автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование и разработка эффективного и безопасного способа поддержания пластовых выработок при отработке крутых и крутонаклонных пластов Донбасса длинными столбами по простиранию на глубоких горизонтах

топлива и энергетики Российской Федерации

ПРЕДПРИЯТИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА В НИ МИ

На правах рукописи

Аспирант

АЛЕКСАНДРОВ Владимир Григорьевич

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОГО И БЕЗОПАСНОГО СПОСОБА ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ОТРАБОТКЕ КРУТЫХ И КРУТОНАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ ДОНБАССА ДЛИННЫМИ СТОЛБАМИ ПО ПРОСТИРАНИЮ НА ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТАХ

Специальность 05.15.02

Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

Министерство

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ГОРНОЙ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург

1993

Работе выполнена в Государственном предприятии научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела ( ВНИМИ ).

Неумный руководитель: доктор технических неук, профессор

Воскобоев Фридрих Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кузнецов Степан Тимофеевич

кандидат технических наук, доцент Суглобов Сергей Николаевич

Ведущее предприятие: производственное объединение

"Дзержинскуголь"

Защита состоится " 7 " 1993 г. в /С? час.

_мин. на заседании специализированного Совета Д.135.06.01 при

Государственном предприятии научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ) по адресу: 199026, С.-Петербург, В-26, Средний пр., 82, зал заседаний Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института с 9 до 15 час. 30 мин.

Автореферат разослан " 1993 г,

Исх. *

Ученый секретарь специализированного Совета доктор технических наук

в.м.аик

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Анализ состояния плэстовых подготовительных выработок в Центральном районе Донбассе, где. производится разработка свит угольных пластов с углами падения более 35°, показал, что около Ы% от их общего количества находятся в неудовлетворительном состоянии и только в 10* выработок отсутствуют какие либо нарушения, осложнявшие их эксплуатацию.

В связи с углублением горных работ, повышением интенсивности геологических нарушений и негативного влияния проявлений горного давления удельный вес выработок с неудовлетворительным эксплуатационным состоянием возрастает. Причем это наблюдается как при сплои-' ной, так и столбовой системах разработки и различных способах поддержания, в том числе и применительно к выработкам, поддерживаемым в угольном массива при столбовых системах.

Если учесть, что удельный вес столбовых систем в указанной области условий составляет з настоящее время 30% и неуклонно возрастает с глубиной и увеличением степени сложности условий разработки, то изыскание и обоснование оптимальных способов поддержания, повышающих устойчивость выработок при столбовых системах разработки, является актуальной научно-практической задачей, решению которой и посвящена настоящая работа.

Диссертация является составной частью исследований, начатых в 1989 году ВНИМИ с участием автора, по темам:

1) 0202104000 - "Разработать рекомендации, обеспечивающие поддержание выработок в эксплуатационном состоянии при разработке сближенных пластов К* -Подпяток и (Ц -Великан шахты "Торецкая". ПО "Дзержинскуголь" гос.регистрации 01910012465);

2) 0239134000 - "Исследование способов охраны и поддержания подготовительных выработок на шахтах ЦРД искусственными опорами из быстротвврдеющих смесей" (№ гос.регистрации 01910012397);

3) 0202083000 - "Разработать конструктивные элементы и технологические параметры эффективных способов и средств охраны и поддержания подготовительных выработок при отработке пластов и

на шахте "Торецкая" ПО "Дзержинскуголь." гос.регистрации 01910012412).

Цель работы. Разработать технологические способы и средства, обеспечивающие эксплуатационное состояние подготовительных выработок при столбовых системах разработки на больших глубинах.

Основная идея работы - применение технологических приемов по последовательному разупрочнению и упрочнению краевых частей уголь-

кого пласта, обеспечивавших оптимальное напряженно-деформированное состояние горного массива.

Задачи исследований:

1) установить механизм формирования нагрузок на крепь пластовых выработок с учетом состава, строения и физико-механических свойств вмещающих пород и особенностей перераспределения напряжений в горном массиве при влиянии очистных работ;

2) обосновать рациональные параметры технологии разупрочнения и упрочнения краевых частей угольного пласта в окрестности пластовой подготовительной выработки;

У) разработать методику контроля эффективности разупрочнения горного массива;

4) разработать методику выбора и расчета параметров способа поддержания пластовых подготовительных выработок.

Методика исследований включала в себя: обобцение и анализ производственного опыта применяемых на вахтах способов поддержания выработок, применение экспериментальных, преимущественно вахтных, исследований параметров проявлений горного давления и геофизического зондирования массива, обобщение и обработку результатов исследований методами математической статистики с установлением функциональных и эмпирических зависимостей.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) механизм деформирования горного массива пород в окрестности пластовой подготовительной выработки, находящейся под влиянием очистных работ,характеризуется образованием приконтурной зоны раз-рувенных пород протяженностьв до I м и области макроструктурных разрушений горных пород в зоне повыаенных напряжений размером по нормали к напластовании я по напластованив равным, соответственно, до вести и трех мощностей пласта;

2) способ управления напряженно-деформированным состоянием горного массива и физико-механическими свойствами угольного пласта, основанный на разупрочнении краевых зон пласта с последувщим упрочнением, обеспечивающий равномерный характер а снижение интенсивности напряжений и деформаций и эксплуатационное состояние подготовительной выработки;

3) рациональные параметры величины разгрузки краевых зон угольного пласта, размеры которых от контура выработки определяются в пределах вести мощностей пласта.

Научная новизна заключается:

I) в установлении зависимости между мощностью пласта и параметрами разрувения горного массива, в соответствии с которой размеры

зоны по нормали к напластован» и во напластованию определяются равными, соответственно, иести и трем мощностям вынимаемого пласта;

2) в установлении допустимого уровня деформации контура выработки по- условиям устойчивости .который достигается при последовательной разупрочнении и упрочнении краевых частей пласта на расстоянии от контура выработки, равном не менее яести мощностей вынимаемого пласта;

3) в установлении геомеханического критерия степени допустимой разгрузки, который выражается зависимостью между скоростью деформирования контура выработки ( ^ш.) и размером зоны разгрузки ( ьр ) в виде: р

С" 2,9----, мм/сутки

и1а 0,69 ♦ 0,29 Ър

О < Яр 4 б

Личный вклад автора:

1) разработана комплексная методике и программа пахтных и лабораторных исследований проявлений горного давления применительно к специфике реваеных задач;

2) установлен механизм формирования напряженно-деформированного состояния горных пород в окрестности пластовой выработки в зоне влияния очистных работ;

3) разработан способ поддержания пластовых выработок при столбовых системах разработки на больших глубинах на основе активных методов управления напряженно-деформированным состоянием горного массива.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом шахтных инструментальных наблюдений на двух шахтопластах (более 5000 замеров), лабораторными исследованиями физико-механических свойств вмещающих пород (более 300 образцов), опытно-промыяленной проверкой разработанных рекомендаций на шахте "Торецкая" и их внедрением на шести иахтопластах ПО "Дзержинск-уголь".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на НТС горного давления и горных ударов ВНИМИ (1989-1992 г.г.), технических совещаниях ПО "Дзержинскуголь" (1990 --1992 г.г.). НТС Донецкого физико-технического института АН Украины (1992 г.).

Научная значимость работы заключается:

I) в установлении закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния массива вокруг выработки при столбовых системах разработки на больших глубинах в процессе проведения и

3

поддержания одиночной выработки в массиве и под влиянием очистных работ при обратном ходе с поддержанием угольными целиками в выработанном пространстве;

2) в разработке методики расчета технологических параметров разупрочнения горного массива в окрестности выработки;

3) в разработке комплексной методики контроля эффективности разгрузки горного массива на основе оценки напряженно-деформированного состояния пород и показателей физико-механических свойств угля.

Практическая ценность работы заклвчается в разработке технико-технологических приемов и параметров разупрочнения и упрочнения горного массива в окрестности выработки, обеспечивающих эксплуатационное состояние пластовых выработок в течение сроке их службы.

По теме диссертации опубликовано 3 работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 71 стр. текста, 3 табл., 31 рис. Она состоит из введения, 4-х глвв, заключения, списка литературы из 88 наименований и 2-х приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросами исследований параметров проявлений горного давления в подготовительных выработках и разработкой эффективных способов и средств поддержания занимались: К.А.Ардаиев, А.А.Борисов, Ф.Н.Воскобоев, Н.П.Бажин, В.З.Амусин, Е.И.Шемякин, В.Н.Рева, Л.К.Нейман, Г.ГЛитвинский, М.П.Зборщик, Н.В.Копелев, К.$.Сапицкий, П.И.Пушной, С.МЛипкович, В.Г.Глушко, Н.С.Булычев, ИЛ.Черняк, В.И.Черняев, АЛабасс, Р.Н.Кузнецов, Ю.З.Заславский, К.В.Копелев, Ю.МЛиберман, В.Д.Слесарев, В.В.Смирняков, М.А.Комиссаров, Ю.И.Бурчаков и многие другие. Исследования проводились, в основном, для условий пологого и наклонного залегания пластов, где изучалось напряженно-деформированное состояние горного массива вокруг пластовой подготовительной выработки. Значительно меньшее количество работ выполнено в этой области применительно к разработке пластов крутого и крутонаклонного падения. В этой области улучшение условий поддержания выработок в большей степени сводилось к совершенствованию существующих и разработке новых типов крепей, удовлетворяющих направление действия векторов и величин сил и деформаций в плоскости сечения выработки на пластах с углами падения более 35°. В меньшей степени обращалось внимание на решение вопросов управления напряженно-деформированным состоянием массива горных пород в окрестности выработок в отношении снижения негативного влияния на устойчивость выработки повышенных

напряжений в зоне опорного давления.

В последнее время рядом организаций под научно методическим руководством и с участием ВНИМИ разрабатывается новые нетрадиционные способы охраны выработок на базе применения искусственных опор из сборного железобетона с податливыми элементами, твердевшей закладки или укладываемой с высокой плотностью механизированным способом дробленой закладки. Наряду с несомненными достоинствами этих способов поддержания выработок, по сравнению с традиционно применяемыми (возможность комплексной механизации подавлявшего большинства тяжелых и трудоемких производственных операций, более совершенная механическая характеристика с управляемыми параметрами, обеспечивавщая безремонтное поддержание выработки в течение срока ее службы), их • промышленная реализация сдерживается отсутствием серийно изготовляемого участкового оборудования, вклвчавщего средства дробления и доставки породы к месту возведения опор и др.

Исследованиям напряженно-деформированного состояния горного массива при применении специальных технологических приемов разгрузки массива посвящены работы: М.А.Комиссарова, И.Л.Черняка, А.В.Ло-кукина, К.В.Кошелева, В.Ф.Трумбачева, М.П.Зборщика, А.Ф.Борзых, В.П.Зубова, Н.М.Проскурякова, Г.ГЛитвинского, В.Н.Ревы, О.И.Мельникова, А.П.Калфакчияна, О.Ф.Васючкова, А.Л.Алексеева и др. По методам воздействия на горный массив они предусматривает или прямое изменение физического состояния массива за счет создания разгрузочных зон путем взрывания камуфлетных зарядов, выбуривания скважин, производства целей или физико-химическое воздействие путем обработки массива растворами полимеров и водным раствором поверхностно-активных веществ. Последний способ воздействия на горный массив на-иел, кроме того, практическое применение, как способ снижения выб-росоопасности угольного пласта.

Наряду с достоинствами, указанные методы воздействия на горный массив обладает и существенными недостатками, в большей степени присущими пряному физическому воздействии. Ведение взрывных работ в непосредственной близости от выработки приводит к увеличении зоны нарушенных пород в приконтурной области выработки, а процесс бурения разгрузочных скважин большого диаметра трудно совместим с осуществлением производственных операций в выработке. Поэтому наиболее перспективным способом изменения напряженно-деформированного состо-горного массива следует считать физико-химический способ воздействия, предусматривавщий обработку околоштрековой области угольного массива апурами малого дивметра в сочетании с нагнетанием под давлением в массив растворов поверхностно-активных веществ, обладающих высокой проникающей способностью. Этот способ не требует громоздкого

бурового оборудования, больших трудовых и материальных затрат, увеличения сечения выработки и не вызывает помех производственным процессам по проведению выработок и добычи угля.

Проведенный анализ состояния изученности вопросе позволил обосновать актуальность темы диссертации, сформулировать цель и задачи работы, которые приведены выше, а результаты их решений заключаются в следувщем.

Для достижения поставленной в работе цели применялся комплексный метод, включающий в себя шахтные и лабораторные исследования напряженно-деформированного состояния горного массива в приконтур-ной области выработок и физико-механических свойств вмещающих пород. При проведении шахтных исследований процессов смещений и деформаций применялся метод контурных и глубинных реперов, а напряжений - геофизические измерения сейсмо-акустической активности горного массива. В процессе исследований било проведено более 5000 измерений с последующей их обработкой методом математической статистики.

Исследования параметров проявления горного давления в пластовых выработках проводились при отработке двух вахтопластов в наиболее типичных для Центрального районе Донбасса естественных и горнотехнических условиях.

Боковые породы откаточных штреков пластов ¿у и условиях

шахты Торецкая ПО "Дзержинскуголь" на горизонте 810 и классифицировались в широком диапазоне: от слабых до прочных и от устойчивых до неустойчивых. Штреки проводились буровзрывным способом и поддерживались арочной металлокрепью и угольными целиками. Пласты мощностью от 0,6 до 1,4 м и углом падения от 35 до 42е отрабатывались по-толкоуступным забоем с управлением кровлей удержанием на кострах. Отработка пластов и поддержание выработок осложнялись наличием геологических наруиений дизъюнктивного типа.

В результате исследований было установлено, что в процессе прохождения выработок и поддержания их в массиве происходит разрушение приконтурной толщи пород мощностью до I м. Под влиянием очистных работ при обратном ходе, которое отмечалось, нячиная примерно в 5С м от очистного забоя (размер зоны опорного давления), интенсивность смещений контура выработки и деформаций приконтурной области массива возрастала и распространялась в массив от контура выработки до 6-Ьтп. Смещение расслоившегося массива кровли происходило особенно в выработках пройденных в слабых породах, со значительным изменением градиенте скорости. Величина скорости смещения резко изменялась от 0,5 до 5,4 мм/сутки. Подобный характер смещения горных пород сопровождался разломами слоев кровли на блоки, которые могут терять несущую способность и работать б режиме "заданных нагрузок".

Режим "заданных нагрузок" характеризуется активным давлением толщи кровли, кратной до нести мощностей вынимаемого пласта. Основная кровля смещалась, как правило, в режиме плавного прогиба со средневзвешенной скоростью 0,6 мм/сутки в выработках, пройденных в прочных породах, и 1,2 мм/сутки - в слабых породах. Статистический анализ величин скорости (рис.1) показал, что их распределение подчиняется логнормальному закону. Это свидетельствует о периодическом появлении повышенных значений скорости смещения кровли (до бмм/сутки), вызванных, вероятно, ее разломами на крупные блоки. В целом основная кровля сохраняет естественную несущую способность и работает в режи* ме "заданных деформаций".

Деформация контура выработки, пройденной в слабых породах, происходила в неоднородном режиме. Наиболее интенсивно в зоне опорного давления деформировались породы приконтурной области выработки в плоскости напластования. Средневзвешенная скорость деформирования пород в этом направлении более чем в 1,2 раза превышала скорость деформирования в плоскости, нормальной к напластовании. Асимметричный характер деформирования выработки и возникающие си-Рис. I. Распределение величин лы бокового давления исключили

скорости смещения массива кровли возможность работы арочной кре-выработки, пройденной в слабых пи в Р9мме податливости. При

(I) и прочных (2) породах этом сл0ДУет отметить, что силы

бокового давления достигали такой величины, при которой происходило разрушение спецпрофиля и замков и, соответственно, снижение несущей способности крепи. В подработанной части выработки преобладали деформации пород в направлении нормальном к напластованию. Средневзвешенная величина скорости деформирования пород ь зтон направлении более чем в 2,2 раза превышала скорость деформации в плоскости напластования.

и

40 30

20 10

/ \

К

"I

П

50

20

10

о

о г иИ.т о о,з у.мм ситаи сижи

ч

ч

В выработке, пройденной в прочных породах, преобладали деформации в направлении нормальном к напластованив. В зоне опорного давления и в подработанной лавой части выработки скорость деформирования пород более чем в 4 раза превышала скорость деформирования в плоскости напластования. Крепь выработки, как правило, работала в режиме податливости. Однако, в периоды интенсивного расслоения и смещения основной кровли могут возникать силы бокового давления, приводящие к разрушению спацпрофиля и замков арочной крепи.

Геофизическими измерениями была установлена неоднородность поля напряжений в горном массиве, окружающем выработку, особенно проявляющаяся при развитии очистных работ по пласту. В зоне опорного давления область повышенных напряжений отмечалась в приконтурной области горных пород протяженностью по нормали к напластованию и по напластованию равной, соответственно,шести и трем мощностям вынимаемого пласта (рис.2). Зоны повышенных напряжений вызывали локальные

Рис.2. Разрушение и структурное ослабление массива горных пород в зоне влияния очистных работ.

разрушения вмещающих пород. Особенно это отмечалось в краевых частях угольного пласта в местах их перехода в угольные целики. (20-30 м впереди очистного забоя).

Для снижения величин и неравномерности распределения напряжений в зоне опорного давления, а также интенсивности деформирования выработки была проведена разгрузка горного массива путем бурения скважин с последующим гидрорыхлением краевых частей пласта поверхностно-активным веществом (ПАВ), представляющим собой 0,5$ водный раствор сульфанола. Разгрузка горного массива существенно изменила характер и снизила интенсивность деформирования пород в приконтурной области выработки. Процесс деформирования выработки в зоне опорного давления стал более симметричным. Так, например, средневзвешенная скорость деформирования выработки, пройденной в слабых породах, уменьшилась с 4,1 до 1,35 мм/сутки, а выработки, пройденной в прочных породах, - с 1,42 до 0,52 мм/сутки. Снизились и напряжения в горном массиве. Поле напряжений (рис.3) стало более однородным.

Параметры деформирования выработки существенно зависят от размеров зоны разгрузки. Так, по мере увеличения зоны разгрузки отмечается устойчивая тенденция снижения величины скорости деформирования выработки. Причем градиент скорости является величиной непостоянной. Наибольшее его значение отмечается при разгрузке горного массива на

Рис.3. Распределение напряжений в горном массиве до (I) и после (2) гидрообработки краевых частей пласта

расстояние от стенок выработки до 2 м. При дальнейшем увеличении размеров зоны разгрузки он изменяется незначительно. При увеличении зоны разгрузки > 6 м от стенок выработки, она практически не влияет не характер изменения скорости деформации выработки. Зависимость между скорость® деформирования контура выработки ( ) и размерами зоны разгрузки ( вр} надежно аппроксимируется графиком (рис. 4) с уравнением вида:

гг^= 2.9-------^

0,69 + 0,29 О < 4 « 6

-, мм/сутки

(I)

п. м.. 2.0 и.1 и 0,1 0,4

Гидрорыхление краевой части ПАВ приводит к образованию дополнительных систем микро и макротрещин с одновременным повышением физически связанной с углем влаги. Влажность угля увеличивается по сравнению с естественной примерно в три раза. Создание дополнительной трещиноватости и увеличение влажности снижают прочностные характеристики угля. Прочность на сжатие снижается примерно в 1,5 раза, а на растяжение - в 2,2 раза. При этом изменяются показатели, характеризующие деформационные свойства угля. Модуль упругости при сжатии снижается примерно в 1,7 раза, при растяжении - в 2,4 раза, а коэффициент Пуассона возрастает примерно в 2 раза. Одновременно с этим снижается почти в 2,5 раза упругая энергия угольного пласта.-Это свидетельствует о переходе угля в упруго-плвстичлое состояние.

Снижение прочностных характеристик угля приводит к увеличению деформаций краевой части пласта в плоскости напластования. Этот процесс наиболее интенсивно происходит в районе перехода краевой части в угольные целики и снижает их носуцуг способность. Упрочнение краевой части пласта на этой стадии быстротвэрдевщими смесями снижает 10

0 2 4- 6 £|о,м

Рис.4. Зависимость скорости деформирования выработки от размера зоны разгрузки горного массива

деформации угля. Это связано с тем, что в угольном пласте образуется массив связанного угля, работающий как анкерная крепь. Создание зон связанного в целое угля более чем в три раза снижает параметры деформации краевой части пласта. Так, например, на участке выработки, где оформляются угольные целики, величина, приведенная к длине целика по восстанию пласта, после упрочнения уменьшилась с 6,2 до 1,8 мм/м, а скорость деформирования - с 0,45 до 0,14 мм/сутки.

Проведенные исследования позволили разработать технологичесие и технические параметры способа поддержания пластовых выработок угольными целиками с активным управлением напряженно-деформированным состоянием горного массива, заключающиеся в следующем.

Сопротивление, податливость и плотность крепления крепи выработки рекомендуется выбирать из активного давления толщи кровли, равной шести мощностям вынимаемого пласта,.< сдвижения основной кровли в режиме плавного опускания со средневзвешенной скоростью при слабых породах 1,2 и прочных 0,6 мм/сутки.

Для обеспечения рационального напряженно-деформированного состояния горного массива в окрестности выработки необходимо проводить его разгрузку путем гидрорыхления и насыщения угля краевой чаоти пласта водным раствором поверхностно-активного вещества (ПАВ). В качестве ПАВ наиболее эффективным является водный 0,5,? раствор сульфанола. Разгрузку горного массива необходимо проводить вне зоны влияния очистных работ.

Для реализации способа разгрузки рекомендуются следующие технические параметры:

1) величина давления при нагнетании водного раствора ПАВ должна быть не менее геостатического давления, соответствующего глубине прохождения выработки, определяемого по формуле:

Рн ^ МПа, (2)

о

где ^ер. - средневзвешенный объемный вес пород, МН/м , Н - глубина залегания выработки, м ;

2) расход водного раствора ПАВ на одну скважину рекомендуется выбирать по следувщей формуле:

а = г^тбр-К, А, (3)

з

где у, - удельный расход водного раствора сульфанола на I м обрабатываемого пласта. По нашим исследованиям он составил 2,5 л;

т - геологическая мощность пласта, м;

протяженность зоны разгрузки по падению и восстанию пласта, м. По результатам исследований эффективная протяженность зоны разгрузки составляет б м;

е,

и

(2 - радиус увлажнения угольного массива от оси скважины, м; составляющий порядка 5 м;

Подставляя экспериментальные значения параметров, входящих в формулу (3), расход водного раствора ПАВ можно расчитать по следующей формуле:

О = 150 п т , л, СО

где т - геологическая мощность пласта, м, п - количество скважин;

3) расстояние между скважинами длинной не менее б м по простирании пх.эста должно быть не более двух радиусов увлажнения угольного массива. Для наких условий оно должно быть не более 8 м;

гидрообработка краевых частей угольного пласта должнв проводиться вне зоны влияния очистных работ. Для исследуемых условий гидрообработку необходимо проводить на участках штрека, удаленных от забоя лавы на расстоянии не менее 50 м;

5) продолжительность нагнетания ПАВ в краевую часть пласта определяется из необходимого расхода водного растворе ПАВ на одну скважину и производительности насосной установки при рабочем давлении ;

6) контроль за качеством гидрообработки угольного пласта проводится по степени увлажнения угля. Для этого бурят в обработанной и необработанной частях пласта контрольные скважины с отбором керна угля, которые подвергаются внализу на влагонасыщенность. Соотношение влажности угля до и после гидрообработки должно быть не менее 3.

Исследованиями установлено, что гидрообработка приводит к снижению прочности угля и росту деформаций, особенно деформаций растяжения. Для снижения деформаций рекомендуется проводить после гидрообработки упрочнение краевых частей угольного пласта в районе прохождения просека. Для упрочнения пласта можно использовать скважины, по которым проводилась гидрообработка краевых частей. В качестве скрепляющего раствора, например, рекомендуется раствор из цемента М 400, песка и воды с соотношением 1:1:0,67 с добавкой от веса цемента жидкого стекла. Расход раствора на одну скважину должен быть не менее 100-150 литров, давление нагнетания порядка 20-25 МПа. Упрочнение целиков должно быть закончено на расстоянии 25-30 м от лавы.

Разработанные технологические и технические параметры способа подтверждены опытно-промышленной проверкой при поддержании откаточного штрека пласта 5Ц в условиях шахты "Торецкая" ПО "Дзержинск-уголь". При этом снизилась трудоемкость поддержания выработки в эксплуатационном состоянии. До применения мероприятий по разгрузке

горного массива трудоемкость поддержания выработки, связанная с подрывкой и перекраплением,.вставляла 3,27 чел./смен. При проведении мероприятий (бурение шпуров и нагнетания водного раствора ПАВ и быстротвердеющей смеси) трудоемкость поддержания выработки составила 1,15 чел./смен. В целом трудоемкость поддержания выработки снизилась более чем в 2,8 раза.

Разработанные рекомендации по поддержанию пластовых выработок были внедрены на шахтах им.Дзержинского, Северная, Южная и Торецкая ПО "Дзержинскуголь".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-практической задачи по обоснованию и разработке эффективного и безопасного способа поддержания пластовых подготовительных выработок применительно к выемке угольных пластов с углами падения более 35° столбами по простиранию на глубоких горизонтах шахт Донбасса.

Основные научные выводы и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1) при отработке пластов в ЦРД на достигнутых глубинах сложилось такое соотношение действующих величин напряжений и прочности вмещающих пород, Которое не позволяет обеспечить эксплуатационное состояние подготовительных выработок, поддерживаемых в угольном массиве при столбовой системе разработки;

2) изучен механизм деформирования и разрушения горных пород в окрестности выработки в указанных условиях, особенностью которого является образование вокруг выработки в результате дэзинтеграцион-ных процессов двух характерных зон разрушения горных пород: микродискретной размером до I м от контура выработки и макродискретной

- ориентированной симметрично относительно нормали к напластованию. Размеры последней в направлении нормальном и по напластованию составляют, соответственно, шесть и три мощности вынимаемого пласта;

3) разработана методика выбора и расчета паспортов крепи штреков, учитывающая при определении рабочего сопротивления параметры "заданных нагрузок", э податливости - "заданных деформаций";

4) разработаны и прошли промышленную проверку технические призмы и технологические параметры управления напряженно-деформированным состоянием горного массива вокруг выработки путем последовательного разупрочнения краевой зоны угольного пласта с применением растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) и упрочнения на определенном уровне разгрузки, тем самым обеспечено эксплуатационное состоя-

нив выработок в безремонтном режиме.

Научная новизне работы замечается:

1) в установлении зависимости между мощноетью пласте и параметрами разруяения горного массива, в соответствии с которой размеры зоны по нормали к напластование и по напластование определяется равными, соответственно, вести и трем мощностям вынимаемого пласта;

2) в установлении допустимого уровня деформации контура выработки по условиям устойчивости,который достигается при последовательном разупрочнении и упрочнении краевых частей пласта на расстоянии от контура выработки, равном не менее вести мощностей вынимаемого пласта;

3) в установлении геомехаиического критерия степени допустимой разгрузки, который выражается зависимость!) между скоростью деформирования контура выработки С 1/ш ) и размером зоны разгрузки (

в виде:

1ГШ= 2,9 - -£-, мм/сутки

0,69 + 0,29 6р

Ъ £ вр & 6

Опытно-промышленная проверка основных результатов диссертационной работы на вахте "Торецкая" ПО "Дзержинскуголь" в условиях пласта -Подпяток показала, что разработанные технические рекомендации обеспечили поддержание откаточного штрека на горизонте 810 м в эксплуатационном состоянии и исключили затраты на ремонтно-восстановительные работы. В результате трудоемкость работ при новом способе поддержания выработки снизилась более чем в 2,8 раза. Рекомендации планируются к внедрению на 25 шахтопластах Центрального района Донбасса. В настоящее время рекомендации внедрены на шахтах ПО "Дзержинскуголь": "Северная", "Южная", "Торецкая", им.Ф.Э.Дзержинского,

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Инструкция по управлению горным давлением в очистных и подготовительных выработках при разработке угольных пластов с углами пэдения свыше 35° -Донецк: Облполиграфиздат, -С.227-277, 1988.

2. Перспективы повышения устойчивости подготовительных выработок на основе управления напряженно-деформированным состоянием угольного массива //Горное давление и крепление: сб.науч.тр. № 166 -Л.: ВНИМИ, 1992;

3. Повышение устойчивости откаточных штреков путем обработки охранных целиков водными растворами ПАВ // -Киев: Наукова Думка, "Физика и техника высоких давлений" № 4, 1992 (соавторы: Алексеев А.Д., Рева В.Н., Левнин A.A. и др.).