятилетий Китая, Австралии и Канады.

Несмотря на достигнутые успехи проблема вывалов неустойчивой непосредственной кровли остается решенной неудовлетворительно. Последние десятилетие этой проблемой занимаются в России в МГГУ и СпбГГУ. При этом московские ученью существенно продвинулись на пути изучения периодических проявлений горного дазления, возникающих в связи с обрушением отдельных слоев кровли при движении очистного забоя.

Периодический характер изменения напряженно-деформированного состояния массива естественно должен накладывать отпечаток и на устойчивость пород кровли. Однако исследователи, сделавшие прорыв в понимании периодических процессов при обрушении кровель угольных пластов, упрощенно трактуют механизм рассматриваемого процесса. Как следствие, предлагаемые мероприятия по повышению устойчивости кровли основаны на механическом переносе геомеханической периодики на технологические параметры мероприятий, которые предлагается выполнять в строгой регулярности в пространстве. Практика очистных работ однако не подтвердила их эффективность и обоснованность.

Очезидно, что проблема повышения устойчивости кровли определяется критерием ее устойчивости. Однако, при наличии большого многообразия большинство таких критериев игнорируют периодичность обрушений кровли. С другой стороны, критерии, учитывающие периодические процессы трактуют их слишком прямолинейно и упрощенно, Отметим, что подавляющее большинство исследований проводилось в местах, непосредственно примыкающих к очистному забою. Такой подход ограничивает возможность понимания рассматриваемого явления. Все это не позволяет разработать эффективную технологию повышения устойчивости вывалоопасных кровель.

В связи с этим целью диссертационной работы является разработка геомеханических основ управления вывалами непосредственной кровли с учетом периодических ее обрушений на основе установления общих закономерностей данного процесса и создания его модели.

Исходя из прозеденного анализа необходимо решить следующие задачи:

• изучить параметры периодичности проявления горного давления как в окрестности очистного забоя, так и за его пределами и установить их значимость для устойчивости кровли;

• исследовать слияние периодичности проявлений горного даэления на напряженно-деформирозанноэ состояние в окрестности очистного забоя и на вероятность вывалообразоезния;

• определить новый критерий устойчивости кровли в очистном забое;

• разработать методику оценки вероятности еызалообразований непосредственной краали в очистных забоях;

• разработать технологии управления устойчивостью еывалоопзсных кровель в очистных забоях.

Изучение пзраметрдз периодичности протзлания горного деления как в окрестности очистного забоя, так и за его пределами проеодилось с помощью шахтных инструментальных наблюдений. Автор прозел самостоятельные измерения опусканий кровли, местоположения и объемов вызолов вдоль очистных забоев по мере их подвигания, измерения конвергенции на контуре примыкающих к очистному забою и удаленных от него выработок при накате лавы и параллельном ее движений' относительно экспериментальных выработок. Кроме того были дополнительно обработаны и проанализированы под углом зрения периодичности проявления горного давления результаты шахтных наблюдений других авторов: мониторинга дззления в стойках механизированной очистной крепи, давления обрушающихся пород о выработанном пространстве, деформации толщи массива при косвенной и прямой его надработке. Автор использовал метод гармонического анализа результатов шахтных инструментальных измерений, с помощью которого выделены характерные периоды проявления горного давления. Эти периоды были связаны со структурой кровель в месте проведения экспериментов и выявлена количественно доля участия каждого из слоев в формировании динамической компоненте горного давления. Разложение периодической зависимости проявления горного давления осуществлялось на основе формулы:

А = А0 + ± ^ 08(^2-+^)

' = » О)

А- амплитуда опускания или вывала; Ао-средняя величина; А^-доля величины, вызванная ¡-тым слоем кровли; х-подвигание очистного забоя, м;

Т - пространственный период изменения опускания или объемов вывалов под влиянием обрушения 1-того слоя кровли, м; Рг сдвиг амплитуды ¡-той гармоники по фазе, рад.;

После этого периоды проявлений сопоставлялись с конкретными слоями кровли в очередности: чем меньший период проявления, тем ближе слой к пласту.

На рис. 1 приэедены результаты экспериментальных исследований периодичности проявления горного давления в центральной разгрузочной лаве шахты им. Баженова. В ходе эксперимента производился мониторинг опусканий непосредственной кровли и обмеры высоты и размеров вывалов кровли по мере подвигания лавы. В результате разложения кривых опусканий кровли на гармонические составляющие и сопоставления параметров этих составляющих со стартиграфической колонкой пород кровли в месте эксперимента установлена причинно-следственная связь между мощностью а также прочностью отдельных слоев и шагом периодических проявлений горного давления. Установлено, что динамическую составляющую опорного давления в условиях пласта т3 формируют 4 образующихся слоя пород кровли. Шаги их обрушения равны 7,4-9,3 м. 12,0-17,5 м, 23,7-35,0 м и 32,7-76,4 м. При этом в суммарное опускание кровли доля вклада основной кровли составляет 22-86%, а в формирование вывалов - 35-81%.

Установлено также, что изменчивость прочностных свойств и мощности породных слоев кровли существенно влияет на нарушение периодичности обрушения слоев кровли, например под воздействием первого породного слоя кровли вывалы в центральной разгрузочной лавы шахты им. Бажанооа происходили через 7,9-9.2м при положении лавы на пикете 30 конвейерного штрека, однако и> период

Изменение периодических проявлении горного давления на секции # 23 при подвигании

Подвигание, м Рис. 1

уменьшился до 5,8-8.3м на пикете 44 е силу изменчивости прочностных свойств пород кровли.

На рис 2 показан пример анализа приращений давления в стойках механизированной крепи на шахте Emerald. Проведенный анализ показал, что максимальные темпы пригрузки механизированной крепи связаны с обрушением непосредственной кровли с шагом 5м и с наложением обрушения второго слоя кровли с шагом 16,7м с обрушением непосредственного слоя. Именно эти два периодических события яаляются наиболее опасными с точки зрения надежности работы крепи. Шаг обрушения непосредственной кровли, разный 5м, яаляотся ее естественным шагом обрушения. В случае, когда непосредственная кровля обрушается с шагом меньшим 5м. пиковая нагрузка и j крепь станооится меньшей. Это естественно, поскольку при меньшем шаге обрушения имеет место и меньшая масса обрушающихся пород Причиной обрушения непосредственной кровли с уменьшенным шагом может быть только одна: в результате динамического обрушения вышележащих слоев в непосредственной кровле зарождаются трещины и сколы предварительного разрушения впереди очистного забоя. Эти трещины нарушают естественный период обрушения непосредственной кровли.

Повышенный шаг обрушения непосредственной кровли (более 5м) саязан с тем, что в выработанном пространстве формируются разуплотненные блохи . обрушенных пород, которые стесняют опускание слоев и таким образом i-держивают их обрушение. Вышеуказанные факторы яаляются одними из ряда причин, нарушающих строгую периодичность проявления динамической компоненты горного давления.

Tar-ш образом на основании спектрального анализа выделены шаги периодического обрушения слоев кровли при движении очистного забоя. Установлено, что наиболее опасными обрушениями являются обрушения непосредственной кровли с естественным шагом 5м и наложение обрушений второго слоя кровли и непосредственного слоя.

Вторым важным выводом является обнаружение главного вклада в динзмичаскую составляющую горного давления слоев непосредственной кровли, ближайших к пласту. В других условиях (например шахты им. Бажанова) таковым слоем была основная кровля. Решающее значение в этом вопросе играют не только структурное строение слоев кроэли, но и свойства составляющих их пород и, в

Приращение давления в стойках крепи по мере подвигания лавы

20 25 30 35 40 45 50

Подвигание, м

Изменение величины нагрузки в зависимости от шага ее проявления

«

«

о е

$ 9

* о

01———----т-

0 1С 20 30 40 50

Шаг проявления нагрузки, м Рис. 2

частности, прочность. В общем случае зклад породного слоя в динамическую составляющую горного давления тем больше, чем больше его мощность, прочность слагающих пород и чем ближе слой расположен к обнажению очистного- забоя. Установленная особенность была ислользоаанэ при разработке критерия устойчивости кровли.

На шахте мм. Калинина было зарегистрировано периодическое изменение конвергенции на контуре удаленного на 40м полевого штрека при прохождении вдоль его оси смежной лавы на глубине около 900м (рис.3). Спектральный анализ показал, что в этом случае значимое влияние на периодичность изменения конвергенции оказывала только ссновнзя кровля, обрушающаяся с шагом примерно равным 50м. Из этого вытекает, что динамические составляющие горного давления от слоев непосредственной кровли играют значимую роль только в непосредственной близости от очистного забоя. На расстоянии более 40м от очистного они рассеиваются. Этот факт был подтвержден и анализом эксперимента за сдвижением толщи впереди движущегося очистного забоя при надработке полевой сбойки в условиях шахты им. Поченкова.

Данный вывод был еще раз подтвержден по результатам анализа прироста давления обрушенных пород в выработанном пространстве в условиях шахты им. Абакумова. Это означает, что на устойчивость непосредственной кровли в очистном забое может оказать решающее влияние динамическая составляющая горного давления от любого из слоев кровли включая основную. Вклад в динамическую компоненту конвергенции в удаленной полевой или групповой выработке или в синхронно работающем на смежном пласте очистном забое оказывает только основная кровля рассматриваемого очистного забоя.

Влияние периодичности проявлений горного давления на напряженно-деформированное состояние в окрестности очистного забоя и на вероятность вывалообразования изучалось с помощью математического и физического моделирования.

С помощью математического моделирования на основе применения нелинейной процедуры метода конечных элементов была установлена закономерность развития зоны разрушений в окрестности очистного забоя (рис. 4). Установлено, что разрушение непосредственных кровпи и почвы взаимосЕ 1зано и происходит скачкообразно, что видно по перемещению границ зон запредельного

Изменение деформаций сечения полевого штрека по его длине после влияния смежной лавы

?

ш £ X

Вертикал ьн ый размер, м

-о - Горизонт, размер, м

550

650

750

850

Длина выработки, м

Рис.3

X

Расперделение зон запредельного состояния в окрестности очистного

забоя при схеме крепления

традиционной с созданием горизонтального подпора

""1 -.......г 1 .....1 1 этап | 2 этап | 3 этап | з :)

N ^ ^ N. ^ ^

.н / 1 / ; * ' / / ■У

Рис. 4.

состояния. При этом существует положительная обратная связь, когда рост зоны разрушений в почве инициирует скачек разрушений в кровле и наоборот. Установлена благоприятная роль горизонтальной компоненты подпора кровли в очистном забое. Приложение активного горизонтального подпора уменьшает размер зоны разрушений в кровле и снижает вероятность ее вывапа.

Термодинамический анализ дал теоретическое объяснение такому эффекту. При отсутствии горизонтального подпора в кровле накапливается необратимая поврежденность. Наиболее беспрепятственное накопление происходит за счет горизонтальных деформаций разуплотнения во время циклической нагрузки-разгрузки кровли по мере передвижения крепи. Положительный зффект реализуется за счет одерживающего дейстзия горизонтального подпора и создания активного трения между блоками кровли по вертикальным берегам трещин (рис. 5,а)

Физическое моделирование с помощью эквивалентных материалов показало, что положительный эффект геризснтгльного подпора кровли сохраняется лишь до критической величины. Целесообразно горизонтальный подпор создавать на уровне нэ более 0,3 от уровня вертикального отпора крепи (рис. 5,6). Технологически это можно достигать наклоном шдрсстоех крепи на угол не более 30°.

Прозеденные экспериментальные исследования позволили определить новый критерий устойчивости кровли а очистном забое, который количественно уточняет известные (Заславского Ю З. и др.).

здесь Я представляет собой средневзвешенную прочность пород кровли. Автором предложено впервые учитывать при определении устойчивости кровли очистной выработки прочность всех составляющих ее слоев. При этом заимствован подход Чугая М.И. для подготовительной выработки, который предложил учитывать не только прочность и мощность породных слоев, но и положение этого слоя относительно породного обнажения (рис.6):

Г

К

1г.(7,)

Р

(2)

ъ.!у,

Уменьшение энтропии непосредственной кровли при увеличении горизонтальной составляющей отпора крепи

О 0.2 0.4 0.6 0.8 I

Отношение горизонтальной компонент!»' отпора крепи к вертикальной

Зависимость эффективного отпора от безразмерной компоненты горизонтального подпора

Безразмерная компонента горизонтального подпора, Ь

Рис. 5

К расчету средневзвешенной прочности

кровли

Рис. 6

где /?, -прочность ¡-го слоя в массиве, с учетом трещиноватости, МПа; К - его мощность, м;

У! - расстояние от центра слоя до обнажения кровли, м (рис.6);

При этом в отличие от подхода Чугая М И. автором диссертации предложена учитывать угольный пласт и непосредственную почзу с соответствующими мощностями и прочностями:

вынимаемая мощность пласта и мощность непосредственной почвы, м; Я,, Ял - соответствующие прочности угля и пород почвы, МПа.

Те .долговечность пород кровли при их длительном обнажении, Р - отпор крепи.

Устойчивость кровли снижается при воздей;твии следующих основных факторов: уровня горного давления к}Н, где к • коэффициент концзнтрацни опорного давления, у - объемный вес пород, Н - глубина разработки. Устойчиэость кровли также снижается обратно пропорционально времени ее обнажения (о-Яо, Ьо - прочность и мощность основной кровли; У0 - расстояние от ее центра до обнажения в очистном забое; А. =0,0017- эмпирический коэффициент.

Величина Р имеет комплексный характер, определяемый соотношением горизонтальной и вертикальной составляющей отпора крепи РЛ и Ру, а также относительной величиной максимального отставания козырька крепи от груди • очистного забоя. Эта величина определяется как соотношение:

Р= Р/ Р," М0п+М (4)

где Ру - вертикальная компонента отпора крепи, МПа; Р, - эффективность отпора крепи, которая определяется по рис. (5,6); /„ . максимальное расстояние от передней стойки крепи до груди забоя, м; /т-максимальное отставание конца перекрытия крепи от груди забоя, м.

В сущности критерий представляет собою величину, которая обратно пропорциональна вероятности вывалообразования. В конечном итоге был разработан критерий устойчивости кровли очистного забоя, учитывающий все основные определяющие факторы.

Данный критерий был заложен в методику оценки вывалоустойчивости кровли в очистном забое, которая была реализована на пакете специально разработанных для ЭВМ программ.

Пакет состоит из набора программ, взаимодополняющих друг друга по мере ввода и обработки новых данных (рис. 7). Данные программы включают в себя:

• - подготовку исходных данных;

• - расчет средневзвешенной прочности кровли;

• - расчет горного давления для данной горнотехнической ситуации;

• - моделирование перераспределения горного давления впереди лавы по мере ее подвигания с формированием файла напряжений, образующихся впереди движущегося очистного забоя;

• - расчет критерия вывалоустойчивости кровли в очистном забое.

Принцип работы пакета программ заключается в следующем: вначале вводятся данные ло геологии толщи горных пород, взятые из структурных колонок скважин в районе рассматриваемого участка. При этом осуществляется приведение прочности в каждой точке по зависимости (3). Затем производится интерполяция прочностей горных пород по узлам вводимой расчетной схемы, соответствующей рассматриваемой горнотехнической ситуации. Следующим этапом работы программы является модуль расчета горного давления и распределения напряжений для исходной горнотехнической ситуации.

Это означает, что перед детальным расчетом перераспределения напряжений в окрестности движущейся лавы компьютер моделирует в хронологической последовательности перераспределение горного давления от развития очистных работ, предшествовавших отработке данной лавы, включая работы в' смежных пластах.

Основным звеном пакета является моделирование поэтапного подвигания конкретной лавы и расчет горного давления для каждой полученной ситуации. Причем, чем чаще будут вводиться подвигания. тем точнее будет рассчитано горное давление и горно-геологическая ситуация впереди движущейся лавы. При расчете учитываются основные необратимые процессы, происходящие в толще горных пород при очистной выемке: релаксация, ползучесть, отжим горных пород, взаимовлияние выработанных пространств.

На следующем этапе специальный алгоритм выбирает напряжения по кромке движущегося очистного забоя и формирует обобщенный файл напряжений впереди рассматриваемой лавы. Этот этап вычислений яЁляется наиболее трудоемким, однако за счет полной автоматизации реализована максимальная экономия времени

СИСТЕМА ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ВЫВАЛОУСГОЙЧИВОСТИ КРОВЛИ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ

ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

РАСЧЕТ СРЕДНЕВЗВЕШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ КРОВЛИ

ПАКЕТ ПРОГРАММ ДЛЯ РАСЧЕТА ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ВПЕРЕДИ ЛАВЫ ПО МЕРЕ ЕЁ ПОДВИГАНИЯ. ФОРМИРОВАНИЕ ФАЙЛА НАПРЯЖЕНИЙ ВПЕРЕДИ ДВИЖУЩЕГОСЯ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ

ВЫЧИСЛЕНИЕ КРИТЕРИЯ УСТОЙЧИВОСТИ

Распределение средиевавешенной прочности

рЩя

Подоигамне "

лавы, м 08 Длина ЛЭ8

Распределен» >е горного давления

Сводное распределение напряжений впереди лавы

Подвиганиэ лавы - д,11иа „,аи Распределение критерия усюйчииоои

Рис.7, Блок-схема пакета компьютерных программ геомеханической оценки вывалоустойчивости кровли

расчета. Например, при расчете и анализе участка (выемочного столба) длиной 1000м с длиной лавы 200м время расчета составило 45 минут на РС АТ-4В6 при шаге подвигания 50м.

Окончательный критерий устойчивости определяется как отношение средневзвешенной прочности пород к напряжениям впереди движущегося очистного забоя с учетом остальных факторов, приведенных в формуле (2).

Исходя из проведенных шахтных инструментальных исследований и их анализа, а также результатов численного и физического моделирования, анализа известных направлений обеспечения устойчивости непосредственной кровли о эчистном забое и на основе разработанного автором диссертации критерия устойчивости, были определены и научно обоснованы следующие принципы обеспечения устойчивости непосредственной кровли очистных забоев.

На рис. 8 приведена разработанная автором классификация принципов. Принципы и отдельные мероприятия, в которые автор сделал личный вклад, выделены двойными прямоугольными границами.

В основу классификации поставлена система компьютерной оптимизации зазработки угольного месторождения, составной частью которой является разработанная автором подсистема геомеханической оценки устойчивости кровли очистного забоя.

Важность такой подсистемы трудно переоценить, ибо с одной стороны, чем зольше набор технических и технологических средств повышения устойчивости (ровли в очистном забое, тем труднее подобрать их оптимальное сочетание в саждом конкретном случае. С другой стороны , такая система может быть зазработана и успешно функционировать на современных персональных ссмпьютерах класса ОХ486 и эыше. Повторим, что лишь имея аффективный !оличественный критерий устойчивости кровли и компьютерную систему еомеханической оценки этой устойчивости, можно успешно подобрать и реализовать а реальных условиях работы современной шахты мероприятия по збеспечению устойчивости непосредственной кровли очистного забоя.

Сами принципы обеспечения устойчивости кровли в очистном забое могут 5ыть разделены на следующие большие группы: управление региональным, токальным состоянием горного массива, совершенствование крепей и технологии срепления и совершенствование технологии разработки и планировки горных работ з

цепом (см. второй уровень классификации на рис. 8). Хотя крепи и являюта составной частью технологии, они выделены отдельной позицией исходя из и: исключительной важности для устойчивости кровли.

В качестве региональной разгрузки используется известная над- и подработк; углевмещающей толщи.

Несмотря на то, что в классификации, изображенной на рис. 8 , собраны ка все известные технологии повышения устойчивости кровли в очистном забое, так i разработанные автором лично, отметим, что все они согласуются с разработанные в данной работе количественным критерием устойчивости.' Это на наш взгля/ свидетельствует об высокой эффективности и универсальности данного критерия.

Так. над- и подработка угольного плагта с неустойчивой кровлей снижае' уровень напряжений в его окрестности, что должно повысить устойчивосп непосредственной кровли, так как уровень напряжений стоит в знаменателе формулы (2) Однако, с другой стороны региональная разгрузка приводит t увеличению трещиноватости вмещающих пород и кровли в том числе, чт( ослабляет их. Этот факт учитывается прочностями пород в числителе формулы Другими словами, сама региональная разгрузка еще не гарантирует повышени; устойчивости кровли.

Все зависит от конкретных условий проведения разгрузки и должж рассматриваться со всеми исходными горно-геологическими и горнотехническим! данными. В общем случае при прочих равных условиях ясно, что надработк; предпочтительней при проведении региональной разгрузки с. целью повышена устойчивости кровли в очистных забоях планируемых лав. Однако, можно выбрат! такие параметры разгрузки, при которых эффект будет положительным даже пр: подработке толщи.

По-видимому осушение также может быть полезным мероприятием дл: обеспечения устойчивости кровли в очистном забое, так как оно повышав прочность пород и внутреннее трение в горном массиве.

Региональная дегазация типа гидроразрыва или гидрорасчленения толщ; также может повысить устойчивость кровли в следствие региональной разгрузи толщи и повышении прочности пород в результате десорбции газа. Надо полагать что региональная гидрообработка пласта, осуществляемая прежде всего для en дегазации и снижения выбросоопасности, попутно вносит положительный вклад i повышение устойчивости слабых пород непосредственной кровли.

этметить, что почти асе основные элементы паспорта крепления очистного забоя иогут быть прямо или косвенно учтены разработанным критерием

Одна из эффективных групп мероприятий повышения устойчивости кровли а эчистном забое связана с рациональной планировкой горных работ во времени и трсстранстве. Для таких мероприятий, как выбор направления движения лавы относительно главных компонент напряжений, или вообще оптимального эзаиморасположения очистных забоев в собственном или на смежных пластах как правило нет необходимости тратить дополнительные средства. С другой стороны, зффект от этих мероприятий часто бывает неизмеримо выше, чем от остальных тпиталоемких мероприятий. Вышеупомянутые технологии прямо определяют гаэффициент концентрации горного давления 8 окрестности очистного забоя. Поэтому этот коэффициент в явном виде учтен в формуле (2) В диссертации рассмотрен на примере шахты Южно-Донбасская №1 выбор и обоснование рациональной планировки горных работ на собственном или на смежных пластах. С /четом сложного изменчивого строения пласта Си дан достоверный прогноз устойчивости кровли при отработке 22 восточной лавы. В процессе отработки указанной лавы прогноз полностью подтверждается.

Таким образом, разработанная классификация принципов обеспечения устойчивости кровли в очистном забое охватывает все основные возможные технические и технологические мероприятия. Принципиально важно, что для эбоснованного выбора рационального комплекса этих мероприятий разработана геомеханическая система оценки устойчивости кроали на базе предложенного и обоснованного автором критерия устойчивости.

Практическое использование результатов исследований охватывает как применение отдельных разработанных технологий, так и применение изаестных мероприятий с геомеханической оценкой эффективности этих мероприятий с учетом конкретных условий. Геомеханическая оценка устойчивости кровли применяется широко на шахтах Донецко-Макеевского и Западно-Донбасского угленосных районоз. Эта конфетная разработка, являющаяся одним из основных результатов цанной научной работы применяется как самостоятельно на многих шахтах, так и а комплексе мероприятий по повышению устойчивости кровли в очистных забоях. Так в объединении Макеевуголь принято решение об обязательном проведении геомеханической экспертизе проектируемой к вводу лавы по устойчивости кровли. На основании такой экспертизы определяется набор мероприятий по обеспечению

устойчивости кровли и, как составляющая комплекса мероприятий определяете! целесообразность применения того или иного типа крепи. В частности, в ряде случаев отказались от применения механизированной крепи вообще зарезервировав комплексы для более подходящих горно-геологических условий.

Основным направлением при выборе мехкрелей для управлени; вьшапоопасными кровлями являются в порядке убывания важности следующие наличие наклона гидростоек в сторону груди очистного забоя; минимальное врем; передвижки и минимальное отставание козырька крепи от груди забоя; возможность осуществления передвижки с остаточным подпором кровли, максимальные коэффициент затяжки кровли; достаточная несущая способность. Очень важно npv этом, чтобы наклон стоек в сторону забоя и возможность передвижки с остаточные подпором сочеталась в одном и том же типе крепи. Иначе преимущества отдельны) вышеуказанных факторов могут просто потеряться. Так например отсутстеиб наклона стоек в крепи 1МТ нейтрализует другой положительный фактор (возможность передвижки с остаточным подпором кровли), так как вывал кровле может произойти при неподвижной крепи.

С другой стороны эти пробелы могут быть успешно нейтрализованы путем опережающего химического анкерования кровли (см. классификацию на рис. 8) Другим эффективным методом предотвращения вывалов кровли является широкое применение бутовых полос на сопряжении выемочных выработок с лааами. Kai nJK-азал гармонический анализ в разделе 2 такие полосы стесняют процесс сдвижения кровли, создают горизонтальный подпор в сторону груди очистного забо? и таким образом снижают вероятность ее вывала Повторим, что в каждое конкретнг 1 случае набор мероприятий и тип крепи определяется индивидуально на основе геомеханического анализа устойчивости кровли данного очистного забоя с применением разработанного пакета программ . Такая стратегия дает возможность объединению Макеевуголь рационально использовать имеющиеся средства е сложных современных экономических условиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена актуальная научно-прикладная проблема управлени; вывалоопасными кровлями на основе покомпонентного учета фактороЕ динамической и статической составляющей горного давления в технологически)

операциях управления кровлей очистного. забоя, что позволяет увеличить

!

>ффективность очистной выемки угля на 10-12%, снизить на 40-60% площадь ¡ывалов кровли, повысить безопасность очистных работ и улучшить качества уаы

Основные научные и практические результаты работы заключаются в :ледующем:

1. На основе шахтных инструментальных наблюдений экспериментально остановлено, что формирование динамической составляющей горного давления в юродах непосредственной кровли в непосредственной близости к очистному забою ложет происходить как за счет зависания и обрушения основной кровли, так и 5лагодаря зависанию и обрушению любых слоев непосредственной кровли. Все )пределяется мощностью слоя, его прочностью и положением относительно )бнажения кровли.

2. Чем дальше рассматриваемая точка от движущейся лавы, тем большее ¡атухание динамических компонент горного давления от зависания и обрушения юродных слоев непосредственной кровли. На расстоянии 40м и более от лавы )аспространяетсл заметное влияние динамической компоненты горного давления олько от зависания и обрушения основной кровли. Динамические компоненты орного давления от остальных слоев кровли рассеиваются в выработанном 1ространстве.

3. Впервые установлено, что строгая периодичность обрушения нарушается ¡а счет преждевременного обрушения породных слоев из-за их предварительной (арушенности или за счет задержки обрушения по причине опирания зависших тюев на обрушенные породы. Регулярная периодика обрушения и сдвижения ровли нарушается также изменчивостью прочностных свойств породных слоев и их лестоположения относительно обнажения непосредственной кровли.

4. Численным моделированием с помощью метода конечных элементов 'стансвлена особенность механизма разрушения вмещающих призабойноа 1ространстзо пород. Разрушение эволюционирует в виде попеременных скачков а ючве и кровле. После зарождения зон запредельного состояния в кровле и почве |роисходят чередующиеся скачки разрушений. При этом скачек разрушений в почве !нициирует очередной этап развития разрушений в кровле и наоборот. Таким >бразом впервые установлена обратная положительная взаимосвязь между :роцессами разрушения пород в кровле и почве движущегося очистного забоя.

5. Впервые путем математического и физического моделирования показано, 1то создание горизонтального подпора кровли в сторону груди забоя на уровне не

более 64% от вертикальной компоненты прерывает неблагоприятную положительную обратную связь между процессами разрушения в почве и кровле и может предохранить кровлю от разрушений над неподкрепленным пространством.

Данное решение является теоретическим обоснованием для разработки новой технологии крепления слабых кровель, обеспечивающей их устойчивость в сложных условиях глубоких шахт. Конструктивно это может быть решено за счет целенаправленного наклона гидростоек крепи в сторону груди забоя, сохранением остаточного отпора крепи при ее передвижке. При этом угол наклона не должен превышать 32,5° Однако даже при углах 20-25° будет иметь значительный положительный эффект с точки зрения устойчивости кровли.

6. Разработан и научно обоснован новый количественный критерий устойчивости кровли в очистном забое, величина которого возрастает с увеличением средневзвешенной прочности кровли, долговечности слагающих ее пород и обобщенного показателя отпора крепи и уменьшается с ростом статической и динамической компонент опорного давления, вынимаемой мощности пласта и времени обнажения кровли. Данный критерий согласуется качественно с известными классификациями устойчивости кровли и уточняет их в количественном отношении Это увеличивает достоверность оценки устойчивости кровли, что повышает безопасность горных работ в целом и надежность работы очистного оборудования, в частности.

> 7. Обобщены известные в виде классификации и разработаны новые принципы обеспечения устойчивости кровли а очистном забое. Принципиально важно, что для обоснованного выбора рационального комплекса этих мероприятий разработ'на геомеханическая система оценки устойчивости кровли на базе предложенного и обоснованного автором критерия устойчивости

8. Система геомеханической оценки устойчивости кровли в очистных забоях прошла успешную промышленную проверку на шахтах промышленных объединений Макеевуголь и Донецкуголь и широко применяется в настоящее время на шахтах Украинского Донбасса включая Западный Донбасс. Применение системы дало возможность обеспечить эффективную отработку угольных пластов в сложных горно-геологических условиях, повысить безопасность очистных работ и улучшить качество добываемого угля за счет снижения вывалов кровли.

9. Разработан на уровне изобретения' (а.с. 1276821) способ разгрузки-упрочнения вмещающих пород путем гидроразрыва с последующим нагнетанием

вяжущей смолы в образовавшиеся полости. Способ может эффективно применяться для управления устойчивостью кровли для предотвращения ее вывалов на сопряжениях с выемочной подготовительной выработкой.

10. На основании проведенных исследований предложены и научно обоснованы мероприятия по повышению устойчивостью кровли в сложных условиях глубоких шахт Донецко-Макеевского угледобывающего района, к ним относятся выбор крепей с оптимальным сопротивлением а зависимости от строения кровпи, что позволило управлять обрушением критических для устойчивости кровли породных слоев; перераспределением комплексов по выемочным участкам, при котором применение крепей с наклоном стоек в сторону груди забоя с возможностью передвижки с остаточным подпором ппанируется на участках с вывалоопасными кровлями; использованием бутовых полос для повышения устойчивости кровель на сопряжении лав с выемочными выработками за счет создания горизонтального подпора со стороны выработанного пространства. Применение данных мероприятий дало возможность обеспечить устойчивую работу лаа на шахтопластах, склонных к вывалам непосредственной кровли. Дополнительная прибыпь от реализации угля заданного качества с таких участков составила по шахтам Донецко-Макеевского угледобывающего района 2,86 млн. гривен в год.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих источниках:

1. Грядущий Ю.Б. Анализ периодического проявления горного давления по нагрузке на очистную крепь// Известия Горного Института. Донецк:ДУНГО-ДонГТУ. 1996. Вып. 1(3).- С. 24-27.

2. Чехместренко Н. В., Грядущий Ю.Б. Изменчивость опусканий кровли по длине очистных забоев на шахте им. Бажанова//Уголь Украины -1991,-12, с.11-13.

3. Грядущий Ю.Б., Трунов Л.Ф., Зборщик МП, Назимко В.В. Повышение устойчивости подготавливающих выработок, поддерживаемых в обрушенных и уплотненных породах зон разгрузки/ Уголь Украины, 1, 1991, с. 13-15.

4. Зборщик МП., Грядущий Ю.Б., Назимко В.В. Определение устойчивости непосредственной кровли в очистных забоях. - В кн.: Геомеханическая оценка и обеспечение устойчивости кровель в очистных забоях. -. Донецк, ЦНТБИ. 1997. С. 16-24.

5. Грядущий Ю.Б., Изменчивость проявления горного давления за пределами

3.1

движущейся лавы.- В кн : Геомеханическая оценка и обеспечение устойчивости кровель в очистных забоях Донецк, ЦНТБИ. 1997. С. 3-5.

6 Грядущий Ю Б Влияние процесса обрушения толщи на уплотнение пород вслед за лавой // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. Макеевка: Труды МакНИИ, 1995. С 140-144.

7. Грядущий Ю.Б.. Назимко В В., Математическое моделирование взаимодействия механизированной крепи с неустойчивой кровлей. - В кн.: Геомеханическая оценка и обеспечение устойчивости кровель в очистных забоях..-. Донецк, ЦНТБИ. 1997. С.-6-12.

6 Назимко В. В.. Вишневецкий В. В., Грядущий Ю.Б., Бугара М.И. Критерий устойчивости пород кровли в очистном зэбое//уголь /краины.-1996, 8, с.20-22.

9. СССР 1502842 (М. Кл E21D13/02) Способ охраны выработки от впияния очистных работ //Зборщик М.П., Грядущий Ю.Б., Назимко В.В.- Опубл. 23.08.89 в БИ 31. 1989

10. Грядущий Ю.Б. Система геомеханической оценки вывалоустойчивости кровли в очистных забоях - В кн.: Геомеханическая оценка и обеспечение устойчивости кровель в очистных забоях..-. Донецк, ЦНТБИ. 1997. С. - 12-15.

11. Бугара М.И, Грядущий Ю.Б. Назимко ВВ., Прогноз устойчивости непосредственной кровли о сложных горногеологических условиях // Уголь Украины.-1997. Na 4.-С. 15-17.

12 Синергетические модели зональных дезинтеграционных явлений/ А. Д. Алексеев, Л.С. Метлов, Ю.Б. Грядущий.- Эффективная и безопасная подземная добыча угля на базе современных достижений геомеханики/ Труды международной конференции - СПб.: НИМИ, 1996. С. 35-38.

13. Грядущий Ю.Б. Изменчивость вывалов пород кровли по длине очистного забоя в условиях пласта тз шахты им. В.М.Бажанова//Проблемы экологически чистой автоматизированной шахты глубокого заложения,- М.: МГИ, 1991. -С.51-53.

14.Чернях И.Л., Чехместренко Н.В., Грядущий Ю.Б. Влияние сопротивления крепи на устойчивость кровли угольного пласта в очистном забое// Горный журнал (Известия Вузов). -1992.-Na1.-C.22-26

15. Периодические проявления горного давления при разработке угольных месторождений// И.Л. Черняк, Н.В. Чехместренко, Ю.Б. Грядущий и др. - М.: МГИ, 1992.-С.32-35.

16.Gryadushtchy Ury В., Nazimko Victor V., Grayson Larry R. Underground Movement of

Rock Mass and Stress Distribution due to Multiple Mining//Ground Control in Mining

Proc. 15th int. Conf. Golden, Colorado, 1996. Pp. 613-623

Личный вклад автора в публикации по теме диссертации состоит в следующем В статье 2 автором проведен гармонический анализ и сделаны основные выводы; в статье 3 разработана технология упрочнения пород и проанализированы результаты шахтных инструментальных наблюдений; в публикации 7 проведен анализ результатов математического моделирования и сделаны основные выводы исследований; в статье 8 обоснована структура критерия устойчивости кровли и предложены основные влияющие факторы в изобретении 9 предложены существенные отличительные признаки и дано их обоснование; в статьях 10 и 14 обоснована связь сопротивления крепи с устойчивостью кровли при периодическом обрушении ее слоев; в учебном пособии 15 обоснован вклад в динамическую составляющую горного давления отдельных обрушающихся слоев кровли; в докладе и статье 16 сделан анализ знакопеременной деформации толщи при ее косвенной надработке, выполнен анализ физического моделирования, в статье 12 дано теоретическое обоснование способа охраны выработок, защищенных авторским свидетельством (см. позицию 10).

АННОТАЦИЯ

ГРЯДУЩИЙ Ю. Б. Геомеханмн! основи керування покр'1влей в очисних вибоях.

Дисертац1я на здобуття аченого ступеня доктора техшчних наук за спецальмстю 05.15.02 - "Розробка родовищ корисних копалин", Донецький Державний технмн ий уншерситет, 1997р.

Захища?ться дисертацмна робота, у ямй подано р|'шення актуально? науково-технмно? проблеми забезпечення спйкостт покржл) в очисному вибо?, що ма? велике значения для над1йно? роботи вупльно7 шахти.

В робол на пщстав! власних експерименлв та анал1зу опублжованих даних зстановлен! законом^носп перюдичного зсування порщ навколо очисного вибою та на певнм вщстаж вщ нього. Показано, що сутт?вий внесок в динам1чну компоненту прничого тиску вклада-, один чи деюлька породних шарш, що залежить на т!льки в1д

?х М1ЦН0СТ1 та потужносл, але й В[д положения шару вщносно вупльного пласта.

Запропонований кюьмсний критер1й стжкосп noKpieni, який збшьшу^ться ; ростом середньозважено? мщносп порщ, довговнносп та отпору крапления зменшу?ться з ростом прничого тиску, динамшного вкладу зрушень nopifl, потужносп пласта та перюду оголення покртт. Критерий ¡нкорпорований у систем; геомехан1чно? оцжки (тпйкосп noKpieni в очисному вибою. Ця система широк! використову?ться у практиц! роботи вупльних шахт Донбасу.

Розороблена класиф|кац!я способа забезпечення CTinKOCTi noKpisni i очисному вибо?. Основн1 рекомендац1? та способи шдвищення cTinKocri noxpior пройшли промислову апробацю i використовуються на шахтах.

Ключов! слова: стммстъ noKpiani очисного вибою, критер/й crmocri, способ! забезпечення сгпйкостк

SUMMARY

Gryadushtchy U.B. Roof stability in a longwall face. Doctor dissertation on speciality 05.15.02. "Mining engineering", Donetsk State Technic« University, 1997.

Periodical caving of roof has been investigated. It has been demonstrated that thi periodical caving deteriorates roof stability dramatically. Rate of the impact dspends nc only on the strength of the rock and its thickness but upon distance of this rock relatival the coal seam as well.

New criterion of stability has been introduced. Its value increases as the strength durability and support resistance grow. To the contrary, the value drops if groun pressure, dynamic pressure and period of roof exposure increase. The criterion has beei incorporated into system of geomechanical assessment of the roof stability. Ne\ technologies were developed to enhance the roof stability. The system and thi technologies have been widely introduced into practice of coal longwall extraction ii Donbass region.

Key words:

longwall face roof stability, criterion of ths stability, technology of the stabilit enhancement.