автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование инженерно-технологических решений снижения влияния отработки угольных пластов Львовско-Волынского бассейна на подрабатываемую земную поверхность

ргз од-

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЙ ШК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

На правах рукописи ПадГАЙНЫЙ йроолао Михайлович

ОБОСНОВАНИЕ ИНЖШЕРНО-ТЕХНОЛЭПННЖХ РЕШЕНИЙ СНИЖЕНИЯ ВЖЯНИЯ ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ЛЬВОВСКО-ВОШНСКОГО БАССЕЙНА НА ПОДРАБАТНВАНШ) ЗЕМНУЮ ПОВЕРЖОСТЬ

05.15.02 - "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых"

Автореферат-диссертации на соискание ученой степени кандидата технических ивук

Днепропетровск - 1996

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в производственном объединении по добыче угля "Укрзападуголь" Нинуглепрома Украиш. НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - член-корресповдент Н&Ы Украины,

доктор технических наук, профеосор БУЛАТ Анатолий Федорович, СйИЦИАЛЬШЕ СКШШЕН1Ы: академик Академии горних наук Украины,

доктор технических наук, профессор УСАЧЕНКО Борис Миронович,

кандидат технических наук ГОЛОВЧАНСКИЙ Иван Егорович. ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Научно-исследовательский горнорудный

институт Минпрома Украины, г.Кривой Рог,

/ у ' у

Залита состоится "4 " tMObbSL 1996 г. в /О часов на аа-седании специализированного совета Д 03.10.02 при Институте геотехнической механики HAH Украины по адресу? 320095, Украина, г.Днепропетровск, ул.Симферопольская,2а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геотехнической механики HAH Украины, г.Днепропетровск-95, уд.Симферопольская,2а.

Автореферат разослан "■Зо" OuU,XJL 1996 г.

'В.Г.Перепелица

Ученый секретарь специализированного совета

ОЁЩяЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАШШ

АКТУАЛЬНОСТЬ И СТЕПЕНЬ ИЗУЧШН0С1И ПРОБЛЕМЫ.. Зависимость развития экономики Украины от обеспеченности органическим топливом обусловливают необходимость вовлечения в эксплуатрции угольных месторождений дажт со сложными горно-геологическими условиями. К числу таких относится Львовско-Волиьскнй yi .»ль-нкй бассейн (эксплуатацию ведут 14 шахт), для .фодуктивнсЛ толщь которого характерны высокая угленосность (40-60 пластов) при незначительной ступени плановости, наличие водоносных горизонтов, слабых гопньгс пород с высокой деформационной способностью, развитие тектоники. Все это существенно ухудшает условия выемки угольных пластов, вызывает большие затраты, а также отрицательны" воздействия на природную сред," угледобывающего региона, которые проявляется в подпаботке земной поверхности, нарушении ландшафта, вывода сельскохозяйственных угодий из оборота.

Таким образом, наряду с повышением эффективности и безопасности эксплуатации месторождений, в ряд важнейших становится

задг.ча экоэащиты угледобыврющих регионов- и рационального при-

• - "

родопользования. Совокупно определяется проблей; научного обоснования ресурсосберегающей и природосберегающей технологий эксплуатации месторождения Львовеко-Во;^нского бассейне., разработка которого имеет перспективное зна^эние.

Большой внтад в разработку проблемы прогнозирования процессов сдвижения земной поверхности при выемке угольных пластов, в обоснование инхенерно-технологичеекгх решений по управлению горным давлением в лавах р целях снижения интенсивности деформационных процессов в подрабатываемых толпах внесли коллективы институтов ВНИМИ, УкрНШ., Государственной горной академии iкраины, ДонУГИ, ИГТМ HAH Украины, НИГГЛ и ad. организаций, а

такке ученые Авершин С.Г., Батурин С.А.. Булат А.®., Воскобоев Ф.Н., Головчанский И. , Зборщик М.П., Зорин Л.Н., Ива -нов Б.Ы , Иофио М,А., Сапицкий К.Ф., Колоколов О.В., Кузне -цов С Т., Курносов А.Т., Жсица И.Г., Мякенысий В.И., Парчев-сйий JI.Я., Ггт.иук Е.Р., Потурасв В.H., Усаченкп Б.Ы., Шапо-вал H.A. и др. Однако, прямой перенос результатов, поденных в Других регионах, для решения задач отработки угольных пластов во Львовско-Волынском бассейне невозможен в силу специфичности горно-геологических условий. Наряду с этим, имеющиеся разработки не обеспечивают дальнейшее совокупное решение задачи эффективности отработки угольных пластов и защиты подрабатываемых территорий в условиях исследуемого региона. Основные причины заключаются в том, что по известным методикам зачастую невозможно прогнозировать оседание земной поверхности или расчетные их величины существенно сгличаются от фактических, а также ч ?илу недостаточной разработанности технологических регламентов ведения горных работ в таких условиях.

В связи с этим проблема обоснования ишенерно-технологиче- u ских р~шений снижения техногенного воздействия и повышения эффективности отработки угольных пластов в бассейне на базе изучения деформационных процессов земной поверхности и надуголь-ной толщ является актуальной. Работа выполнена в период многолетней производствённ-й деятелы.ости автора и соответствует тематике исследований, определяемой Минуглеп^омгч Украины,

ЦЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Цель работы - обоснование m .северных л технологических решений, обьопечивающих снижение техногенного влияния отработки угольных пластов на зем-нуи поверхност' посредством совокупной реализации эффектчвиых 1 технологических регламентов и технических средств управления горным давлением в очистных выработках и природоохранных мер.

Длч ее р-заличации поставлены и решс.ш следуюгие задали:

1. Исследовать процессы сдвижения земной поверхности и деформирования подрабатываемого массива горные пород при отра -ботче угольных пластов в условиях Львовско-Волын_кого иасс^йнр.

2. Изучить проявления горного давленк I в очистнь^с чабоях и выполнить обоснование параметров способов управ лсга.л геои'еха-нкческим состоянием надугольной толщи горных пород.

3. Разработать методику расчета параметров сдвижений и деформаций земной поверхности псд влиянием очистных работ для целей обоснования технологических регламентов их ведет., и горчо-геометрического прогнозирования охраны подрабатываемых территорий.

4. Разработать средства и обосновать инженерно-технологические решения, обеспечиваюгцио управляемое деформиривание подра-б-тываеього массива горных пород.

ОБОСНОВАНИЕ ГЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРАКТИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЕГО НАУЧНОЙ НОВИЗНЫ. Научное значе"ие работы состоит в устс.новлении закономерностей процесса сдвижения земной поверхности и деформирования надугольной толщи, заключающихся в учете параметров технолог:!:; отработки угольного пласта, лято-лого-геомеханических характеристик пород и ве.-ичины отпора сн-с емы поддержания кровли лавы, в конструкции которой примечены элементы из тростоматериала, компенсирующие перемещения кровли.

Практическое значение работы состоит в разработке: методики горно-геометрического прогнозирования охраны подрабатываемых территорий; научно-гехнических принципов выбор-, рациональных параметров отработки угольного пласта и обоснования способов управления горным давлением в очистных вг>абО""сах с приме ини-ем компенсирующих элементов из тростоматериала; стоек повыз;энной несшей способности из тростниковь": материале; технологи-

б

ческого регламента применения указтных стоек в качестве индивидуальной костровой креп., в сочетаГ'/Л с другими крепями; в определении области применения рекомендуемых разработок и выборе способов охраны пойм рек на участках эксплуатации месторождения бассейна.

Научная новизна.

1. Установлены закономерности сдвижения зе-мой поверхности и деформирования массива горных пород под.влиянием отработки угольных пластов в условиях Львовско-Волынского бассейна, анализом которых доказано, что профиль полумульды сд в лжет, л описывается интегральной функцией Гаусса, _ угловые параметры сдвижения отличаются от рекомендуемых "Правилами охраны..." .

2. Уточнена математическая модель сдвижения земной поверхности путем введения в нее зависимости определения полумульды сдвиженгя с учетом новых значений граничного угла и угла пол -ных сдвижений, чго повышает ее адекватность наблюдаемым деформационным процессам и позволяем' прогнозировать оседание поверхности в любой точке ее подработки и в заданный момент времени.

3. Разработана методика горно-геометрического прогнозирования охраны пойм рек, включакдая построение суммарных оседаний земной поверхности, дифференциарованный выбор применения технологии ' отработки угольных пластов по площади шахтного поля, определите рациональных условий и выбор способов охраны.

4. Установлены закономерности формирования зон опорного давления при выемке угольных пластов и закономерности изменения геомеханического состояния надуголшой толщи пород, заключающиеся в учете ее мощности, параметров расслоения при различных схемах выемки и ис~4еяении скорости лодвигания лавы.

5. Выявлены особенности развития деформационных процессов вокруг очистных ¿ыгаботсд при управлении кровлей пол ■им обру-

шением, частичной . акладкой выработанного пространства и опусканием кровли на кострах, отличающиеся'учетом расслоения над-работанной тслщи при раздельной и совместной схемах выемки угля и порядка отработкч пласта.

6. Установлены зависимости между параметрами отгэра и шага установки допо;лительной крепи, учитывающие ее л^дгтливость, особенности формирования опорного давления, мощность шягта и свойства ооковых пород.

УРОВЕНЬ РЕАЛИЗАЦИИ И ВНЕДРЕНИЯ НАУЧНЧХ РАЗРАБОТОК. Основные научные положения, разработанные способы реализованы в "Методике горно-геометрического прогнозирования охраны пойм рек", "Рекомендациях по применению стоек повыше.шсЛ несущей способности из тростниковых материалов в качестве индивидуальной и кострово;, крепи", "Технологическом регламенте для крепления горных наработок", утвержденных Минуглепромом '"краины, в руководящем материале "Стойка шахтная из композитных материалов". По рекомендациям автора затеплены участки выработок с применение» стоек из тростома^ериала по комби'тфоьонной схеме, организовано производство по выпуску указанных стоек. Фактический экономический эффект от внедрения разработок автора -оставляет свыше 507000 млн.коб.

АПРОБАЦИЯ И ПУБЛИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Основные результаты работы доло;..ены и получили одобрение на научных семинара" и научно-технических советах Инсти..уга геотехнической млханики НАН Украины (г.Днепропет • ровск, 1994, 1996); Мин/глепрома Украины (г."иеа, 199ч>, 1995, 1996); на конференциях - Международной по прс1леме "Гхол^гиче-ские аспекты загрязнения окружающей средч" (.г.Киев, 1996^; "Экология и здоровье че.пвека, охрана воздушного и водного бассейна" 'Республика Крым, 199Ь); Ш-й нручно-техническс.! конфе-

ренции РУЗ'ов У1фаины (Маркшейдерское обеспечение горных работ), (г.Донецк, 1995); Международной конференции "Ресу^со-энергосбе-ре гающие и зоологически чистые технологкл в производстве деталей из композитных материалов" (г.Киев, 1996).

По теме диссертации опубликоьдно 10 печатных работ (статьи, доклады, методические и технологические разработки).

Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, содержит 149 страниц машинописного текст,., включающих 43 рисунков и Ч таблиц, общий объем 219 страниц со списком литературы из 90 наименований и 4 приложениями.

ДЕКЛАРАЦИИ О ЛИЧНОМ ВКЛАДЕ В РАЗРАБОТКУ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ. 3 качестве руководителя и ответственного исполнителя научно-исследовательских рабо^, проводившихся на шахтах ПО "Укрзапад-уголь", автор принимал непосредственное участие.

Постановка аналитических исследований, шахтных и лабораторных экспериментов, обобщение их результатов длл вибора эффективных инженерно-технилоги'есксх решений выполнена, а.цель, задачи исследований, идея работы, основные научные положения, выводы и рекомендации сформулированы автором смостоятельно,

ЬиЛЮДОЛОГИЯ, МЕГОда ИССЛЕДОВАНИЯ ПгЕДМЕТА И ОБЪЕКТА. Основная идея работы заключается в следующем: обеспечение снижения техногенного воздействия отработки угольного пласта на земную поверхность достигается реализацией мер на двух этапах: расчет-но-прогнозном и на этапе применения конкретных ггрнотехнологических. решений, учитывая параметры ее сдвижения при обоснова -нии трхнмогдо очистных работ и вы С эр способов управляемого поддержания надугольнсТ толщи.

Методология и методы исследования: в работе использованы ' комплексный подход к исследованиям, включающий анализ литолого-геомеханических условий эксплуатации угольных ме^торгжд~ний, в

аналитических исследованиях - положения механики сплошнс.1 среды; маркшейдерские измерения и шахтные наблюдения, лаборатор -ные эксперименты; методы математической стат :стики и системного "налиэа.

Предмет и объект исследований: деформационные процессы при сдвижейии земной поверхности горного массива при их подраСоткч и проявления горного давления в очистных выработках при отра -ботке гонких угольных пластов; технологические регламенты v средства управляемого по.-цержаьия надугольной породной тол^и в лавах угольных шахт.

Автор выражает признательность научному руководителю А.Ф.Булату за методическую помощь в выполнении работы ч благодарит работников шахт объединения "Укрзападуголь", Института геотехнической механики HAH Украина за помошь в проведении экспериментов и внедрении разработок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Коренное совершенствование угледобычи на месторождениях со сложны; и горно-геологическими условиями, к которым относился и Львовско-Волынский бассейн, должно неотъеутемой задачей содержать сохранение л улутгнле природно-техногенлой сист_мы угледобывающего региона. Достижение этой цели, наряду с разра-бо-кой механизма правового обеспечения, в решающей мере заьл-сит от уровня науччо-технических разработок, позволяющих* с одной стороны учесть специфические особенности последстий отработки угольных пластов, а с другой - обосновать систему инженерно-технологических компенсируюплх мер по снижению техногенного воздействия на угледобывающий регион прл одновременном сохранении или повышении показателей :,ксплуа,Та1Г<и место -рождения. В работе указанная цель, в известной степени, достигается посредством разработки и использован..я теор.тических

основ описания, прогнозирования деЛорхаций и охраны земно,I поверхности и надугольной .толщи отрабатываемого пласта для совокупного'обоснования технологических и прчродоохра; мщений, включающих ьлбор параметров технологии выемки, способов и средств управтекли горным давлением в лавах, вехичины которых обосновываются с учетом особенностей совместного деформирования пород кровли в лавах и компенсирующих и: перемещения элементов, дополнительно устанавливаемых ь "ыработанном пространстве, изготавливаемых из тростопластового материала,- д^орма-цчонные характеристики конструкций из которого задаются с учетом ожидаемых деформаций надугольной то.'чци пород.

Ос:.овкые нау.ные положения, защищаемы-- в диссертации:

1. Процесс и длина полумульды сдвижения определяется по характеру оседан..я отдельного репера по мере его подработки, ' а профиль динамической мульды сдвижения прч полной подработке земной поверхности в условиях Львовско-Вслынского бассейна описывается интегральной функцией Гаусса. Выявленная закономер -ность является научной основой прогнозирования параметров сдвижения и разработки мер охраны подрабатываемых территорий.

2. Величина зависания основной кроьли над движущимся забоем лавы являет-я функцией не только угловых параметров сдвижения и глубины разработки, но и линейно зависит от скорости подви-гания очистногс забо^,' учет чего позволяет повысить надеж -

• ность обоснования порядка и параметров отработки угольных пластов.

3. Формирование опорного давление при выемке угольных пластов имеет зональный характер, определяемый литолого-геомеха-ническими свойствами основной и непосредственной кровель и

'технологическими факторами, и реализуется в условия;, неустойчивой надугольнор- толщи " виде двух максимумов нлрягоний,

удаленных от забоя лавы вглубь массива на расстояние 4 и 8 м (размер зоны 30-40 м), которое уменьшается при увеличении скорости подвигслия лавы, а при повышении прочностных свойств пород кровель имеет место слияние максимумов н^лря.гений и од..н.

4. Устойчивость системы, "породы кровли пласта - дополнительная крепь" определяется условиями деформировслп.л пласта и сдвижения надугольной толщи, обусловленными дсЯстьием опорного давления и противодействием основной и дополнительной крепи, отпор последней прямопропорционально залисит от величины горного давления, обпатнопропорционально от мощности пласт- и связан параболическим законом с расстоянием до максимума опорного давления.

В работе выполнены экспериментальные исследования, дано аналитическое описание деформационным процессам подрабатываемой земной поверхности и надугольной толщи при отраоотке угольных пласов по различным технологическим схемам.

Постановке шахтных экспериментов и марктейд-рским изменениям предшествовал литолого-геомеханическ/й и горнотехнический аначиз условий разработки месторождений Льв^вско-Волынского бассейна. Выполнений аналис показал, что бассеГн (эксплуатацию ведут 14 шахт с про: зводственной мощностью 7,2 утн.т/год) по условиям ведения горных работ один из наиболее слож^х, специфика которых проявляется в следующем: высокая углзнасыщен-ность толщи, сближенное расположение угольных пластов, наличие водоносных горизонтов, разглтие крупны* и мелких форм тектонической нарушенности вмещающих пород, которые характеризуются невысокой прочностью ( 16-50 МПа) -ущестьенно (в 1,5-*.,0 раза) понижающейся при увлажнении пород. На территории региона разрабатываются, в основном, пласты /'<!*,, П.^ , имеющие с^ед-ьединами ;ескую мощность от 0,65 до 1,Д м, ¿гол пагения 0-6° ,

глубинл залегания - 390-550 и. Породы непосредственной кровли по устойщ зости характер-зуютсч категориями Б^Б3; породы основной г-роьли по обруыаемости - А^-Ад; устойч..^ :ь пород почвы оценивается классами П| и ^ по классификации ДонУГИ.

Для задач планирования исследований, анализ*», их результатов и обоснования инженерно-технологических решений отработки угольных пластов разработана литолого-геомехчническал типиза -ция условий поддержания кровли в лавах, приведенная ь таблице, в которой в качестве критериальных приняты: литолого-структур-ные особенности пород, тип нарушенности, коэффициент крепости пород непосредственной и основной кров-)ль, показатели их мощности и технологический параметр - величина зависания пород основной кровли в лав.э.

Для определения параметров процесса сдвижения земной поверхности использованы результаты маркшейдереких наблюдений, вы -полненных при рзшении задач охраны от вредною влияния горных оабот различных объектов на подрабатываемых территориях шахт ПО "Укрзападуголь". Расположение наблюдательных станций и условия ::х подработки были такими, при которых обеспечивалась

•

оценка угловых и линейных параметров сдвижения. Наблюдательные станции оборудованы вдоль подрабатываемых объектов и представляли собой группы грунтовых реперов, наблюдения за сдвижениями которых осуществлялись в течение 24—2/ месяцев до окончания процесса сдвижения земной поверхности. Наблк^еш.я проведены при таких горно-тсхнологических условиях: глубина разработки -

- 42!^5СЗ м, мощьость угольного пласта - 1,17-1,43 м, длина лавы - 145-210 г, скорость подчигания очистного забоя - 20 -

- 55 м/лес. Начало сдвижения реперов по отдельным станциям

4 отмьчено при подходе лавы на расстояние 50--150 м, и его окончание - при удалеичи репера на 600 м. При этом макегмачьное

Таблица

Литолого-геомехяничэскэч типизация условий додгортакпя кровлп в лавах.

Тип условий : Литотипы непосредственной ; . кровли п/астов • • Тия наруиы-ност,» Непосредствен- : : ная кровля :. О^ноыая кровля

участка ! / 1 1 м •

I Арпг-литы и алевролиты ыалолроч-ные, неслоистые,трещиноватые й угллсгш веществом,нарушениями ■ сплошности 1Л ывнее 1,5 I 1,52,5 2,53,5 до 20

и Алегролиты горизонтально-слоистые, аргиллиты алеврипстые тонкоглитчатые со слабым оцеплением слоев Ш 1,52,0 I 1.53,0 3,54,5 20-35

ш Алевролиты и аргиллиты массивной текстуры, средней крепости и сцепления п 2-2,5 I 3,04,0 4,56,0 35-45

1У Алевролиты плотно сцементирован- П ные, а ои пород замещения гесча-ниха алевролитом, аргиллиты свде-ритизированлыэ с сильным сцеплением 25-3 I 4,05,0 е-ю 45-55

У Алевролиты много паянные, оаресла™.- I ваютеся алегроли-ы и песч: зикит песчалшл с постоянный! контакта- 3-4 I 5,06,0 :о 55-60

• 1, трещиновата, пассивные, однород -ные

Обозначения; ф- лоэффщдаел'-' крепосвп по пкале ;..'.<.!. Дрогодьякслова;

ПЪи.Пьн7 мощность пород, непосредственной п оснозной кровли пластов; ^ - величина зависания основлой кровли в лаве.

ы

увеличение скорости оседания реперов наблгдается при удалении лавы от гепьрр на 50-150 м. Анализом результатов определены граничный угол и угол полных сдвижений, которые соответственно равны 57°13' и 41038*, значения принятые для обоих углов по "Правилам охраны..." составляпт

Для сопоставления кривых оседаний земной поверхности, полученных в различных горно-геологических условиях, выполнено трансформирование кр.;вых в безразмерные кривые, сравнениь точек которых с интегральной функцией Гаусса показало, что они по своему виду соответствую? теоретической интегральной кривой Гаусса. Выявленная закономерность для условий Львовско-Волынско-10 бассейна, ранее установленная В.И.Мякенькин для условий Западного Донбасса, предопределила возможность ее применения для описания наблюдаемого процесса сдвижения. С учетом установленных численных значений угловых параметров получено уравнение, описывающее оседание земной поверхности в динамической мульде снижения в условиях исследуемого региона

+срГ Ар7) i у/ ,

< I >

где Ц - максимальное оседание земкой поверхности; Уд. - ско-

\о

рость подвигания .„авы; - расчетный параметр очистной выработки; Ср- табличная интегральная функция Гаусса; с/ - величина зависания пород основной кровли над границами очистной выемки.

1Г

Впервые установлена связь величины сС со скоростью пидви-гания л"""'

Пюоверкг точности математической модели выполнена для данных по станциям. Сопоставление расчетных и фактических данных

чения по "Правилам охраны..." отличались от измеренных на 36450 /а, то погрешность вычисления указанных показателей по предложенному уравнеюш составляла 10-13 %, что свидетельствует о его надежноети.

Результаты экспериментальных и теоретических исследований сдвижения земной поверхности положены в ос::ову разработки математической модели оценки техногенного влияния выемки угольного пласта на изменение ее рельефа, "Методики горно-геометрического прогнозирования охраны пойм рек" и дифференцированного вн-бора технологии по площади шахтного пиля. Методами непосредст-в:нных шахтных измепени.. и электрометрическими исследованиями изучены деформационные процессы ь угл^по^од.чэй толще, г омехани-чеекче особенности поведения надугольной толщи и формирования зон проявления горного давления в лавах, с^лцность которых сводится к следующему. При отработке угольных пластор, в непосредственной кровле которых зялегают неустойчивые аргидг. ;ты и. алее • ролиты, а з основной - более крепкие породы, впереди движущегося очистного забоя формируется два максимума опорного давления - первый удален нг 4 м, второй - на 8 м от него, а их местонахождение и уровень концентрации напряжений згвисит от величины

где

( 2 )

оседания земной поверхности показали, что если в„численные зна-

консоли и мощности непосредственной кровли, а также способа ее управления. В тг чих условиях размеры зоны опорього давления-составляют 30-40 м. С увеличением скорости подвигания забоя лавы в 7,5 раза уменьшаются указанные зоны на 20-25 % а расстояние до максимумов соотгетствеяно на 40 и 20 %, при этом величина концентрат.. ^апряженкЛ в перчом увеличивается на 30 %, а во втором - на 20 %, Если непосредственная кровля сложена породами средней прочности, но высокой обруиаемости, а в основной кровле залегают крепкие породы, -о деформитзоьание угольного массива впереди лавы юг чет иной характер - эпюра горного павления представлена одним максимумом концентраций напряжений, расстояние до которого ? 1,Е ра?ч больше, чем в первом случае, г. зона опорного „авления возростает до 40-50 и.

Для различных условий и пордцка отработки выемочных участков размеры общей зоны опорного давлени.. варьируют в пределах 35-100 и, при этом зона впереди лавы колеблется о/ 1С. до 55 м, расстояние до максимума напряжений - 8-30 м, коэффициент -проявления гордого давления - 1-3,3.

Наблюдения показали, . что зависимость сближения кровли-поччы в лавах от скорости подвигания очистного забоя имеет экспонен-циальшй характер (¿¿^-я —А<2 * , где Ьл - скорость подвигания лавы). Изучены особенности развития смещений в очистных выработках 1.ри управлении «фовлей полным обрушением, закладкой В1 раоотанного пространства и опусканием кровли на костра.:; в последнем случае величина смещения пород в 1,5-2,0 раза ниже, чем прг переем способе (скорость подвигания - 1т5 м/сут.).Установлено, ито смещения !фовли уменьшаются в 2 р .зр при совмещенной схеме выемки пласта, по сравнению с раздельной. Р^явлена неравномерность сближени- боковых пород по длине лавы - отмечаются их максимальные зна.ения в центре; вывалообразование вы-

• • 17

сотой до 0,5 и и имеет место по всей лаве с увеличением > 2 раза при схеме примыкания кондовых угастков к массиву. В "аких условиях скорость смещения пород увеличивается в 1,5, а в^л.чина зависания кровли в 2,5 раза по сравнению >.о средней частью лави; по схеме примыкания к выработанному пространству высота вывалов в 3-7 раз меньше.

Для условий одновременной отработки сближенных пластов установлены особенности формирования зон повышенного горного давления (ПГД), выявлено влияниь на их параметры порядка отработки уго.-.ьных пластов. Установлено, что наиболее рициональним является нисходящий порядок отработки с предварительной надработ-кой.

Выявлены условия, когда для обеспечения нгрма,"ьн0й работы очистного забоя и сохранения устойчивости кровли в выработанной пространстве требуется возведение до: олчительной крепи (орган- • ка, костоы, кустокострч). Функция ^оиолнительной крепи - обеспечить облом консоли образующегося слоя и создать условия для минимального прогиба вышележащих пород. Установлены особенности изменения параметров зон ЛГД при изменении скорости подвигания лавы: при скорости более 83 м/мес высота вывалов резко уменьшается, запав" раздвижчостл гидростоек соотвотствуат устойчивому режиьу (до 50 м/мес. - режим неустойчив).

На базе изложенных результатов раскрыт механизм проявления горного давления в лавах и надугольной толще, сформул/ровш.а аналитикзская задача по ее устойчивости. В решаемой задаче над-угольная толща моделируется как консольная пластина-с^ой, ограниченная в сторону обрушени" и забоем лавы, имеющая сцепление с оснолной кровлей и пригруженнал собственным весом и лилиями основной и дополнительной -репи. По волччине наЦдвюттс усилий в плите оценивается устойчи: отть и определяются папаметры необ

ходимых воздействий для .е г эвютеьля. )пределлемым является шаг установки дополнительной крепи. Показано, что устойчивость системы "породы крор.м пласта - дополнительная крепь" определяются условиями деформирэвш.ля пласта и сдвижения пород, обусловленными действием оперного давления и противодействием основной и дополнительной чрапн, отпор которой прямопрс юрци^нально зависит от величины горного давления, обрагнопропорционально от мощности пчаста и связан параболическим за-соном с расстоянием до максимума опорного давления. Установкой дополнительной крчпи с отпором (6-8)"I03 кН/м^ и шагом 30-35 м достигается необходимая устойчивость систем.

На базе выполнении; рабо доказана техническая возможность и экономическая целесообразность использования тростника для получения материала в целях замены лесоматериала, используемого в различных конструкциях дополнительной кгепи. Разработана технология получения композитного материала, изготоьление стоек на его основе путем прессования при температуре т40-160 °С с применением различных свлзующгх веществ. Несущая способность стоек достигает 180 кН при податли чости до 5 л>, при изгибе - предельная нагрузка - 1000 кН, а податливость костра из этих стоек достигает 30-35 %. Р промышленных услови :х нагрузка ча тростоко-ст^ы при опускании кровли в лаве до 300 мм не превышала 2500 кН/м*| а податливость - 25 %. В этих же условиях деревянные костры не обеспечили должного отпорг, р°личина смещения кровли превысила 900 в результате чего имело място разр.ушение пор^д и гмыкание кремли и почвы. Механичзская характеристика нарастания сопротивления тростокостров качественно сходи i с Kot,r^ргенцией кровли-почвы в лавах, поэтечу соответствующим выборок параметре) костровой крепи модно обеспечить эффективное управление состоянием нодугольпй толши, а следовательно, и процессом деформиро-

вания земной поветзхности.

На базе аналитических, экспериментальных иеследовап Я и те: -нических разработок обоснованы технологические схе м отра'огки угольных пластов и инженерные ргшенит по их применению. С учетом разработанной типизации условий поддержания кр^ли в лавах предложено пять технологических схем (ТС) управления состоянием иадугольной голыми при различном порядке отрабо1ки угольного пла-с.а: ТС№1 - для одиночных лав в целике (I тип уловий); ТС;?2 -при восходящем и нисходящем порядках отрроотки (под целиком вышележащего пласта); ТС.ВД - при нисходящем порядке отраоотки (под краевой частью целика вышележащего пласта шириной ЗСМО м); ТС!М - нисходящий порядок отработки под краевой чг~стьо целика и его размерах более половины лав!1; ТС£5 - при нисходящем (восходящем) порядке отработ.си в створе отрабатываемых лав.

Предложенные икяенерно-технологичиспе решения прошли апробацию на шахтах бассерна, определены условия и объемы их внедрения.

Обоснованность и достоверность научных положений, ьыводов и рекомендаций подтверждь.зтея корректностью принятых теоретических предпосылок, базирующихся на фуьц, шентальных положениях механики сплошной среды и теории управления горным делением, статистическим анали: ом данных маркшейдерских изменений о сдвижении земной поверхности и количественных показателей проявления горного давления в ;.звах, использованием латемати; зского моделирсJaния, обеспечившим удовлетворительную сходимость расчетных параметров (погрешность 10-18 %) сдвижения земной повеохно-сти и зон нлрушенносы надугольной толщи, полгжительнымч результатами проверки чредложенных разработок в производственных ус,-ло1:1ях.

Гг

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача, заключающаяся в обосновании инженерно-технологических решений, обеспечивающих повышение эффективное"-;, и снижение вредного влияния отработки угольных пластов на ,емную поверхность в условиях Львовеко-Волынского бассейна.

Основные в^во.-ы, научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Профиль дичал.ичсской чу льды сдвижении при полной подработке земной поверхности в условиях Львовеко-Волынского месторождения опислв-етс;' интегральной функцией Гаусса. На базе этого вывода разработана математическая модель оценки техногенного влчяния выемки угольного 1.ласта на изменение лельефа земной поверхности, позволяющей прогнозировать меры охраны подрабатываемых объектов,

2. Установлено, что пеличина зависания основной кровли над движущемся забоем лавы является функцией не только угловых параметров сдвижения и глубины разработки, но и линейно зависит от скоро ти педв-гшия лавы.

3. Разработана методика горно-геометричоского прогнозирования охраны пойм рек, включая построение иланог суммарных оседаний подрабатываемой земной повьрхност( й и площадей затопления и подтопления территорий, дифференцированный выбор отработки пластов шахтного поля,

4. Сущность геомеханических особенностей проявления горного давления в очистгых выработках и подрабатываемой "ол^е такова:

4.1. Хеширование оп^ного давления име^т' зональный характер, определяемый литолого-геомеханически.-м свойствами непосредственной и основной кровл-1 угольного пласта и технологическими ({як-торами и рча.а(зуется в условиях 1.-зустсйчипой нару'онноЯ тол:мч

в виде двух максимумов напряжений, удаленных от 3£.5оя лазы на расстоянии 4 и 8 м 'размер зины ЗС-40 м), которое уменгаает^я при уве.\ичении скорости подвигания лавы, а при повелении "р ^постных свойств пород кровель име^т мелто слияния максимумов напряжений в один.

4.2. Наиболее рациональным порядком отработки угольных пластов в услогчях басзейна является нисходящий прл предварительной надработке вышележащим гластом. Наибольший пффект в управлении горным давлением достигается при подв..гании очистного забоя свы^е 80 м/месяц. В атом случае снижаются размеры зоны ПГД, уменьшается вывалообразование и запас раздвижности гидрос :оек достигает 20-30

4.3. Раскрыт механизм проявления горного давления в надуголь-ной толще, сформулирог 1нн основные исходные требования на разработку средств и технологий угравлени? горним давлением, получены аналитические зависимости для г аскета параметров дополнительной крепи.

5.Разработаны технические требования и исходные дан:.ые на произгодство индивидуальной и костровой крепи из тростниковых материалов и технологические регламента их примененит самостоятельно или в комбинации с другими крепями.

6. Разработаны те"нологические схемы и определена область их применения при отработке угольных пластов Львовско-Волынского бассейна.

7. Результаты раооты внедрены в технологических регламентах и рекомендациях по применению индивидуальных и костровых крепей из тростоматериала. Опытно-промышленной проверкой подтверждена чехнико-экономическая целесообразность разработан, .лх ин-жеперно-технологических решений. Экономический эффект от внедрения разработок превысил 500 глрд.крб.

Список оп^бли-о'анк jx н учных работ, отражающих основную положения диссертации

1. Пидгайный Я.М , Курносов Л.Т. Применение полимерных композиций для . репления виработок // Уголь Украины, 1995. - № 3. - С.5-7.

2. Лидгайный Я.М., Прйгунов A.C. Исследование свойств и технологических возможностей использования углеотходов Ц05 "Чер-воноградская" // У оль Украины, 1995. - № 2. - С.II—13.

3. Булат A.S., К>рносов А.Т., Пилипенко Ю.Н., Пидгайный Я.М. Охрана водных объектов при подземной разработке угольных месторсждет..1/7 Тез.до: л.конференции 17-19 июьл 1995 г. Республика Крым: "Геолог..я и здоровье человека, охрана Бездушного и воднот бассейна", К., 1995. - С. 112.

4. Мякенький В.И., ПздгеЧный Я.М., Мякенький Е.В. Прогнозирование техногенного влияния чыемки угольных пластов на природные объект шахг ^вовскп-Велынского бассейна // В сб, тр. Ш-й научно-техк:¡ческой конференции вузов Украины (-арк-шейдерское обеспечение горных работ/, Донецк, 1995, - С.66.

5. Булат А.Ф., Курносов O.A., Пидгайный Я.М. Нетрадиционная технология инъекционной обработки горного массива для упра-в;,зния его напряженным состоянием.// Металлургическая и горнорудная промышленность, 1995. - № 2. - С.53-54.

6. Кононен"о ИД., ПидгаЫый Я.М., Ященко Ю.Я. Анализ влияния дегтельности предприятий угольной промышленности на земельные ресурсы // Тез.докл.междунар. научно-пр^ктич.конфер. "Экологическиj аспекты загрязнения окружающей среды. К., 1996 г. - С.61-62.

7. Кононенко И,А., Пидгайный Я.М., Ященко Ю.Я. Техногенная нагрузка водной среды в ппоцессе угольного производства (сг.4) // Там же. - C.I36-I37.

8. Пидгайный Ji.M., Возиянов B.C., Ковбасенко В.Б. Стойка шахтная из композиционных материалов. // Материалы Международной конференции "Ре?урсо-?нергосберега!"щие и жологически чистые технологии в производстве деталей из ком :ооитннх м..-тсрирлов", К., 1996. 1 С.7С-79.

Annotation

Petdgayny J. M. Substantiation of englnnerl.ig-tech. oiogical solutions for decreasing of the influence of working ria1 seeno of T.vov-Volyn coal basivi on the under working surface.

Dissertation in the form of a manuscript for the defence of tne candidate deg.ee of technical sclencee for specialty 05.15.0^ 'Underground mining". Institute of Geotechnical Mechanice of HAS of Ukraine, Dnepropetrovsk, 16J6.

Substantiations of the process of subsidence of earth surface under the influence of mining of thin ooal seams have been found; a mechanism of deformatlonal processes of coal measures in raining faces under combining schan a of supporting -has beei. shown, and technological parameters have been created with development of high resistance props on the base of reed materials and technological reg-laments of their usage under forming compensating eleme ts which have been described in 10 articles.

АННОТАЦИЯ

Пидгайный Я.М. Обоснование инженерно-технологических решений "нижения влк.шия отработки угольных пластов Львовско-Волынского бассейна на подрабатываемую земную "оверхность. Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.02 - "Подземная разработка месторождений полезных I скопаеиых", Институт геотехнической механики НАН Укр,.ины, Днепроп )тровск, 1°96.

Установлены закономерности процесса сдвижения темной поверхности под влиянием о-работки тонких угольных пластов, раскрыт механизм деформационных процессов надугольной толщи породного массива в очисных рчработках при комбинирована !х схемах поддержания, обоснованы параметры технологии и созданм стойки высокой несущей способности на основе тростникового материала, разработаны технологические регламенты их применения, отраженные в 10 статьях.

Вуг1льне родовище, п!дробк& земно! поверхн1, мгт°матична модель, керуванья г1роьхш.; тиском.

Ключов! слова: