автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка способов охраны подготовительных выработок при отработке пологих угольных пластов восточного региона Украинского Донбасса

ДОНЕЦКИЙ и ^ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

БОРЗЫХ Анатолий Филиппович

УДК 622.268.2:622.031.(т./.62)

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ОХРАНЫ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ОТРАБОТКЕ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ВОСТОЧНОГО РЕГИОНА УКРАИНСКОГО

Специальность 05.15.02 - "Подземная разработка

месторондений полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ДОНБАССА

Донецк - 1995

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Донбасском горно-металлургическом институте Министерства образования Украины

Официальные оппоненты:

- заслуженный деятель науки и техники Украины, доктор технических наук, профессор, Донбасский горно-металлургический институт, заведующий кафедрой (г.Алчевск)

- доктор технических наук, профессор, Донецкий государственный технический университет, главный научный сотрудник научной части (г.Донецк)

- доктор технических наук, шахта "Западно-Донбасская" ПО Павло-градуголь, директор шахты (г.Павловград)

Лигеинский Гарри

Григорьевич

Назимко

Виктор

Викторович

Халимендик Юрий

Михайлович

Ведущая организация - Институт геотехнической механики

HAH Украины (г. Днепропетровск)

Защита состоится " j^-O^JtJ/^ 1993 г. в " " часов на заседании специализированного ученого совета Д 11.052.05 при Донецком государственном техническом университете по адресу: 340000, г.Донецк, ул.Артема, 58

С диссертацией можно ознакомиться е библиотеке университета г Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного ученого совета, доктор технических наук, профессор Л1 ^ЗЪ^-

.Р.Шегцов

ОБЩАЙ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Акльносгь_п£облемы. Угольная промышленность является зноеной составляющей топливно-энергетического комплекса Укра-ш. Дальнейшее повышение эффективности подземной угледобычи звозможно без совершенствования существующих и внедрения но--IX технологий, способов и средств ведения горных работ.

В Донецком бассейне с увеличением глубины разработки уго-ьных пластов одной из наиболее актуальных остается проблема беспечения сохранности подверженных влиянии очистных работ ластовых подготовительных выработок. На пологих пластах их ротяженность составляет 70-60 % от всех поддерживаемых подзем-ых горных Еырабогок. Несмотря на. увеличение затрат на ремонт ыработок, состояние их на шахтах Донбасса не улучшается и в реднем 13 % из них по протяженности не удовлетворяют эксплуа-ационным требованиям. В последнее время наметилась тенденция оста этого показателя. В целом на шахтах Украинекого Донбасса жегодно ремонтируется и перекрепляется 1,5-2 тыс.км выработок 10-12 % общей их протяженности). Трудоемкость работ по содержанию выработок на 1000 г добываемого угля составляет примерно ¡0 чел.-смен при весьма низком уровне их механизации 1,5-3 %. 5 связи с этим продолжает оставаться актуальной проблема иссле-юваний сложных геомеханических процессов, происходящих вокруг юдготоЕительных выработок, для совершенствования существующих 1 изыскания новых ресурсосберегающих способов и средств их охраны и поддержания.

Диссертационная работа выполнена на кафедре разработки пластовых месторождений ДГМИ в рамках решения отраслевой проблемы совершенствования и разработки ноеых технологических процессов, горных машин, способов и средств охраны и поддержания Еыработок на глубоких угольных шахтах. Номера госрегисграции тем, выполненных по планам быЕшего Минуглепрома УССР, следующие: 74064869, 75033045, 76013237, 81017657, 01820074223, 01860106604, 01880012734, 01890025660, 01910014982.

Цель_£абогы - разработка и внедрение новых и эффективных способов и средств охраны пластових подготовительных выработок при отработке пологих угольных пластов в условиях шахт восточного региона Украинского Донбасса.

заключается в использовании повышенного отпора охранных конструкций и создании ео вмещавшей толще локальных зон разгрузки для сохранения устойчивости пластовых выработок, подверяенных активному воздействие очистных работ.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели в работе использован комплексный метод исследования, Екдвчающий обобщение научных достижений и производственного опыта, аналитические исследования, математическое моделирование, лабораторные испытания и шахтные инструментальные наблюдения, статистическую обработку данных, системно-логический и технико-экон мический анализы, промышленные испытания и внедрение способов охраны выработок.

Научныеположения, разработанные лично соискателем,

1. Впервые для условий тонких пологих пластов восточного региона Украинского Донбасса установлена зависимость критерия обрушаемости пород кровли в лавах от совокупного влияния мощности и чередования породных слоев, коэффициента их крепости

и плотности природной трещиноватости. Величина его для трудно-обрушащихся и весьма труднообрушавщихея кровель изменяется соответственно в пределах 0,1-0,3 и 0,31-0,65; при этом по мере роста численного значения критерия шаг периодической осадки кровли увеличивается по парабалической зависимости. Установлено существенное влияние вага обрушаемости кровли на величину максимальной нагрузки, воспринимаемой возведенными у выработки охранными опорами.

2. При изменении скорости подЕИгання лавы е пределах 1,712,6 м/суг. е пластовой выработке, поддерживаемой в зоне временного опорного давления, установлена зависимость изменения скорости смещений ее породного контура от величины суточного ускорения подвигания лавы. Эта зависимость предопределяется . динамикой обрушений пород кровли е выработанном пространстве лавы.

3. Натурными наблюдениями установлен механизм восприятия давления оседающих пород возведенными у выработки охранными опорами ограниченной податливости при равномерной суточной скорости подвигания лавы, заключающийся в восприятии максимальной нагрузки на расстоянии 30-80 м от забоя лавы, дальше

юеле пика нагрузки происходит ее постепенное снижение в [,1-1,8 раза,и наступает стабилизация давления на охранные эпоры. Уровень уменьшения нагрузки на охранные опоры зависит зт характера и высоты обрушений пород кровли и расстояния от кромки угольного массива до места полного смыкания пород кровав и почвы в выработанном пространстве лавы.

4. Установлено косикусоидалькае распределение вдоль выра-5отки дополнительного давления пород труднообрушающейся кровли на возведенные охранные опоры; при этом величина такого давления (пригрузки) предопределяется мощность!) пород труднообрушающейся кровли и соотношением длины концевого участка лавы к шагу обрушения кровли. При шаге обрушения кровли более 20 м и соотношении 1,2 и более возведенные у выработки опоры испытывают повторное давление, величина которого на порядок неньше.

5. Экспериментально в натурных условиях установлено изменение частоты (плотности) трещин от горного давления в породах кровли пласта высотой до 2 м, примыкавших к выработке со стороны массива угля, заключающееся в экспоненциальном уменьшении числа трещин на I м на расстоянии до 14 м по напластованию от кромки массива; при этом частота трещин изменяется от 20 до 2.

6. При охране со стороны лавы пластогой выработки спаренными и разделенными разгрузочной полостью (просеком) целиками угля раскрыты особенности механизма их взаимодействия с вмещающими породами, заключающиеся в разрушении целика шириной 24 м, непосредственно примыкающего к выработке, и восприятии находящимся в запредельном состоянии углем давления оседающих пород кровли аналогично возведенной с предварительным распором искусственной бутовой полосе. Такой механизм взаимодействия существенно уменьшает в выработке величину вертикальных сближений пород кровли и почвы, при этом имеющийся рост горизонтальных смещений пород контура компенсируется крепью и полостями закрепного пространства.

7. Аналитически обосновано и экспериментально подтверждено существенное глияние угла наклона отсечных скважин к плоскости напластования Емещающей толщи на эффективность разупрочнения зарядами ВВ пород труднообрушающейся кровли: е уменьшением угла наклона возрастает воздействие взрыва зарядов на окружающие породы; максимальное воздействие взрыва дос-

тигается при расположении скгажинного заряда в плоскости напластования, в слое слабых пород и на удалении не более 0,5 м от контакта с прочным слоем.

Обоснованность и достоверность научных положений ^выводов ..и рекомендаций подтверждаются: представительным и достаточным объемом натурных измерений проявлений горного давления апробироганными методами в 70 лавах и 32 подготовительных выработках; замерами объема откольной ЕОронки в устье 49 взор-Еанных скважин передового торпедирования труднообрушающейся кровли; применением методов математического моделирования, механики сплошной среды и статистической обработки данных; удовлетворительной сходимостью прогнозируемых и фактических параметров (рассогласование до 30 %)•, результатами промышленных испытаний и внедрения способов охраны подготовительных выработок, подверженных влиянию очистных работ.

ё^оноё-зй^ёиие^аботы заключается е более полном 'раскры тии особенностей и закономерностей протекания геомеханических процессов в подработанной толще при Еыемке угля лавами и наличии е кроЕле отрабатываемых пластов труднообрушающихся и весьма труднообрушающихся пород. Обоснован критерий количественной оценки обрушаемости пород кровли в лавах. Установлено влияние суточного ускорения подвигания лавы на интенсивность смещений пород контура пластовой выработки, поддерживаемой в зоне време; ного опорного давления. Раскрыты особенности механизма елияния периодических осадок труднообрушающейся кровли в лаве на формирование и изменение нагрузки, воспринимаемой возведенными вдол! Еыработки охранными конструкциями. Все эти особенности и закономерности сдвижений пород подработанной толщи необходимо учитывать при Еыборе и обосновании расчетных схем для определения рациональных параметров охранных конструкций выработок, поддерживаемых в зоне активного воздействия очистных работ. Метод расчета скважинных зарядов ВВ позволяет прогнозировать уровень разупрочнения труднообрушающихся слоев пород кровли при ведени! очистных работ и охране выработок.

работаны способы и методы инженерного расчета параметров охраны выработок со стороны лавы искусственными конструкциями (опорами) из сборного железобетона, спаренными податливыми целиками угля, при проведении выработок Еслед за лавой Еприсечку к

выработанному пространству; разработана технология разупрочнения структурно-неоднородной труднообрушающейся кровли взрыванием зарядов ЗВ в слоевых скважинах. Новизна способов, средств и технологий охраны выработок зищищена 13 авторскими свидель-ствами на изобретения,одним патентом.

Реализация ^ыводов_ире^

Способ охраны пластовых выработок конструкциями из железобетонных блоков внедрен в 89 выработках 26 иахт 10 производственных объединений с экономическим эффектом 730,5 тыс.рублей (здесь и далее в ценах до 1985 г.). Охрана выработок спаренными податливыми целиками Е.чедрена в 7 выработках 2 шахт объединения "Ро-венькиантрацит" с экономическим эффектом 169,85 тыс.рублей, путем их проведения вприсечку к Еыработанному пространству вслед за лавой-на шахте "Красный партизан" объединения "Свердловантра-цит" (3 выработки) с экономическим эффектом 144,15 тыс.рублей.

Результаты работы включены в отраслевые нормативные документы бывшего Минуглепрома СССР: Прогрессивные паспорта крепления, охраны и поддержания подготовительных выработок при бес-целикогой технологии отработки угольных пластов.- Л.: ВНИМИ, 1985.- 112 с. (паспорт 12); Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках.- Л.: ВНИМИ, 1991.- 102 с. (С. 19, 59, 77).

Научные и прикладные результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов горного профиля.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и получили одобрение на ежегодных научно-технических конференциях Донбасского горно-металлургического института САлчевск,'. . 1975-1996), на технических советах объединений "Луганскуголь" (1932) и "Ровенькианграциг" (1985), на заседаниях секций горного давления и горных ударов ВНИМЙ (Ленинград, 1987), горного давления ИГД им.А.А.Скочинского (Люберцы, 1988) и проектного института Луганскгипрошах? (Луганск, 1988).

Публикации. Научные и прикладные результаты диссертации опубликованы в 45 научных трудах, в том числе-13 авторских свидетельств на изобретения и один патент. Лично автором опубликовано 6 научных статей и один патент.

Стщкт££а и объем диссе£тации. Диссертация включает введение, 5 разделов, заключение, список ссылок из 299 наименований;

содержит 75 иллюстраций, 43 таблицы.Общий ее объем 367 страниц.

Автор признателен и благодарен проф., доктору техн. наук М.П.Зборщику за постоянное внимание к работе и оказанную научно-прикладную консультативную помощь в процессе ее выполнения; сотрудникам лаборатории охраны и поддержания подготовительных выработок глубоких вахт ДГШ за помощь в выполнении шахтных исследований; работникам угольных шахт восточного региона Украинского Донбасса за содействие и помощь при внедрении результатов исследований; проф., доктору техн.наук Ф.Н.ВоскобоеЕу за методическую и практическую помощь при проведении натурных наблюдений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проблема сохранения устойчивости выработок, примыкающих к очистным забоям, при разработке пологих угольных пластов постоянно находится е центре внимания отечественной и зарубежной горной науки и техники. Достигнутые успехи в решении этой проблемы ео многом предопределены основополагающими исследованиями ДонУГИ, ВНИМИ, ИГД им.А.А.Скочинского, ИГТМ АН Украины, ДГИ, ДПЙ, МГй, ЛГИ и др. Существенный вклад в исследование различных аспектов указанной проблемы внесли Н.П.Бакин, В.И. Барановский, А.Ф.Бахтин, В.Т.Глуико, А.С.Диманштейн, М.П.Збор-щик, Ю.З.Заславский, К.В.КошелеЕ, В.Краммер, С.М.Липкович, Г.ГЛитвинский, О.И.Мельников, А.Л.Селезень, Я.Фармер, Г.Л.Фи-сенко, И.Л.Черняк, Е.И.Шемякин, Г.Зверлинг, О.Якоби и др. Рост глубины разработки и связанные с этим ухудшения горногеологических условий постоянно выдвигают новые требования с учетом ресурсосбережения к сохранению пластовых подготовительных выработок, подверженных активному влиянию очистных работ.

Первый раздел работы посвящен анализу состояния охраны пластовых участковых выработок и достижениям горной геомеханики по сохранению их устойчивости.

На шахтах Донбасса пластовые выемочные, подготавливающие выработки составляют соответственно примерно 50 и 20 % от их общей протяженности. Условия охраны и поддержания этих выработок усложняются с увеличением глубины разработки ( в

среднем 8 м в год). Внедрение бесцедиковой технологии охраны к концу семидесятых годов коснулось в основном Еыеночных выработок. Подготавливающие выработки в основном охраняются широкими целиками (около 88 С ростом глубины разработки прослеживается тенденция увеличения ширины охранных целиков, что не всегда экономически целесообразно. В ряде случаев при пластовой подготовке неизбежно применение охранных целикОЕ, а следовательно возникает необходимость уменьшения их ширины и сохранения надлежащей устойчивости выработок.

В еосточном регионе Украинского Донбасса отрабатываются в основном тонкие пологие пласты Еысокометаморфизованного угля марок Т, ПА и А, вмещающие породы которых более прочные по сравнению с пластами низшей степени катагенеза. Прочность одних и тех же пород согласно имеющимся исследованиям возра- ; стает по мере увеличения глубины разработки. В таких условиях породы кровли в лаве в большей мере склонны к зависанию и имеют больший шаг обрушения. Если в подрабатыв'аемой толще весьма прочные слои пород мощностью более 3 м залегают на удалении от пласта менее 5-кратной его мощности, то они образуют труднообрушающиеся кровли. Такими в объединениях„Лисичанск-уголь и,Краснодонуголь" являются пласты соответственно кд и к^ (марки угля Г и К), кровли которых представлены слоем весьма прочного известняка. В литературе не имеется количественного критерия, которым можно было бы характеризовать поведение труднообрушающейся кровли применительно к условиям Донбасса.

Впервые шахтные исследования влияния периодических оса- . док однослойной труднообрушающейся кровли на выемочные выработки были проведены к концу семидесятых годов на шахтах Ин-тинского месторождения при разработке средней мощности угольных пластов на небольшой глубине. Однако этими исследованиями не раскрыт полностью механизм влияния периодических осадок труднообрушающейся кровли на устойчивость охранных опор и прилегающей к лаве подготоеитсльной Еыработкн. При этом в качестве мер защиты поддерживаемой выработки от влияния периоди* ческих осадок кровли предложен способ ее отсечки зарядами ВВ в опережающих яаву наклонных скважинах.

Анализ литературы показал, что нет исследований влияния угла наклона скважин на эффективность разупрочнения пород

труднооб рушащейся кровли.

В.Е.Кардаков (КГМИ) е шестидесятые годы на неглубоких шахтах Донбасса для охраны выемочных выработок предложил применять в качестве ограждения ограниченной податливости тумбы из сборных железобетонных блоков (ЕЖБТ). Однако отсутствие достаточного геомеханического обоснования механизма взаимодействия этих опор с боковыми породами в условиях глубоких шахт, особенно при периодических осадках труднообрущаюцихся кровель, сдерживает расширение области применения этого способа охраны. Существенным недостатком в применении БЗСБТ является отсутствие средств механизации для их Еозведения. Применение для охраны выработок литых полос из твердеющих материалов, почти полностью исключающих ручной труд, не еышло за рамки эксперимента. При увеличении интенсивности проявлений горного даЕленш на концевом участке лавы, связанной с ростом глубины разработки, а также периодическими осадками труднообруиающихся кровель, весьма проблематичным остается решение вопроса создания быстротвердеющего материала, обеспечивающего соответствующие скорость набора сопротивления и жесткость литой полосы. Как показали опытно-промышленные испытания, в отдельных случаях возводимые литые полосы, недостигающие е период активных сближений боковых пород необходимых податливости и сопротивлен преждевременно разрушались с потерей устойчивости охраняемой выработки. Однако не в полной мере изучены особенности механиг ма и характера смещений боковых пород на концевом участке лавы, где начинается формирование нагрузки на возведенные искусственные ограждения. При этом недостаточно изучен вопрос допус мых величин податливости и сопротивления ограждений на различном удалении от лавн и охраняемой выработки, обеспечивающих Функцию режущей опоры для обрушаемых кровель. Нет аналитических исследований по установлению влияния периодических осадок труднообруиающихся кровель на эти ограждения и охраняемую ими выработку.

В горно-технической литературе противоречивой остается оценка влияния отдельных факторов на интенсивность смещения контура выемочных выработок. Все авторы утверждают, что с увеличением скорости подЕигания лавы интенсивность смещений контура снижается, а нагрузка на ограждение постоянно возрастает.

Неоднозначно трактуется положение, что на концевом участке лавы смещения пород меньше, чем в ее центральной части. Такие выводы сделаны при малом числе учитываемых факторов, то есть без учета особенности проявлений горного давления в лаЕе, характера и длительности сдвижения подрабатываемой толщи. В натурных условиях не установлены закономерности изменения во времени сближения боковых пород на кромке угольного массива, степень разрушения пород кровли в зоне его естественной разгрузки, глубина распространения этой зоны.

Имеются теоретические доказательства, что напряженно-деформированное состояние пород е приконтурной части угольного массива зависит от шага обрушения пород кроЕли и несмыкания ее вышележащих слоев с почвой. Эти выводы не подтверждаются шахтными наблюдениями и учитывают ограниченный диапазон условий. При этом вообще не уделяется внимания вопросу изменения во времени длины заЕисающих пролетов кровли. В связи с этим для раскрытия полноты механизма взаимодействия опорных элементов с боковыми породами при различных способах охраны выработок необходимы дополнительные исследования, охватывающие область условий рассматриЕаемого региона.

Способ охраны пластовых выработок проведением их вприсеч-ку к выработанному пространству успешно применяется при стол-6оеой системе разработки на неглубоких шахтах и, как правило, на пластах с низкой степенью категинеза вмещающих пород (марка угля Г и Д). На глубинах более 700 м даже при наличии устойчивых вмещающих пород (марка угля ПА, А) сохранить присеч-ную выработку впереди лавы на расстоянии 30-40 м ( е зоне суммарного динамического опорного давления) практически невозможно из-за больших смещений контура выработки и полной деформации крепи. Если присечнув выработку проходят вслед за лаЕОй, то остается мало изученным механизм взаимодействия охранных опор с разрушенными боковыми породами на границе старого и но-еого выработанных пространств. В частности, нет четких обоснований выбора параметров расположения присечной.выработки, не установлен период ее безремонтного поддержания и т.д.

Известные в практике попытки использовать для охраны участковых выработок способы разгрузки целиков или приконтурной части угольного массива с помощью скважин, щелей, взрывания комуфлетных шпуровых зарядов ВВ, как правило, не оказывают

существенного положительного влияния на сохранение устойчивости поддерживаемых выработок. Причина в том, что наличие малых разгрузочных полостей в законтурном пространстве выработки не в состоянии компенсировать интенсивные смещения пород контура, инициированные влиянием очистных работ.

На основании вышеизложенного сформулирована цель работы и определены следующие задачи исследований.

1. Изучить особенности структуры, сеойсте и обрушаемости пород кровли в лавах, установить степень и характер влияния периодических осадок труднообрушающейся кроели на величину нагрузки, воспринимаемой охранными конструкциями, возведенными со стороны лаЕЫ вдоль поддерживаемой пластовой выработки.

2. Изучить закономерности сдвижений и смещений вмещающих пород на концевом участке лаЕЫ и в поддерживаемой выработке в зоне влияния очистных работ при переменной скорости подвига-ния очистного забоя.

3. Обосновать модель формирования нагрузки на возведенные у пластовой выработки охранные конструкции, по данным натурных наблюдений определить ее параметрические характеристики для разработки инженерного метода расчета воспринимаемых нагрузок, в том числе и с учетом периодических осадок труднообрушающейся

КрОЕЛИ.

Разработать метод расчета параметров расположения сква жин для торпедирования и эффективного разупрочнения пород труд нообрушающейся кровли, определить при этом рациональные параметры расположения выработок, проводимых вприсечку к выработан ному пространству вслед за подвиганием лавы.

5. При охране со стороны лавы Пластовых Еыработок целикам угля изыскать пути и способы разгрузки целиков от повышенного горного давления, сохраняя при этом надлежащую устойчивость поддерживаемых выработок, и существенно уменьшая эксплуатационные потери угля.

6. Разработать эффективные способы охраны пластовых выработок, подверженных активному воздействию очистных работ, провести их промышленные испытания и внедрение на пологих пластах восточного региона Украинского Донбасса.

Во_вто£ом^здзяе приведены результаты шахтных инструментальных наблюдений смещений боковых пород в лавах с труднооб-

рушающейся кровлей, на кромке угольного забоя лав после их окончательной остановки, а также на концевых участках лав к в прилегающих к ним подготовительных выработках, для установления особенностей проявлений горного давления в вышеуказанных выработках и выявления степени влияния основных фактороЕ на их устойчивость. При этом использованы разработанные с участием автора ногые методы шахтных измерений с применением нигелира HIT-I и фотограмметрии, позволяющие в совокупности с известными методами определить соответственно раздельно поднятие почеы и опускание кровли, смещение контура выработки, а также степень разрушения обнаженных вокруг нее пород и угля.

На основании изучения структуры боковых пород пологих угольных пластов шахт Донбасса установлено, что почти 33 % труднообрушающихся кровель состоит более чем из двух неоднородных по литологическому составу и прочности слоев пород. Неоднородность строения этих кровель оказывает существенное влияние на периодичность их осадок в лаве. Исходя из геомеханических основ процесса деформации и разрушения обнаженного лавой массива пород кровли в выработанном пространстве, установлено, что периодичность этих осадок обусловлена предельной длиной консоли зависания ее труднообрушающихся слоев, то есть шагом их обрушения. Величина этого шага зависит прежде всего от положения центра тяжести обрушаемой консоли кровли и основных исходных структурно-прочностных характеристик слагающих ее слоев (мощности и последовательности их залегания, коэффициента крепости и плотности трещиноватости пород). В соответствии с геометрической интерпретацией строения массива кровли и возможностью трехмерной системы координат увязать совокупное влияние вышеуказанных параметров получена зависимость для определения условного количественного критерия обруааемости пород кровли в пределах-ее 20-мегровой толщи. Величина этого критерия

/г/ 'е.-/ LX

¿-!

где г- - коэффициент крепости пород е слое мощностью

/г, (м);

- плотность их природной трещиноватости (м~ ) при /X

с-

количестве слоев.

Если плотность природной трещиноватости неизвестна, то критерий обрушаемости кровли определяется по аналогии с (I):

<2)

Оба эти критерия отражают положение общего центра "тяжести" объемной с координатами ^ , /г, и (для ) и плоской фигур - у% и (для ) через угловой параметр (величина угла между осью ординат и линией, соединяющей этот центр "тяжести" с началом координат). Для груднообрушающихся и весьма труднообрушающихся кровель тонких пологих пластов Донбасса указанные критерии составляют соответственно Р 0,1-0,3 и 0,31-0,65; у> - 0,46-0,64 и 0,65-0,82.

Как показывает статистическая обработка данных, шаг периодических осадок труднообрушающихся кровель в лаЕе ( и ) имеет тесную связь с вышеуказанными критериями по приведенным соответствующим зависимостям:

¿л=60%*м; (з) (4)

Корреляционное отношение и коэффициент надежности связей (3,4) соответственно 0,86 и 25; 0,82 и 21,2.На основании статистической обработки шахтных наблюдений установлено также, что увеличение угла встречи между линией очистного забоя и линией простирания плоскости основной природной трещиноватости пород на 1° дает приращение шага периодических осадок трудно-обрушающейся кровли в зависимости от его величины на 0,12-0,37 м.

Интенсивность смещений пород вокруг подготовительных выработок, сопряженных с лавой, существенно зависит от изменения скорости ее подвигания. Натурными наблюдениями установлено,

что резкие перепады скорости подЕигания лэеы е пределах, 1,7-12,6 м/сут обуславливают различную динамику обрушения кровли в выработанном пространстве, которая оказывает существенное влияние на динамику смещения контура подготовительной выработки в опережающей лаву зоне опорного давления. С учетом суточного ускорения подЕигания лавы и ускорения смещений пород в указанной зоне за рассматриваемый период времени одним и тем же условным угловым знакопеременным параметром произведена оценка характера и степени влияния скорости подви-гания лзеы на активность смешения пород в прилегающей к ней выработке. При изменяющемся в максимальных пределах указанном параметре от - 1,55 до + 1,55 рад, когда скорость подвигания лавы колеблется в пределах 1,7-12,6 м/сут., средняя угловая величина несогласованности рассматриваемых процессов составляет - 0,75 рад. при частости различных знаков параметра 0,53, когда - 2,0-7,5 м/сут. соответственно - + 0,16 рад. и 0,21. Это указывает на го, что при большой скорости подвигания лавы влияние ее на интенсивность смещения пород в выработке неоднозначно.

При согласованном режиме динамики смещения пород в подготовительной выработке и подвигания линии очистного забоя (одинаковые знаки параметра) с увеличением или уменьшением скорости подвигания лавы скорость смещений пород в подготовительной выработке впереди лавы соответственно снижается или возрастает, при несогласованном (знаки различные) - наоборот. Величина угловой несогласованности этих режимов отражает интенсивность этого снижения или возрастания. При больших скоростях подвигания очистного забоя и их перепадах, вызывающих предельно несогласованный режим, охрана выработок искусственными ограждениями из-за высокой интенсивности смещения обнажаемых лагой боковых пород нецелесообразна как с технической, так и с экономической стороны.

Для установления закономерностей смещений бокогых пород на концевых участках лавы, где производится возведение охранных опор, а также влияния основных факторов на их величину, проведены шахтные инструментальные измерения с помощью стойки СУИ-П в 26 лавах при различных условиях. При этом производилось сравнение величин смещения боковых пород в средней части лавы и ее концевом участке на удалении от прилегающей к ней

подготовительной выработки 1,5-3 м. По усредненным фактическим данным величина сближения боковых пород на вышеуказанной участке составляет

¿кк (8К +0^2. вн)/М>и; к.к = К1К2К3^, (5)

где - опускание кровли в средней части лавы (мм) на границе с выработанным пространством при ширине призабойиого пространства 4 См); бки 8Ы - сирина призабойной части соответственно концевого участка и ниши (м); кр к2 и к3 ~ коэффициенты, учитывающие соответственно форму сопряжения лавы в плоскости пласта, способ охраны выработки и схему подрывки боковых пород, Кц - отношение сопротивления крепи на концевом участке лавы к сопротивлению на ее остальных частях.

В зависимости от сочетания и степени влияния вышеуказанных факторов к моменту возведения ограждения смещения боковых пород на концевом участке лавы могут быть по величине меньше, равны или больше, чем в средней ее части. Анализ полученных ре зультатов показал, что для уменьшения смещений пород в местах возведения ограждений с целью повышения эффективности их функции как режущей опоры необходимо в основном повышение сопротиг ления крепи сопряжения, а также применение менее податливых охранных сооружений при безнишеЕОй выемке и полной подрывке пород почвы.

Для выявления изменения опускания кровли по всей площади концевых участков лаЕЫ проЕедены шахтные измерения ее наклона с помощью нивелира НШТ-1 и измерительной стойки СУИ-П. На основании этого установлено, что изолинии смещений кровли на кон цеЕОм участке лавы удаляются от линии очистного забоя по кривой, близкой к окружности с центром, расположенным примерно на биссектрисе угла между линиями очистного забоя и кройкой бокового угольного массива. Эти наблюдения позволили выявить характер изменения смещений зависающих пород кровли над угловой частью поддерживаемого и выработанного пространств, образованных пересекающимися кромкой угольного массива и линией очистного забоя, что способствовало обоснованию механизма елия ния зависающих пород кроЕли на их взаимодействие с охранными опорами.

для установления характера изменения нагрузки на ограждения, возведенные на концевом участке лавы, проводились ее шахтные инструментальные измерения динамометрами типа 50Д-180 и ЩД-50. На основании результатов этих исследований при различных услоеиях отработки пластов установлено, что нагрузка на эти ограждения после их установки возрастает по мере отхода лавы на 30-80 м, а также при удалении ограждения от кромки бокового угольного массива в сторону выработанного пространства. Впоследствии происходит снижение величины этой нагрузки в 1,1-1,8 раза до некоторой постоянной величины за счет перераспределения напряжений и деформаций пород вокруг подготовительной выработки во гремени.

Поскольку устойчивость пластовой подготовительной выработки, охраняемой по схеме ограждение-угольный массив, зависит также во времени от состояния последнего на кромке, включая и боковые породы вокруг него, проведены шахтные инструментальные наблюдения за сближением этих пород в 36 окончательно остановленных лавах при различных условиях (коэффициенты крепости пород кровли и угля соответственно 4-10 и 1,2-2,4, вынимаемая мощность пласта 0,5-1,8 м, глубина разработки 200-850 м). Периоды наблюдения составили от 20 до 50 суток.

Как показала статистическая обработка полученных

данных,сближение боковых пород на кромке угольного массива во времени ( Л ) изменяется по нижеприведенной зависимости:

^ МП, (б)

где - сближение пород кровли к почвы через одни сутки с момента их обнажения, мм; £ - время, сут. Корреляционное отношение сеязи (6) 0,94. Характерно, что ранг елияния вышеуказанных факторов на эти сближения по времени изменяется. По истечении 20 суток основными из них являются глубина разработки и Еынимаемая мощность пласта. Примерно через один год следует ожидать на глубине до 850 м потеря высоты очистной выработки у ее забоя 173-567 мм, что в рассматриваемом диапазоне вынимаемой мощности пласта составляет около 1/3 ее величины. При этом наблюдаются экстенсивный от«им и ЕнвалообразоЕание угля.

Проведенные натурные наблюдения, отражающие реальные особенности проявлений горного давления в лаге и сопряженной с ней подготовительной выработке, положены в основу развития концепции взаимодействия охранных элементов с боковыми породами под влиянием очистных работ.

ё_?!Е®1ьем^!шеле работы даются обоснование модели взаимодействия боковых пород с охранными опорами и определение аналитическим и натурным путем ее основных параметров. В качестве аналитической модели использована зависимость Г.Г.Литвин-окого, поскольку она отражает закономерность распределения нормальных напряжений на уровне разрабатываемого лавой

пласта как относительно оси X , перпендикулярной линии очистного забоя (ось у ), так и в выработанном пространстве (отрицательная часть оси X )» от величины предельного пролета за~ висания кровли ( ¿¿-у) над этим пространством:

где - геостагическое вертикальное давление в нетронутом горном массиве.

Исходя из полного соответствия расчетной схемы, на основании которой подучена зависимость (7 ), аналогичной схеме определения нормальных напряжений (¿э^*) относительно кромки бокового угольного массива по длине подготовительной выработки, совпадающей с осью X > _.

где / 8уХ / - абсолютная величина предельного пролета зависания кровли по оси у относительно кромки бокового угольного массива (отрицательная часть оси у также расположена в пределах выработанного пространства).

Пролет предельного зависания кровли,куда входит также и шаг ее периодических обрушений, изменяется во времени и является основным интегральным параметром, определяющим нагрузку, как на естественную (приконтурную часть 6окоеого угольного массива), так и искусственные (охранные сооружения) опоры, Зависание пород труднообрушающихся кровель дает наибольшую | часть приращение напряжений в зоне опорного давления, так как

величина шага их периодических обрушений, как правило, больше чем длина поддерживаемой над выработанным пространством породной консоли, опирающейся с одной стороны на кромку угольного массива, с другой - на возведенные охранные сооружения- На основании принятой модели нагрузка на последние складывается из двух основных составляющих: веса пород крогли вокруг поддерживаемой выработки на высоту, равную высоте их разрушения в выработанном пространстве, и части давления прогибающихся вышележащих слоев кровли, которая не компенсирована реакцией и жесткостью кромки угольного массива. По существу это согласуется с натурными проявлениями горного давления в очистной и сопряженной с ней подготовительной выработках, ранее установленными инструментальными шахтными наблюдениями» С увеличением ширины зоны естественной разгрузки приконтурной части угольного массива до некоторой постоянной величины пролет зависающих пород кровли уменьшается одновременно со снижением максимума опорного давления при удалении его вглубь этого массива.

Для использования формулы (8) в практических целях необходимо определить значения ряда исходных параметров, характеризующих зональные изменения напряженно-деформируемого состояния боковых пород и пласта вокруг приконтурной части угольного массива, сопряженного с подготовительной выработкой и подверженного влиянию очистных работ.

После интегрирования уравнения (8) получена формула (9) для определения нормальных напряжений пород на уровне пласта в любом интервале их нисходящей Еетги опорной зоны при ( в0 ~ ширина зоны бокового опорного давления, - удаление его максимального значения от кромки бокового угольного массива): _, _

В результате математических преобразований с использованием фор'мулы (3) при допущении, как это и предусмотрено зависимостью (7),. что е пределах изменяется по прямолинейной зависимости, представляется возможным получить уравнение для определения ожидаемой максимальной величины коэффициента концентрации напряжений в опорной зоне бокового угольного массива кг .

где ~ ширина зоны естественной разгрузки угольного массива под влиянием очистных работ, м. .

Минимальная величина пролета зависания кровли Е>уУ составляет сумму абсолютных величин ширины поддерживаемых над подготовительной выработкой и в пределах ее охранной полосы участков кровли, включая и длину консоли ее оставшегося зависания, а также ширину зоны отжима угольного пласта.

По данным шахтных фотограмметрических наблюдений за изменением плотности техногенных трещин б породах кровли еысотою 2 м при проведении пластовой подготовительной выработки на различном ее удалении от кромки угольного массива в условиях глубокой антрацитовой пахты установлено, что 5С = 14 м (примерно 10-кратна вынимаемой мощности пласта) при глубине полного отжима угля 2 = 2 м (около 1,3 мощности пласта). На основании статистической обработки этих наблюдений установлено, что плотность этой трещиноватости Т по мере удаления вглубь угольного массива в пределах 50 уменьшается по экспоненциальной зависимости (II), которая наиболее близка к фактическим данным:

Г--0,5ехр[027(во~2о-У)1м! (п)

При этом плотность трещиноватооти пород кровли, начиная от границы зоны отжима пласта, вглубь массива падает от 22 до 2 трещин на I м.

В таких же условиях по результатам иахтных измерений вертикальных смещений пород по длине подготовительной выработки, пройденной в выработанном пространстве перпендикулярно контуру бокового угольного массива, установлено, что эти смещения при выемке последнего лаЕОй полностью затухают на удалении от указанного контура 100-105 м. Полученная величина для рассматриваемых условий составляет ширину установившейся зоны несмыкания пород кровли и почвы в выработанном пространстве, где на уровне пласта ХЧ меньше исходного в нетронутом массиве.

На основании выявленных в шахтных условиях особенностей проявлений горного давления при периодических осадках кровли,

а также характере распределения смещений пород кровли на концевом участке лавы, с учетом принятой модели взаимодействия боковых пород с охранными опорами, аналитическим путем установлена зависимость для определения дополнительной пригрузки на I м длины ограждения, вызванной влиянием этих осадок. Наиболее близко эта зависимость апроксимируется ниже представленной непрерывной периодической функцией:

ЬгкЦкСр кф соз(Ях/Ц}, ^, (I а)

гДв ~ средневзвешенная объемная плотность пород слоев труднообрушающейся кровли (кН/м3) мощностью Лг См); X - абсолютная величина удаления от лавы, м; ¿хп - шаг периодических осадок кровли, К~Ук/1>„( У« ~ Длина концевого участка лавы, м); и Се - коэффициенты, учитывающие повторяющиеся пригрузки е фиксированном месте по длине охраняемой выработки (табл.1).

Таблица I

Коэффициент I------------¿Ничина__^_--------------------

________________!_______I____I____1,2____1_______!_____1,6___

_ ----с* 0 0,014 0,042 0,Ш

Повторяющиеся пригрузки на ограждение следует ожидать при последующих периодических осадках труднообрушающейся кровли с шагом более 20 м, когда АГ>1,2.

Основываясь на принятую интерпретацию формирования нагрузки на охранные опоры под влиянием очистных работ, а также используя статистические данные по результатам шахтных измерений этих нагрузок на ограждение из Б1БТ в 126 подготовительных выработок шахт Донбасса, получена эмпирическая зависимость, отражающая совокупное ЕЛияние основных факторов на максимальную величину этой нагрузки на I к длины подго-

товительной выработки без влияния периодических осадок труднообрушающейся кровли.

где ыу и Сг - ширина соответственно не перекрытой ограждением части породного уступа, включая консоль зависающих пород непосредственной кровли, и самого ограждения; ¿Г' и - соответственно объеиная плотность (кН/м3), средневзвешенный коэффициент крепости обрушаемых пород (непосредственной и основной) кровли; т - вынимаемая мощность пласта; ~ критерий об-рушаемосги кровли, /У - глубина разработки, м; В ~ ширина охраняемой выработки вчерне, к. Величина нагрузки /2т не должна превышать предельного сопротивления режущей охранной опоры ограниченной податливости, какой является ряд из БЖБТ. Экспериментально установлено, что величина податливости ограждения должна "составлять 0,15/77.

Несущая способность узкой охранной полосы зависит также от устойчивости породного уступа, образованного подрывкой вмещающих угольный пласт пород. На основании усредненных статистических данных, полученных в натурных условиях, допустимая ширина этого уступа

"г ЗИ?0{-„ктКн ' т> ' '

где ^ - коэффициент крепости пород уступа высотою , - коэффициент бокового распора пород, равный 0,4-0,8; д» и - коэффициенты, учитывающие потерю прочности породного уступа за счет соотБественно плотности природной трещино-вагосги и направления ее простирания относительно продольной оси охраняемой выработки, которые изменяются в пределах 0,5-1;

- коэффициент затухания напряжений с удалением от опоры в кровлю или почву, изменяющийся от 0,8 до 0,1 на удалении соответственно от 0,4 до 2,8 м. Формулы (12,13 и 14) рекомендованы к использованию для расчета параметров паспортов охраны Еыемочных выработок с применением ограждений.

Согласно принятой расчетной схеме формирования нагрузки на охранные опоры в различные периоды интенсивности смещения

боковых пород ожидаемая остаточная нагрузка на ограждение после затухания этих смещений без учета сил сопротивления по плоскости сдвижения пород, когда высота свода обрушенных пород средней объемной плотности у , равна суммарной мощности

О I

непосредственной и основной кроиедь п„ $

Ц.'ф&.К.Ь.+й'Ь),*»/«' <»>

где В и & - ширина соответственно выработки вчерне и охранной полосы, включая и консоль оставшегося зависания пород относительно последней, м. Полученную величину $ , которая меньше , рекомендуется использовать для установления параметров возможного частичного извлечения опор из ограждения для их повторного использования.

Если мощность разрушенных пород кровли над выработкой неизвестна, то ее ожидаемую величину рекомендуется определять по нижеприведенной эмпирической зависимости, полученной по результатам статистической обработки натурных наблюдений автора и других исследователей за распространением трещин разрушения пород в подрабатываемой . .- толще при различных горно-технических условиях:

^ тт

где С - коэффициент пропорциональности, учитывающий группу катагенеза пород, равный 0,042-0,07; ^ - средневзвешенный коэффициент крепости пород в пределах 50-метровой толщи кровли, и К „;п - коэффициенты естественного разрыхления пород соответственно максимальный на границе с плоскостью их обнажения и минимальный при переходе пород в запредельное состояние; /С = I +5С/? ( - эмпирический коэффициент, зависящий от доли содержания в подрабатываемой толще песчаников и известняков рс , £с - 0,12-0,26); = 1-0,4 В?/ £ ( £ и ^ - длина соответственно лавы и закладки вдоль нее). В частности, для шахт, разрабатывающих тонкие пологие угольные пласты на глубине 900-1100 м,следует ожидать максимальную расчетную- по формуле (16) высоту разрушения пород кровли над лавой, равную

не более 50-кратной мощности пласта.

Представленные эмпирико-аналитические исследования служат исходной расчетной базой для разработки эффективных методов разгрузки пород вокруг пластовых подготовительных Еыра-боток, подверженных влиянию очистных работ, способов и средств их охраны.

В четве2той_^зделе приведены исследования по обоснованию параметров предварительного разупрочнения структурно-неоднородных труднообрушающихся кровель с применением зарядов ВВ е опережающих очистной забой скважинах, позволяющего не допуск кать их зависания е выработанном пространстве и в результате этого локализовать динамические проявления периодических осадок этих кровель в лаве, в также снизить нагрузки на охранные опоры в сопряженных с ней подготовительных выработках.

Для установления рационального размещения взрывных скЕа-жин относительно напластования пород труднообрушающвйся кровли, исходя из расчетной схемы (рис.1), проведены аналитические исследования по установлению влияния угла наклона этих скважин на энергетическое воздействие ударных и отраженных волн, распространяющихся от цилиндрического заряда ВВ (I). Относительная энергия взрыва, приходящаяся на единицу объема породы у поверхности раздела сред 2-3

V/ (17)

АО /

С учетом напряжений и <сГ, , возникающих соответственно от преломленной на границе сред 2-3 и отраженной - 3-4 волн, средние величины относительной энергии взрыва и \а/ц соответственно при

аЬ /О и & £ - 0 составляют:

ч'ъ/Н ¡-ру- а®

■де ХА0 - текущая координата точки А0 по оси X ; S^ ~ уда-[ение заряда ВВ в точке А по нормали к оси скгажины до границы )аэдела сред 2-3, м; - средняя величина относительной энер-■ии взрывной волны в слое пород 3 при одном ее преломлении; ^ и ^ - коэффициенты отражения взрывных еолн на контакте сред соог-¡етственно 2-3 и 3-4; c*i и уЗ - углы соответственно наклона :кважины к плоскости раздела сред и преломления ЕзрыЕНОй волны, 'рад^ GJ и £ - соответственно напряжение, возникающее при гзрыве цилиндрического заряда радиусом , и модуль упругости пород, кН/м^; € - мощность разупрочняющего слоя, м; £о -1инимальное удаление заряда от границы раздела сред, м; at -штервал времени между преломленной и отраженной волнами в точке /И , сек.

По формуле (17) определены относительные величины энергии взрывной волны на поверхности раздела сред при различном удалении заряда от плоскости контакта породных слоев и угле его наклона к напластованию. Графическая интерпретация зависимости между указанными параметрами представлена на рис.2. Проверка достоверности полученной теоретическим путем закономерности (17) проведена шахтными измерениями объемов откольных воронок, образованных в устье 49 взорванных скважин передового торпедирования при различных углах их наклона (в диапазоне 5-35°) к труднообруааю-щемуся слою пород. При этом, естественно, объем откольной Еорон-ки при всех прочих равных условиях зависит от величины затраченной энергии взрыва, которая могла бы быть использована для разупрочнения пород в необходимой их зоне.При удельной забойке скважин торпедирования более 0,9 откольные воронки у их устья не образуются. Объем воронок при удельной забойке скважин менее 0,1 и углами их наклона к плоскости напластования более 20° в среднем fia 36 % больше, чем при углах менее 20°. Расчитанная по формуле CI7) величина относительной потери энергии взрыва в рассматривав-. *он интервале углов наклона скважин составляет 45 %, что указывает на удовлетворительную сходимость сравниваемых взаимосвязан-1Ых параметров, полученных аналитическим и натурным путями. Урав-1ения (17-19) с учетом физико-механических характеристик пород кровли рекомендуется использовать для установления рационального склона скважинного заряда ВВ и его удаления от разупрочняющего злоя.

Рисунок I - Расчетная схема

« г е ¡¡,м

б зо бо

Г-.в зависимости от угла о* наклона заряда к нап-ластоЕанию; 1,2,3,4 и 5-на удалении заряда от плоскости контакта породных слоев, разупрочняе-мого и в котором расположен заряд ЕВ, при угле соответственно 0,3,5,10 и 30° ,

Рисунок 2 - Изменение относительной энергии взрыва

I

¿-Л

ш

г

Цу 0,8*,

—т—-

/ Г

а,б и в,г - при подрывке почвы и кровли; 1-Б1Б1о 2 -прокладка, 3-органка, 4 -чуракоЕая стенка 04

Рисунок 3 - Схема охраны выработок Б1БТ

I- Б1БТ, 2 и 3 -Пробуренная и взорванная отсечные скважины

Рисунок Ч - Схема охраны выработки Б1БТ при труднообрушающейся кровле

Проведенный эксперимент по разупрочнении труднообрушаю-щейся кровли слоевыми скважинами е условиях пласта шахты им.Капустина объединения,1исичанскуголь" позволил предотвратить вредные влияния ее периодических осадок на лаву. При этом установлено, что максимальный разупрочняюший эффект взрыва достигается при удалении скважины, пробуренной параллельно труднообрукающемуся слою (известняк мощностью 2,5-3,5 м) на удалении от него менее 0,5 м, что также подтверждается расчетными данными для рассматриваемых условий.

При расположении заряда параллельно напластованию породы труднообрушающейся кровли будут разрушаться равномерно и с наиболее полным использованием энергии взрывной волны. Отсечные скважины тоже целесообразно располагать параллельно продольной оси охраняемой выработки на контакте с труднообрушающейся кровлей в плоскости ее разлома.

5Лй£2м^зделе представлены обоснование, разработка, лабораторные и шахтные эксперименты, промышленные испытания и внедрение новых, эффективных способов и средств охраны пластовых подготовительных выработок глубоких шахт. В основу разработки этих способов и средств, установления рациональных параметров и области их применения, а также дальнейшего их совершенствования на базе новых технических решений положены результаты проведенных автором комплексных исследований геомеханических процессов, воздействующих на устойчивость прилегающих к лаве выработок.

Исходя из ожидаемой нагрузки на ограждение выемочной выработки и его удаления от последней (формулы 12-14), с учетом деревянной прокладки еысотою Ь§ = 0,15т , а также сопротивляемости сплошной охранной полосы из ЕЗБТ (табл.2), разработаны технологические схемы (рис.3) сооружения указанных сборных конструкций ограниченной податливости для охраны этих выработок в следующих условиях глубоких шахт (вынимаемая мощность пласта не более 1,6 м, коэффициент крепости контактируе-мых с БЖБТ пород не менее 4). Этот способ охраны широко используется на шахтах, разрабатывающих тонкие пологие пласты. Общий объем изготовления ЫБТ (по данным 1982г.) составляет около 31 тыс.м3 в год. Основными их потребителями являются шахты Донецкой (15,2 тыс.м3) и Луганской (13,55 тыс.м3) областей.

Таблица 2

Схема выкладки тумбОЕОй полосы

Вари- (Предельная сопротивляемость полосы из

ант |БКБТ (кН/м) при мощности пласта (м)___

________

Однорядная

I

5060 4960 4800 4200 3680 314С 6330 6200 6000 5260 4600 393С

Полуторная 1,5

7600 7440 7200 6320 5520 472С 10130 9910 9590 8420 7360 629С

Двухрядная

2

10130

9910 9590 8420 7360 629С

12660 12390 11990 10530 9190 786С

А, Б - при расположении блоков гранями соответственно шириною

0,5 и 0,4 м к охраняемой выработке. Объем внедрения БЖБТ на глубоких шахтах Донбасса составил только за 1981-1982 гг. 29,9 тыс. м с фактическим экономическим эффектом 730 ,5 тыс.р., в том числе доля автора 146,1 тыс.р. (здесь и далее в ценах до 1985 г.).

Проведены лабораторные испытания новых элементов (вместо БЖБТ) шахтной крепи (ЭШК) размером 0,4 х 0,4 х 0,15 м с круглым отверстием по центру и пазами на контактирующих поверхностях. ЭШК по своей массе в 1,3 раза меньше, чем БЖБТ, но предел ее прочности на сжатие ниже только в 1,2 раза. К тому же экономия составляет 1,8 р. на I м3 материала. Установлены прочностные характеристики новых материалов для блоков сборных ограждений, основными компонентами которых являются отходы производства. Прессованные блоки, изготовленные из древесно-стружеч-ных материалов и различных вяжущих,по массе в 3-5 раз меньше, чем БЖБТ, наиболее эффективно с технической и экономической сторон могут быть использованы в качестве ограждения.

При труднообрушающихся кровлях целесообразно применять ограждения из сборных железобетонных блоков переменной по длине сопротивляемости и производить с помощью БВР ее отсечку при расположении опережающих скважин в плоскости разлома пород кровли на границе выработанного пространства и кромки бокового угольного массива (рис.4). При этом не исключается и слоевое расположение отсечных скважин в этой же плоскости. Наиболее рационально выдерживать максимальное расстояние между группой

веерообразно расположенных отсечных скважин, как и между охранной крепью усиления, рагное 2/3 шага периодических осадок труднообруиающейся кроели.

Для пластовых подготовительных выработок разработан способ их охраны спаренными податливыми целиками, основанный на обширной разгрузке пород от напряжений в зоне их упругопласти-ческкх деформаций и снижении жесткости целика путем образования вдоль его непрерывной полости (разгрузочной выработки), которая разделяет одинарный целик на различные по ширине и сопротивляемости части.

В результате проведенных шахтных инструментальных наблюдений за 'смещениями боковых пород вокруг ЕЫрабогок, охраняемых спаренными целиками, раскрыт механизм их взаимодействия с этими породами под влиянием очистных работ. Меньший по ширине поддерживающий целик, непосредственно сопряженный с охраняемой выработкой, перемещаясь в сторону этой выработки, разрушается и е дальнейшем работает как породная полоса. Это способствует некоторому увеличению боковых смещений пород контура охраняемой выработки со стороны лагы, но значительному уменьшению вертикальных сближений кровли и почвы по ее ширине за счет их компенсации в пределах разгрузочной полости (просека). Эффект разгрузки от указанного просека, проводимого впереди лагы за пределами зоны опорного давления, в основном зависит от глубины разработки, мощности пласта, критерия обрушаемости пород кровли, а также ширины спаренных целиков и этого просека.

На основании параметрических характеристик напряженно-деформируемого состояния пород Еокруг выработки, охраняемой спаренными целиками,полученных математическим моделированием методом конечных элементов, а также результатов инструментальных наблюдений в антрацитовых шахтах за смещениями пород в 21 выработке, установлены ниже приведенные зависимости для определения ширины поддерживающего (со.стороны выработки), охранного (со стороны выработанного пространства) целиков и разгрузочной выработки в зависимости от допустимой потери площади поперечного сечения этих выработок за время сдвижения массива. Ширина соответственно поддерживающего, охранного целиков и разгрузочной выработки для глубоких антрацитовых шахт составляет:

Вя (20)

4 =* 2Н(/,3 57-10% в')/?} вл 1 (21)

Вр = - кр ), М, (22)

где Э - исходная площадь поперечного сечения охраняемой выработки в свету (м2) и ее допустимая относительная потеря йЭ' в %', Кр - коэффициент разгрузки (для .пластов антрацита 0,5-0,9); И и по соответственно глубина разработки и вынимаемая мощность пласта, м; уо^ - критерий обрушаемости кровли.

На рис. 5 представлены разработанные технологические схемы охраны пластовых подготовительных выработок с применением спаренных податливых целиков. При труднообрушающейся кровле и фронтальном надвигании лавы на выработку проектная ширина охранной полосы при спаренных целиках должна учитывать величину шага ее периодических осадок.

Применение для охраны пластовых подготовительных выработок спаренных податливых целикоЕ по сравнению с одинарными позволяет сократить потери угля в 2-3 раза. Объем Енедрекия способа охраны подготовительных выработок с применением спаренных целиков на шахтах объединения,,Ровенькиантрацит составил 2245 м с фактическим экономическим эффектом 169,85 тыс.р., в том числе доля автора 67,94 тыс.р.

Для условий глубоких антрацитовых шахт обоснованы параметры способа охраны присечных подготовительных выработок, проводимых Еслед за лавой (рис.6). В основу этого способа положена концепция сохранения остаточного сечения этой выработки при последующем влиянии очистных работ на приконтурную часть угольного массива и разрушенные породы выработанного пространства. Эти выработки поддерживаются е определенном интервале времени с учетом интенсивности протекания происходящих под влиянием сдвижений деформационных процессов.

В результате шахтных инструментальных наблюдений за смещениями контура проводимых вслед за лавой присечных выработок е условиях трех пластов глубоких шахт ПО „Свердловантрацит"получены параметры интенсивности этих смещений по длине выработки

' I н!1\~ут~ут11Г';"">>

14111}

т

ПЧГППУ) 1'1Ь1ПП11ГП> !>п)'П 1)1 а/1И111>11>1»1

Ц-Ц

а, б - соответственно при фланговом и фронтальном расположениях выработки относительно лавы

Рисунок 5 - Технологическая схема охраны выработок спаренными целиками

а, б - соответственно при почвах несклонных и склонных к пучению, в - схема расположения выработок; I - узел податливости крепи, 2 - породная полоса, 3 - оградительный целик, Ч и 5 соответственно обыкновенный и накатной дереЕЯн ные костры

Рисунок б - Технологические схемы охраны присечных выработок, проводимых вслед за лавой

е зависимости от скорости подвигания очистного забоя. На основании среднестатистических значений вышеуказанных параметров в привязке к различным условиям с учетом минимально допустимой еысоты присечной выработки получена формула для прогнозирования предельной длины этой выработки из условия сохранения ее удовлетворительного эксплуатационного состояния при заданном остаточном сечении:

где„ /гр~ исходная Еысота присечной Еыработки в СЕету, м; о ¿Г 6 04 .

О и о - ширина разгруэочной полости соответственно в бутовой полосе и бермы со стороны оградительного целика, м;Ш -Еынимаемая мощность пласта, м; - коэффициент пропорциональности (для антрацитовой шахты при неустойчивой почве равен 1,6, при устойчивой-1,3), - соотношение смещений в лаве и прилегающей к ней присечной выработке на конец периода затухания сдвижений (в -зависимости от категории устойчивости кровли для антрацитов составляет 3,1-5,1); сУ - средняя скорость вертикальных сближений пород в выработке, м/сут.; -коэффициент, учитывающий зону распространения эктиеных сдвижений по длине выработки в сравнении с длиной лавы В (м), равный 1,3-1,7; V - средняя скорость подвигания лавы, м/сут; ¿/1 - прогнозная величина сближения кровли и почвы на концевом участке лавы, м; ,5* - исходная площадь поперечного сечет: ния Еыработки в свету, м^.

На основании обоснованной расчетной схемы формирования нагрузки на охранные опоры е приконтурной части угольного массива с учетом необходимого остаточного сопротивления разрушенного оградительного целика, работающего по аналогии с породной полосой, получена аналитическая зависимость для предрасчега ширины этого целика:

е- Ч-^'Т2-,», ««

где ^ - средневзвешенная объемная плотность пород (кН/м ) в пределах высоты обрушаемой естественным путем кровли ^„(м); У - угол полных сдвижений, гращ 6^ - предел прочности

р

угля на сжатие, кН/м - предельная ширина зоны от-

жима пласта мощностью ло (м) и коэффициентом Кт =1,1 (для антрацита); К п ~ коэффициент остаточной прочности целика в пределах в'ч0- 2В-

Полученные формулы (23,24) использованы в качестве расчетной базы для установления параметров паспорта охраны при-сечного вентиляционного штрека с оставлением бермы со стороны оградительного целика при разработке пласта на глубине 800 м с труднообрушающейся кррвлей и пучащей почвой (условия шахты им.Вахрушева ПО „Ровенькиантрацит). Фактические величины интенсивности смещений боковых пород в этой выработке оказались близки к ожидаемым. Фактическая предельная длина этого штрека, близкая к расчетной, обеспечила его удовлетворительное эксплуатационное состояние, предъявляемое к вентиляционной выработке.

Применение присечных выработок в качестве вентиляционных получило распространение на шахтах объединения„Свердловантра-цит" Объем внедрения этого способа охраны только на шахте "Красный партизан" составил 3027 м с фактическим экономическим эффектом 144,15 тыс.р., в том числе доля аЕтора-72 тыс.р.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано теоретическое обобщение и решение научной проблемы, заключающейся в установлении закономерностей и зависимостей сдвижений вмещающей толщи, управлении состоянием окружающих пород с помощью технологических и технических средств для сохранения устойчивости подготовительных выработок, подверженных активному воздействию очистных работ при отработке пологих угольных плэсгое еосгочного региона Украинского Донбасса. Выполненные исследования позволили обосновать и Енедрить ряд новых и эффективных способов охраны и поддержания выработок. Основные научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

I. Установлена зависимость критерия обрушаемости пород кровли е лаЕах при отработке тонких пологих угольных пластов от совокупного влияния мощности и чередования породных слоев, коэффициента их крепости и плотности природной трещиноватости. Для труднообрушающихся и весьма труднообрушающихся кровель ве-

личина этого критерия изменяется е диапазоне соответственно 0,1-0,3 и 0,31-0,65. На основании натурных наблюдений установлено, что по мере увеличения численного значения этого критерия в указанном диапазоне шаг периодических осадок кровли увеличивается по параболической зависимости от 16 до 62 м. Критерий обрушаемости оказывает существенное Елияние на величину максимальной нагрузки, воспринимаемой возведенными для охраны выработок опорами.

2. Шахтными инструментальными наблюдениями за сближением боковых пород на концевых участках лавы установлено, что изолинии этих смещений удаляются от линии очистного забоя по кривой, близкой к окружности с радиусом, равным длине этого участка, и центром, лежащим на биссектрисе угла между кромками очистного забоя и бокового угольного массива.

Выявлено, что нагрузка на ограждение после его возведения на концеЕОМ участке лавы по мере отхода последней на 30-80 м возрастает до максимального значения, а затем снижается е 1,1-1,8 раза до некоторой постоянной остаточной величины.

Раскрыты особенности механизма формирования пригрузок на охранные опоры при периодических осадках труднообрушающейся кровли. Интервал по длине охраняемой выработки между зонами этих пригрузок соизмерим с шагом осадок. Величина и частота указанных пригрузок, зависят от мощности труднообрушающейся кровли и отношения длины концевого участка лавы к шагу периодических осадок, которое по данным шахтных наблюдений изменяется в пределах 1-1,6. При указанном соотношении более 1,2 во время последующей осадки кровли с шагом более 20 м возникает в первоначально фиксированном месте меньшая примерно на порядок повторная пригрузка на охранную опору.

3. Экспериментально в шахтных условиях установлено, что интенсивность смещений пород в пластовой подготовительной выработке впереди движущейся с переменной скоростью лавы зависит от суточного ускорения подвигания последней, обуславливаемого различной динамикой обрушения пород кровли в выработанном пространстве. При этом наблюдаются согласованный и несогласованный с динамикой смещений пород е этой зоне гыра-ботки режимы динамики суточного ускорения подвигания лавы, которые характеризуются условным относительным знакопеременным угловым параметром, изменяющимся в максимальном диапазо-

не от -1,55 до +1,55 рад при колебании скорости подвигания лавы в пределах 1,7 - 12,6 м/сут. При согласованном режиме (одинаковые знаки параметра) с увеличением или уменьшением скорости подвигания лавы скорость смещений пород в подготовительной выработке соответственно снижается или возрастает, при несогласованном (знаки различные) - наоборот.

Интенсивность смещений пород в проводимой за лавой выработке в 2-3 раза меньше, чем в той, которая поддерживается рядом и удалена от первой на ширину целика. К моменту стабилизации сдвижения горного массива в указанных выработках потеря их сечения происходит в осноеном за счет поднятия почеы и тем больше, чем шире целик.

4. По результатам продолжительных шахтных инструментальных наблюдений установлена закономерность приращения сближения кровли и почвы ео времени у кромки угольного массива, которая близка к степенной зависимости. Ранг елияния факторов на указанные сближения во времени изменяется. По истечению

20 суток основными из них являются глубина разработки и вынит-маемая мощность пласта. Потеря еысоты остановленной очистной выработки у ее забоя примерно через один год на глубине до 850 м в среднем изменяется от 173 до 567 мм, что в рассматриваемом диапазоне вынимаемой мощности пласта 0,5 - 1,8 м составляет примерно 1/3 ее величины.

Количество трещин разрушенной горным давлением породы кровли е приконтурной части угольного массива на высоту 2 м с удалением от выработанного пространства до 14 м уменьшается по убывающей экспоненте с 20 до 2 на I м. Ширина зоны запредельных деформаций пород кровли в этой части горного массива (для антрацита) по истечению процесса сдвижения на глубине 900 м примерно 10-кратна мощности разрабатываемого пласта. Расстояние от боковой кромки угольного массива до смыкания кровли и почвы в Еыработанном пространстве, где восстанавливается первоначальное горное давление, в этих условиях составляет 100-105 м.

5. Аналитическими исследованиями доказано, а натурными подтверждено, что эффективность разупрочняющего воздействия взрыва длинного цилиндрического заряда ВВ на структурно-неоднородную труднообрушающуюся кровлю существенно зависит от угла

его наклона к плоскости напластования. Максимальная разрушающая энергию взрыЕа достигается при слоевом расположении этого заряда, минимальная, когда энергия уменьшается в 8-10 раз, -при углах более 35°. Эффект разупрочнения пород при слоевом расположении заряда ВВ достигается за счет устранения дисеи-патйЕНЫх потерь энергии взрыва и интерференции падающей и отраженной еолн на границе сред с различной аккустической жесткостью, а также размещения его в слое слабых пород на минимальном удалении от,их контакта с более прочными. При этом эффект возрастает с увеличением перепада величин их аккустической жесткости.

б. Обоснованы рациональные параметры охраны пластовых подготовительных выработок глубоких вахт сборными ограждениями из сплошных рядов железобетонных блоков (Б2БТ) е диапазоне мощности пласта 0,6-1,6 м и разработаны технологические схемы этого способа в зависимости от категорий устойчивости боковых пород и обрушаемости массива кровли. При коэффициенте крепости пород нижнего и верхнего слоев соответственно кровли и почвы более 4 с учетом высоты их подрывки применяются одно полутора - и двухрядные схемы Еыкладки ограждения из БНБТ шириной 0,8 и I м с податливой деревянной прокладкой общей высотой, равной 0,15 вынимаемой мощности пласта. При труднообрушающих-ся кровлях предуснотрено применение отсечных скважин, располагаемых в плоскости ее разлома, ограничивающей со стороны бокового угольного массива зону обрушения пород в выработанном пространстве, на удалении друг от друга не более чем на 2/3 величины шага ее периодических осадок. При этом е местах пригрузок, возникающих от этих осадок, на расстоянии не более чем 2/3 их шага по длине выработки выкладываются дополнительные опоры из железобетонных 6локое.

7. Разработана новая конструкция железобетонных блоков ЗШК с отверстием по центру, размером 0,4 х 0,4 х 0,15 м, которые по своей массе в 1,3 раза меньше чем БИТ, но только

в 1,2 раза имеют ниже предел прочности на сжатие при экономии 1,8руб. на I м3 материала.

8. Теоретически обоснован и промышленно-эксперименгально доказан новый способ охраны основных пластовых подготовительных Еыработок спаренными податливыми целиками, снижающий по-

тери угля за счет сокращения ширины одинарных целиков е 2-3 раза. Ширина поддерживающего и охранного целиков, прилегающих соответственно к поддерживаемой выработке и выработанному пространству, а также ширина непрерывной разгрузочной полости между ними для глубоких антрацитовых шахт составляют соответственно 3-5, 15-25 и 4-б м. При всех прочих равных условиях соотношение между указанными величинами определяется продолжительностью сдвижения горного массива и допустимой величиной относительной .потери площади поперечного сечения охраняемой Еыработки, исходя из ее назначения. При этом способе охраны по сравнению с одинарным целиком до затухания сдвижений увеличиваются боковые смещения пород, в дальнейшем снижается поднятие почвы.

9. На основании эксперимента в условиях глубоких антрацитовых шахт установлены параметры охраны и поддержания при-сечных выработок, проводимых вслед за лэеой. Для антрацитовых шахт максимальная допустимая длина этой Еыработки при мощности пласта 0,95-1,2 м на глубине 700-1000 м и ширине оградительного целика со стороны выработанного пространства 2-4 м составляет 1200 м. Для увеличения протяженности этой Еыработки при сохранении ее удовлетворительного эксплуатационного состояния со стороны вышеуказанного целика необходимо создавать разгрузочную берму шириною 1,3-2,2-кратной мощности пласта.

10. Обоснованы, разработаны и внедрены способы охраны подготовительных выработок, подверженных влиянию очистных работ на глубоких шахтах при выемке тонких пологих угольных пластов, с применением сборных опор из железобетонных блоков, спаренных податливых целиков и проводимых вслед за лавой при-сечных к выработанному пространству подготовительных выработок, которые обеспечивают их эксплуатационную устойчивость и ресурсосбережение. Общий объем внедрения указанных способов, подтвержденный актами, составил 35,172 тыс. м (суммарная протяженность выработки) с фактическим экономическим эффектом 1044,5 тыс.р. ( в ценах до 1965 г.), из которого на долю автора приходится 286,04 тыс.р. Эти способы охраны выработок в настоящее время используются на угольных шахтах восточного региона Украинского Донбасса.

Основные научные положения и прикладные результаты работы опубликованы в следующих периодических изданиях:

1. Борзых А.Ф. Особенности зональной дезинтеграции пород кровли и угольного пласта вокруг горных выработок //Физ.-техн. пробл.разраб.полез.ископаемых.- 1990.- К 5.- С.40-49.

2. Борзых А.Ф. Технология адаптивного взаимодействия опор с боковыми породами при поддержании выемочных выработок //Уголь,- 1969.- № II.- С.3-9.

3. Борзых А.Ф. Расчет пригрузкк на опорные элементы выемочной выработки при периодических обрушениях кровли в лаве // Уголь Украины.- 1990.- » 6.- С.15-17.

4. Борзых А.Ф. О перспективе полного обрушения кровли при разработке пологих пластов на глубоких горизонтах // Уголь Украины.- 1980.- В II,- С.15-17.

5. Борзых А.Ф. Оценка частоты использования факторов при расчете параметров опорного горного давления // Разраб.месторождений полез.ископаемых: Респ.межвед.науч.-техн.сб.- 1989.-К 84.- С.23-25.

6. Борзых А.Ф. Определение высоты дезинтеграции пород кровли над выработанным пространством //Разраб.месторождений полез, ископаемых: Респ.межвед.науч.-техн.сб.- 1990,- Вып.87.-С.30-33.

7. Устойчивость железобетонных тумб при охране подготовительной выработки/ А.Ф.Борзых, А.А.Данилов, А.В.Тоцкий//Уго-ль.- 1985.- № 6.- С.14-15.

6. Расчет ожидаемых нагрузок на опоры из железобетонных блоков для охраны подготовительных выработок/ А.Ф.Борзых, А.А.Данилов, А.В.Тоцкий // Уголь.- 1988.- № 9.- С.11-14.

9. Борзых А.Ф., Радченко В,И. Устойчивость проводимых за лавой присечных выработок // Уголь.- 1990.- № 9,- С.53-57.

10. Борзых А.Ф., Радченко В.И. Охрана подготовительных выработок, проводимых в зоне естественной разгрузки // Уголь.-1988.- № 7.- С.7-10.

11. Воскобоев Ф.Н., Борзых А.Ф. Прогнозирование осадок кровли е лавах пологих пластов // Уголь Украины.- 1981.- $ 4,-С.16-17.

12. Борзых А.Ф,, Аверин Г.А. Влияние трещиноватости пород на шаг периодических осадок труднообрушающейся кровли // Уго-

ль Украины.- 1990.- & 9.- С.10-11.

13. Борзых А.Ф., Возный Б.В. К оценке опускания кровли на концевых участках дав //Уголь Украины.- 1976.- й 10.-С.13-14.

14. Борзых АЛ., Тыняный В.А. Смещение пород на линии остановленного очистного забоя // Уголь Украины.- 1985.- № 5.-СЛ2-13.

15. Охрана главных пластовых Еыработок спаренными целиками/ А.Н.Худяков, А.Ф.Борзых, А.И.Нелюбов // Уголь Украины.-1983.- № 10.- С.7-10.

16. Смещение пород в подготовительной выработке при охране спаренными целиками /А.Ф.Борзых, Г.А.Аверин, А.Б.Крас-нянский // Уголь Украины.- 1986.- № 9.- С.21-23.

17. Особенности взаимодействия поддерживающего целика

с вмещающими породами / А.Ф.Борзых, Г.А.Аверин, Е.В.Кирьязе-ва // Уголь Украины.- 1989.- № I.- С.15-17.

18. Проведение выработок в зоне разгрузки как метод их охраны / А.Ф.Борзых, Ю.В.Филонюк, В.А.Тищенко // Уголь Украины,- 1982.- В II.- С.13-14.

19. Борзых А.Ф., Новак А.й. Оценка действия Езрывных волн в слоистом массиве // Изв.вузов. Горный журнал.- 1984.» 4.- С.40-43..

20. Разупрочнение труднообрушаемой кровли при слоевом расположении скважин передового торпедирования / А.Борзых, А.й.Новак, А.Г.Шабрацкий // Уголь Украины, - 1981,- № 12.-С.15-17.

21. Борзых А.§., Горовой Е.П. Установление параметров зоны естественной разгрузки пород в выработанном пространстве // Уголь Украины.- 1992,- И 12.- С.26-29.

22. Применение фотограмметрии для оценки проявлений горного давления / А.#.Борзых, Г.А.Аверин, Й.В.Филонюк //Уголь Украины,- 1987,- № П.- С.26-27.

23. Проявление горного давления на концевых участках лав / Ю.Ф.Савенко, Н.К.Клишин, Б.В.Возный, А.§.Борзых //Разраб.месторождений полез.ископаемых: Респ.межвед.науч..-техн. сб. - 1974,- Вып.35.- С.8-10.

24. Влияние скорости подвигания очистного забоя на процесс смещения боковых пород в зоне опорного давления / А.Ф.Бор-

зых, В.И.Коробко, Л.П.Лемешев // Разраб.месторождений полез, ископаемых: Респ.межвед.науч.- техн.сб.- 1977,- Вып.47,-С.36-40.

25. Борзых А.Ф., Коробко В.И. Охрана вентиляционного штрека узким податливым целиком // Добыча угля подземным спо-собом/ЦНИЭИуголь.- I97Ö.- » 10.- C.I8-20.

26. Борзых А.Ф., Коробко В.И. Использование подготовительной выработки, подверженной повторному влиянии очистных работ // Добыча угля подземным способом / ЦНИЭИуголь.- 1981.-Je I.-C.I9-2I.

27. Борзых А.Ф., Коробко В.И. Влияния опережения спарен-но работающих лав на смещение пород в бортовом ходе // Добыча угля подземным способом / ЦНИЭИуголь.- 1977.- № 10,- С.17-19.

28. Прогноз смещений кровли на концевых участках лаЕ пологих пластов / Б.В.Возный, А.§.Борзых, Н.К.Клишин // Технология добычи угля подземным способом / ЦНИЭИуголь.- 1976.* 2. - С.18-19.

29. Борзых А.Ф., Коробко В.И. Влияние скорости подвигания очистного забоя на интенсивность деформаций вмещающих пород // Технология добычи угля подземным способом / ЦНИЭИуголь.- 1974.-№ Ю.- С.23-24.

30. Борзых А.Ф., Новак А.И. 0 состоянии устья скезжины при торпедировании труднообрушаемой кровли // Техника безопасности, охрана труда и горно-спасательное дело / ЦНИЭИуголь.-1983.- № 5.- С.8-9.

31. Экспресс-метод измерений сдвижения крогли в очистных •забоях / Ю.Ф.Савенко, В.И.Черняев, А.Ф,Борзых // Технология добычи угля подземным способом /ЦНИЭИуголь.- 1970,- $ 5.-

G. 16-19.

32. Пат./крайни 142, МКВ E2I С 41/04. Cnoctö керування важкообЕалюнаною покр^Елею / А.П.Борзих. Опубл. 30.05.93. Офсц.бюл. Промислова гласность К I.

33. A.c. 1749465 СССР, МКИ5 Е21Д 11/08. Крепь для охраны подготовительных выработок / А.Ф.Борзых, А.Г.Кот, А.В.Куюн,

H.А.Михеев и А.В.Тоцкий.- » 4804870/03; Заявлено 23.03.90; Опубл. 23.07.92. Бюл. К 27.

34. A.c. 1262048 СССР, МКИЦ Е 21 Д 11/08. Крепь для охраны подготовительных выработок / А.Ф. Борзых, А.В.Тоцкиа, Г.Н.Болотов, И.А.Горбунов.- № 3891590/22-03; Заявлено 06.05.85; Опубл. 07.10.86. Бюл. №- 37.

35. A.c. I57I257 СССР, МКИ5Е 21 Д 11/08. Крепь для охраны подготовительных Еыработок / В.А.Батуринцен, А.Ф.Борзых, И.А.ГорбуноЕ, А.В.Тоцкий.- № 4450511/23-03; Заявлено 06.05.88; Опубл. 15.06.90. Бюл. № 22.

36. A.c. i486501 СССР, МКИ4 Е 21 д 11/00. Способ поддержания горной выработки / А.Ф.Борзых, И.А.Горбунов, А.В.Тоцкий, В.А.Батуринцев,- № 4320895/23-03; Заявлено 08.07.87; Опубл. 23.06.89. Бал. № 23.

37. A.c. 676733 СССР, МКЙ2 Е 21 Д И/04. Устройство для разгрузки железобетонных блоков и укладки их в тумбы / А.А.Данилов, Г.А.Фахрутдинов, А.Ф.Борзых.- № 2593520/22-03; Заявлено 23.03.78; Опубл. 30.07.79. Бюл. № 28.

38. A.c. I148407 СССР, МКИ4 Е 21 С 41/04. Способ охраны горной выработки / А.Ф.Борзых, А.И.Новак, Г.А.Аверин.-

№ 3637011/33-03; Заявлено 26.08.83 (не подлежит опубл. в открытой печати).

39. A.c. I506109 СССР, МКЙ4 Е 21 С 41/04. Способ охраны подготовительных выработок / А.Ф.Борзых, Г.А.Аверин, А.Н.Худяков, Ю.И.Семенов.- № 4333365/23-03; Заявлено 26.11.87. 0публ.07<09*89. Бюл. № 33.

40. A.c. 1555498 СССР,. МКИ5 Е 21 Д 11/00. Способ упрочнения целиков / Г.А.Аверин, В.А.Батуринцев, А.Ф.Борзых, В.И.Радченко.- № 4427107/23-03; Заявлено 17.05.88; Опубл. 07.04.90. Бюл. № 13.

41. А.о. 1634783 СССР, МКИ5 Е С 41/00 Способ охраны подготовительных выработок / А.Н.Худяков, А.Ф.Борзых, Г.А.Аверин, В.А.Батуринцев.- № 4б7О61ЭХ0;Заявлено 19.01.89; Опубл. 15.03.91. Бюл. Je 10.

42. A.c. 1649095 СССР, МКИ5 Е 21 С 41/18. Способ охраны подготовительной выработки / В.А.Батуринцев, А.Ф.Борзых, А.В.Брайцев, Г.А.Аверин.- № 4696714/03; Заявлено 24.05.89; Опубл. 15.05.91. Бюл. Jfe 18.

43. A.c. I24262I СССР, ¡W* E 21 д 13/02. Способ разгрузки горной выработки от напряжений / А.Ф.Борзых, А.И.Но-вак, Г.А.Аверин.- » 3850556/22-03; Заявлено 30.01.65; Опубл. 07.07.66. Бюл. Je 25.

44. A.c. 760561 СССР ММ3 Е 21 С 41/04. Способ управления труднообрушаемой кровлей / А.Ф.Борзых, А.й.Ногак, В.Н.Остапенко.- & 27178868/22-03; Заявлено 26.01.79 (не подлежит опубл. в открытой печати).

45. A.c. 875907 СССР, МНИ3 Е 21 С 41/04. Способ управления труднообрушаёмой кровлей / А.Ф.Борзых, А.И.Новак.-

№ 2948055/22-03; Заявлено 30.06.80 (не подлежит опубл. в открытой печати).

Личный вклад в работы, опубликованные в соавторстве:

- разработка методом шахтных измерений проявлений горного давления е Еыработках угольных шахт, их апробация и оценка точности (22, 30,31);

- постановка задач шахтных комбинированных инструментальных наблюдений, участие в их реализации, обработке и анализе результатов; научная интерпретация геомеханических процессов, происходящих вокруг выработок (13, 14, 20, 21, 23-25, 27-29);

- обоснование расчетных схем и выполнение эмпирико-анали-тических исследований для определения нагрузки на охранные опоры, а также устойчивости подготовительных выработок;

анализ и обобщение результатов этих исследований (7-10, 15, 26);

- разработка математической модели и установление области ее определения, выполнение расчетов и интерпретация их результатов (II, 12, 16-19);

- участие в сборе статистических данных, математической

их обработке, сравнении полученных эмпирическим путем количественных значений параметров с фактическими (7, 8, II, 12, 23, 28, 30);

- обоснование транспортного устройства для разгрузки и укладки блоков сборных ограждений (37); конструкций сборных охранных опор, обеспечивающих ограниченную их податливость и силовую сеязь между собой (33-36); методов и параметров разгрузки горного массива от напряжений путем создания обширных полостей Еокруг охраняемой выработки с применением скЕакинных взрывов и охранных полос различной жесткости (38-43); параметров и методов разупрочнения пород труднообрушающейся кровли с применением взрыва слоеЕых скважекных зарядов ВЗ и повторного гидрав личеекого удара (44, 45).

Борзых А.§. Разработка способов охраны подготовительных выработок при отработке пологих угольных пластов восточного региона Украинского Донбасса. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук специальности 05.15.02 - подземная разработка месторождений полезных ископаемых. - Донецкий государственный технический университет, Донецк, 1998.

Диссертация посвящена проблеме повышения устойчивости пластовых подготовительных выработок, подверженных еяияний очистных работ в условиях глубоких шахт. 3 работе развито направление горной геомеханики, основанное на адаптивном взаимодействии бокогых пород с опорными элементами выработки. Выявлены новые закономерности проявлений горного давления в сопряженных с лавой выработках, установлены параметры их охраны опорами переменкой жесткости. Разработаны новые способы охраны выработок с применением сборных ограждений из железобетонных блоков, спаренных податливых целиков и присечных выработок, проводимых за лавой. Объем внедрения разработок с фактическим экономическим эффектом составил 35,17 тыс. м е 29 угольных шахтах Донбасса.

Ключевые слога: угольная шахта, пласт, горное давление, смещение, разупрочнение, охрана выработок.

Борзих А.П. Розробка споссб1в охорони пхдготовчих вирсбок при вгдпрацюванм пологих пластхв сходного регхону Укра1нського Донбаеу. - Рукопис.

Дисертгщя на здобуття наукового ступени доктора техшчних наук спец:альност1 05.15.02 - пгдземна розробка родовищ корис-нкх копалин. - Донецький державний технхчний ушверситет, Донецьк, 1998.

Дисертащя присвячена проблем1 пгдвищення ст1#кост1 плес-ТОВЙХ ПХДГОТСВЧИХ виробок, ЯК1 ШДЛЯГаЮТЬ впливу ОЧИСНИХ роб1Т в умовах глибоких шахт. У робот! розвинуто напрям гхрничо! гео-механгки, заснований на адалтившй взаемод11 бокових порхд з опорними елементами виробки. Виявлено нов! закономхрност1 проявив гхрничого тиску в сполучених з лавою виробках, установлен! параметр« Гх охорони опорами змхн но? жорсткосгх. Розробленх нов1 способи охорони виробок 1з застосуванням збхрних захисних опер 1з залхзобетонних блоив, спарених податливих ц1лшив та присх-чних виробок, що проводиться за лавою. Обсяг упроваджекня роз-

рсбок з <?ектичним екснсмгчнкм е^ектом становйБ 35,17 тис. м у 29 вугхльних шахтах Дснбасу.

Ключовх слова: вупльна шахта, пласт, гхрс.ький тиск, smi-щення, знемтцкювання, охорона виробок.

Borzyh A.F. The development of protection methods for preparatory workings while working out of slopa coal seams in the eastern regions of Donbas, Ukraine. - Manuscript.

Tha thesis submittal for doctors degras in technical science, specialiaty 05-15»02 - The underground development of mineral deposits. - The Donetsk State Technical University, Donatsk, 1993.

■She thesis is concerned with the problem of raising the stability of coal seam preparatory workings which are influenced by refining works in deep mines. The thesis deal", with mining geomechanics which is besed on adaptive interaction of side rocks with supporting elements of coal workings. One can get to know some new regularities concerned with the rock pressures evidence in the working which is connected with the drift, as well as some paraaatras of their protection with the uss of supportings of changeable hardness. The thesis describes new ways of workings protection with the use of assembled reinforced fencing, coupled soft pillars and near cross-section workings out of drift. The introduction of now development works has the economic efficiency of 35»1? thousand m on 29 coal mines of Dohbas as a real fact.

Key words: coal mine, seam, rock pressure, displacing, unconsolidating, working protection.