автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Определение параметров поддержания и охраны подготовительных выработок глубоких шахт при сплошной системе разработки

Государственный комитет СССР по народному образованию

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи ВЕРЗИЛОВ Михаил Михайлович УДК 622.268.13 : 622.261.27:622.831.22 (043.3)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДДЕРЖАНИЯ И ОХРАНЫ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ГЛУБОКИХ ШАХТ ПРИ СПЛОШНОЙ СИСТЕМЕ РАЗРАБОТКИ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Работа выполнена ,в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте.

Научный руководитель проф., докт. техн. наук ЧЕРНЯК И. Л.

Официальные оппоненты: .проф., дскт. техн. наук КАТКОВ Г. А., канд. техн. паук ЛИСИЧКИН В. Г.

Ведущее предприятие—производственное объединение .по добыче угля «Торезаптрацит».

Защита диссертации состоится « ^.Ч » . . . 1991 г. в '/'/.час. на заседании специализированного совета

К-053.12.02 в Московском горном институте ,по адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

„Ж ШСХА

Автореферат разослан «с г^.У » ^с^елм^ч _ _ 1991 г_

Ученый секретарь'специализированного совета

канд. техн. наук. ст. научн. сотр. КОРОЛЕВА В. Н.

¡^üw*

' ../'.в /.-дел сартдций

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На шахтах Донецкой области средняя величина глубины разработки угольных пластов достигла 700 м, .причем 20 шахт ведут горные работы на глубине свыше 1000 'М. 11 таких шахт находятся в старейшем Донецко-Макеевском районе. Из 52 шахт объединений «Донецкуголь» и «Макеевуголь» 35 шахт достигли глубины разработки свыше 600 м. Таким образом, развитие добычи угля .в Донецком бассейне характеризуется увеличением глубины ведения горных работ, что обусловливает рост действующих напряжений и деформации вмещающих пород при ведении очистных и подготовительных работ. На шахтах Донбасса ¡производится значительный объем работ по ремонту подготовительных выработок, вызванный их значительной деформацией и, зачастую, выходом из строя, в результате проявлений горного давления.

Опыт отработки угольных пластов на больших глубинах показывает, что породы вокруг выработок, пройденных вне зоны влияния очистных работ, имеют большие деформации, а смешения кровли и почвы в этих выработках в зоне временного опорного ¡давления впереди очистного забоя достигают высокой интенсивности, что приводит к потере выработкой рабочего сечения. По этой, а также по ряду других технологических, геомеханических и газодинамических причин на глубоких шахтах Донецкого бассейна широко применяется сплошная система разработки с проведением и поддержанием подготовительных выработок позади очистного забоя. Такой вариант системы разработки будет и в дальнейшем иметь широкое распространение наряду с комбинированной системой разработки и в связи с повторным использованием подготовительных выработок. Анализ устойчивости подготовительных выработок, проводимых позади очистного забоя, показывает, что несмотря на применение прогрессивных паспортов охраны и крепления, использование целого ряда рекомендаций и мероприятий, состояние выработок в значительном числе случаев остается неудовлетворительным. Установлено, что не менее 2/3 всех смещений пород .кровли и поч-

вы происходит в зоне влияния очистного забоя, главным образом 1В зоне динамических проявлений опорного давления, имеющих .периодический характер.

В связи с этим определение параметров 'поддержания п охраны подготовительных выработок с целью обеспечения их устойчивости является актуальной научной задачей, имеющей большое практическое значение.

Цель работы — установление закономерностей периодического изменения ¡проявлений горного давления три проведении подготовительных выработок позади очистного забоя для обоснования способов управления массивами горных пород, обеспечивающих их эффективное поддержание.

Идея работы заключается в учете периодического характера опорного да.вления при проведении выработок позади лавы, что позволяет более обоснованно проектировать параметры »поддержания и охраны подготовительных выработок.

Научные положения, разработанные лично диссертантом, и их новизна:

установлена периодичность .проявлении горного давления при проведении подготовительных выработок позади очистного забоя;

влияние отдельных слоев пород кровли на смещения контура выработки;

закономерности деформации угольного пласта позади лавы под воздействием периодически зависающих и обруша-ющихся слоев пород кровли;

закономерности проявлений горного давления при разных способах охраны подготовительных выработок, проводимых позади очистного забоя.

Достоверность научных положений, ,выводо.в и рекомендаций обоснована:

значительным объемом шахтных инструментальных наблюдений в типичных горно-геологических условиях (>зыпол-нено более 60000 измерений);

удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных и аналитических исследований за смещениями пород кровли, деформацией угольного пласта в подготовительных выработках и на 'концевых участках очистных забоев во взаимосвязи с периодическим изменением горного давления (расхождение не превышает 15%).

Научное значение работы состоит в установлении закономерностей периодических проявлении смещений пород кровли в различных горно-геологичеоких и горнотехнических условиях при проведении подготовительных выработок позади лавы.

Практическое значение работы заключается в обосновании основных .путей и способов повышения устойчивости подготовительных выработок, проводимых позади очистного забоя.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Рекомендации по повышению устойчивости подготовительных выработок в условиях пласта 1г'6 «Смоляннновский» шахты имени А. А. Скочинского ПО «Донецкуголь» приводят к ожидаемому экономическому эффекту >по шахте имени А. А. Скочинского в размере 10 тыс. руб.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 112 наименований, изложенных на 200 страницах машинописного текста и содержит 45 рисунков, 27 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИИ РАБОТЫ

Исследованию проявлений горного давления в подготовительных выработках, обеспечению их устойчивости посвящены многие работы ИГД имени А. А. Скочинского, ВНИМИ, ДонУГИ, ИГТМ АН УССР, МГИ, ДПИ, ЛГИ н др.

Анализ исследований показал, что подготовительные выработки в зоне влияния очистных работ испытывают периодическое воздействие динамического опорного давления, обусловленное формированием, зависанием и обрушением консолей слоев пород непосредственной и основной кровли, а также влиянием статической составляющей опорного давления. Изменение напряженно-деформированного состояния массива является причиной периодических смещений контура подготовительной выработки по ее длине. Закономерности проявлений горного давления «в подготовительных выработках позади очистного забоя изучены недостаточно. Отсутствует ясная картина влияния пород непосредственной и основной 'кровли на формирование смещений. Разработанные рекомендации по охране и поддержанию подготовительных выработок, проводимых позади очистного забоя, не учитывают характер и параметры проявлений динамической и статической составляющих опорного давления, не ориентированы на уменьшение их влияния в соответствующих зонах подготовительной выработки. Параметры охраны и .поддержания подготовительных выработок не учитывают изменчивость деформирования породного массива по длине выработки. Все это делает необходимым дальнейшее изучение проявлений горного давления в выработках, проводимых позади лавы для выявления их закономерностей, и на основе этого обоснования способов и параметров поддержания и охраны.

В связи с вышеизложенным целью диссертационной работы является установление закономерностей периодического изменения проявлений горного давления при проведении подготовительных 'выработок позади очистного забоя для обос-

новация способов управления массивами горных пород, обеспечивающих их эффективное поддержание.

В соответствии с поставленной целыо задачами исследования являются:

анализ исследований устойчивости подготовительных выработок, .проводимых позади очистного забоя;

проведение шахтных инструментальных наблюдений за смещениями пород кровли и деформацией угольного пласта в типичных горно-гоелогических условиях;

изучение влияния состава пород непосредственной и основной кровли на проявления динамического и статического опорного давления;

определение влияния отдельных зависающих слоев пород кровли на смещения контура выработки;

оценка роли непосредственной и основной кровли при различных классах пород в смещениях контура выработки;

определение основных параметров деформирования угольного пласта в подготовительной выработке:

обоснование способов и параметров охраны и поддержание подготовительных выработок при различном составе пород кровли.

При решении поставленных задач используются анализ научных исследований, шахтные инструментальные наблюдения, методы обработки наблюдений, основанные на математической статистике и гармоническом анализе.

В качестве объектов исследований были выбраны шахты имени В. М. Бажанова, № 13-бис ПО «Макеевуголь», А. А. Скочинского ПО «Донецкуголь». На этих шахтах автором были проведены инструментальные наблюдения па девяти замерных участках длиной 30—100 м в подготовительных ¡выработках, проводимых позади очистного забоя, по пластам ш3, /1/. Были использованы материалы инструментальных наблюдений, проведенных МГИ .в шахтоуправлении «Курахо-вское» ПО «Селидовуголь». Шахтные исследования проводились на концевых участках очистных забоев и в подготовительных выработках путем измерения смещений контурных и глубинных реперов, элементов крепи на замерных участках. Замерные участки в .подготовительных выработках формировались по мере проведения выработок. Инструментальные .наблюдения за опусканием кровли на концезых участках лав шахты имени В. М. Бажанс.ва проводились .в 20— 24 м от сопряжений в рабочем пространстве очистных забоев. На шахте имени А. А. Скочинского наблюдения за опусканием кровли .проводились впереди забоя подготовительной выработки. Деформирование угольного пласта позади очистного забоя исследовалось на наблюдательном участке, со-

стоящем из 8 замерных станций, установленных по длине подготовительной (выработки через 2 м. Измерения опускания кровли, смещений и разрушения кровли, деформирования угольного пласта производились практически ежесуточно продолжительностью до 3 мес.

Анализ шахтных иструментальных наблюдений в подготовительных выработках, проводимых за очистным забоем, ■показал, что величины смещений контура .выработки по ее длине имеют значительную изменчивость. В условиях возду-хоподающего штрека центральной разгрузочной лавы гор. 1100 м шахты имени В. М. Бажанова разброс значений смещений кровли составляет 690 мм в 90 м от лавы. Смещения в вентиляционном ходке этой лавы имеют разброс величин до 350 мм в 50 м от очистного забоя. Разброс экстремальных величин смещений кровли в .воздухоподающем штреке второй восточной лавы. гор. 1100 м шахты имени В. М. Бажанова равен 650 мм в 80 м от лавы. В западном коренном и западном (вентиляционном штреках западной коренной лавы пласта 1\ шахты № 13-бис разброс указанных величин составил соответственно 310 и 116 мм на удалении 40 м от очистного забоя. На шахте имени А. А. Скочинского диапазон смещений кровли в конвейерном и вентиляционном штреках -первой западной лавы западной панели достиг соответственно 510 М)М в 70 м и 390 мм в 60 м позади лавы. В 16-м южном конвейерном штреке шахтоуправления «Кураховское» рассматриваемый показатель составляет 120 мм на удалении 50 м от очистного забоя. Установлено, что отношение максимальных величин смещений к минимальным составляет не менее 2,5.

В условиях легкообрушающихся .пород непосредственной кровли в виде 6—12-метрового глинистого сланца и основной кровли, .представленной толщей перемежающихся слоев пород песчанистых сланцев, известняков и песчаников общей мощностью до 47 м, изменение коэффициента вариации составляет 9—50%. При наличии в надпластовой толще 8-метрового глинистого сланца и 6-метрового песчанистого сланца коэффициент вариации изменяется от 5 до 21%- При залегании 1,5->метрового известняка, выше которого располагаются 5-метровый слой глинистого сланца и 14-метровый слой песчаника, изменение коэффициента вариации составило 22%.

С удалением очистного забоя коэффициент вариации уменьшается. При охране подготовительной выработки способом массив—бутовая полоса величина коэффициента вариации изменяется от 80 до 21%ь Снижение коэффициента вариации с 73 до 23% зафиксировано при охране выработки двусторонними бутовыми полосами. При способе охраны целик—полная закладка значение коэффициента вариации уменьшается от 59 до 38%. Уменьшение коэффициента вари-

ации объясняется ростом доли статической составляющей опорного давления.

Установлены расстояния до очистного забоя, на которых ■происходит стабилизация коэффициента вариации. По рассматриваемым выработкам эти величины составляют не менее 50—60 м. Сравнивая расстояние, на котором стабилизируются коэффициент вариации и размеры зоны динамического опорного давления, можно отметить, что они в основном совпадают.

В результате проведенных наблюдений установлено, что опускание кровли на концевых участках очистных забоев имеет также широкую изменчивость. В условиях легкообру-шаклцихся пород непосредственной кровли и мощной толщи основной кровли пласта тъ опускание кровли у концевых участков лав, замеренное тю секциям мех-крепи, изменяется от 1,8 до 50,7 мм, а коэффициент вариации — от более 130 до 60%. 'В условиях .пласта /г'6 опускание кровли на концевых участках изменяется от 170 до 560 мм, коэффициент вариации— от 2,7 до 20%.

Смещение кровли у концевого участка лавы, .примыкающего к выработке, охраняемой двумя бутовыми полосами, в 1,2—1,7 раза больше, чем у концевого участка лавы, примыкающего к выработке, охраняемой массивом и бутовой полосой. При отсутствии породной полосы у выработки, проводимой вприсечку V. массиву, на .прилегающем концевом участке опускание кровли в 1,8 раза больше, чем у сопряжения лавы с выработкой, охраняемой целиком и закладочным массивом.

Инструментальные наблюдения в выработках, проводимых позади очистного забоя, показали, что изменения смещений кровли, боков и почвы контура выработки .по ее длине носят ,периодический характер. В условиях .пласта /лз на смещения кровли влияют слои пород вышележащей толщи, об-рушающиеся с шагами 1,7—3,4 м; 7,0—12,0 м; 17,3—25,3м; 29—38 м. В торно-геологических условиях пласта 1\ определены консоли пород кровли, обрушающиеся с периодичностью 2,2 —3,2 м; 4,4—7,5 м; 16,8—19,2 м. В условиях пласта Н\ смещения ¡кровли выработки определяет разрушение пород кро-.вли, шаги обрушения которых составляют 1,8—3,0 м; 3,6— 6,7 м; 14,5—24,8 м. В условиях пласта шаги обрушения пород кровли составляют 4,1 м; 6,5 м; 10 м; 27,5 м.

Доля непосредственной кровли в формировании смещений кровли изменяется от 11 до 72%. Вклад -пород непосредственной кровли в смещения увеличивается с ростом мощности и прочности слоев. Вклад ¡породной толщи основной .кровли составляет от 14 до 83%. Значимость слоев основной кровли растет .при увеличении мощности и прочности слоев пород.

Установлена роль статической составляющей опорного давления в смещениях кровли. Не вклад па расстоянии 50 м от

лавы изменяется от 10 до 45%. Более интенсивный рост статики отмечен в выработке, охраняемой двумя бутовыми полосами. При охране выработки массивом и бутовой .полосой влияние статики на указанном расстоянии не превышает 28%. При удалении очистного забоя влияние динамической составляющей опорного давления уменьшается при соответствующем росте статический составляющей.

Исследования показали, что параметры периодичности в опускании кровли на ¡концевых участках очистных забоев зависят от состава вмещающих .пород. Периодичность в опускании кровли на ¡концевых участках отражает горнотехническую ситуацию. При примыкании концевого участка ла.вы к выработке, охраняемой массивом и бутовой полосой, установлено увеличение шагов обрушения верхних слоев пород .по сравнению с концевым участком, примыкающим к выработке, охраняемой двумя бутовыми полосами. При этом зафиксировано увеличение влияния основной кровли ¡концевого участка, примыкающего к выработке со способом охраны массив — бутовая полоса. На концевом участке лавы, примыкающем к выработке, охраняемой целиком и закладочным массивом, отмечено увеличение ¡шагов обрушения пород кровли относительно узла сопряжения лавы с выработкой, охраняемой массивом н органным рядом.

В результате проведенных наблюдений показан периодический характер проявлений горного давления на концевых участках лав и в подготовительных выработках. Естественно, что периодическое зависание и обрушение консолей .пород непосредственной и основной кровли .приводит к изменению напряженно-цеформированного состояния угольного .пласта позади очистного забоя со стороны массива. Такой геомеха-пнческий процесс позади ла.вы ранее не исследовался. На шахте имени В. М. Бажанова в воздухопадающем штреке первой центральной лавы гор. 1100 м были проведены инструментальные наблюдения за деформированием угольного пласта-Наблюдения дали возможность установить различие в деформировании отдельных участков по длине выработки. Показано, что на некоторых станциях наблюдались только сжатие пласта, а на других — сжатие и растяжение. Максимальное сжатие угольного пласта в 50 м .позади очистното забоя составило 38 мм, средняя величина сжатия около 22 мм, минимальная величина сжатия равна 13 мм. На основе гармонического анализа установлены периоды в изменчивости деформирования угольного пласта Шз, равные 2,5—5,0 м; 15 м; 23 м. Указанные периоды совпадают в основном с параметрами обрушения ¡пород кровли.

Таким образом,. (Периодическое изменение действующих напряжений в деформированном массиве пород, отражающее периодичность формирования, 'зависания и обрушения в вы-

работанном пространстве консолей слоев .пород непосредственной и основной кровли, следует считать основной причиной изменчивости деформаций угольного .пласта.

Полученные результаты деформирования угольного .пласта дают основание утверждать об изменчивости размеров области сжатия угольного .пласта по длине выемочного столба.

Полученные новые знания о деформировании угольного пласта выходят за рамки решения вопросов устойчивости подготовительных выработок и являются важными для управления другими геомеханическими и газодинамическими .про-цессакми.

Проведенные исследования периодического характера горного давления дали возможность более точно установить природу зависания и обрушения 'пород кровли и рекомендовать с ее учетом, пути повышения устойчивости ¡подготовительных выработок, проводимых .позади лавы изменением размеров и расположения охранных сооружений и параметров разупрочнения.

Одним из путей устранения повышенных концентраций напряжений .в массиве .пород вблизи подготовительной выработки является активное воздействие на динамику и отчасти статику опорного давления. Способы гндромикроторпедиро-еания и взрывогидрообработки, применяемые для обрушения 'пород кровли в очистном забое, как средства управления породным массивом в выемочном столбе, будут позитивно воздействовать на устойчивость подготовительных выработок. Для управления динамической составляющей опорного давления целесообразно применение отсечных скважин, закладываемых в кровле выработки. Установлено, что при залегании в непосредственной кровле мощных легкообрушающихся глинистых сланцев вклад динамики в достигнутые смешения кровли в выработке составляет не менее 40%. Следовательно, разупрочнение 'пород кровли следует вести .при любых породах. (Принимая во внимание периодический характер формирования и зависания консолей слоев пород кровли, применение разупрочнения надугольной толщи следует производить на определенных участках отработки выемочного столба. Параметры применения отсечных скважин (количество скважин на участке разупрочнения, расстояние между этими участками) определяются на основе допустимых величин смещений на контуре выработки, типе применяемой крепи, характеристики надугольной .породной толщи, особенностей проявления опорного давления. Ограничением указанного способа является то, что все работы по бурению и взрыванию необходимо производить в наиболее насыщенной в организационно-технологическом отношении зоне подготовительной выработки, прилегающей к очистному забою. Залегание в кровле 'прочных пород (песчаника, устойчивого песчанистого сланца) за-

трудняет применение торпедирования в связи с большой трудоемкостью работ, особенно б забое проводимой выработки. Более эффективно использование торпедирования при значительной (более 40%) доле пород непосредственной кровли в смещениях кровли выработки. Анализ проведенных исследований показывает, что мощность непосредственной кровли составляет при этом не менее 5—6 мощностей угольного пласта.

Другим путем повышения устойчивости подготовительных выработок, проводимых позади очистного забоя, является создание (перенос) жесткой опоры зависающих породных плит в выработанное пространство для уменьшения пиковых па-пряжений в заделке массива. Это осуществляется на основе применяемых в настоящее время охранных сооружений (породные полосы, бутокостры, литые полосы, БЖБТ). Величина удаления жесткой опоры от подготовительной выработки зависит от параметров периодических проявлений опорного давления в самой выработке и на концевых участках очистного забоя. Как установлено в результате инструментальных наблюдений, основные шаги обрушения породной толщи кровли, установленные в очистном забое у бутовых полос (в 20—24 м от выработки), практически не отличаются (не более чем па 10—12%) от шагов обрушения пород основной кровли непосредственно в подготовительной выработке. Как показывает опыт шахтных наблюдений при отсутствии закладочного массива со стороны выработанного пространства (в условиях пласта Л'б шахты имени А. А. Скочинского), шаг обрушения основной кровли на концевом участке лавы составляет 7"ку = 0,65 Т'Л п, где у, Т„ ¡1 — соответственно предельные длины консолей, т. е. шаги обрушения слоев основной кровли соответственно на концевых участках лавы и в подготовительной выработке.

Следовательно, будет логичным предложение переноса жесткой опоры в выработанное .пространство от подготовительной выработки на расстояние, соотносимое с шагом обрушения 'пород основной кровли на концевых участках очистного забоя. Эта величина для выработок, проводимых за лавой и охраняемых способом массив — бутовая полоса, примерно равна шагу посадки основной кровли в выработке. Если со стороны выработанного .пространства закладочная полоса отсутствует, это расстояние уменьшается и может составлять 0,65 Т-„ ¡|.

Подобное мероприятие позволяет перенести напряжения в заделке слоев кровли в массиве в выработанное пространство и снизить концентрацию напряжений, действующих в породной толще вокруг выработки. Действенность рассмотренного способа следует полагать достаточно .высокой, при до-

минирующей роли пород основной ¡кровли в смещениях контура выработки. Если определяющий фактор в деформациях принадлежит ¡породам непосредственной ¡кровли (например, при мощных легкообрушающихся глинистых сланцах), жесткую опору следует возводить вблизи бровки выработки с тем, чтобы обрезать небольшие зависающие породные плиты -кровли. Здесь следует учитывать параметры периодики опорного давления, .в частности, динамику слоев пород непосредственной кровли.

Как свидетельствуют результаты анализа смещений по длине ¡подготовительных выработок, величины последних изменяются в достаточно широких пределах, причем эта изменчивость является следствием периодического характера изменения действующих напряжений в результате деформации породной толщи. В связи с этим следует отметить, что применяемые в настоящее время охранные сооружения, параметры которых заданы и неизменны по длине ¡всего выемочного столба, не вполне соответствуют своим задачам, не учитывают неоднородности силового поля напряжений по длине подготовительной выработки. Логичным представляется, что применение указанных мероприятий в виде создания на удалении от выработки в выработанном пространстве жестких опор должно быть ¡прерывным, т. е. не постоянным по всей длине выемочного столба. В соответствии с шагом обрушения основной ¡кровли, определенным для ¡конкретных условий, целесообразно возведение жесткой опоры на ограниченном участке ¡концентрации напряжений для предотвращений разрушительных деформаций ¡контура выработки. Расчет 'протяженности опоры производится на основе .параметров, описывающих ¡поведение пород основной кровли, определенных в зависимости от сечения выработки; типа применяемой крепи и ряда других ¡параметров; предельно допустимых величин смещении, прочностных характеристик жесткой опоры.

В .качестве .предлагаемых охранных сооружений для подготовительных выработок, производимых позади очистного забоя, рассматриваются разиожестжая бутовая полоса (¡повышенная жесткость части полосы обеспечивается нагнетанием быстротвердеющих цементнопесчаных растворов), сочетание бутовой полосы с литой ¡полосой.

В ¡качестве жесткой опоры можно рассматривать и достаточно широко применяемые железобетонные блоки 'повышенной жесткости и ограниченной податливости. Установка их прерывистыми .кустами ;по длине выемочного столба должна ¡производиться на основе тех же соображений, ¡которые рассмотрены выше. При расчете протяженности опоры следует учитывать технологические и организационные возможности ■по ее возведению, стыкуемость с основными производственными процессами в очистном забое и в подготовительной вы-

работке. Важным является фактор временного и пространственного ограничения: применение отнесенных в выработанное пространство жестких опор должно происходить на участке выработки ¡в максимальной близости к очистному забою, но не более расстояния, равного шагу обрушения основной кровли в выработке.

При достаточно высоких достигаемых ныне скоростях под-внгання очистного забоя (50—70 м/мес) влияние,данногофак-тора весьма велико. Необходимо иметь в виду, что в настоящее время работы по выкладке блоков БЖБТ производятся вручную, 'что делает их использование весьма трудоемким и небезопасным. Создание и использование средств -механизации 'при доставке и установке блоков позволит более успешно использовать этот способ охраны подготовительных выработок.

На основании результатов исследований разработаны рекомендации по повышению устойчивости 'подготовительных выработок в условиях пласта Л'е «•Смоляниновский» шахты имени А. А. Скочинс!кого ПО «Донецкуголь», «оторые приводят к ожидаемому экономическому эффекту по шахте имени А. А. Скочннского в размере 10 тыс. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано повое решение актуальной для угольной промышленности научной задали повышения устойчивости подготовительных выработок глубоких шахт при сплошной системе разработки путем определения параметров поддержания и охраны их на основе учета периодического характера проявлений горного давления.

Основные научные выводы и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Шахтными инструментальными наблюдениями установлен значительный разброс значений смещений контура по длине подготовительных выработок, проводимых позади очистного забоя. Значения коэффициентов вариации смещений кровли в выработках с породами кровли, относимыми ,к I классу ('по классификации б. ВУГИ), составляют 25—31%, в выработках с боковыми породами II класса 37—39% в 60 м от очистного забоя. Установлен периодический характер проявлений горного давления в подготовительной выработке, формируемой ;позади очистного забоя, обусловленный зависанием и обрушением консолей 'пород непосредственной и основной кровли.

2. Установлены величины периодов обрушения слоев непосредственной кровли и их вклад в смещения кроили подго-

товительиой .выработки. Породы непосредственной кровли I класса обрушаются с шагами 2,5—8,0 м, а их вклад в смещения составляет 13—21% в 50—60 м от лавы. Слои непосредственной кровли II класса обрушаются с шагами 1,8— 8,0 м и обусловливают не менее 34—43% получаемых смещений.

3. Установлены величины периодов обрушения слоев основной кровли и их вклад в смещения кровли выработки. Породы основной кровли I класса обрушаются с'Периодичностью 11,0—38,0 м, их вклад в смещения составляет 38—68%. Основная кровля II класса обрушается слоями пород с шагами 16,8—25,0 м и более, при этом ее вклад составляет не менее 35—40% всех смещений.

4. Исследование деформирования угольного пласта позади очистного забоя позволило установить его периодический характер, который заключается в 'периодическом увеличении и уменьшении сжатия. Эти периоды в условиях ,пласта составляют 2,5—5,0 м; 15 м; 23 м. Показано, что периоды, характеризующие изменчивость сжатия угольного пласта, совпадают в основном с параметрами обрушения кровли. В условиях пласта т3 максимальное сжатие 'пласта в 50 м от очистного забоя составляет 38 мм, средняя величина сжатия около 22 мм, минимальная величина сжатия 13 мм.

5. Изменение деформации угольного пласта 'показало, что в зависимости от положения точки пласта к заделке консоли

пород имеют место деформации сжатия и деформации сжатия и растяжения. Показано, что деформации сжатия и растяжения наблюдаются на определенных участках '.выемочного столба 'протяженностью до 3—5 м.

6. Установлено, что .периодический характер зависания и обрушения пород в выработанном пространстве приводит к 'периодическому изменению коэффициента расширения. Показано, что на равном расстоянии от контура коэффициент расширения пород по длине подготовительной выработки изменяется от 1,054 до 1,034 для семи и от 1,085 до 1,055 для четырехметровой породной толщи.

7. Показано, что в связи с периодическим характером проявлений горного давления 'параметры охранных сооружений и применяемые мероприятия охраны выработок должны меняться.

8. Установлено, что основными направлениями повышения устойчивости подготовительных выработок, проводимых позади очистного забоя, являются:

— предотвращение образования зависающих консолей 'пород кровли путем их торпедирования при проведении выработок;

— .перенос (создание) жесткой опоры зависающих 'породных плит в выработанное пространство для уменьшения вели-

чин действующих вблизи контура выработки напряжений в заделке массива. Величина удаления опоры от подготовительной выработки должна соответствовать шагу обрушения основной кровли на концевом участке очистного забоя. Протяженность опоры составляет не менее 0,5 0,6 от шага обрушения основной кровли. При значительной (не .менее 40"/») доле влияния легкообрушающихся пород непосредственной кровли целесообразно возведение жесткой опоры у бровки 'подготовительной выработки.

9. Расчетный экономический эффект от внедрения рекомендаций по повышению устойчивости подготовительных выработок в условиях пласта Л'б «Смоляинновскпй» шахты имени А. А. Скочнпского ПО «Донецкуголь» составляет 10 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы п следующих работах:

1. Верзилов. М. М. Анализ горно-геологических и горнотехнических факторов, влияющих на устойчивость подготовительных выработок, проводимых вслед за лавой на шахтах Донецко-Макеевского района //'Комплексное освоение угольных месторождений,—М.: МГИ, 1989, с. 22—24.

2. Логашкин С. А., Усан-Подгорнов И, Б., Верзилов М. М. Управление горным давлением в подготовительных выработках глубоких шахт//Горпоте.х1гическпе проблемы: Науч. сообщ.— М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1989, с. 11—45.

3. Верзилов М. М. Обеспечение устойчивости подготовительных выработок при сплошной системе разработка/Интенсивная подготовка и отработка .шахтного поля.— М., МГИ, 1990, с. 42—44.

4. Верзилов М. М. Исследование работы крепи подготовительной выработки, проводимой вслед за лавон//Перспек-тнвы развития технологии разработки угольных месторождений.— М.: МГИ, 1990, с. 54—58.

5. Верзилов М. М. Проявления горного давления в подготовительной .выработке 'при развитии очистных работ в выемочном столбе//Техника и технология горного производства. Тез. докл. конф.— Днепропетровск: ИГТМ, 1990, с. 3—4.

6. Верзилов М. М. Влияние горнотехнических условий на устойчивость подготовительной выработки при сплошной системе разработки//Проблемы экологически чистой автоматизированной шахты глубокого заложения.— М.: ЛАГИ, 1991, с. 46—49.