Анотація до роботи:

Кольчик Є.І. Геомеханічне обґрунтування стійкості виїмкових виробок при інтенсивній відробці вугільних пластів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.02. – Підземна розробка родовищ корисних копалин. – Інститут фізики гірничих процесів НАН України, Донецьк, 2007.

Дисертація присвячена проблемі забезпечення стійкості виїмкових виробок при інтенсивній відробці вугільних пластів з малоамлітудною диз’юнктивною порушеністю.

Встановлені закономірності зміни швидкості зміщень порід у зоні тимчасового опорного тиску та зоні інтенсивних зміщень порід від швидкості посування очисного вибою при наявності у покрівлі пласта потужних монолітних пісковиків.

Доведено, що величина зміщень порід у виїмкових виробках прямопропорційно залежить від протяжності зони непружних деформацій та відносної міцності порід, які вміщують виробку. Зі зміною швидкості посування очисного вибою з 1,07 до 8,1 м/добу в зоні тимчасового опорного тиску конвергенція порід покрівлі з підошвою збільшується в 1,8 рази, а в зоні інтенсивного зміщення порід – в 1,64 рази.

Встановлено, що при наявності в покрівлі пласта, що розробляється потужних монолітних пісковиків, та за відсутності в межах виїмкової дільниці диз’юнктивних порушень, попереду зони тимчасового тиску з’являється розвантажена зона. У цій зоні висота виробки збільшується, а над нею піднімається земна поверхня.

Встановлено, що при створенні уздовж периметра перетину виробки диз’юнктивним порушенням, у зруйнованих породах порушення, зміцненого кільця та зміцнених смуг, які поділяють зруйнований масив на клини, зміщення порід зменшуються у 1,7 – 2,4 рази. Найбільший вплив на стійкість зруйнованих порід спостерігається при куті відхилення зміцненої смуги від вісі клину на величину = 36 – 54⁰.

Розроблений технологічний регламент забезпечення стійкості виїмкових виробок при інтенсивній відробці вугільних пластів, рекомендації та технологія забезпечення стійкості виробок в умовах малоамплітудної диз’юнктивної порушеності.

Дисертація є закінченою науково-дослідницькою роботою, в якій отримано нове рішення актуальної наукової проблеми - геомеханічне обґрунтування параметрів забезпечення стійкості виїмкових виробок при інтенсивній відробці вугільних пластів за рахунок використання взаємного впливу потужних пісковиків покрівлі, малоамплітудної диз’юнктивної порушеності та великих швидкостей посування лав на напружено-деформаційний стан гірничого масиву, що безпосередньо пов’язано зі зниженням витрат на охорону та підтримання виробок.

На основі результатів лабораторних, теоретичних та шахтних досліджень можна зробити наступні висновки:

1. У Донецькому вугільному басейні практично всі шахтопласти пологого та похилого падіння мають несправжню покрівлю. Від 49,6 до 92,6 % шахтопластів мають нестійку безпосередню покрівлю та від 25,4 до 63,0 % нестійку безпосередню підошву. Всі шахтопласти обводнені. Причому 11 % шахтопластів мають водоприплив більший за 150 м³/годину;

2. Найбільш небезпечними при підтриманні виїмкових виробок є ділянки, які знаходяться в зоні впливу очисних робіт. На долю поломів кріплення на сполученні штреку з лавою припадає до 20 %, а на ділянках у зоні впливу очисних робіт – 38,9 % від загальної кількості поломів кріплення у виробках, які підтримуються на шахті;

3. Зі зменшенням кута, під яким виробка перетинає геологічне порушення, збільшується зона впливу порушення та витрати на її проведення та підтримання;

4. Швидкість зміщення порід у виїмкових виробках на ділянках, які не знаходяться у зоні впливу очисних робіт, практично постійна та не залежить від швидкості посування очисного вибою;

5. За час знаходження виробки в зоні тимчасового опорного тиску зміщення порід покрівлі з підошвою збільшуються у 1,8 рази зі зміною швидкості посування лави з 1,07 до 8,1 м/добу, а в зоні інтенсивного зміщення порід – у 1,64 рази;

6. Довжина породних консолей, що зависають, зони тимчасового опорного тиску, зони інтенсивного зміщення порід та розвантаженої зони, яка знаходиться попереду зони опорного тиску, залежить від швидкості посування очисного вибою та комплексу гірничо-геологічних факторів;

7. При наявності у покрівлі пласта потужних шарів пісковику, який не містить геологічної порушеності, попереду зони тимчасового опорного тиску з’являється зона розвантаження гірничого масиву. Причому довжина розвантаженої зони прямопропорційно залежить від довжини зони опорного тиску. В розвантаженій зоні збільшується висота виробок, а над нею виникає підняття земної поверхні;

8. Малоамплітудні диз’юнктивні порушення є обмеженням для розвитку зони тимчасового опорного тиску. Причому в зоні впливу порушення, при наближенні до нього очисного вибою, напруження можуть бути меншими за геостатичні. Однак, в зоні впливу порушення, швидкість конвергенції порід збільшується у 1,35 – 1,5 рази відносно випадків підтримання виробки за зоною його впливу;

9. Протяжність зони непружних деформацій залежить від протяжності розвантаженої зони та від відносної міцності порід. При відносній міцності порід більшій за 5,1Н зона непружних деформацій не з’являється. Величина зміщень порід у виїмкових виробках прямопропорційно залежить від протяжності зони непружних деформацій та відносної міцності порід;

10. В зоні впливу очисних робіт у малоамплітудного диз’юнктивного порушення зміщення порід у виїмкових виробках збільшуються у 1,5 – 1,8 рази;

11. При наявності в покрівлі пласта потужних породних шарів максимальна швидкість зниження напружень у приконтурній частині гірничого масиву змінюється в межах 0,07 – 0,6 МПа/годину. Зі зміною швидкості посування лави з 1,07 до 8,1 м/добу напруження в зоні тимчасового опорного тиску збільшуються зі швидкістю 0,03 – 0,25 МПа/годину, що призводить до збільшення конвергенції порід у 1,4 – 1,8 рази;

12. Протяжність зони впливу малоамплітудного диз’юнктивного порушення прямопропорційно залежить від амплітуди зміщення пласта та зворотно пропорційно від кута під яким виробка перетинає порушення;

13. При створенні уздовж периметра перетину виробкою порушення у зруйнованих породах зміцнених зон знижується величина зміщень порід у 1,7 – 2,4 рази. Найбільший відпір у зруйнованих породах виникає при куті відхилення площини зміцненої смуги від вісі клину на величину = 36 – 54⁰;

14. Розроблені тимчасовий технологічний регламент та технологічні схеми забезпечення стійкості виїмкових виробок при інтенсивній відробці вугільних пластів в умовах малоамплітудної диз’юнктивної порушеності;

15. Впровадження розробленої технологічних схем дозволяє отримати економічний ефект від 20 до 95 тис.грн/рік при підтриманні виробки в зоні впливу одного малоамплітудного диз’юнктивного порушення, а по шахті від 700 до 3325 тис. грн/рік.

Основні положення і результати дисертації опубліковані в наступних роботах:

1. Кольчик Е.И., Кольчик И.Е., Пилюгин В.И. Влияние тектонической нарушенности на условия проведения и поддержания пластовых выработок. – Донецк: ДонНТУ, 2007. – 184 с.

2. Совершенствование технологии сохранения устойчивости повторно используемых выемочных выработок при обратном порядке отработки лав / Булат А.Ф., Алексеев А.Д., Байсаров Л.В., Виноградов В.В., Демченко А.И., Ильяшов М.А., Кольчик Е.И., Кольчик И.Е.– Днепропетровск – Донецк: ДУНВГО, 2004. – 24 с.

3. Опыт проведения выработок по выбросоопасным пластам / Сапицкий К.Ф., Ярембаш И.Ф., Андрушко В.Ф., Кольчик Е.И., Цапов А.Г., Коласа Д. – М.: ЦНИЭИуголь, 1985. – 11 с.

4. Кольчик Е.И., Мороз О.К., Выговская Д.Д., Кольчик И.Е. Повышение устойчивости выработок на больших глубинах // Известия Донецкого горного института. – 2002. - № 2. – С. 23 – 24.

5. Кольчик Е.И. Влияние скорости подвигания лавы на конвергенцию пород в штреке // Геотехнологии и управление производством ХХI века.– Донецк: ДонНТУ. - 2006. – Том 1. – С. 11 – 15.

6. Кольчик Е.И., Кольчик И.Е. Исследование влияния геологических нарушений на устойчивость выработок // Физико-технические проблемы горного производства.– Донецк: ООО «Апекс».- 2002. – Вып. 5. – С. 61 – 64.

7. Кольчик Е.И., Болбат В.А., Демченко А.И., Кольчик И.Е. Влияние мощных породных слоев кровли на конвергенцию пород в выемочных выработках // Геомеханическая механика. – Днепропетровск: ИГТМ НАНУ. – 2005. - № 56. – С. 92 – 96.

8. Кольчик Е.И., Демченко А.И. Повышение устойчивости выемочных выработок в зоне влияния очистных работ // Физико-технические проблемы горного производства. – Донецк: ООО «Апекс». – 2004. - № 7. – С. 208 – 213.

9. Кольчик Е.И., Демченко А.И. Влияние протяженности выработанного пространства на конвергенцию пород в штреке // Вісті Донецького гірничого інституту. – 2003. - № 2. – С. 82 – 84.

10. Кольчик Е.И., Демченко А.И. Разрушение пород в разгруженной зоне // Физико-технические процессы горного производства. – Донецк: ООО «Апекс». – 2003. - № 6. – С. 130 – 137.

11. Кольчик Е.И., Демченко А.И., Кольчик И.Е., Болбат В.А. Формирование разгруженной зоны вокруг выемочных выработок // Вісті Донецького гірничого інституту. – 2005. - № 1. – С. 10 – 15.

12. Кольчик Е.И. Влияние мелкоамплитудной дизъюнктивной нарушенности на устойчивость выработок // Физико-технические проблемы горного производства. – Донецк: ИФГП НАНУ. – 2006.- Вып. 9. – С. 202 – 210.

13. Кольчик Е.И., Ревва В.Н., Костенко В.К., Кольчик А.Е. Снижение вредного влияния подземной разработки угольных месторождений на окружающую среду // Геотехническая механика. – Днепропетровск: ИГТМ НАНУ. – 2006. – Вып. 64. – С. 261 – 267.

14. Кольчик Е.И. Изменение протяженности зоны опорного давления // Геотехнологии и управление производством ХХI века. – Донецк: ДонНТУ. - 2007. – С. 8 - 13

15. Кольчик Е.И. Конвергенция пород в выемочных выработках при больших скоростях подвигания лав // Уголь Украины. – 2007. - № 7. - С. 11 – 12.

16. Болбат В.А., Кольчик Е.И., Кольчик А.Е., Ревва В.Н., Сергиенко А.И. Повышение устойчивости горного массива при интенсивной отработке угольных пластов пологого падения // Известия горного института.- 2007. - № 1. – С.33 – 39.

17. Кольчик Е.И. Определение протяженности зоны влияния геологических нарушений // Геотехническая механика. – Днепропетровск: ИГТМ НАНУ. – 2007. – Вып. 68 . – С. 50 – 55.

18. Кольчик Е.И., Болбат В.А., Сергиенко А.И. Управление горным давлением при охране горных выработок // Физико-технические проблемы горного производства. – Донецк: ИФГП НАНУ. – 2005. – Вып. 8. – С. 159 – 163.

19. Кольчик Е.И. Определение параметров зоны влияния очистной выемки при больших скоростях подвигания лав // Известия

Донецкого горного института. - 2007. - № 2. – С. 17 – 21.

20. Сапицкий К.Ф., Кольчик Е.И., Андреев М.М. Влияние формы очистного забоя на напряженное состояние горного массива // Разработка месторождений полезных ископаемых. – К.: Техніка. – 1981. – Вып. 60. – С. 57 – 59.

21. Кольчик Е.И., Касьян Н.Н., Анистратов В.С., Луценко С.А. Охрана пластовых штреков от вредного влияния опорного давления // Добыча угля подземным способом. – 1982. - № 3. – С. 34 – 35.

22. Кольчик Е.И., Клочко И.И., Фридман Г.М. Влияние частичной разгрузки на протяженность безопасной зоны при проведении подготовительных выработок // Разработка месторождений полезных ископаемых. – К.: Техніка. – 1988. – Вып. 81. – С. 30 – 33.

23. Сапицкий К.Ф., Ярембаш И.Ф., Кольчик Е.И., Фридман Г.М. Управление напряженным состоянием горного массива при разработке свиты крутых выбросоопасных пластов // Разработка месторождений полезных ископаемых. – К.: Техніка. – 1987. – Вып. 76. – С. 58 – 62.

24. Кольчик Е.И. Влияние отработки одиночной лавы на напряженное состояние горного массива // Добыча угля подземным способом. – 1981. - № 10. – С. 20 – 21.

25. Андреев М.М., Лебединцев Ю.А., Ярембаш И.Ф., Кольчик Е.И. Газодинамические причины некоторых обрушений пород на шахтах Донбасса // Разработка месторождений полезных ископаемых. – К.: Техніка. – 1983. - № 65. – С. 77 – 82.

26. Носач А.К., Кольчик Е.И., Исаенков А.А., Кольчик И.Е. Влияние процессов угледобычи на динамику газовыделения из выработанного пространства // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2002. - № 6. – С. 147 – 149.

27. Деклараційний патент України № 68140 А Е21Д 11/00/Спосіб охорони виїмкових виробок / А.Д. Алєксєєв, Є.І. Кольчик, І.Є. Кольчик, М.М. Касьян, А.І. Демченко, В.М. Ревва. – № 2003109411; Заявл. 20.10.03: Опубл. 15.07.04. – Бюл. № 7 - 4 с.

28. Деклараційний патент України № 62603 А Е21Д 11/00/ Спосіб охорони підготовчих гірничих виробок / А.Д. Алєксєєв, Є.І. Кольчик, В.М. Ревва, Г.П. Старіков, М.І. Лобков, І.Є. Кольчик, А.І. Демченко, Н.І. Волошина. – № 2003043359; Заявл. 15.04.03; Опубл. 15.12.03. - Бюл. № 12. - 4 с.

29. Крепь для охраны подготовительных выработок. А.с. 1064004 СССР, МКИ Е Д 11/08 / В.Д. Мороз, Е.И. Кольчик, И.С. Костюк (СССР) - № 3519564/22-03; Заявл. 30.07.82; Опубл. 30.12.83; Бюл. № 48. – 2 с: ил.

Додаткові публікації:

30. Носач А.К., Кольчик Е.И., Несторенко В.Н., Исаенков А.А. Влияние скорости подвигания лавы на метановыделение в очистном забое // Известия Донецкого горного института. – 2002. - № 2. – С. 32 – 33.

31. Кольчик Е.И., Носач В.А., Кольчик И.Е. Решение некоторых технологических задач при проектировании шахт // Материалы научно-практической конференции «Наука-жизнь-производство». – Красноармейск: КФ ДонНТУ. - 2001. – С. 26 – 28.

32. Носач А.К., Кольчик Е.И., Касьян Н.Н., Исаенков А.А. Поддержание кровли в очистных забоях // Материалы научно-практической конференции «Наука – жизнь - производство».– Красноармейск: КФ ДонНТУ. - 2001. – С. 8 – 9.

33. Рязанцев Н.А., Кольчик Е.И., Носач А.К., Король И.Я. Большие пластические деформации как основная причина внезапных выбросов угля, породы и газа // Сборник трудов региональной научно-практической конференции «Наука-жизнь-производство».- Красноармейск: ДонГТУ. - 1996. – С. 9 – 11.

34. Лобков Н.И., Кольчик Е.И., Ревва В.Н., Порубай В.В. Геодинамическое обоснование формирования опорного давления впереди очистного забоя // Материалы научно-практической конференции «Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли».– Макеевка: МакНИИ.- 2004. – С. 157 – 160.

35. Ревва В.Н., Гладкая Е.В., Лобков Н.И., Кольчик Е.И. Воздействие увлажнения на механические свойства углей // Научно-практическая конференция «Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли». – Макеевка: МакНИИ.- 2004. – С. 174 – 176.

36. Кольчик Е.И., Мороз О.К., Кольчик И.Е., Касьян Р.Н. К вопросу о выборе оптимального сечения подготовительных выработок // Материалы международной конференции «Проблемы механики горнометаллургического комплекса». – Днепропетровск: Навчальна книга. – 2002. – С. 137 – 139.

37. Кольчик Е.И., Ревва В.Н., Голубев Е.И., Молодецкий А.В. Повышение устойчивости выемочных выработок // Материалы региональной научно-практической конференции «Геотехнології і охорона праці у гірничий промисловості». – Красноармійськ: КІІ ДонНТУ. - 2007. – С. 13-17.

38. Способ определения состояния горного массива. А.с. 1048117. СССР. МКИ Е 21 С 39/00 / В.Ф. Андрушко, Е.И. Кольчик. – № 3445524; Заявл. 28.05.82; Опубл. 15.10.83. – Бюл. № 38. – 2 с.: ил.

39. Способ охраны выработок. А.с. 1481419. СССР. МКИ⁵ Е 21 Д 13/02 / Н.Н. Касьян, А.Ф. Морозов, О.Ю. Кузьмич, Е.И. Кольчик. – № 4074526; Заявл. 04.06.86; Опубл. 23.05.89; Бюл. № 19. – 3 с.: ил.

40. Способ упрочнения пород. А.с. 973852. СССР. МКИ Е 21 F 5/02 / М.П. Зборщик, Н.Н. Касьян, Е.И. Кольчик, А.Ф. Морозов. – № 3227362; Заявл. 29.12.80; Опубл. 15.11.82. – Бюл. № 42. – 2 с.: ил.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві:

[1] – розділи 1.2; 3.1; 3.2; [2] – складання технологічних карт та розділів 3 та 4; [4] – постановка задачі, формулювання висновків, встановлення емпіричної залежності; [6] – постановка задачі, формулювання висновків; [7 - 11] – постановка задачі, обробка результатів досліджень, формулювання висновків; [13] – натурні спостереження, постановка задачі, формулювання висновків; [16] – постановка задачі, експериментальні спостереження, обробка результатів, формулювання висновків; [18] – постановка задачі, формулювання висновків; [20, 21, 30 - 37] – лабораторні дослідження, обробка результатів, формулювання висновків; [3, 22, 23, 25, 26] – експериментальні дослідження, постановка задачі, формулювання висновків; [27 – 29, 38 - 40] – складання опису заявки та формули винаходу.