автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Геомеханическое обоснование параметров технологических схем выемки пологих угольных пластов в трещиноватых породах

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГОРНАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

На правах рукописи ПРИХОЦЬКО Вара Влад^лировна

УДК 622.831 ! 622.264.6

ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ .ВЫЕМКИ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В ТРЕЩШОВАТЫХ ПОРОДАХ

05.15.02 - "Подъемная разраоотка месторокдений полезных ископаемых",

Г15..15.11 -«"Физические процессы горного" • производства"

А В Т 'О Р Е Ф Р.А Т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических яаук

Днепропетровск 1995

Диссертацией является рукопись.-

Работа выполнена л Государственной горной академии Украины.

Научные руководители : доктор технический наук, профессор

Новикова Людмила Васильевна,

с

доктор технических наук, профессор, академик АГН Украины Пономаранко Павел Иванович.

Официальное оппоненты : доктор Технических паук,

старший научный сотрудник Колесников Владимир Григорьевич,

и

кандидат технических наук 1. Халимендик Юрий Михайлович.

Ведущая оргаш ;эция : производственное объединение

"Красноармейскуголь".

ю.

Защита состоится "_"___199$ года " „

в _ час. на заседании специализированного совета Д оь.оэ.

при Государственной горной академии Украины.

Адрес : эгооа?, г. Днепропетровск, тф. К. Маркса, 19,

Государственная горная академия Укра

С диссертацией мэжно ознакомиться ,д библиотека академид Автореферат раа<&лан "_" 1995 года.

Учений секретарь специализированного совета,. р

кандидат технических наук, Ыр ии,с< < ¿/В.В. Харченко д^онт ■ - «•> а У

ощля; ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность 'работа, Научно-технический прогресс в!угольной промышленности связан с фундаментальными иселеди^ниями и поиском новых решений приклвдких задач по созданию эфГектившх технологий разработки месторождений. Необходимость таких исследований усиливается тенденцией к снгакен'-то пАззатэлей очистных работ, главны™ объективными причинами которой являются рост напряженного состояния массива,■вовлечение в разработку участков месторождений со сложными горно-геологическши условиями.

Известные в геомеханлке подхода, как правило, основываются на решении плоских задач теории упругости, пластичности и ползучести о нг^ря^енно-деформкровзнном состоянии ( НДС ) пород вокруг статически неизменного контура выработок в однородной изотропгэй ¿реде. В то же время наиб^чьиая интен-"сивность проявлений горного давления в выработках наблюдается в моменты активного изменения напряженного состояния породного массива й1.тазй Движущегося забоя. При этом решающими факторами являютця изменение геометрии призабойной части массива и выработанного пространства, взаимовлияние очистного забоя и подготовительных наработок. Следовательно, В'пола зрения исследователей должна находиться область нэоднородно-' го породного массива, ¡напряженное состояние которого существенно трехмерно, ! 1 ¡' ■

В районах Во^точнйго Донбасса положение осложняете^ еще и ' трещиноватостью вмещающих пород. В результате одинаковые выработки,, пройдеиные в разных направле 1ях, опадают различной устойчивостью, одна■и та!ке техника оказывается более или менее эффективной 6 зависимости от направления подвига-ния заГря сгносительно глйенству^'ей системы' трещин. "Ьто говорит о необходимости учета структуры массива при исследа-вании развития горного давлешя. Специфика горно-геологических условий шахт Донбасса1 заключается также в.том, что в процессе отработки полгачго угольного пласта в мощной основной кровле образуются консоли значительной длины, обрушениг которых на больяюй площади чревато тяжелыми последствиями. " Поэтому для обеспечения безопасности горных рьбот и их интенсификации необходимо согласовывать параметры технологической схемы, сйстемн разработки и способа управления »кров-

лей с геомохашшой конкретной обласгл массива с учотом ого структуры.

Tami образом, разработка эффект;'.нш:х методик прогнозирования проявлений горного давления ь? условиях трепщнозатшс углеачэцащкх.пород, ка^ основы для расчета технологических

параметров. представляет собой актуальную 'задачу. Решению ее посвящена диссертационная работа.

Выполненные исследования лвляшч я составной частью работа "Создашга научных ослов конструирования технологических схем выемки угля в условиях трещиноватых осадочных пород", прошдагиейся Днепропетровским горня;. .институтом в соответствии о приказом Минвуза Украяш и 71 от 21.03.91 года.

Цель р о б о т и - геомзха.'П1Ч1?с1;оо обоснованно параметров технологических схем выешь и пологого угольного пласта в условиях трещиноватых вмгцлкВ.нх пород и способа управления крирляй, обдспечивмещ устойчивость, очистной выработки н безаварийную рьооту механизированная кропи.

!! д < я работы заключается в учете изменения НДС пород, валвГ8?вдх г-ькронл"; пласта, ч процессе подвигания забоя, а также их гнизотрэпай, дбусл>№НВОЙ трещиноватостью.

К.й-У ч н н r ч о л о к е н и я, вы н с: с и м н е н а защиту.

1. Закономерности деформирования пооодного мясскьа, ос-

с *

лаблекного системной трещиноватостын с: одной системой треста, адекватно описываются моделью трапсвпрспльно изотропной средн. Степень ослаблонности характеризуется ког"№ипиен--том структурного ослабления, который представляет собой отношение максимальных смещении на" контуре выработки в внизот-. pormofi и изотропной средах. ' •»

2. Иаттрдапия и перемещения пород в окрестности очист-/ HoriP забоя, близкие к реальным, по. ./чаются путем решения пространственной задачи для'неоднородной области массива в окрестности полости сложной формы, образующейся п процесс^ подготовки и отработки угольного пласта,, на • основа модели упругой среды с учетом 'коэффициента. структурного ослабл&шя..

3. Нагрузка, действующая на механизированную крепь создается весом той части пород кровли, которая находится.за пределом остаточной .прочности. Границы соответствующей зоны устанавливаются по критерию прочности, учитывающему все компоненты напряжений. и различное сопротивление пород рястяжя-

шод?и сжатию.

4. Первичная по::здка основной: кровли происходят тойца, койла в"сота зоны оемгачной прочности пород распространяется^ всю мощность несущ-эго 'слоя основной кровли.

5. В горно-геологических условиях шахт Чистяковско-Снея-ш1нскпго промышленного района г случае применения сплошной системы разработки ггри длине лавы 150-180 мэтров устойчивость ' юдготовш'льных выработок и работа механизирован..^ крепи в допустимом режима обеспечиваются частичной закладкой при условии, что площадь поддерживаемой части кровли составляет тш менее 45 % общей площади выработакногс пространства.

Научная новизна работы.

1. На осноЕе метода граничных элементов ( М?Э ) разработан аффективный алгоритм определения трехмерного НЩС упру;-гоа неоднородной сред! о полостями сложной формы. Данный алгоритм использован ,ря вычисления напряжений и смещения^в области массива, аамчающей частично отработкгныЗ угольный пласт, очистную и подготовительную выработка,'цвстси и кгра-боташое пространство, заполненное разрушенным! породами.

г. Разработан алгоритм определения двукарного. НДС ликерной трансверсалыр изотропной среда в окрастрости выработки ( ряда выработок ) произвольной формы. & паЗсцью данного. алгоритма опредолен коэффициент труктурлого осдаблэ-иая породного массива с системной трещиноватостыо.

3. По результатам анализа пространственной картам распределения напряжет^ в трещиноватом породном массиве о кровле- отрабатываемого пласта определены граница зоа остаточной прочност I, образующихся в процессе ' продвгагяния забоя; получена зависимость величины этих зон от степени осла-бланности среда, длит» лавы и положения очистного забоя относительно разрезной печи в блучсе труднообрушавмой кровли.

4. Определены величины шага .посадки кровли и нагрузок на секцию механизированной крепи при различных значениях .длины лавы и угла наклона трещин в случае управления кровлей полным обрушением.и частичной закладкой для горно-геологических условий шахт Чистяковско-Онекняхскот промышленного* района.

Достоверность:, к а у ч н ы> х поло-, я в н и й, выводов • и рекомендаций, сформулированных: в диссертации, подтверждается удовлетворительной ( с точностью, до ^ % ) сходимостью вычислений характеристик ВДС с базодамл

решениями задач теории. упругости-;- удовлетворительным совпадением расчетных'' значений • смещений кровли, шага посадки кроила и нагрузок на сеюта'механизированной крепи с результатами шахтных замеров ( расхождение не превышало ?о'%■ ), а также практикой э<Кектив\>эго использования результатов при планировании развития горных работ на иохтях "Донецкая" и им. Киселева ПО "Торезантрацит".

Практическое значение работы состоит в разработке методики прогнозирования проявлений горного давления в окрестности очистной выработки, позволяющей установить ср.язь мавду напряжениями в.исследуемой области породного ыэссява и такими параметрами, как шаг поездки кровли и нагрузка на механизированную крепь в лаве.

реализация bubo д о в и р е к о -м е н л а ц и ft работ п. На оснсзаши результатов ис-слсдспашШ, кягалношшх с пог.:о;цью разработанных алгоритмов и мотодш:, для условий шахт Донецкая" и га. Киселева ПО "То-резентрацмз" рекомендована частичная закладка полосами, пор-пендикулярныш линии очистного Забоя, определены рациональные значения ширины полос и расстояние между ними. Те же алгоритмы . применены для расчетов НДС породного массива вблизи забоя станционной выработки, проводимой ме»ду двумя тоннелями "строящегося метрополитена. Выдаш рекомендации "Киевмет-рострою" по протяженности участков и параметрам дополнительного крепления перегонных тоннелей.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работа докладывались на межреспубликанской научно-практической конференции "Пути р.-иения эко-лого-техкологкческих задач на горных предприятиях" ( г. Тапке нг, 1991 г ), международной конференции "Теория приближений ;; "задачи вычислительной математики" , г. Днепропетровск, j 1993 г. 'jo-li научной конференции КАДИ ( г. Ни? a,j

1%'4 г. ), научных семинарах кафедры подземной разработки/ ГГА Украины ( г. Днепропетровск, 1994, 1995 ГГ. ).

Публикации. По материалам исследований опуг&и-ковано с работ.

-Структура и объем работы. Длссерта • ция состоит из введения, пЯти глав, заключения, приложения, содоргат 13? страницы машинописного текста, 1 таблицу, 3п рисунков, список использованной литературы из 100 наименований.

ОСНОВНОЕ С ТЕКШИЕ РАБОТЫ

/} Повышение эффективности. технологий разработки угля требует тщательного изучения трехмерного НДС породного массива в окрестности полости, образующейся в результате подготовки к работы очг.отного зрс'он.

Значительный вк-мд в решение щс'СТрПНСТЕОШШХ ГвОМ9т,3-ничоских задач 'внесли ученые А.Я. Александров, ' .М. Липь-ков, И.М. Петухов, М.Л. Тлеужэзов, Г.И. Грицко, В.Е. Мирэн-ко^, С.А. Константинова, Ю.Н. Подильчук, Ю.Л. Айвазов и чр. Работам! этих ученых создано Заза для изучения трехмерного НДС пород вокруг выработок различного назначения. Однако, в известных работах практически не учитывались структурные осс Ценности массивов, кс неоднородность и г.-;вадшовятость. г

При исследовании сопряжений выработок далее численные методы конечных и ^штачшх элементов, несмотря на их. теоу»-тлческу- оснащенность ( работы А.Я. / чекешздрова, С.Г Михли-на, Н.И. Нусхелшвиш':, П. Венер,, .си, Р. Бахтерфплда, И. Бреб-биа, С. Уоккера, 0. ?'.рауча, А. Стврфилда и др.), оказываются недостатопю оффектдашши, т к. для получения решений с приемлемой :очностью рассматриваемую область массива рриходится аппроксимировать большим количеством элементов. Этим объясняется малое количество работ, доведенных до результата ( С.Н. Комиссаров, В.И. Маиуков, А.Д. Ескаллев, В.О. Изж-сон, Ю.Л Ввкслер, Н...Д. аданкин, Л.В. Новикова ).

В настоящей работа ряссматрнгяется пространственная область упругого массгоа, включающая угольный пласт, подготовительные и очистную выработки и прилегающие уч?-;т. .я целиков и разрушенных пород. Частично отработанный угольный пласт моделируется, контактом, .содержащим как „час-тки со свободно' доф:рмируемнм.. поверхностями, так и заполненные упругим материалам, который мокет обладать гвойства-ми угля либо разрушенных пород, подготовительные выр^ботщ представляются холостяки арочного сечеш!". Область находится в условия;, трехосного нэравнокошонентного сжатия. НДС массива определяется МГЭ- с использованием концепции пластс вого элемента по С. Краучу и А. Старфилду. В основе численного алгоритма - аналитическое рэ' 1ние Ронгведа с р->зрнвв смещений на плоском прямоугольном элементе. В качестве нм-нич?шй поверхности вступает плоскость, которой апирсксиш-

руегся ■ гонкий . угольнкй пласт. Полости арочной формы, соответствующие подготовительным выработкам, представляются набором прямоугольных элементов, неклоненных к плоскости пласта.

Задача решается в дополнительных: напряжениях. Полные напряжения представляются в виде сугаш .начальных •

имевши место до появления выработок, .«/дополнительных о! ^, обусловленных образованием выработок : = (о^.)0 + о'.^ . Начальное напряженное состояние издается - компонентам!

Здесь 7 - объемный вес вмещающих пород, Н - глубина залегания пласта, К = т/(1-у) - коэффициент бокового давления.

Граничная поверхность состоит кг элементов двух типов. Первый из них - это элементы, соответствующие вынутой части пласта. 'Полтше няпряямиия в них полагаются равными нулю, следовательно, о^ - Элементу второго типа, со-

отввтетвукядае невынутой части пласта, лябо участкам, запол-нешшм обрушенными породами, характеризуются упругим отпором соответствующего материала. :

Таким образом, граничные условия, записанные р центре 1-го элемента, будут- имоть вид

г г ' •> 1

.¿Д Аьхх Вх + А2ху Ву ].=

1, 1,3 О

Д \ = •

Левые части равенств (1) представляют собой выражени^ для дополнительных" напряжений в 1-й элементе, полученные по принципу суперпозиций по формулам базового аналитического

•1 3

решений. В уравнениях (1). Вх , Юу , , .} - 1, ..., N -

компоненты разрывов, смещений, А^ , ..., А*^ - коэффициенты влияний напряжений.

Правые чзстч соотношений (1) о а*х , , а*,, рав-

няюгея, соотвотствонно, ~(0/х)о , -'Рйу)0 < • 0(!ЛИ

1-Я элемент относится к первому типу. Во втором случае

о^й -G^D^/h , о^ -r,l!),Vh , , где G1, E1'-

модули упругости и сдвига для 1-го элемента, li - мощность плкрта.

Чтобы избегать шроиегт;еиня массива как гесткого целого, несколько гр- ничьих гиэмент закрепляются, т.е. компоненты перемещений в них полагаются равнкми пула.

По найденным из полученной система уравнений : эмитентам разрывов смещетгй с помощью базового решения определяются ^иачения напряже¡£ИЛ я перемещешй! как на грагшчшй поверхности, так и ъ ягбой точке исследуемой области.

Гршшци зоны разруяешшх порид s кровле отрабатываемого пласта устанавливаются по критерию прочности типа Ягна :

°ек: " Щ

(ф-1) ^.oj-^qb^^+aj^^^-oj2'

£ 1'Л , (2)

где о, , о^ - г!в£!ш ш"ф.'!ЗХе.-:ия, = ор/о°, ор , 0° -прэделы прочности на растякопие и сгатпо.

'.: качестве продз.чыгаго напря5:ош!я в правей часто (2) используется величина оп , п ^дставлякгцэя собой нппрямешга, вг" 'слошюо по упругому закону и ^оотвзтетвукк-ее продолу ос-тпточной прочности па 'трохлвешой диагргкз с~:а .ил, характерной для хрупких шрзд. Миоките. К представляет собой коэффициент стр-.'ктурпого ослабления, обусловленного трещтгео-ватостьп 1 мещажак. пород.

В известных работах, иосспщз№^х изучению трещиноввтос-ти породных кас/зиво»- ( К.В., Рутгевейг,. Г.Л. фяоешео, А.П. Белоусов, Ю.И. Кузнецов, 0.13. Колоколов,. Л.И. Шзгсвпко, А.©. Борзых, Г.Л. Аваргн ), коэффициент структурного ослаб-.леняя определяется■ змтричаскЕн путем.

В настоящей работа дашшй коьТфшпеит сычисляэтся как отношение максимальных пер мощений контура выработки -в , трещиноватой и но трещиноватой ерэдэ, Трещгагаватый породный мае сив, н котором выделано глпронстяуодое' направленно, считается сплошным анизотропии, обда.цз'сщим ослеЗленкоя жзс'гксст-нммй сшйскгатега а иоурсвлстш кормам х иредои*» Татдад образом, троздшова?г.-Л масспо модо.т-фуется тртастрся.пьпо изотропной ерэдой. Соотяошш НЯПрЯ5СЩШ-Деф0рМ8ЦКЯ тг. • кой преда взяты ко Лелнящюму. Физические константе в нач-

равлэниях вдоль трещин и по нормали к шал определялись по Гудшну.

Задача определения напряжений и перемещений в окрестности контура~ ЛВСБ ( рис. 1 ) в треоцщоватой среде решалась МГЭ в форме фктивных нагрузок. Контур ЛВСП представляет собой сеченяъ сопряжения лаЕы со штреком в створе лзеы. Треци-ны расположены перпендикулярно плоскости забоя и наклонены под углом а к плоскости напластования. В основе численного алгоритма - решение о дейстшш сосредоточенной силы в транс-версально изотропной среде, полученное Риццо и Шиппк. В ка-чостре исходных дягаых к расчетам использовались величины, характерные для условий шахт Чистяксвско-Снежнянского промышленного района. Расстояния между трещинами 1=10 см, нормальная и касательная жесткости трмцин 1^=3.9'юэ МПа/см, К =3.5*1о2 НПа/еы, глубина разработки Н = 450 м. Характеристики среда : объомний вес 7 = 2.5 т/м3. Ех= 3.5'ю4 ЬШа и V = 0.17 - в направлении трещин ; Е = 3.5*103 МПа, Ууха 0,02 п0 Н0Рмал11 к трещинам, • "х/= 1.4 ю- МПа.

Установлено, что трзщиноватоегь по напластованию ( а = 0° ) является наиболее неблагоприятной, так как значительные растягивавшие напряжения возникают в верхней части штрека, на участке сопряжения с лавой и по всей длине лавы. При а = 90° картина напряжений мало отличается от соответс-' твувдих в изотропной среде, за исключением резкого возраставши сжимающих наяряяеюй в боках штрека -и на сопряжении. Получена зависимость эквивалентных по критерию (г) напряжений в своде штрека от ула пилона трещин ( а - в радианах ) :

= и'47 е^б8з1п2а " 4.33в1па > Ша .

о

Крчвие на рис. 1 Пик.'к тают, что наличие трещин привод дат к значительна увеличению вертикальных-смещений на все^л контуре ЛГ , особенно на сопряжении лавы со штреком. Причем, !ем бшг наклон '■•рецин к плоскости напластова..ия,с тем сильнее выражен рост смещений. Полученные результаты з точке' В использованы для определения коэффициента стру-'турногп ослабления треп(иновм",ог<-' породного массива К-и^/П^1 ( и^ и и - (¡...зщония. в сродо с трещинами-и-без них ). Значения коэффициента ' к- для различных углгв а наклона.трещин при-

во.гени в таблице.

о

Эякры вертикальных перзмэщениЯ контура АВСд

Рмо. 1

Таблица

Значение коэффацшпгта структурного ос^бления

а 0 30 45 60 о 72

0.06& 0.11 0.13 0.23 0.31 0.37

Получена корреляционная зависимость коэффициента К структурного ослабления от угла а , вираз^пного в радианах:

К = 0.063 е1-гга

На рис. ,,'а нзоброкена расчетная схемя решаемой пространственной геомеханической задачи. Результаты решения по-

ка^аял, что намболысая концентрация тпряшний икеат место в горизонтальном направлашп.. Так, пиковые значения охх превосходят начальные '°zi)a примерно в Ъ раз, тогда как о„,, превышают (о„„)0 лишь в 2 раза. Этот Факт, наблюдаемый к в реальных условиях, зачастую объясняется тектоникой. С др.,rofi CToporoi, такое распределение напряжений яайлется следствием геометрии выработок, образующихся в процмсе подготовки и отработки угольного пласта, а также неодноро.дности иссладуе-(дой области. Изолинии найденных по критерию (2) эквивалентных напрлжвшй б кроЕле пласта показанн на рис. 2,0. Здесь указаны границы зон остаточной прочности в случае изотропной к анизотропной трещиноватой среды. Максимальный вертикальный размер зоны - высота ¿зазруиэкия ( HpCJ: - для пород, осдяйлоншх тресглши ). Для получения использован

коэффициент структурного ослабления.

При выемка пологих пластов периодические посадки труд-вообрушатщейся крашш сющхжождаются иитенсивадш смэщешнш пород вокруг очистной ц примыкавдей к г.сЗ подготовительных выработок к оказывают существенное влияние ка их устойчи • ■сость... Периодичность и степень посадок зависят от еэличзшн Ear«1 обрушения кровли в выработанное пространство. Возрастающая нагрузка id опориыа алзйнти с краевая часть угольного мзсскза и охранные соорухгошя ) привод;!? к увеличению смещения боковых пород, которые перо дно пропитают податливость крепи. J;те принятия мер по предотвращении или локализации . сродного воздействия горного Давления- на выработки необходимо знать ожидавмую величину шага периодических посадок.

Выданной работе для оценки величины вага первичной посадки tjуднообруи^екой кровля анализировалось изменение ' высоты разрушения в процессе продвигают забои. Последний моделировался дискретным изменением расстояю' I от разрезной пета до лшг.тк забоя. Значение I = I , при котором высота разрушения достигает верхней-границы несущего слоя, интерпретируется как окидяе,\з/й наг первичной посадки кровли.

Значения шага пос.дкп составили 40-55 и по результатам0 расчета без учета трещшоватоста и 10-35 м с ее учетом. Получена vJBiioHHooTb взсоты разрушения н£сл от коэКшшонта структурного ослабления к геометрических параметров I и d :

г0.75 й0.25 П?ол = 0.0Т2 '——--— , М .

1Q

Расчетная схема исследуемой области. Изоллвгл .ег^, в кровле пласта

с

Швод о тоа, что трессшоватоать вмещо^яих пород прирв-дит к -умзишеииа шага пооалл^ краши,' согласуется с результатами исследований / Ф. Борзых, 14«. Дперад;>, в которшс при-бодуну эмпирические зависимости тага насади от прочностных п геометрических характеристик •• с;оэв ксовли в пределах 20-мэтповой тодцк с-учетом к баз учета троашюватости. Основой послужили данные аахтшх кабладашй по ¡>¡1 лавам тонких по. »гш: пластов, разра^тыааехидх. вахта.о! Донбасса. Отношение шага посад I кровли в тревдшозатъх]и нахрощщюватых поподах, шчаогакнсо по формулам А.О. Борзых, и Г.А. Аверина, изменяется в пределах от о.35 до о.еэ. 3 настоящей работе данная ьеличша принимает значение от 0.25 до 0.65.

Выполненный анализ трехмерного НДС рассматриваемой об-лаотр показал, что в случае труднообрусшмой «фовли нагрузка им механизированную крепь возрастает в процесса подвига-штя забоя вплоть до очередной'посадки кровли,- так как увеличивается гавдэдь зависающей части, растет высота разрушения, следовательно, увеличивается и вес 1Йрэд, оказывающих деление на крепь. По результатам расчетов, соответствующие условия,?; иг :ты "Донецкая", полученные ьк- чвтш нагрузок на кроп МК-137 превышают допустимые, определяемое технически-!,гл характеристиками очистного комплекса, раньше в процесса прэдвигания забоя, чем происходит первичная посадка кровли. Причем, в случае трединсватой срзды ;эти коиелательння явления б':,тут- происходить и нейоль~»:м Еагс.м. { порядка ю"м при " = го° ). Во изОекание такой ситуг\ии рекомендуется использовать частичную закладку выработанного пространства, плотность которой должна удовлетворять условии ! площадь поддерживаемой' части кр'Оли составляет не менее 4Ъ % площади выработанного пространства.- В частности, для условий пласта . в пределах иахтп. "Донецкая" 'при испльь^ванни гплоаной системы разработки и длина лавы 150 - 180 метров рекомендуются спедущие параметры закладки ; ширина полосы • ^ 5 м, расстояние мэвду полосами Ь $ 6 м. - ,

Путем обобщения результатов выполненных исследований получ та формула . для нагрузки на секцию механизированной крепи в случае обрушаемой кровли.

3 й ir; !) ч е н и о

П дкссэртацгоннсй работа поручено попсе pescmte актуальной научно-технической задачи обоснования технологических пйра?летров выегки голопа тонких угольных пластов в условиях трещиноватых вмещ^шх пород.

Основные Научкне выводы и практические результаты сводятся и следукцему.

1.'-fía основе мптодз граничил элементов разработан эффективный алгоритм определения трехмерного напряженно-деформированного состояния упругого массива горных пород в окрестности ВНрабОТОК, ОбраЗУПЩКСЯ П ПрОЦЗССв ПОДГОТОВКИ п рнемки угольного пласта. В отличие от известных алгоритм учитывает неоднородность исследуемой области и систеккуп тро-щиноватость вмещает« пород. Треданковатость учитывается посредством введения коеф^щиента структурного осл^ления, оп ределяемого расчетным путе^1 как отменил максимальных стечений контура выработок в изотропной и анизотропной средах.

2. В рампах!. гипотезы плоского напряженного состояния на основе модели трансЕорсалыю изотропной среды разработан алгоритм определения HITC породного массива с одной систегой трещин вокруг выработок ;прсизвольной фортун. Используемая модель учитшзает ориентацию грещкн я р^сстояняэ кеяду ними. Данный ачгоритм жатолкзовзи для определения коэффицкзн'тз структурного ослаблеш!.я.1

3. По результатам выполненного анализа пространственного НДС массива для горно-геологических условий, типичных для шахт Чистяковско-Сггегнянского; лрсмнплешюг району, установлены следующие закономерности.,,;.! .■■.■

- отношение • коэффициентов ковдентрашгл горизонтальных и вертикальных напряжений, обусловленных геояетрией полосте'й, образующихся в процессе подготовки и отработки угольного ^лзста, в также ^мзической неоднородностью исследуемой области, составляет 1.3 - 3.5; 1

- в процессе отработки угольного пласта с труднообруиа-ющейся кровлей происходит непрерывное увеличение зоны остаточной прочности породив кровле вплоть до ее посадки; получена зависимость высоты разрушения в массиве, "ослабленном трещинами, от коэффициенте' структурного ослабления, длины лавы и иачржйния забоя относит» льно разрезной печи, что поч-

волгло определить ша? первично!! посадки труднообрушаемрй кровли; ,

- получена зависимость эквивалентах напряжений на контуре выработки и коэффициента структурного ослабления от угла наклона тренда к плоскости ^пластовании; это позволило установить, что наяболер неблагоприятными! ' с точки зрения влияний на напряжения и смещения на контура выработок, являются трещины по напластованию;

- напие треща приводит к уменьшению шага посадки труднообрушаемой кровли в 1.5 - 4 раза; в результате крепь чаще разгружается и работает в более благоприятном рекиме.

4. Создана методика обоснования способа управления труднообрушаемой кровлей и огфеделения технологических пара-метр'^в выемки угольного пласта в трещиноватых породах. Данная методика утверждена в ПО "Торезантрацт"1 и использована для определения параметров частичной закладаш выработанного пространства. Конкретные рекомендации по параметрам ( длина лавы, ширина закладочной полосы и расстояние мэвду полосами .), обеспечивающими -устойчивость кровли и работу крепи допустимом режиме, учтет! при планирован^ горных работ на шахтрх "Донецкая" и им. Киселева ПО "Торозштрнцит".

5. Разработанная мнюдкка использована при проектировании тоннелей метрополитена. Рекомендации по протяженности участков и парамотрам дополнительного крепления перегонных тоннелей. обеспетавях^зх устойчивость при Возведении меаду ними станционного тоннеля, испольяовакы при строительстве станции "Лукьяновская" Киевского метрополитена.

Основные положения диссертации опубликованы в следящих работах :

Новикова Л.В., Буграм О.В., П р и -ходько В.В. Обоснование параметров' технологической схемы разработки угольного пласта с частичной закладкой бутовыми полосами // Мехреспубл. науч. конф. "Пути решешя эколого-технологических задач на горных предприятиях" : Тез. докл. - Ташкент, 1991. - С. 138 - 1«. .

2. К у з, ь м в н к о I. .М,, С д в и *: к о в а Е.Л.,

При х, о д ь к э В.В. Коделпрованио горних работ в ско«алт.-ных зонах Miiocntii горных пород // Тем ге. - С. 133-1413. Опред<?л<фю шчга посйдкя основной кровли из рпсчета трехмерного нап^яхенно-д^орироввкцого состояния поросого ■массива / л.В.; Н о! в п к о в а, S.A. с д в а s к о а а, А.М^ . Н у з ь м э н к| о, , В.В. Приходько, - Днеп-ропетп. горн. ин-т. -iДнепропетровск, 1991. - 11 с. - Доп. в УкрШГГОИ 23.07.;'?, и 112З.

1 Л р и i о д ь1 к о' В.В- К опродэлегаяо просгранстгеп-ного нчпряяен1го-д»«1ори1рог5я!п{ого сосгояная массива горных пород в окрестности системы сопряЕвкия подзек-шх е-нрпботстс катодом граничных элементов // В-опросы прочности п пласт.тггюе--ти. - Днепропетровск : Изд-во ДГУ, 19ЭЭ- - С. 114--:22.

5. И о в и к'о^'а Л.В., П р п X о д ь к о З.В. К . определению нагрузки ¡на механизированную крепь з процесса подвигания'забоя'гфи отработке угольного пласт.*1 столбами по простиранию - ff. Известгля вузов. Горная яуряда, Псц. ~

И 12. - С. 21-24.1 a I 1

6. Н о в и о в ;а Л.В., Пряходько В.В. " , тод граничных элементов в 1флг-вракстввнных задачах гг^мзхп-шпш // Междунар. конф. "Теория приблзхэпяв и ппдпчл вычислительной математик^" : Тез. докл. - Днепропетровск. 1993 ,, - С. 135." | о

7. У л а Hi'o в а j Н.П., . Прикодько В.В., С д в и я к о в¡ч ЕJa. К определению напрягзний вокруг выработки в анизотропной-среде // Гам пе. - 0. 136. .

8. Нов и к о в >а Л.В.,; Уланова Н.П., П р я -х о д ь к о В.Й. Наирякейия вокруг .шрзиоткй в^лассиве трещиноватых пород // И^вастнгт1 вузов. Горный журнал, 1994. -И 7. - О. 11-П".'г "

Личный вклад автора п работах, опубликованных в соавторстве, заключается в разработке алгоритшв я вычислитель--ных программ, обосновании параметров технологических схем и способа упр^влегая "груднооСрушаемой кровлей н.?. основе уста-новлешшх закономерностей ■ распределения напряжений и деформаций в породно^, массийе..

Summary

ci

Prichodko V.Y. Gpoir.eohanioal substantiation of parameters of technological schemes of gsn?ly dipping ooal seams mining in jointed rooks .c

Thesis for the candidate of technical sciences degree, specialities 0.5.15-02 - "Underground mining", 05.15.11 -"Phiiiioal processes of mining', State mining academy of Ukraine, Pnieprupetrovsk, 1995-

On the basis of found reguJ nritiiin of mined coal seam's roof three-dimensional stress state tie .determination tech-

л ••• J

niqut.,3 have been developed to substantiate rock pressure control method and to evaluate gee .letr.icil parameters of technological schemes of gently dipping coal seams mining in jointed гоекк, which provide stability of workings and support erffiotiVB functioning.

с

Key words : coal mines, rock pressure, stress state, influence of bearing pressure, otovrng method, technology.

'J i

1 л. Аннотация <j

Прнходько V^.B. Геомеханическое обоснование параметров технологических схем выемки пологих угольных пластов в трещиноватых породах, рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальностям.,05.15.02 - "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых", 95.15.11 - "Физические процессы горного производства", Государственная гор-' няя^ академия Украины, Днепропетровск, 1995- ■ j

На основе установленных закономерностей изменения, трехмерного напряженного состояния пород кровли отрабатываемого угольного ппоста предложена методика обоснования способа управа ния трудчоо'брушае.мой кровлей и оценки геометрических, параметров технологических схем выемки пологих утдьннх Пластов в трещиноватых породах, обеопечивамцих устойчирпсть выработок и беза. лриМную работу механизированной крепи. *

Ключов! слова : .вугШ,на iuaxga, Прничий тиск, напру же-тЧ стан, влив оп1рного' тя:;ку, сгкк;1б закладки,-технолог. 1н. о '