Фізико-технічні основи технології управління важкообвальною покрівлею при веденні гірничих робіт

Геомеханічна оцінка поведінки ВОП на шахті “Яновська” виявила, що практично у кожному виїмковому стовпі пласта з параметрами т= 1,6 м та =52° безсистемно виникають негативні ситуації, коли самопливна закладка зупиняється. Як виявили шахтні дослідження, причини защемлення закладного матеріалу в лавах з щитовими агрегатами 2АНЩ - наслідки підвищення конвергенції бічних порід та динамічних сил тертя закладного матеріалу, що переміщується за гравітацією.

Для підтвердження зазначених результатів здійснено аналітичний розв'язок коефіцієнта динамічної рівноваги з використанням теорії пружності та методу послідовних наближень з граничними умовами для затисненої плити ВОП, яка перебуває у рівновазі під геомеханічною дією прикладених до неї навантажень, опорних реакцій і моментів. Установлено коефіцієнт динамічної рівноваги >1,5, за якого самопливний рух закладної породи переходить у стадію її зупинки. При збільшенні його величини рекомендовано змінити технологію закладних робіт.

При вирішенні другого етапу третьої наукової задачі були розроблені алгоритм та діаграма визначення ширини

При розрахунках ширини бутової смуги, що викладається породами крупністю до 300 мм з коефіцієнтом міцності <7 (аргіліт, алевроліт), опір міцності порід та модуль їх пружності беруть у межах.

Експериментальні дослідження поведінки кріплення КПС-11,2 у відкатному штреку горизонту 1047 м шахти ім. Менжинського за безціликового виймання викидонебезпечного пласта механізованим комплексом 1КМТ дали можливість встановити, що спорудження слідом за лавою охоронної бутової смуги з алевроліта міцністю =5 та розрахунковою шириною =15 м сприяло зменшенню величин деформацій, які через сім місяців експлуатації виробки досягли значень =182 мм.

Крім цього, за рахунок спеціально розроблених нами засобів механізації ПЗР в охоронні бутові смуги щільніше закладалася порода з класом крупності до 300 мм, а після її усадки на 0,5 потужності пласта опір напруження закладального матеріалу дорівнював =18 МПа. При цьому достатньо жорсткий опір охоронної бутової смуги перешкоджав подальшій конвергенції бічних порід та їх переходу в граничний стан, зменшенню динамічних навантажень на кріплення.

Обгрунтування параметрів технологічних схем повного та часткового закладання виробленого простору базується на розробці та впровадженні у виробництво нових засобів механізації ПЗР, до яких перш за все належать: перевантажувач-кидач, підвісний перекидач вагонеток, бункер-потяг, перевантажувальні пристрої.

Системному методу проектування та конструкторським розробкам передували розрахунки з обгрунтуванням технологічних параметрів засобів механізації ПЗР.

Подана закономірність урахована при обгрунтуванні кінематичної схеми та параметрів перевантажувача-кидача.

Для удосконалення технологічних схем управління ВОП було розроблено та впроваджено спеціальний бункер-потяг.

Обгрунтовані параметри сприяли розробці робочих креслень та виготовленню засобів механізації ПЗР. У процесі шахтних випробувань розроблених засобів механізації підтверджені їх працездатність та ефективність, що у цілому підвищило продуктивність ПЗР в 2,5...3 рази і стійкість кріплення дільничних пластових виробок в 1,3...1,4 раза.

Для реалізації загальної концепції активного управління ВОП шляхом закладання виробленого простору в лавах, розкосинах спарених штреків та охоронних бутових смугах вирішувалася четверта задача, пов'язана з розробкою замкненої ПТС для безперервної доставки породи від споруджуваного горизонту до місця нагромадження.

За умов повного закладання здійснена аналітична оцінка параметрів вперше розроблених замкнених ПТС. Висока їх продуктивність виражається коефіцієнтом обертальності вагонеток:

Доведено, що замкнена ПТС не допускає відкатки породи у вагонетках на центральний блок шахти, у 4...5 разів збільшує обертальність зменшеної у 3...4 рази кількості вагонеток та електровозів.

Упровадження програм прогнозу щодо ефективного застосування кріплення типу КПС для дільничних пластових виробок, які обмежують підривну дію на покрівлю пласта, фізико-хімічних методів знеміцнення ВОП без торпедування на викидонебезпечних пластах, розроблених замкнених ПТС, способів та засобів механізації ПЗР, дали змогу отримати на шахтах Донбасу економічний ефект у сумі 12560 тис. грн на рік (у цінах 1996 р.)

Висновки

Дисертація - це закінчена науково-дослідна робота, в якій розв'язана актуальна для вугільної промисловості України проблема фізико-технічного обгрунтування технології управління важкообвальними покрівлями при розробці тонких пластів, що базується на закономірностях дії вибуху ВР у породному масиві при проведенні виїмкових виробок і фізико-хімічному знеміцненні порід покрівлі та закладанні виробленого простору з використанням нових засобів ПЗР, замкнених ПТС з обгрунтуванням розрахункових параметрів для підвищення їх ефективності, безпеки та екологічності. На підтвердження цього отримані такі результати:

1. Досліджено механізм формування та глибини додаткової тріщинуватості, деформації порід покрівлі за дії підривних робіт на (0,3…0,7) вище пласта (кріплення АКП-11,2).

Установлено, що за дії підривними роботами на (0,3…0,7) вище пласта (кріплення АКП-11,2) енергія вибуху ВР, яка витрачається на додаткову тріщинуватість, становить відповідно =9,18-15,3% від загальної енергії вибуху ВР, збільшуючи додаткову тріщинуватість на глибину =102-152 см.

За відсутності дії підривних робіт на покрівлю пласта (кріплення КПС-11,2 замість АКП-11,2 того ж спецпрофілю) зазначені параметри зменшуються відповідно (= 4,97% та = 10 см).

2. Розроблено емпіричні залежності та алгоритми програм прогнозу розрахункових параметрів, які відповідно до граничного стану порід покрівлі аргументують вибір кріплення.

3. Уперше розроблено фізико-технічні основи технології управління важкообвальною покрівлею для викидонебезпечних пластів із застосуванням фізико-хімічних методів, які усувають торпедування покрівлі на викидонебезпечних пластах з розробкою алгоритмів та програм прогнозу первинного і наступних обвалень ВОП.

Відповідно до теорії дилатансії вперше випробувані ефективні розчини хімічних знеміцнювачів Na₂CO₃, NaOH, AlCl₃, FeCl₃, які забезпечують об'ємний розрив хімічних зв'язків у породах пісковика і вапняка ВОП міцністю >7 по лініях знеміцнювальних свердловин. Установлені закономірності хімічного знеміцнювання ВОПякі за рахунок зниження стискуючих (у 1,8...2 рази) та розтягуючих (у 2,5...3 рази) напружень які у 1,5 - 2 рази зменшують крок обвалення ВОП без її торпедування на викидонебезпечних пластах.

4. Установлені закономірності розрахункових параметрів для укладання паспортів управління ВОП. Отримана експоненціальна залежність для визначення ширини розкосини між спареними штреками, яка використовується з метою підвищення хімічного знеміцнювання ВОП при >20 м, >12 (патент РФ№ 1506110).

5. Установлені закономірність та гіперболічна залежність з діаграмою визначення параметрів охоронної бутової смуги, які враховують реакцію її опору з порід різної міцності.

6. Виконані аналітичні розв'язки задач з використанням теорії пружності та методу послідовних наближень, що дали змогу встановити коефіцієнт динамічної рівноваги закладного масиву, вище якого самопливний процес закладки переходить у стадію зупинки і попереджає раптові обвалення ВОП.

7. Розроблені нові засоби механізації ПЗР та замкнені ПТС доставляння породи до місця накопичення для повної закладки з установленням розрахункових параметрів, рекомендованих проектним організаціям.

8. На заводах виробничих об'єднань виготовлені нові засоби механізації ПЗР: перевантажувач-кидач, підвісний перекидач вагонеток, бункер-потяг, перевантажувальні пристрої, допущені органами Держнаглядохоронпраці України до експериментальних випробувань у шахтах, які у 2,5...3 рази забезпечують підвищення продуктивності ПЗР (патенти РФ №2001278, 1740697, 1751330, 1599546, 1705594, 1603029).

9. Визначена техніко-економічна ефективність запропонованих способів кріплення виїмкових виробок в умовах обмеження підривної дії на покрівлю пласта, фізико-хімічного знеміцнення ВОП і виконання ПЗР (економічний ефект 1256 тис. грн на рік).

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В 33 НАУКОВИХ РОБОТАХ, ОСНОВНІ З ЯКИХ

1. Овчинников В.Ф. Совершенствование породотранспортных систем угольных шахт Донбасса. - К.: Техніка, 1991. - 196 с.

2. Овчинников В.Ф. К теории влияния взрыва ВВ на выбор крепи участковых пластовых выработок // Уголь Украины.-1996.-№10-11.-С. 37-39.

3. Овчинников В.Ф. Критерии теории взрыва ВВ и конвергенции кровли выработок, примыкающих к очистному забою // Уголь Украины.-1997.-№2-3.-С. 21-23.

4. Овчинников В.Ф. Обоснование расчетных параметров химического способа разупрочнения труднообрушаемой кровли // Уголь Украины.- 1995.-№12.-С. 22-25.

5. Овчинников В.Ф. Критерии комбинированного способа разупрочнения труднообрушаемой кровли, исключающего ее торпедирование // Уголь Украины.-1996.-№3 - С. 9-12.

6. Овчинников В.Ф. Разработка варианта комбинированного способа управления труднообрушаемой кровлей, исключающей ее торпедирование // Уголь Украины- 1996. -№ 5-С. 18-19.

7. Овчинников В.Ф. Критерии ограничения взрывного разупрочнения кровли на выбросоопасных пластах // Уголь Украины. - 1998.- №5.- С. 11-13.

8. Овчинников В.Ф. О параметрах породотранспортных систем и проходческих циклов для строящихся горизонтов шахт // Уголь Украины.-1995.-№1.-С. 32-34.

9. Овчинников В.Ф. Обоснование замкнутой породотранспортной системы для реконструкции шахт и породозакладочных работ // Уголь Украины.- 1997.-№8. - С. 46-47.

10. Скрабов В.В., Овчинников В.Ф. Выбор породотранспортных систем для ускорения строительства горизонтов // Уголь Украины.- 1994.- №10.- С. 23-25.

11. Чернуха Ю.И., Овчинников В.Ф., Раек В.Г. Инновационный путь реконструкции шахт и подготовки горизонтов с участием фланговых стволов // Уголь Украины.- 1993.- №1. - С. 42-44.

12. Чернуха Ю.И., Овчинников В.Ф., Хрипко С.М. Оптимизация параметров породотранспортных систем при реконструкции шахты “Родина” // Уголь Украины.- 1993.- №6. - С. 22-24.

13. Пророченко В.И., Федосенко Н.А., Овчинников В.Ф. Скоростному проведению выработок - передовую технологию буровзрывных работ // Уголь Украины. - 1987.-№3.- С. 15-16.

14. Овчинников В.Ф., Волдаев Ю.И., Палант Г.Я. Роль клетевых и скиповых стволов в развитии шахт Донбасса // Уголь Украины.-1982.- №9. - С. 43-44.

15. Гарцуев Е.М., Овчинников В.Ф., Шеболденко А.П. Повышение эффективности БВР на шахте им. Менжинского // Уголь Украины.-1984.- №1.- С. 7-8.

16. Пророченко В.И., Федосенко Н.А., Овчинников В.Ф. Оставление породы в шахте - важная народнохозяйственная задача // Уголь Украины.-1989.-№6. - С.9-11.

17. Овчинников В.Ф., Волдаев Ю.И., Палант Г.Я. Совершенствование породотранспортных комплексов при проектировании и строительстве горизонтов // Уголь Украины.- 1981. - №7. - С. 39-40.

18. Патент Российской Федерации № 2001278. Шахтная двухскиповая наклонная транспортная выработка / В.Ф. Овчинников, Г.Ю. Валуконис, Ю.И. Чернуха, В.А. Кошеленко, А.В. Овчинников, В.И. Пророченко / Заявлено 05.06.92; опубл. 15.10.93.

19. А.с. 1740697 (СССР) АІ, Е21 13/08. Бункер-поезд / В.Ф.Овчинников, А.П.Руденко, Н.А.Галкин, Г.И. Глухов, В.А. Труфанов / Заявлено 15.03.90; опубл. 15.06.92. Бюл. №22.

20. А.с. 1506110 (СССР) Е21С41/04. Способ разработки пологих наклонных пластов с труднообрушающейся кровлей / В.Ф. Овчинников, В.И. Пророченко, Н.А. Федосенко, П.С. Ружелович, Н.И. Нестеренко, С.Ф. Алексеенко, Н.А. Галкин, Г.Ю. Валуконис / Заявлено 21.12.87; опубл. 07.09.89. Бюл. №33.

21. А.с. 1786265 (СССР) Е21С 41/18, 37/06. Способ искусственного обрушения труднообрушаемой кровли / В.Ф. Овчинников, Г.Ю. Валуконис, Ю.И. Чернуха, В.А. Кошеленко, Г.И. Глухов, В.А. Труфанов, Р.С. Мирзоян, Н.И. Нестеренко, П.С. Ружелович, А.В. Овчинников / Заявлено 19.11.90; опубл. 07.01.93. Бюл. №1.

22. Патент 1603029 (РФ) Е21 13/08. Перегружатель для закладки породы в выработанное пространство лав с пологим залеганием угольных пластов / В.Ф. Овчинников, Н.А. Федосенко, Н.В. Бендерский, Г.И. Глухов / Заявлено 11.04.88; опубл. 30.10.90. Бюл. №40.

23. Патент 1705594 АІ (РФ) Е21 13/00. Пункт перегрузки горной массы из вагонетки в бункер-поезд / В.Ф. Овчинников, Н.М. Безымянный, Е.А. Ивонин, Н.А. Галкин, А.А. Носаль / Заявлено 31.07.89; опубл. 15.01.92. Бюл. №2.

24. Патент 1599546 (РФ) Е21С 41/18, Е21 13/00. Устройство для перегрузки горной массы при подземной разработке угольных месторождений / В.Ф. Овчинников, В.И. Пророченко, Н.А. Федосенко, В.Я. Савинский, П.С. Ружелович, Н.И. Нестеренко, Н.А. Галкин, Г.И. Глухов / Заявлено 04.11.88; опубл. 15.10.90. Бюл. №38.

25. Овчинников В.Ф. Оставление породы в шахте - важная народнохозяйственная и экологическая задача // Республ. науч.-техн. конф. - Луганск, 1991. - С.80-81.

26. Овчинников В.Ф., Турпитко С.И. Обоснование способов и средств для выполнения породозакладочных работ в шахте // Науч.-техн. конф., посвященная 200-летию промышленного освоения Донбасса. - Стаханов, 1995. - С.11.

27. Овчинников В.Ф. Установление параметров породозакладочных работ, учтенных в методических разработках // Науч.-метод. конф. - Стаханов, 1996. - С.45.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві: [1-17] - мета, ідея, обгрунтування задач, вибір методів досліджень; [1-17] - проведення експериментів, аналіз результатів досліджень; [1-17] - розробка фізико-техніч- них основ технологій гірничих робіт; [1-9] - установлення розрахункових параметрів; [18-27] - розробка нових технічних рішень і технологій.

Размещено на Allbest.ru