автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка экспериментально-аналитического метода автоматизированного проектирования паспортов крепления выемочных штреков

и и о'

Государственной комитет РСФСР по делам науки и выссей кколи

Тульский ордена Трудового Красного Зншеки по-жтахшгшгаглй

ИНСТИТУТ

разработка зксперй.шнгалко - ашйшгческого метода дагоматизйровакного проектирования паспортов крнцпяш выаючнах- штреков

Специальность - 05.15.02 - Подземная разработка ыесторондоний

полезных ископаемых

На правах рукописи

ТУЛЯКОВ Сергей Петрович

Автореферат

диссертзции на соискание ученой степени кандидата, технических наук

Тула - 1531

Работа выполнена в Тульском ордена Трудового РГрасного Знамени долитехничэском институте.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Каретников Валонтин Николаевич Офяцяолькнз оппоавнга: доктор технических наук, профоссор Черняк 'Илья Лозиковкч; кандидат- технических-нзук Чендав £едор Семенович.

Водуиеэ предприятие: Подмосковный иаучно-иссладователь-ский и проекгно-конструкторский угольный институт (ПШЕУИ)

ЙГ>:Ц5Т9 ДИСГеПТВШИ СОСТОИТСЯ ".? " СМ-Ф/иХ- 1ЭЭ1 г. в

на ззгеланзш спэциатглэррованного совета К.ОСЗ.4,7.04 б Ту-чьстом погатехничзскои институте по адресу: 300300, г.Хула, гтгзспгкт Ленина. 92, учебеай корпус 9, ауд. 101.

С котг.о ознакомиться в библиотеке Тульского

ггязгтгхнзчеггого пястягуга.

¿ьтсрефзрзт разослан *5'н ¿жесК 1991 г.

Ученый секретарь схкгдгл;:зпроЕзнЕого совзта, кскд. теза, наук, дсгеит д. О— Пкскунэв О.Ы.

-Г/ .■ Л :сяртаций

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работ. В последнее время наблюдается тенденция увеличению затрат на поддержание горных выработок на ''угольных ахтах в связи с ростом глубины разработки, ухудшением горно-гео-огпческих условий и увеличением маситабов добычи. Доля средств, асходуемых на поддержание горных выработок, превышает 90? стоимо-ти их проведения. Так, ежегодно на угольных тахтах СССР пере-репляется более 4,5 тис. км выработок при их ремонте и восстанов-ении, что составляет .более 35% от общей протяженности проходки овнх выработок. Расход металла на крепление и поддержание в рзбо-ем состоянии ранее пройденных выработок (25 - 27 тис. км) состаВг яет около I млн. т. Расходы на поддержание и ремонт подготови-ельных выработок достигают 600 - 700 млн. руб. в год.

Несмотря на высокую стоимость крепей, они не всегда обеспечи-:ают надежное поддержание выработок, что объясняется не только худаэшцмися условия»«! отработки угольных пластов, но и недоста-очнпм обоснованием паспортов крапления, параметр« которих выбира-1тся без расчетов на основе имеющегося опыта. Не в полной мере ис-шьзуются базы данных по поддержанию выработок и машинное проек-'ированио. Это указывает на острую необходимость совершенствования ■налитических методов прогнозирования условий поддержания внрабо-■ок с целью обеспечения бесперебойного их функционирования в тече-лё необходимого времени или всего срока эксплуатации.

Диссертационная работа написана на осноео обобщения результа-■рв исследований, выполненных в соответствен с хозяйственным дого-¡ором между ТулПИ и Подмосковным ШУИ по теме "Разработка аналити-геского метода прогнозирования условий поддержания подготовитель-[ых выработок и САПР паспортов крепления" (номер государственной югистрзции 01860107774). .

Целью настоящей робота является разработка катода автоматизи-юванного расчета параметров паспортов крепления внемочлых штре-:ов, обеспечивающих повышение х'.х устойчивости и снижение затрат на годдерканке.

Идея работ заключается в использовании для обоснования паро-гетров паспортов крепления выемочных итреков усовершенствованной ¡терние вой модели слоистого массива горных .пород, позволяющей коалировать на'. ЭВМ напряженно-деформированное ' состояние системы :репь-масснэ в различных горно-геологичэскпх и горно-технических

'слопиях. '

Жетод исследований заключается в научном обобщении и анализе результатов отечественных и зарубежных исследований в области расчета крепей подготовительны^ выработок, аналитических исследованиях, основанная но методах строительной механики и сопротивления материалов, численном моделировании на ЭВМ напряженно-деформи-рованого состояния массива пород и крепи при разнообразных геотехнических ситуациях, обобщение результатов моделирования.

Научные полохенш, разработанные лично сотажелел, и новизна:

- математическая модель напряазнно-деформированного состоящая слоистого массива пород, взаимодействующего с крепью, отличающаяся учетом влияния поперечного нагруяения породных слоев на их продольные деформации;

- параметры обрушения пород основной и непосредственной кровель угольного пласта при очистной вызмке, отличающиеся учетом повышенной глубины и наличия в основной кровле мощных известняков, что характерно для вновь' осваиваемых месторождений Подмосковного бассейна;

- зависимости смещений пород в шеыочных штреках от жесткости крепи, составе и строения пород, положения очистного забоя, глубины зажаення и способа охрана выработки, отличающиеся учетом специфики осваиваемых месторождений;

- классификация условий поддержания выработок для условий освежаемых местороздехшй Подмосковного бассейна с,учетом состава и строения пород кровли и почвы выработок;

- параметры паспортов крепления выемочных штреков. Обоснованность и достоверность научнш: положений, выводов и

рекслендаций подтверждается:

достаточным объемом статистических данных и данных, полученных в результата исследований на мзтематичесмй моделях с .использованием ЭВМ;

удовлетворительной сходимость» полученных результатов при решении частных задач с репениями других авторов (расхождение результатов расчета с данныш практики не превышает 16 %);

положительными результатам апробации разработанных ■' рекомендаций но выбору параметров паспортов крепления' выемочных штреков на иахте "Прогресс" Ш "Тулауголь".

Научное зшчеяш работы состоит в разработке метода' прогнозирования проявлений' горного'давления в подготовительных выработках при разработке угольных пластов в слабых вмещающих породах с учетом наличия в осноыюй кровле мощного слоя прочных пород.

Практическое значение работы состоит в разработке методики автоматизированного расчета паспортов крепления и рекомендаций, по поддержанию 'выемочных штреков в условиях осваиваемых месторождений Подмосковного бассейна.' "

Реализация рават. Методика автоматизированного расчета паспортов крепления выемочных штреков использована как аналитическая часть САПР крепей еывмочных штреков, утверждена в Подмосковном НИУН и ПО "Тулауголь" и внедрена на шахтах. ПО "Тулауголь". Экономический эффект от внедрения составил 29.5 тыс. руб.

Апробация рлйопш. Основные положения диссертации 'докладывались на VI Всесоюзном семинаре ГОД СО АН СССР (г.Новосибирск,1988г. ), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского политехнического института (г.Тула, 1988-1991г.г.), на расширенном заседании кафедры "Технология и комплексная механизация горних работ" (г.Тула, 1991г.).

Публикации. По результатам шполнэных исследований опубликовано 4 научные работы.

Объел работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 118 страницах машинописного текста,'содержит 37 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 98 наименований.

Автор выражает благодарность кандидату технических наук, доценту Еганову Б.М. за консультации и содействие в проведении исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В настоящее время накоплен большой ошт в области исследований проявлений горного давления непосредственно в шахтах, которыми занимаются многие научно-исследовательские и учебные институты: ИГД им. А. А. Скочинского, В1ШШ, ДонУГИ, КузНИУИ, КНИУИ, ПНИУИ, ПечорНИИпроект, НШОГР, ЛГИ, Ш1, ДГМ, КузПИ, ТулПЙ и другие.

Наблюдается дальнейшее развитие методов расчета ¡срет в режиме совместной работы ее с массивом.Это направление базируется на методах механики сплошной среды. К нему принадлежат работы А.Н.Динника, Г.Н.Савина, Е.И.Шемякина, Б.З.Амусина, К.А.Ардашевэ,

И.В.Баклашова, А.А.Борисова, Н.С.Булычева, Ю.И.Вурчакс ВЛ'.Глуико, Г.И.Грщко, Ж.С.Ержанова, Ю.С.Заславского, Б.А.Кар тозия, Г.А.Каткова, А.Лббасса, ■ Ю.М.Либермана, Г.Г.Литвинскс

A.П.Максамова, Л.Н.Насонова, А.Г.Протосени, И.В.Родина, К.В.Рун нейга, В.Г.Трумбачева, Р.Феннэра, К.А.Филатова, Н.Н.ФотиеЕ М.Л.'Черняка и многих других ученых. В этих работах при раскрн механизма проявления горного давления активная роль в формирова нагрузки отеодктс;; крэпи. Метода расчета, основанные на точ аналитических решениях, обладая существенными достоинствами, на полной море позволяют учэсть конструктивные особенности реаль щахтных крепей и олоистое залегание пород. Поэтому для расч крепей подготовьольных выработок широко применяются метода j чета на задяша;е нагрузки, использущие методы, строительной ме ники.

В сто:л направлении проведены работы М.Н.Гелескул Л.Ы.Кроф?бВКМ, В.Н.Каратниковиы, Е.С.Киселевым, В.Б.Клейменон Й.Г.Косксвым, Л.Н.Насовошм, В.Л.Поповым, В.В.СмирнякоЕ П.Ы.Цимбареынзы, В.«.Борисовым, В.А.Бредневым, В.М.Еганог

B.А.Потеяожо. 0'.В.Тшофвешш, .Б.В.Цшлаковш, Ф.С.Чендевым и Основа'!;.1!; недссмтками этого подхода являются .неопределение первичной нагрузки и условность гипотез при определении отпора род. Анализ содержания работ позволяет заключить,.что существу* методы прогнозирования проявлений горного давления требуют де нейшего совершенствования,- так как расчеты,' проведенные, по г нередко дает результаты, не соотвотствующие^друг другу й дэе практики. В то, же время, использование методов, основанных на / ных практики, дает удовлетворительные результаты в пределах рг изученных горно-геологических условий. При переходе же к опредб ншо проявлений горного давления в новых условиях необхо.) формирование нового банка'данных, статистически вдекватно отр! вдего зти условия. Применительно к выемочным штрекам еле; сказать, что используемые, при расчетах схемы не в полной « учитывают реальное слоистое строение массива горных пород, ч] мерно упрощая и идеализируя сложнейший по строению объект ис< дования. При праменеыш слоистых моделей массива горных пород учитывается эффект удлинения породных слоев, приводящий к суда венному перераспределению напряжений на контактных поверхности: служащий основной причиной образования давления на бока вырабо'

В связи с- этим перспективным является применение ути

1лышх численных методов, например, метода начальных, параметров, шменительно к расчету напряженно-деформированного состояния юистого массива и крепи выемочных итреков этот мэтод получил святив в работал, впполнень-чх в ТулПИ В.Н. Квретшжовым'и В.А. ¡едневым, в которых разработана стержневая модель системы >опь-моссив. Применительно к расчету капитальных выработок анало-гчный подход используется 'в работах В.Л.Иопова и Е.Л.Переяславцо-I. Наиболее существенным из недостатков стержневой модели являет-[ отсутствие в пей уравнений, выражающих наличие продольного рэс->ра слоев при их обтатин поперечной нагрузкой. Это обстоятельство редко приводило к искажениям результатов расчета и их несоответ-■вию дзншм практики.

На основании сказанного основными задтаяи роботы являются:

- совершенствование «расчетной схемы и математической модели юмэхзничоской скстек! крспь-массив при использовании стерзшеЕой шроксимации;

- обоСаешо урзгшвкй, описывамдая нзпряяогао-двфордафованноо ¡стоянис этой систему с учетом эффекта удлинештя слоев при ояатиз : поперечной нагрузкой;

- разработка r/отодасн, алгоритма и программного обеспечения (для ■■М серии ЕС и ГОБИ тало tmt PC) для расчета ячпркешю-догор-'йро-ншого состояния спстекы крепь-массив по предельным состояниям с ютом бокового распора;

- проведение численных экспериментов по моделированию проявлений >рного давления в разлячнах горно-геологических условиях;

- устэношгешв зазясичосга ввяячт смоведай пород л натруски на )епь от горно-теологических и горнотехнических факторов;

- определение смещений верных пород в выемочшх штреках, тшгаза-ш условий их подцвряваая и выбор параметров кроней для условий ;ваиваз!,шх месторождений Подмосковного бассейна.

При применении стержневой модели расчетная схема массива от->д и кропи представляется в виде система ни типовых кр;;вошшей-IX а лрянолшейных элементов, стотяня тяду сооой конечным тес-::д связей (рис.Х). Слои могут иметь рзз.'Ячгло прочностные и дэ~ »рмгщаояаке характеристики и пере."<ядауг. тмс-ткооть ш лтепо. эзмсаго ногрукс-imö система сосредоточенным? ч рп-нт^-д^.-отпстл-^ шлклка, направленными год нроязволкпа* угд.-м ч осп ;>д?!<г«гов.

Взаимодействие мехду слоями опредодне т'<.т-"{!п;.т'-; связей, фа.таэпшх условии на контактах сдаг. нглсуаль-

Рис Л. Расчетная схема мае сива, пород и кропи.

зывание с преодолением сил трения, свободное проскальзывание). В предлагаемой модели рассматриваются связи двух типов: одинарное -прикрепленные только к одному элементу и партэ, прикрепленный к двум соединяемым элементам. Парным связям в математической модели соответствуют уравнения совместности перемещений элементов, а одинарным - уравнения перемещений по направлениям связей. Лля исследования стеркневой модели уравнения силовых и кинематических Факторов для типовых элементов объединены в систему на осьовавяк условий равновесия, совместности перемещений и граничных условий. Полученная система уравнений образует математическую модель:

-1.Л

-1, .1

11.1

'з '

ь;1.

.Фо1^1-

ОрО = ъ, , ь ч ь

65

с6эч = бт

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

В уравнениях Ш~(?) црщьтгн следующие обозначения: [Го1]5 - ¡0^(0), 1^(0). Й~(0), о}(о), х1(0), 21(0)] - вектор начальных параметров, учитнвакщй поперечную и продольную сш.и, из-гибоэдШ момент, дойстнукч.^е ь первом сечанки 1-го элемента, а так»» соответственно угол поворота, радиальное и каиатольаов перемещения этого сечения;

-1]* = т1 ■ '^п1 - вектор верхних парных связей;

2,• . .ф - вектор ншашх парных связей;

= < - - вектор одшгаргшх связей;

-ч* - < - вектор перемещений но направлению

одинарных связей;

[ГГ1]5 = Ц]

ьектор квиеаатических скачков (угла поворота, радиального и касательного шроиецвииЛ) ь сооядоеншм: 1-го элемента с (и-Т)-м элементом;

р0, г,, V , V , О - РОКТОрН, эломвиташ КОТО]ТПХ ЯПЛЯШ'СЯ вектору

[Р 1 0 а 1 " V1 П1 '

3 5+1 7 6+1 V Тзг

; з ; V = ' V V

г? ■*о 5 7 '>! пт. 11"

г

где Е.+1, -. - ,т| - номера элементов, присоединенных к елеыенгу парньш связями снизу.

г,...,к1ь; ь^. Ъз1 - матрицы и векторы, элемент которых определяются из общих уравнений метода начальш параметров.

с^, с*,.--(ф ь"1, ь"1, Ь"1, ь"1- матрицы и векторы гранича условий- ■

Уравнение (I) выражает условия равновесия всех алиментов сис темы и совместности их перемещений в последовательных соединению уравнение (2) - условия совместности перемещений элементов в то* ках расположения паринг. связей; уравнение (3) - условия паремещ* ний по направлещшн действия одинарных связей. Уравнения (4) - (1 выражают граните-::; условия, однозначно характеризующие конкретно расчетную схему,

Для учета сфЗвгла удлинения слоев под действием паперечш. нагрузок в математическую модель были введены следующую измененш

- в урапчо.'зих совместности касательных перемещений элементов точках ж соединений изменена структура коэффициентов а2Х((р ,(р.

при неизвестных реакциях связей

- + -тт. Ь + \ % ь

1 3

Ць-

2 --- соз(<р -ф .), , (Е

2 к=о Е (1 - Цк) Р

где функции влияния определяются в соответствии со структур уравнений метода начальных параметров, а фр«ф^ - соответствеш координаты начального и рассматриваемого сечений элемента; ■ - в уравнении совместности радаальшх перемещений элементов точках их соединений изменена структура ковффициентов ^^(фр.ф-при неизвестных реакциях связей

- "V *4 - \ % Ь

1 в п

--2 -X--«1п(ч) •нр Л, (!

2 е (1 - ц^.) ^р г-> .

- в уравнениях совместности радиальных и касательных перемещений элементов изменена структура коэффициентов ь2Х<сРр»Фд) и ь<Фр>Ф;}) в свободных членах:

р 3 р^. 1 1) Ъгх%'Ъ) = - ~2Ж\=1,1 Л1(1^+2Ф3) + "V + Ь

--2 -к- соз(фпчр.), (Ю)

2 к=з В (1 - р •>

8 Р„? 1 11

М'Ф-.Ф.,) = - 2 С С—н + Т") Ф4 - "еГ ]

1 и Рте

+ - X -У-- з1п(9п-фП0- (И)

2 к=д В (1 - И^) Р 3

Аналогичным образом внесены изменения в уравнения перемещений элементов в местах расположения парных и одинарных связей.

Введение в математическую модель перечисленных изменений ■ существенно изменило структуру всех выражений и приЕ.ело к необходимости корректировки значительного числа коэффициентов в полученных ранее типовых матрицах.

На основе обобщенной расчетной схемы и математической модели разработаны методика, алгоритм и программное обеспечение (для £С ЭВМ и ПЭВМ типа 1ВМ РС), предназначенное для проведения расчетов напряженно - деформированного состояния системы крепь-массив по предельным состояниям с учетом распора породных слоев.

Для оценки правомерности и эффективности применения предлагаемых математической модели и методики исследований был выполнен ряд контрольных расчетов для задач, пмоадих точное аналитическое решение: однородная балка на двух жестких опорах, высокая балка-стенка, упругая плоскость с круглны вырезом, кольцевая крепь в упругой среде, внрнйотка прямоугольной Форш в изотропном массиве. В результате проведения расчетов на ЭВМ были гюлучонн эпюры

распределения к&ярякоаий на контуре наработки и в-ее окрестности Сопоставление полученных для частных задач расчетных данных результатами исследований других авторов показало удовлетворитель пую (в пределах 162) сходимость результатов. Были также выполнен расчеты смещений пород для существующих и проводимых внемочш штреков, подтвердивший работоспособность предлагаемой ыотодики.

При отработка на ЭВМ стержневой модели массива для услови осваиваемых месторождений Подмосковного бассейна рассматривала геологические разреза, характерные для шахты "Никулинская". Осноь ной целью проводглых исследований являлось установление завис/ мости влияния /.»¡'ц-;г'' известняков на величину нагрузки и смещен; креггл подготовите..;« шй »»работки, а также на характер и величиг опорного давлени,, при очистной выемке.

Установлен, что увояичение податливости крепи приводит почти прямо 1Т^пор1\лонпльао1АУ уменьшению шртмколышх и бокош нагруьок ври ».охранении соотношения их величин. На рис.2. показа) граркки И', умения иитбисивиостл нагрузки на крепь (кривая I кснвйргвь.ии пород кровли-шчбы (криьан 2) и бокоо выработ; (кривко ûs, 30) от жесткости ром крепи. Кривая за соотьотству условиям погдардсания выработки в целиках, кривая 36 т ьприсечку виработа»гнсау пространству. Бил сделан шьод о том, что актив управляг. проявлениями горного давления (нагрузкой на крепь сшщвишаш пород) можно, измен ли жесткость крепи в интервале 2QQ до 400 к!Г/ы, что позволыт иметь средний уровень нагрузки 120 кПа 1гои средней конвергенции "почва-кровля" до 750 мм. Г этом нагрузка ш крепь может достигать величины 240 кПа. Однг предельная величина податливости крепи ограничена условием наш расслоения юрод кровли и составляет в данном случае около 350 ь Для рассаотр&шш горно-геолагическик условий, характеризует наличием в непосредственной кровле глин, устойчивость вырабо: ыо:;:ет быть обеспечена крепью, имащей несущ-у способность оке 100 - 120 кПа прк общьй шдатллБОСМ ¡300 - 260 мм. Валит боковой нагруьки при отои составляет 24 - 25 кПа. Наличие шэдк слоя иовэсткгт.а, йвляк&эгося своеобразны;,! шстш для пород, практически не вносит каких-либо особенностей в прлц Формирования иагрузки па кьопь подготовительной ьаработка.

Для оценки олг.рЕГол> давления в период деформирования по кровли било рассмотрена подрабатываемая розносяо2иая покрыььс то.г'цз, еосадлсая ка 18 ортотропаых слоев роаасЯ до$юс?и, дефср pytí:;vHi>! кед /."йитваеы Civ¡ веса. В кввдом слое ncasa» дефэрцв

"•ic.Я.Зависимость рзсчотаи"; реакции и требуем-?! дадатдстсата крепи от ее ^есткоотггюП^хзрэктеристгасп.

«згиба учитывались сдвиговые дафсзрившя к дефзрдаштп от поперв-шо-:о и продольнего ехзтш.

для шораяшк условий яригрузкз на слой иоашх згавестняков доставила I0G? кПз, нагрузке на слой могших известняков (с учетом ах•еобевенного веса) составила 2152 кПа,- нагрузка ез уголызпй тлзст составила 2675 кПэ. Установлено, что опорное давление впереди двияукейРя лавы распространяется на участок длиной 10-12и, причем наиболее активно оно проявляется на расстоянии до *1-вм от линии очистного ззбоя. Установлено, что предельное значение пролета для непосредственно покрыв а вдв го угол*ш& пласт слоя глин при первом обрушении составляет нгшгогам более тэтирех метров, а при после дуювге обрушениях - около двух- метров. Для шзедажадчго слоя от;г значения составят соответственно о я Ли. Таким образом, гртг двшлзгает очистного забоя цбрушвтв слоев непосредственной кре угольного пласта будет иметь ториодячесхтЗ харсгсгер, определимой шагом обрушеяяя, раьннм'длп дшвэдх уелosail тетере* мэтрам. Щпг этом будет происходить подбучквашге ссшбноГ. кровля.

Период обрушения основной кровли в виде гсщкнх известняков будет значительно больше. Прородэннда растетп шкпзпли, что парное

обрушение известняков наиболее вероятно при отходе лавы от монтажной камеры на расстояние 40 - 50м. Установившийся шаг обрушения основной кровли составляет 15 - 20м. Установлено,' что интенсивность проявлений горного давления на участке штрека длиной 10 - 12м, прилегающем к лаве,в среднем в 3 раза больше, чем вне зоны влияния очистных работ. При ведении горных работ с сохранением штреков условия поддержания штреков ухудшаются, так как они попадают в зону опорного давления, и интенсивность проявлений горного давления в сохраняемых штреках до обрушения известняков увеличивается, примерно, в 3 раза, а после обрушения -в 2,5 раза г.о сравнению с штреками, проведенными в целиках.

Результаты проведенных с участием автора исследований проявлений горного давления в выемочных штреках ПЗ-био, 115, 117 и 119 юкного крыла шахтного поля и."Никулинская" и в лавах ИЗ"»" и' ItVio" показали удовлетворительную сходимость с результатами аналитических исследований. Так, максималышз екеття "кроята-почва" в тто'аш игреках составили 586 - *?азш, для боков гшраЗотки -540 - 626мм. Максимум давления на механизированную крепь пршюлся нз шшнг отхода лавы от тпта.-тной камеры на расстояние 50 - 70м, после чего ваблпцхкаь «рнее внражешше пики давления через каздае 20 - 23м подвигать очистного заооя, что хорошо согласуется с выводами аналитических нсследованзД о величине шага оОруиешя основной кровли (мощных известняков).

Нз основании прог-едзшй.;;: йсслелэгшвй разработана классификация и типизация условий поддержания выработок для осваиваемых месторождений Подмосковного бассейна с учетом состава и строения пород кровли и почвд выработки, что позволило за счет типизации расчетных схек крепей упростить веод исходных данных и уменьшить время выполнения расчетов. Результаты диссертационной работы использованы на шахте "Прогресс" ПО "Тулэуголь" в качестве аналитического раздела САПР паспортов крепления подготовительных выработок в 1969 г. и дали годовой экономический эффект 29,5 тыс. РУб.

ЗШУЕШ® и още выводу

3 дтессртзылс-нксй работе дзк:> косое регешв актуальной н&уч-ной задач«, змхлкл^ж'^а б устокевдекш зависимости смокенкй ю-jc>4 и погрузок нл :-.р»:пь щи ее совместной работе с неоднородным сл-хлстку походами Kiicauor., oz горио-гвадотечьских и горнотехни-

ческкх факторов, позволившее разработать методику расчета и обосновать рациональные параметры паспортов крепления выемочных шуре-ков, снизить материалоемкость и трудоемкость креплеш1Я и уменьшить расходы на поддержание выработок.

Основные виводи, научные ц практические результаты работы заключаются в следующем:

1.На основе общих уравнений метода начальных параметров и стер-¡кневой аппроксимации слоистого массива пород разработана математическая модель напряжето-дефэрмированного состояния системы крепь-массив, отличоицаяся учетов влияния поперечного нагрукения породных слоев на их продольные деформации и позволяющая прогнозировать величину и характер проявления горного давления при автоматизированном проектировании паспортов крепления Еыемочных штреков.

2.Разработана методика расчета смещений пород и нагрузок на крепь для автоматизированного проектирования паспортов крепления выемочных штреков, отличающаяся учетом параметров залегания, плотности, прочности и деформационных свойств пород, условий на контактах неоднородных .слоев и их продольных деформаций от действия поперечных нагрузок.

3.Установлено, что для условий осваиваемых месторождений Подмосковного бассейна величина предельного значения пролета для непосредственно покрывающего угольный пласт слоя глин при первом обрушении составляет около четырех метров, а при последующих -около дЕух метров. Для вышележащего слоя эти значения составят соответственно 8 и 4 м. Шаг.обрушения основной кровли в виде мощных известняков составляет при первом обрушении 40 - 50 м, а установившийся шаг обрушения изменяется от 15 до 20 м.

4.Установлена зависимость смещений пород в выемочных штреках от положения очистного забоя. Показано, что интенсивность проявлений горного давления на участке штрека длиной 10 -12 м, прилеганием к лаве, в 3 раза больше, чем вне зоны влияния очистных работ. При ведении горных работ с сохранением штреков интенсивность проявлений горного давления до обручения известняков увеличивается примерно в 3 раза, а после обрушения - в 2,6 раза по сравнению о штреками, проведенными в целиках.

5.Установлена зависимость смещений пород в выемочных штреках от величины реакции крепи. Показано, что активно управлять проявлениями горного давления (нагрузкой на крепь и смещениями пород) мокно, изменяя жесткость крепи в интервале от 200 до 400 Кн/м, что

позволяет ibaть средний уровень нагрузку до 120 кПа при средней конвергенции почва-кровля до 760 мм. Наличие мощного слоя известняка практически не вносит каких-либо особенностей в процесс формирования нагрузки на крепь одиночной подготовительной выработки.

6.Установлено, что для горно-геологических условий, характерных для вновь осваиваемых месторождений Подмосковного бассейна, предельная величина податливости крепи ограничена условием начала расслоения пород кровли и составляет в данном случае около 350 мм. Устойчивость выработки может быть обеспечена крепью, имеющей не-сущу» способность около 100 - 120 кПа' при общей податливости 200 -250 ш. Еелачика■ ooz'.oboE нагрузки при этом составляет 24 - 25 кПа. Полученные в результате расчетов графики равновесного состояния массива пород пои-оляиг осуществить прогноз условий работы крепей при различной плотности их установки и производить выбор наиболее рационального карианта паспорта крепления подготовительной выработки.

7.На ооноез моделирования ha ЭВМ разработана классификация i типизация условий поддержания выработок для осваиваемых месторождений Подмосковного бассейна с учетом состава и строения порю; гкровли и почвы i ыработки, что позволило за счет типизации расчетных схем крепей упростить ввод исходам данных и уменьшить врем» выполнения расчетов.

8.Результаты диссертационной работы внедрены на шахте "Прогресс" ПО "Тулауголь" в качестве аналитического раздела САПР паспортог крепления подготовительных выработок с годовым . .экономически! эффектом 29,5 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: I.Каретников В.II., Туляков С.П. Метод имитационного моделирования деформирования и разрушения горных пород при работе очистны; комплексов./Тезисы доклада на vi Всесоюзном семинаре "Взаимодействие механизированных крепей с боковыми породами. - Новосибирск - 1988. С. 5. '

2.Каретников В.Н., Гуляков С.П. Учет влияния поперечных дефор маний при расчете слоистых массивов горних пород.//Подземная раз работка тонких и средней мощности угольных пластов. - Тула: ТулГШ 1990. С. II0-II5.

3.Туляков С,П. Алгоритм прогнозирования смещений слоисты пород при очистной выемке, угольных пластов.//Подземная разработк

>шшх и средней мощности угольндх пластов. - Тула: ТулПИ, 1989. 75-79.

4.Шапошников В.И., Туляков С.П. Совершенствование САПР пасгор->в крепления выемочных штреков при их повторном использовании. Подземная разработка тонких и средней годности угольннх пластов. Гула: ТулПИ, 1987 С. 83-68.

Л