Фізико-технічні основи охорони виймальних виробок в умовах нестійких порід

У п'ятому розділі представлено рішення задачі охорони гірничих виробок з використанням скріплювальної суміші для закріплення нестійких порід. На підставі результатів лабораторних досліджень визначені шляхи поліпшення експлуатаційних властивостей скріплювальних сумішей на основі карбамідних смол. Встановлена рецептура нової суміші СКАТ, яка відповідає екологічним вимогам і економічним можливостям України. Виконана інтегральна оцінка якості суміші СКАТ. Досліджені особливості механізму її ствердіння. Розроблені нормативні документи і устаткування для ін'єкційного закріплення гірських порід.

Базовим матеріалом для розробки суміші СКАТ прийнята смола КФ-МТ-15 , яка є негорючою водною суспензією, має низьку в'язкість і характеризується зниженою токсичністю із-за невеликого вмісту вільного формальдегіду (< 0,15 %). Раніше карбамідні суміші виходили шляхом ствердіння смоли в кислому середовищі. Тому у цих сумішах можна було покращувати тільки окремі характеристики, але в комплексі завдання їх вдосконалення до рівня зарубіжних аналогів не розв'язувалося.

Дослідження специфічних зв'язків, які формуються при з'єднанні смоли КФ-МТ-15 з ізо-МТГФА, проводились в Інституті фiзико-органiчної хімії i вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України на спектрометрі Specord-80M в області поглинання з частотами 4000-400 см^-1. До аналізу були прийняті ІК-спектри карбамідно-кислотної суміші, яка була утворена при з'єднанні смоли КФ-МТ-15 з 10 %-ним розчином Н₃РО₄, гідролізованого ізо-МТГФА і суміші СКАТ. Обробка ІК-спектрів виконувалась за методикою базової лінії. Результати цих досліджень дозволили зробити висновок, що полімер СКАТ: має тривимірну сітчасту структуру за рахунок зшивання макромолекул метіленовими групами; володіє міцнішими водневими і вуглець-водородними зв'язками в амідних групах; характеризується переважанням складних ефірів і відсутністю слабких метіленефірних зв'язків, а також містить велику кількість функціональних груп з високою реакційною здатністю. Внаслідок цих особливостей суміш СКАТ по ряду характеристик у багато разів перевершує карбамідно-кислотні суміші:

- адгезійна міцність суміші СКАТ визначається наявністю функціональних груп з високою реакційною здатністю - карбоксильних, амідних і гідроксильних, здатних до відтворення міжфазних хімічних зв'язків, і становить 3,5-5,4 МПа;

- незначний вміст метіленефірних зв'язків, при розкладанні яких відбувається виділення формальдегіду, забезпечує її низьку токсичність;

- міцність на одноосне стиснення через дві-три години після початку ствердіння - 10-12 МПа, через добу - 32-44 МПа, через 5 діб - більше 60 МПа;

- час ствердіння до набору міцності 30 МПа - 12-14 год.;

- усадка в першу добу ствердіння в 10-30 разів менше усадки інших карбамідних сумішей, досягаючи 2,0 % тільки через сім діб;

- зразки роздрібнених порід з додаванням 5 % суміші СКАТ закріплюються до 73-78 % міцності на одноосне стиснення непорушених зразків.

Запатентована рецептура суміші СКАТ включає смолу КФ-МТ-15 (85-95 %) і ізо-МТГФА (5-15 %). Найкраща інтегральна якість суміші СКАТ досягається при об'ємній концентрації ізо-МТГФА 10 %. Для надання суміші СКАТ нормативного статусу розроблено ТУ 24.6-00159226.001-2001 «Суміш зміцнювальна СКАТ», які зареєстровані під № 086/004562 у Донецькому центрі стандартизації, метрології і сертифікації. По результатам досліджень в іспитовій пожежній лабораторії УДПО УМВС України в Донецькій області суміш СКАТ віднесена до важко горючих матеріалів (Протокол № 15 від 23.06.2001 р.). За результатами токсиколого-гігієнічних досліджень, які проводились в НДІ медико-екологічних проблем Донбасу, суміші СКАТ присвоєні такі класи токсичності. У незатверділому вигляді: при одноразовій інгаляційній дії - 3 (помірно токсична); при одноразовому введенні в шлунок - 4 (малотоксична); при одноразовому нанесенні на шкіру - 0 (відсутність дратівливої дії). У затверділому вигляді: при одноразовій інгаляційній дії - 4; при одноразовому введенні в шлунок - 4; при одноразовому нанесенні на шкіру - 0.

Для практичної реалізації суміші СКАТ затверджено КД 12.01.001-2000 «Технологія зміцнення гірських порід, вугілля і ґрунтів на основі використовування синтетичних матеріалів. Методичні вказівки», а на Теплогірському заводі гідрообладнання під співвідношення компонентів суміші СКАТ було виготовлено три нагнітальні установки «Нагус-212м » продуктивністю 8,5 л/хв. «Методичні вказівки…» визначають технологічні схеми (рис. 14), методику розрахунку параметрів ін'єк-ційного закріплення гірського масиву і правила безпечного виконання робіт. До параметрів закріплення масиву належать: питомий вміст скріплювальної суміші в об'ємі породи (q); глибина нагнітальних свердловин (L); відстань між свердловинами (l); радіус розповсюдження суміші навколо свердловини (R); тиск нагнітання (P_н); об'єм суміші, що нагнітається (Q) і кути закладання свердловин (б і в). По результатах розрахунків для найбільш поширених умов розробки вугільних пластів, де необхідне закріплення порід: q = 8-12 л/м³ - для породи і q = 15-17 л/м³ - для вугілля; L ? 5м - для породи і L ? 8 м - для вугілля; l = (1,7-1,9)R; R = 2,2-3,8 м - для глинистого сланцю і R = 3-4 м - для вугілля; P_н ? 0,5гН, МПа - при закріпленні порід навколо виробки у розвантаженій зоні масиву; Q = mB(L - L_г)сqk_н, л, де m і B - відповідно потужність і ширина шару, що закріпляється, с - об'ємна густина скріплювальної суміші, k_н = 1,2-1,8, L_г - глибина герметизації; б = 75-90° - для порід високого ступеня порушення і б < 75° - для порід середнього ступеня порушення; в = arccos[(l + a)/L], де а - глибина не знижувальної зони закріплення, а = 0,5-1,0 м.

Основні положення технології зміцнення гірських порід і вугілля, адаптовані до умов закріплення порід в зонах геологічних порушень з метою підвищення безпеки праці і уникнення руйнувань виймальних виробок, увійшли також в СОУ-П 10.00174088.017:2009 «Правила перетинання гірничими виробками зон геологічних порушень на пластах, схильних до раптових викидів вугілля та газу».

У шостому розділі представлені результати практичного застосування розроблених способів охорони виймальних виробок на шахтах Донбасу з використанням підтримуючих опор з газобетону і скріплювальної суміші СКАТ.

Підтримуючі опори з газобетону в різних модифікаціях (у вигляді тумб, коротких і довгих смуг, зокрема з жорсткими прокладками) використовувалися на пластах з кутами падіння 2-8; 16-21 і 54-66°, потужністю 0,75-2,1 м (пологі пласти) і 0,5-2,0 м (круті пласти), з вміщувальними породами всіх основних класів по стійкості і здатності до вивалювання . Гірничотехнічні умови застосування опор з газобетону були представлені всіма типами виймальних виробок при суцільній, стовповій і комбінованій системах розробки. Крім того, з метою отримання представницьких результатів протяжність ділянок виробок, що охоронялися опорами з газобетону , перевищувала крок осідання основної покрівлі. Загальна протяжність виймальних виробок з такими ділянками склала 1928 м.

Повний цикл робіт по кожній дільниці включав наступні операції: аналіз гірничо-геологічних умов з визначенням характеристик вміщувальних порід; визначення сумарної потужності породних шарів (h_У), що відшарувалися в покрівлі вугільного пласта методом геоакустичних спектральних вимірювань (рис. 15); розрахунок необхідних параметрів підтримуючих опор; розробка технологічної схеми для охорони виймальної виробки (рис. 16); контроль за процесом зведення підтримуючих опор на перших етапах виконання робіт; проведення шахтних спостережень і вимірювань деформації контуру виймальної виробки, конвергенції вміщувальних порід тощо; коректування параметрів опор у разі зміни умов їх застосування.

Позитивний досвід застосування опор з газобетону в 19 виробках 12 шахт показав високу їх ефективність як засобів охорони виймальних виробок в умовах залягання порід легкої и середньої здатності до вивалювання, нестійких і середньої стійкості (рис. 17). Стан виробок, що охоронялися опорами з газобетону в таких умовах, ні в одному випадку не був гіршим, ніж при використанні опор з БЗБТ (рис.18) , і кращим - при заміні дерев'яних кріпильних конструкцій (табл. 2).

Таблиця 2

Конвергенція порід і параметри перерізу вентиляційного штреку на дільниці 83-850 м шахти ім. К.О. Румянцева ДП «Артемвугілля»

Застосування опор з газобетону неефективно при охороні виймальних виробок, в покрівлі яких залягають породи важкої здатності до вивалювання, що було підтверджено при впроваджені цих опор на шахтах ім. О. Ф. Засядька (9-й західний конвеєрний штрек пласта l₁, m = 1,7-1,9 м, в покрівлі - пісковик з класом вивалювання А₃-А₄, h = 25-34 м) та «Бутівська» (2-й західний конвеєрний штрек пласта n₁, m = 2,3 м, в покрівлі - пісковик з класом вивалювання А₃-А₄, h = 26-32 м) .

Скріплювальна суміш СКАТ випробувана в п'яти виробках чотирьох шахт: на шахті «Глибока» ш/у Донбас - для підвищення безпеки робіт в процесі перекріплення вантажолюдського ходка пласта h₁₀; на шахті ім. К.О. Румянцева - для запобігання обваленням вугілля з нависаючого масиву і забезпечення стійкості вентиляційного штреку пласта k₇^1-в; на шахті їм Карла Маркса - для закріплення зруйнованої гірської маси в місцях проведення пошуково-рятувальних виробок при ліквідації наслідків аварії в лаві № 122-біс гор. 875 м (пласт k₄^1-н); на шахті «Алмазна» - для зниження травматизму і підвищення об'ємів видобутку вугілля в 5-й північній лаві пласта m₅¹ і закріплення стеклопластикових анкерів в 5-му північному конвеєрному штреку пласта m₅¹ в рамках державної програми «Анкер».

На шахті «Глибока» ш/у Донбас і ім. К.О. Румянцева ДП «Артемвугілля» виробки були закріплені на протязі 65 м. На шахті «Глибока» глибина свердловин на різних ділянках змінювалась від 1,8 до 3,0 м, витрата скріплювальної суміші на кожну свердловину змінювалась від 25 до 48 л, тиск нагнітання при розрахунковому значенні 12,5 МПа фактично досягав 8-12 МПа, в залежності від ступеня порушення порід. Якщо до застосування суміші СКАТ на шахті «Глибока» в процесі ремонтних робіт відбувався випуск подрібненої породи на висоту 0,5-0,7 м, а в покрівлі виникали обвалювання на висоту 3-5 м, то на оброблених ділянках ходка висота випуску подрібненої породи не перевищувала 0,2-0,3 м, а обвалення породи були відсутні. На шахті ім. К.О. Румянцева скріплювальна суміш нагніталась в нависаючий масив вугілля через свердловини глибиною 4,5-5,5 м під тиском 10-17 МПа (при розрахунковому значенні 14-16 МПа). Міцність вугілля при одноосному стисненні до обробки масиву складала 0,5-2,1 МПа, а після закріплення підвищилась до 2-4 МПа. На шахті «Алмазна» для закріплення покрівлі в лаві та на її сполученні з конвеєрним штреком свердловини для нагнітання скріплювальної суміші глибиною 3,0 м бурились через 2,0 м по довжині лави і через 2,0 м її просування під кутом 0-5° до нашарування порід. Загальна витрата смоли склала 5700 кг, ізо-МТГФА - 675 кг. За період передуючий використанню суміші СКАТ видобуто 1450 т вугілля, а за період роботи лави з використанням суміші СКАТ - 8650 т. При цьому навантаження на лаву склало відповідно 47 т/добу і 279 т/добу. Закріпленні сумішшю СКАТ стеклопластикові анкера мали зусилля висмикування 60-150 кН, що відповідає вимогам до несучої здатності анкерних систем.

Економічний ефект від упровадження нових засобів охорони виймальних виробок одержується внаслідок зниження їх вартості відносно відомих аналогів, підвищення стійкості виробок, скорочення витрат на ремонтні роботи і ліквідацію наслідків аварій, пов'язаних з обваленнями породи. Заміна скріплювальних сумішей на основі поліуретану сумішшю СКАТ дозволяє отримати економічний ефект у розмірі 1,15 млн. грн. на рік.

газобетон автоклавний виробка виймальний

висновки

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій вирішена важлива науково-технічна проблема, що полягає у встановленні закономірностей поведінки газобетонних підтримуючих опор в умовах позамежного деформування, формування зон руйнувань навколо виймальної виробки при різних поєднаннях міцності підтримуючих опор і вміщувальних порід, механізму стримування зміщень порід в порожнину виймальної виробки при локальному закріпленні масиву і механізму ствердіння карбамідної смоли ізо-МТГФА , що дозволило розробити способи і засоби охорони виймальних виробок в умовах нестійких порід у вигляді методик розрахунку параметрів, технологічних схем, технологічних регламентів і необхідного обладнання, чотири нормативних документа і дозволяє отримати економічний ефект у розмірі 1,15 млн. грн. на рік.

Основні наукові і практичні результати полягають в наступному.

1. В Донецькому басейні протяжність ділянок виймальних виробок, які не задовольняють вимогам Правил безпеки за параметрами перерізу становить 16,5 %, змінюючись в окремих геолого-промислових районах від 5,2 % до 28,2 %, кількість аварій с тяжкими наслідками, що пов'язані з обвалами і обваленнями породи, перевищує 70-90 випадків на рік, а найбільша кількість тяжких аварій від обвалень породи (75 %) відбувається в привибійному просторі виробок під час прибирання породи й оформлення вибою (18 %), в місцях перекріплювання виробок (6 %) і на ділянках їх сполучень з лавами (51 %).

2. На підставі виконаних досліджень уточнено основні принципи і встановлено закономірності охорони виймальних виробок в умовах нестійких порід за результатами: одержаних залежностей впливу вологості газобетону, відношення лінійних розмірів кріпильних конструкцій і наявності в них жорстких прокладок на несучу здатність підтримуючих опор у області позамежного деформування; виявлених геомеханічних особливостей формування зон руйнувань навколо виїмкової виробки при різних поєднаннях міцності підтримуючих опор і вміщувальних порід; розкриття механізму і фізичної суті стримування зміщень порід в порожнину виїмкової виробки при локальному закріпленні масиву.

2. Науково обґрунтовано можливість використання газобетону для зведення підтримуючих опор при охороні виробок. При цьому вперше встановлено:

- при позамежному навантаженні в діапазоні е = 10-30 % зразки газобетону кубічної форми з несучою здатністю P_max мають залишковий опір (0,42-0,66) P_max, а при е > 30 % в процесі вторинного ущільнення їх опір стисненню зростає до (1,0-2,1) P_max;

- найбільш інформативним показником для порівняння підтримуючих опор різної конфігурації є питома робота опору деформації (а_с), що здійснюється одиницею об'єму, рівного добутку робочої площі опори на величину повної деформації у напрямі додатку навантаження;

- несуча здатність газобетонних призм визначається відношенням їх ширини до висоти (b/h). Призми з b/h < 0,8 є нестійкими і при навантаженні P_max, швидко втрачають несучу здатність. При b/h = 1,0-1,5 несуча здатність призм в позамежній області складає (0,7-0,8)P_max.;

- застосування жорстких прокладок між шарами газобетону покращує деформаційно-навантажувальні характеристики блокових конструкцій, збільшуючи в 2-2,5 рази питому роботу опору деформування газобетонних опор при b/h < 0,8 .

3. Газобетонні опори відносяться до податливого кріплення постійного опору. По несучій здатності і питомій роботі опору деформації вони поступаються тільки опорам з БЗБТ з прокладками ДСП . По сукупності всіх характеристик, включаючи економічні, перевершують існуюче кріплення , забезпечуючи в умовах нестійких порід: рівномірний контакт з масивом; швидке наростання опору; податливість, достатню для розшарування безпосередньої покрівлі, підтримку порід, що відшарувалися, і їх обвалення за межами простору, що охороняється.

4. Для практичного застосування газобетонних підтримуючих опор розроблено методику розрахунку і номограми щодо вибору раціональних значень параметрів підтримуючих опор залежно від їх конструкції і гірничо-геологічних умов і технологічні схеми охорони виймальних виробок підтримуючими опорами з боку виробленого простору, які увійшли в КД 12.2.001-95 «Тимчасове керівництво по охороні гірничих виробок з використанням спеціального кріплення з газобетону».

5. Моделювання взаємодії підтримуючих опор з породами покрівлі дозволило встановити особливості формування зон руйнувань навколо виймальної виробки:

- у міцних породах (у_сж ? 60 МПа) використання опор з у_сж = 5 МПа не ефективно, оскільки вони в цих умовах функції обрізного кріплення не виконують;

- у нестійких породах (у_сж ? 30-40 МПа) опори з у_сж = 5 МПа виконують функцію обрізного кріплення , забезпечуючи обвалення безпосередньої покрівлі за межами простору, що охороняється;

- опори міцністю 5 МПа надають щадну дію на породи ґрунту і не формують під своїм підґрунтям зону позамежного стану;

- опори з у_сж = 12 МПа в нестійких породах не забезпечують безаварійну підтримку виробки, що пов'язано із збільшенням розмірів зон руйнувань по її контуру;

- у нестійких породах при деформації будь-яких опор на 8-12 % уздовж борту виробки, що примикає до незайманого масиву, формується область, в якій можливі вивали породи. Тому для охорони виробок в таких умовах необхідно не тільки зводити підтримуючі опори, але і закріплювати породи.

6. З метою зниження витрат на закріплення нестійких порід вирішено завдання вибору конфігурації і місця розташування ділянок локального закріплення масиву. Встановлено, що навіть при невеликій площі такої ділянки (0,15S_св) залишкова площа перетину виробки на сполученні з лавою збільшується в 1,7 раз. При цьому механізм стримування зміщень порід в порожнину виймальної виробки полягає в тому, що закріплені породні блоки, володіючи більшою (у 1,5 рази) міцністю, ніж навколишній масив, довше зберігають свою цілісність і сприяють самозаклинюванню зруйнованих породних блоків у процесі їх переміщення.

7. При органічному синтезі смоли КФ-МТ-15 і ізо-МТГФА одержано скріплювальну суміш СКАТ, яка відповідає сучасним екологічним вимогам і економічним можливостям України. За усадкою, міцністю адгезії і міцністю на стискання вона перевершує вітчизняні аналоги і порівнянна з кращими зарубіжними сумішами, володіючи при цьому меншою в'язкістю, токсичністю і вартістю:

- адгезійна міцність складу СКАТ визначається наявністю функціональних груп з високою реакційною здатністю - карбоксильних, амідних і гідроксильних, здатних до відтворення міжфазних хімічних зв'язків, і становить 3,5-5,4 МПа;

- переважання в сумші СКАТ складних ефірів і незначний зміст метіленефірних зв'язків, при розкладанні яких відбувається виділення формальдегіду, забезпечує її низьку токсичність;

- міцність на одноосне стиснення через дві-три години після початку твердіння - 10-12 МПа, через добу - 32-44 МПа, через п'ять діб - більше 60 МПа;

- час ствердіння до набору міцності 30 МПа - 12-14 год;

- усадка в першу добу затвердіння в 10-30 разів менше усадки інших карбамідних сумішей, досягаючи 2,0 % тільки через сім діб;

- зразки роздроблених порід з додаванням 5 % суміші СКАТ закріплюються до 73-78 % міцності на одноосне стиснення непорушених зразків.

8. Для практичного застосування суміші СКАТ розроблено і зареєстровано ТУ 24.6-00159226.001-2001 «Склад зміцнюючий СКАТ» і затверджено КД 12.01.001-2000 «Технологія зміцнення гірських порід, вугілля і ґрунтів на основі використання синтетичних матеріалів. Методичні вказівки», а на Теплогірському заводі гідрообладнання виготовлені три комплекти установки «Нагус-212м ».

9. Газобетонні підтримуючи опори у всіх модифікаціях випробувані на пластах з кутами падіння 2-8; 16-21 і 54-66°, потужністю 0,5-2,1 м, з вміщувальними породами всіх основних категорій і класів за стійкістю й обвалюваністю. Позитивний досвід застосування газобетонних опор в 19-ти виробках 12-ти шахт практично довів можливість їх використання для охорони виймальних виробок в умовах залягання легко- і середньо обвальних , нестійких і середньої стійкості порід. Стан виробок в таких умовах, ні в одному випадку не був гіршим, ніж при використанні БЗБТ , і однозначно кращим - при заміні дерев'яного кріплення .

10. Випробування складу СКАТ проведені: на шахті «Глибока» ш/у Донбас - для закріплення зруйнованих порід у вантажнолюдському ходці пласта h₁₀; на шахті ім. К.О. Румянцева - для зміцнення нависаючого вугільного масиву у вентиляційному штреку ділянки № 107 гір. 970 м; на шахті «Алмазна» - для закріплення нестійкої покрівлі в 5-й північній лаві пласта m₅¹ і стеклопластикових анкерів в 5-му північному конвеєрному штреку; на шахті ім. К. Маркса - для закріплення зруйнованої гірської маси при ліквідації аварії на ділянці № 122-біс гор. 875 м.

11. Економічний ефект від упровадження нових засобів охорони виймальних виробок одержується внаслідок зниження їх вартості відносно відомих аналогів, підвищення стійкості виробок, скорочення витрат на ремонтні роботи і ліквідацію наслідків аварій, пов'язаних з обваленнями породи. Заміна скріплювальних сумішей на основі поліуретану сумішшю СКАТ дозволяє отримати економічний ефект у розмірі 1,15 млн. грн. на рік.

основні положення і результати дисертації опубліковані в наступних роботах:

монографії

1. Канин В.А. Охрана горных выработок газобетонной крепью / В.А. Канин, А.В. Анциферов. - Донецк: ООО «АЛЛАН», 2004. - 396 с.

статТІ в науКОВИХ ВИДАННЯХ

2. Канин В.А. Некоторые результаты кратковременного высоконапорного нагнетания воды в угольный пласт / В.А. Канин // Сб. науч. тр. ДонУГИ: «Совершенствование техники и технологии очистных работ на угольных шахтах Украины». - Донецк:, 1977. - Вып. 66. - С. 128-135.

3. Мегель Ю.В. Дифференцированный прогноз опасных проявлений горного давления в зонах влияния целиков угля / Ю.В. Мегель, В.А. Канин // Уголь Украины. - 1980. - № 8. - С. 37-38.

4. Канин В.А. Механизм повышения выбросоопасности пластов в зонах влияния опорных нагрузок / В.А. Канин, Ю.В. Мегель, Б.И. Курицын // Уголь Украины. - 1982. - № 6. - С. 26-27.

5. Напряженно-деформированное состояние краевой части выбросоопасного пласта, отрабатываемого в зоне повышенного горного давления / Ю.В. Мегель, Н.Б. Паршиков, В.А. Канин, Е.П. Иванова-Беспощадная // Добыча угля подземным способом: научно-технический реферат. - М.: ЦНИЭИуголь, 1982, № 6. - С. 8-9.

6. Жуков А.Е. Каталог внезапных выбросов угля и газа на шахтах / А.Е. Жу-ков, В.А. Канин; под ред. проф. И.М. Петухова. - Л.: ВНИМИ, 1989. - 197 с.

7. Совершенствование методики построения зон ПГД при разработке свиты пластов / Ю.В. Мегель, Е.Д. Ходырев, С.Н. Смирнов, В.А. Канин // Уголь Украины. - 1993. - № 12. - С. 54-55.

8. Губин В.Н. Оценка структурной нарушенности крутых пластов для выявления зон, опасных по внезапным высыпаниям угля / В.Н. Губин, В.А. Канин, А.Е. Жуков // Уголь Украины. - 1994. - № 2. - С. 45-47.

9. Новые решения геомеханических проблем разработки угольных месторождений / В.П. Глебов, Е.А. Воробьев, В.А. Канин, А.Е. Жуков, Г.П. Стариков // Сборник «Проблемы отработки крутых пластов Донбасса. Новые научно-технические решения». - Донецк: МУП Украины, 1996. - С. 4-7.

10. Упрочнение массивов горных пород и предотвращение оползней с применением нового синтетического состава / А.В. Пащенко, И.Ф. Озеров, В.А. Ка-нин, Г.П. Стариков // Геологія і геохімія горючих копалин. - 1998. - № 4 (105). - С. 53-59.

11. Канин В.А. Применение газобетонной крепи на шахте «Красногвардейская» / В.А. Канин, А.Е. Жуков, С.Г. Лунев // Уголь Украины. - 1999. - № 1. - С. 13-15.

12. Новые эффективные связующие для аварийного ремонта гидротехнических сооружений / И.Ф. Озеров, В.А. Канин, А.В. Пащенко, Г.П. Стариков // Вісник Українського Будинку економічних та науково-технічних знань. - 1999. - № 2. - С. 152-160.

13. Ходырев Д.И. О размерах целиков угля, подлежащих учету при построении зон ПГД / Д.И. Ходырев, В.А. Канин // Уголь Украины. - 1999. - № 4. - С. 17-19.

14. Канин В.А. Механические испытания газобетонных крепежных конструкций / В.А. Канин // Физико-технические проблемы горного производства / под общ. ред. А.Д. Алексеева. - Донецк: ООО «Лебедь», 2001. - № 3. - С. 75-84.

15. Канин В.А. Моделирование сборных крепежных конструкций из газобетонных блоков / В.А. Канин // Монография в 3-х томах: «Геотехнологии на рубеже XXI века». - Донецк: ДУНПГО, 2001. - Т. 2.- С. 50-55.

16. Канин В.А. Изменение несущей способности газобетонных крепежных конструкций в обводненных условиях / В.А. Канин // Физико-технические проблемы горного производства / под общ. ред. А.Д. Алексеева. - Донецк: дунПго, 2001. - № 4. - С. 109-117.

17. Канин В.А. Новый состав для укрепления неустойчивых горных пород / В.А. Канин, А.В. Пащенко // Уголь Украины. - 2002. - № 2-3. - С. 18-22.

18. Анциферов А.В. Оценка расслоения пород в кровле пласта / А.В. Анциферов, В.А. Канин // Зб. наук. пр. ДонНТУ: «Проблеми гірського тиску». - Донецьк: ДонНТУ, 2002. - № 7. - С. 26-40.

19. Канин В.А. Опыт применения газобетонных крепежных конструкций для охраны выемочных выработок на шахтах ГХК «Луганскуголь» / В.А. Канин // Зб. наук. пр. ДонНТУ: «Проблеми гірського тиску». - Донецьк: ДонНТУ, 2003. - № 10. - С. 62-83.

20. Канин В.А. Оптимизация размеров крепежных конструкций для охраны выработок / В.А. Канин // Уголь Украины. - 2004. - № 9. - С. 28-30.

21. Канин В.А. Поддержание и охрана горных выработок. Термины и определения / В.А. Канин // Зб. наук. пр. ДонНТУ: «Проблеми гірського тиску». - Донецьк: ДонНТУ. - 2004. - №11. - С. 61-72.

22. Канин В.А. Разработка новых средств охраны пластовых выемочных выработок в условиях неустойчивых легко обрушающихся пород / В.А. Канин // Зб. наук. пр. ДонНТУ: «Проблеми гірського тиску». - Донецьк, ДонНТУ, 2004. - №12. - С. 174-199.

23. Канин В.А. Приоритетные пути улучшения состояния пластовых выемочных выработок и снижения травматизма от обрушений породы / В.А. Канин // Сб. научн. тр.: «Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах». - Макеевка: Донбасс, 2005. - С. 262 - 269.

24. Канин В.А. Анализ напряженного состояния вокруг пластовой выемочной выработки, охраняемой искусственными опорами, в зависимости от прочности пород и материала опор / В.А. Канин // Зб. наук. пр. ДонНТУ: «Проблеми гірського тиску». - Донецьк: ДонНТУ, 2006. - №14. - С. 112-128.

25. Канин В.А. О возможности локального закрепления легкообрушающихся пород в штреках / В.А. Канин // Сб. науч. тр. ИГТМ НАНУ: «Геотехническая механика». - Днепропетровск, 2006. - № 64. - С. 198-206.

26. Прогноз динамики обрушений при отработке примыкающей к ранее выработанному пространству лавы / Е.В. Назимко, В.А. Канин, А.И. Демченко, И.А. Єфремов // Зб. наук. праць «Наукові праці УкрНДМІ НАН України». - Донецьк: УкрНДМІ НАН України, 2007. - № 1. - С. 173 - 189.

27. Канин В.А. О механизме отверждения карбамидной смолы изометилтетрагидрофталевым ангидридом / В.А. Канин, А.В. Пащенко // Полімерний журнал. - 2007. - ХХІХ, № 3. - С. 208-213.

патенти

28. Пат. 21618А Україна, МКИ Е 21 С41/18. Спосіб безремонтного підтримання гірничих виробок в зонах підвищеного гірничого тиску / І.Ф. Озеров, В.О. Канін, С.Н. Смирнов; заявник та патентовласник УкрНДМІ. - № 97031071; заявл. 11.03.97; опубл. 30.04.98, Бюл. № 2.

29. Пат. 24549А Україна, Е 21 D21/00. Суміш для зміцнення гірських порід / І.Ф. Озеров, О.В. Пащенко, Г.П. Стариков, В.О. Канін; заявник та патентовласник УкрНДМІ. - № 97084312; заявл. 19.08.97; опубл. 30.10.98, Бюл. № 5.

30. Пат. 46387А Україна, E21Д11/00. Матеріал для кріплення й охорони гірничих виробок / В.О. Канін, А.В. Анциферов, О.В. Пащенко; заявник та патентовласник УкрНДМІ. - № 2001074693; заявл. 05.07.2001; опубл. 15.05.2002, Бюл. № 5.

31. Пат. 53041А Україна, С 08 L 61/10. Сумiш для одержання пiноматерiалiв на основi карбамiдних смол / А.В. Анциферов, В.Б. Божданський, В.О. Канін, О.В. Пащенко; заявник та патентовласник УкрНДМІ. - № 2002021237; заявл. 14.02.02; опубл. 15.01.03, Бюл. № 1.

 нормативнІ документИ

32. Временное руководство по охране горных выработок с использованием специальной крепи из газобетона: КД 12.2.001-95. - К.: Минуглепром Украины, 1996. - 45 с.

33. Технология упрочнения горных пород, углей и грунтов на основе использования синтетических материалов. Методические указания: КД 12.01.001-2000. - К.: Минтопэнерго Украины, 2001. - 37 с.

34. ТУ 24.6-00159226.001-2001 «Суміш зміцнювальна СКАТ».

35. Правила перетинання гірничими виробками зон геологічних порушень на пластах, схильних до раптових викидів вугілля та газу: СОУ-П 10.1.00174088.017:2009. - Офіц. вид. - К.: Мінвуглепром України, 2009. - 40 с.

тези доПОВІДЕЙ ТА матерІалИ конференцІй

36. Применение нового упрочняющего раствора для эффективного использования подземного пространства крупных городов / Г.П. Стариков, И.Ф. Озеров, А.В. Пащенко, В.А. Канин // Проблемы и перспективы освоения подземного пространства крупных городов: II междунар. конф., Днепропетровск, 19-20 июня 1997 г. - Днепропетровск, 1997. - С. 136-139.

37. Канин В.А. Новые материалы и технологии для эффективной охраны выемочных штреков / В.А. Канин, М.Г. Тиркель, В.Б. Божданский // Донбасс 2020: наука и техника - производству: науч.-практ. конф., Донецк, 5-6 февраля 2002 г. - Донецк, 2002. - С. 229-234.

38. Kanin V. New means to protect extraction workings in unstable rocks / V. Kanin, A. Pashchenko. // Proceedings of XII International Congress of International Society for mine surveying, Fuxin-Beijing, China, 20-26 September, 2004. - Fuxin-Beijing, 2004. - P. 520-523.

39. Канин В.А. Выемочные выработки на шахтах Украины. Анализ эксплуатационного состояния, аварийности и травматизма / В.А. Канин // Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли: науч.-практ. конф., Макеевка, 8-9 декабря 2004 г.: тезисы докл. - Макеевка: МакНИИ, 2004. - С. 91-93.

40. Канин В.А. Основные положения концепции безаварийного поддержания пластовых выемочных выработок / В.А. Канин // Горная геология, геомеханика и маркшейдерия: междунар. науч.-техн. конф., Донецк, 11-15 окт. 2004 г. - Донецк: УкрНИМИ НАН Украины, 2004. - С. 450-455.

41. Канин В.А. Геомеханические требования к способам и средствам охраны пластовых выемочных выработок в условиях неустойчивых пород / В.А. Канин, М.Г. Тиркель, А.В. Пащенко // Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли: ІІ междунар. науч.-практ. конф., Макеевка, 1-2 ноября 2007 г.: тезисы докл. - Макеевка, 2007. - С. 1-4.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані в співавторстві: [1] - інтерпретація результатів випробувань зразків і конструкцій з газобетону; розрахунок параметрів підтримуючих опор; узагаль-нення досвіду застосування опор з газобетону на шахтах Донбасу; [3-5, 7] - обґрунтування механізму впливу порід покрівлі на напружений стан крайової частини пласта; [6] - збір і аналіз матеріалів по раптових викидах вугілля і газу; [8] - формулювання діагностичних ознак входу гірничої виробки в небезпечну по обваленнях вугілля зону; [9] - обґрунтування необхідності хімічного закріплення порід при розробці вугільних родовищ; [10] - характеристики скріплювальної суміші; [13] - методика оцінки розмірів ціликів вугілля, що підлягають обліку при побудові зон підвищеного гірського тиску ; [11] - обґрунтування характеристик опор з газобетону; [12, 17] - обґрунтування вимог до ін'єкційного закріплення нестійких порід, узагальнення результатів шахтних експериментів; [18] - узагальнення шахтних спостережень за оцінкою розшарування порід в покрівлі пласта; [27] - дослідження специфічних зв'язків і механізму ствердіння карбамідної смоли ізо-МТГФА ; [26] - постановка задачі та аналіз результатів; [28-31] - визначення параметрів нових матеріалів і сумішей та наукове обґрунтування способів їх використання, участь в підготовці формул винаходу; [32] - метод розрахунку параметрів підтримуючих опор і технологічні схеми охорони виймальних виробок; [33] - метод розрахунку параметрів ін'єкційного закріплення нестійких порід і вугілля, вибір обладнання і схем його розташування; [34] - підготовка вихідних даних; [35] - додаток Б «Методика щодо зміцнення порід смолами»; [36] - умови закріплення порід хімічними сумішами; [37, 38] - технологія охорони виймальних виробок газобетонним кріпленням .

анотація

Канін В.О. «Фізико-технічні основи охорони виймальних виробок в умовах нестійких порід». - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.02 - «Підземна розробка родовищ корисних копалин», Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України, Дніпропетровськ, 2011.

Дисертація присвячена розробці способів і засобів охорони виймальних виробок в умовах нестійких порід. В результаті виконаних досліджень обґрунтована можливість використання автоклавного газобетону як кріпильного матеріалу і досліджені особливості його деформування в умовах позамежного навантаження. Встановлено критерій стійкості газобетонної опори по відношенню b/h (ширини опори до її висоти). Експериментально доведено, що застосування жорстких міжшарових прокладок покращує деформаційно-навантажувальні характеристики блокових конструкцій. При синтезі скріплювальної суміші одержано полімер СКАТ, який за рядом характеристик (усадка 0,6-2,1 %; міцність адгезії 3,5-5,4 МПа; міцність на одноосне стиснення 45-65 МПа) порівняний з кращими зарубіжними сумішами, маючи меншу в'язкість, токсичність і вартість. Встановлено механізм стримування зміщень порід в порожнину виймальної виробки при їх локальному закріплені, який полягає у тому, що закріплені блоки, маючи більшу (у 1,5 рази) міцність, ніж навколишній масив, сприяють самозаклинюванню зруйнованих порід. Розроблені способи і засоби охорони виймальних виробок упроваджено в 26-ти виробках 16-ти шахт Донбасу.

Ключові слова: нестійкі породи, безаварійне підтримання виробок, охорона виймальних виробок, газобетонні кріпильні конструкції, хімічне закріплення порід.

аннотация

Канин В. А. «Физико-технические основы охраны выемочных выработок в условиях неустойчивых пород». - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.02 - «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины, Днепропетровск, 2011.

Диссертация посвящена разработке способов и средств охраны выемочных выработок в условиях неустойчивых пород. В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований уточнены основные принципы охраны выемочных выработок в условиях неустойчивых пород и установлены физико-технические закономерности деформирования газобетонных поддерживающих опор в области запредельного нагружения, формирования зон разрушений вокруг выемочной выработки при различных сочетаниях прочности поддерживающих опор и вмещающих пород, механизма сдерживания смещений пород в полость выработки при локальном закреплении массива и механизма получения нового скрепляющего состава СКАТ.

В процессе выполнения работы получило дальнейшее развитие представление о поведении материала в условиях запредельного деформирования; показано, что увеличение сопротивления газобетонной опоры при сжатии на 30 % и более связано с формированием внутри опоры ядра из вторично уплотненного материала. Уточнен критерий устойчивости газобетонных поддерживающих опор по отношению их ширины (b) к высоте (h) в виде b_кр = 0,8h. Установлен универсальный показатель - удельная работа сопротивления деформированию (a_c), который позволяет оценивать качество и сравнивать между собой различные поддерживающие опоры, независимо от их материала, размеров и конфигурации. Доказано, что применение жестких межслоевых прокладок решает задачу искусственного раздела упругих свойств в материале и улучшает деформационно-нагрузочные характеристики блочных конструкций. Установлены закономерности образования зон разрушений вокруг выемочной выработки при различных сочетаниях прочности опор (у_сж = 5-12 МПа) и пород (30 ? у_сж ? 60 МПа) и показано, что в неустойчивых породах (у_сж ? 30-40 МПа) опоры с у_сж = 5 МПа выполняют функцию обрезной крепи, обеспечивая обрушение кровли за охраняемым пространством, и оказывают щадящее действие на почву. Установлен механизм сдерживания смещений пород в полость выемочной выработки при локальном закреплении массива, заключающийся в том, что закрепленные породные блоки, обладая большей (в 1,5 раза) прочностью, чем окружающий массив, содействуют самозаклиниванию разрушенных породных блоков в процессе их перемещения. Исследованы специфические связи, образующиеся при соединении карбамидной смолы с изо-МТГФА, и установлено, что получаемый полимер имеет трехмерную сетчатую структуру, характеризуется отсутствием слабых метиленэфирных связей, обладает более прочными водородными связями и содержит функциональные группы с высокой реакционной способностью, что определяет его повышенную прочность, высокую адгезию к горным породам и небольшую усадку.

На основании установленных закономерностей разработана методика расчета и получены номограммы, позволяющие выбрать рациональные значения параметров поддерживающих опор в зависимости от их конструкции и горно-геологических условий. Разработаны технологические схемы охраны выемочных выработок газобетонными опорам. Установлена рецептура нового скрепляющего состава СКАТ, который по усадке (0,6-2,1 %), прочности адгезии (3,5-5,4 МПа) и прочности на сжатие (45-65 МПа) сопоставим с лучшими зарубежными составами, обладая при этом меньшей вязкостью, токсичностью и стоимостью. Разработаны методика расчета параметров, технологические схемы и оборудование для инъекционного закрепления неустойчивых пород составом СКАТ. Разработанные способы и средства охраны выемочных выработок внедрены в 26-ти выработках 16-ти шахт Донбасса. Кроме того, результаты исследований вошли в четыре нормативных документа.

Экономический эффект от внедрения новых средств охраны выемочных выработок образуется вследствие снижения их стоимости относительно известных аналогов, повышения устойчивости выработок, сокращения затрат на ремонтные работы и ликвидацию последствий аварий, связанных с обрушениями породы. Замена скрепляющих составов на основе полиуретана составом СКАТ позволяет получить годовой экономический эффект в размере 1,15 млн. грн.

Ключевые слова: неустойчивые породы, безаварийное поддержание выработок, охрана выемочных выработок, газобетонные крепежные конструкции, химическое закрепление пород.

abstract

Kanin V. A. «Physical and technical basics of excavation workings in conditions of unstable rocks». _ Manuscript.

Thesis for Doctor of Engineering degree by specialty 05.15.02 - «Underground mining of mineral deposits», Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Dniepropetrovsk, 2011.

Possibility of using block gas concrete as support material is first scientifically substantiated in world mining practice and features of its deformation in conditions of post-critical loading are investigated. Stability criterion of gas-concrete support is determined by b/h (support width-to-its height) ratio. It is shown by experiments that use of interlaminar hard fillings solves a problem of artificial division of elastic properties in material and improves deformation _ load-bearing characteristics of block structures. The author pioneered synthesis of binding compound hardener that gave in result SKAT resin. By a number of its characteristics (shrinkage 0.6-2.1 %; adhesive force 3.5-5.4 MPa; uniaxial compression strength 45-65 MPa) this compound is comparable with the best foreign equivalents due to its low viscosity, toxicity and cost. In assessment of the possibility for local strengthening of unstable rock mass it is determined that mechanism of control of rock displacement into the cavity of mine extraction working is as follows: strengthened rock blocks having larger (by a factor of 1.5) strength than surrounding rock mass retain their integrity and contribute to self-wedging of failed rock blocks. Developed means for protection of mine extraction workings have been introduced in 26 mine workings of 16 coal mines in the Donets Coal Basin.

Keywords: non-stable rocks, accident-free maintenance of mine workings, protection of extraction mine workings, gas-concrete support structures, chemical strengthening of rocks.

Размещено на Allbest.ru