Анотація до роботи:

Рябічев В.Д. Наукові основи керування технологічними процесами гірничих робіт в зонах структурних змін гірського масиву. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.02. – «Підземна розробка родовищ корисних копалин». – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню важливої науково-технічної проблеми створення наукових основ керування технологічними процесами гірничих робіт в зонах структурних змін гірського масиву на підґрунті отриманих нових закономірностей, які обґрунтовують ідеєю встановлення нового комплексного критерію оцінки технологічності запасів у виїмковому полі з врахуванням геологічних і гірничотехнічних факторів.

Теоретичні підходи до досліджень з вирішення впливу технологічних процесів гірничих робіт на напружено-деформований стан масиву порід в зонах зміни структурної будови дозволили отримати закономірності, що характеризують їх взаємозв’язок.

Обґрунтований процес руху в’язкопластичної рідини при тампонажу хаотичної тріщинуватості та встановлені залежності її поширення в гірському масиві. Досліджений вплив гідророзриву тріщинуватих порід на навантаження кріплення виробки та обґрунтовані контролюючі параметри процесу тампонажу.

Розроблені рекомендації та раціональні параметри технологічних схем керування масивом і водоподавленням в зонах структурних змін покриваючих порід.

Досягнутий економічний ефект від впровадження розробок на шахтах Донбасу склав 150 тис грн.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішена важлива науково-практична проблема створення наукових основ керування технологічними процесами гірничих робіт в зонах структурних змін гірського масиву на основі одержаних нових закономірностей, що обґрунтовують ідею встановлення нового комплексного критерію оцінки технологічності запасів у виїмковому полі з урахуванням геологічних і гірничотехнічних факторів. Це дозволяє керувати технологічними параметрами гірничих робіт і ефективно застосовувати засоби механізації очисного виймання вугільних пластів, що має важливе значення для вугільної промисловості України.

Основні наукові і практичні результати полягають у наступному:

1. Виконаний аналіз структурних змін в літотипах порід підтверджує складність структурних форм, що зустрічаються при вийманні вугілля довгими виїмковими стовпами. Встановлені закономірності зміни структури масиву, яка властива східній частині Донбасу.

2. Збільшення швидкості посування лави зменшує опускання порід в робочому просторі лави незалежно від структурної будови масиву порід, а збільшення потужності пісковиків в покрівлі вугільних пластів диференціює динаміку опускання порід із поділом на два характерні діапазони, що впливають на напружено-деформований стан покрівлі. При швидкостях 2 … 6 м/доб напруження збільшується в півтора рази, а при швидкостях 6….10 м/доб - більш ніж в 3 рази. Це дозволяє планувати навантаження на очисний забій з урахуванням структурної будови масиву та застосовувати засоби для керування гірським тиском.

3. Показники стійкості порід в зоні рухомого забою лави знаходяться в прямій залежності від характеристик структурної будови літологічних різниць, довжини лави і швидкості її посування. Збільшення швидкості посування лави призводить до збільшення напруження в покрівлі незалежно від структурної будови, але інтенсивність напруження є різною, а величина опускання безпосередньої покрівлі нелінійно залежить від швидкості виймання вугілля комбайном. Це дозволяє цілеспрямовано керувати технологічними параметрами очисних робіт для підвищення їх ефективності.

4. Вперше встановлено, що при будові масиву порід із близькими параметрами за потужністю й міцнісними характеристиками літологічних різниць напруження змінюються за експоненціальною залежністю від швидкості посування лави, а зі збільшенням потужності шару порід безпосередньої покрівлі - за поліноміальною залежністю.

5. Встановлено, що збільшення швидкості виймання вугілля комбайном зменшує величину опускання породних шарів безпосередньої покрівлі за емпіричною поліноміальною залежністю з високою достовірністю для всіх структурних будов масиву гірських порід.

6. Параметри порожнини розшарування покрівлі вугільного пласта між порідними шарами різної жорсткості знаходяться в прямій залежності від різниці між потужністю нижнього і верхнього шарів, швидкості посування лави і в оберненій залежності від її довжини. Зміна потужності вказаних порідних шарів в співвідношенні 1:3 призводить до зменшення порожнини розшарування гірських порід. Це дозволяє прогнозувати стан порід в зонах зміни структури геологічного середовища і планувати подальший розвиток гірничих робіт.

7. Вперше встановлено, що рух в'язкопластичної рідини при тампонажі масиву з хаотичною тріщинуватістю визначається положенням випадкових траєкторій при логнормальному розподілі тріщин з урахуванням статистичної дисперсії їх розкриття. Положення контурів поширення суміші визначається розкриттям тріщин і нестаціонарною в'язкістю розчину, причому останній параметр домінує. Контрольовані параметри формування тампонажних завіс і стійкість розташованих в них гірничих виробок при нагнітанні тампонажних сумішей визначені в діапазоні властивостей від Ньютонівської рідини до в'язкопластичного середовища. Це дозволяє прогнозувати стан порід в зонах тампонажных завіс і стійкість розташованих в них гірничих виробок при розвитку очисних робіт.

8. Збільшення швидкості виймання вугілля комбайном зменшує величину опускань порід шарів безпосередньої покрівлі за емпіричною поліноміальною залежністю з високою мірою достовірності для всіх структурних будов масиву гірських порід. При збільшенні швидкості виймання вугілля комбайном з 2 до 7 м/хв напруження в площині забою лави зростають відповідно з 8,6 до 65 МПа. Внаслідок цього вірогідність порушення порід покрівлі зростає й утворюються вертикальні тріщини.

9. Вперше встановлено, що критичне навантаження кріплення фіксується приростом витрати тампонажної суміші між суміжними рівнями в 2 рази, що свідчить про гідророзрив тріщинуватих порід.

10. Вперше обґрунтований комплексний коефіцієнт технологічності запасів який враховує співвідношення об'єму запасів в гірничо-геологічних умовах за допустимими межами технічних умов комплексу і загальної кількості запасів вугілля у виїмковому полі. Запаси вугілля у виїмковому полі вважаються технологічними за умови, коли коефіцієнт технологічності k_техн.> 0,85, а коефіцієнт використання моторесурсу очисного механізованого комплексу k_t>0,90. Це прийняте на підставі можливої помилки вихідної інформації про гірничо-геологічні умови розробки і перерв, що технологічно не перекриваються.

11. Обґрунтовані раціональні параметри технологічної схеми та технології водоподавлення в тріщинуватих зонах водоносних горизонтів пластів із однорідною проникністю. Розроблений новий спосіб керування станом масиву в глибині за рахунок набухання літологічних різниць при нагнітанні глинистих розчинів, що призводить до збільшення об'єму, і масив набуває зв'язаної структури.

12. Фактичний економічний ефект з впровадження розроблених рекомендацій склав 150 тис. грн. Даний ефект отриманий за рахунок збільшення видобутку на шахті «Известия» (80 тис. грн), зниження вивалів під час проведення гірничих виробок по пласту l₆ на шахтах «Довжанська-Капітальна» і «Червоний партизан» (70 тис. грн). У сукупності запропонованих комплексних заходів за впровадження розроблених рекомендацій із застосуванням регульованих технологічних процесів очікуваний економічний ефект сягає 2,5 млн. грн на один очисний забій.

Публікації автора:

1. Рябичев В.Д. Поддержание и проветривание выработок глубоких шахт Донбасса: (Монография) /Под общ. ред. С.С. Гребенкина //С.С. Гребенкин, Ю.Ф. Булгаков, Н.Н. Касьян, Ю.А. Петренко, А.В. Агафонов, М.А. Ильяшов, В.В.Косарев, С.Д. Керкез, С.Н. Смоланов, О.В. Маслов, В.Д. Рябичев, В.А. Трофимов, С.Е. Топчий. - Донецк: Каштан, 2005. – 256 с.

2. Рябичев В.Д. Проблемы горного дела и экологии горного производства: (Монография) / П.Н. Должиков, Г.С. Левчинский, В.Д. Рябичев, А.Э. Кипко, С.С. Гребенкин, А.А. Крамаренко, Г.В. Бабиюк, А.Ю. Прокопов, А.А. Шубин, Л.Г. Косоногова. - Донецк: «Вебер», 2007. – 257 с.

3. Рябичев В.Д. Математические модели и методы расчета параметров процессов подземных горных работ и добычного оборудования: (Монография) /С.С Гребенкин, В.Н. Павлыш, В.Д. Рябичев, П.Н. Должиков, В.И. Зензеров. - Донецк: ВИК, 2007. – 385 с.

4. Рябичев В.Д. Интенсификация процессов струйного закрепления пород при магнитной обработке цементных растворов: (Монография)/ Власов С.Ф., Тимченко С.Е., Рябичев В.Д. - Луганск: "Янтарь", 2005. – 127 с.

5. Рябичев В.Д. Комплексная технология ликвидации наклонных горных выработок: (Монография)./Кипко Э.Я., Должиков П.Н., Рябичев В.Д. - Донецк: Норд-Пресс, 2005. – 220 с.

6. Рябичев В.Д. Горные машины и комплексы для подземной добычи угля. (Монография): /Под. общ. ред. С.С. Гребенкина //Агафонов А.в., Косарев В.В., Керкезов С.Д., Махов В.Г., Павлыш В.Н., Рябичев В.Д., Топчий С.Ф., Фелоненко С.В. – Донецк: ВИК, 2006. – 353 с.

7. Рябичев В.Д. Монтаж и демонтаж очистных механизированных комплексов угольных шахт. (Монография): А.Ф. Борзых, А.М. Кузьменко, В.И. Сафонов, В.Д. Рябичев. – Донецк: Норд-Пресс. 2008.- 265 с.

8. Рябічев В.Д. Вплив технологічних параметрів на структурні зміни гірського масиву підземній розробці / О.М. Кузьменко, О.В. Савостьянов, В.Д. Рябічев // Вісник ДонНТ. – 2008. - №2. – С. 98-103.

9. Рябичев В.Д. Моделирование движения вязких смесей в трещиноватых породах/ И.А. Садовенко, Д.В. Рудаков, В.Д. Рябичев, З.И. Якубовская //Науковий вісник НГУ. – 2008. -№7. – С. 35-38.

10. Рябичев В.Д. О новой концепции обеспечения устойчивости подготовительных выработок глубоких шахт/ Соловьев Г.И., Гребенкин С.С., Рябичев В.Д. //Физико-технические проблемы горного производства. Сб. научн. тр. ИФГП НАН Украины. – 2007. – Вып. 10. – С.142-148.

11. Рябичев В.Д. Специальные горно-технологические параметры горных пород// Механика горных пород. – Донецк: ДонНТУ, 2004. - Т.1. – С. 112-126.

12. Рябичев В.Д. Исследование процесса пневмообработки угольного пласта как средство снижения его газонасыщенности/ В.Н. Павлыш, С.С. Гребенкин, В.Д. Рябичев //Сб. научн. тр. МакНИИ. – Макеевка: МакНИИ. – 2007. – №20. – С.38-47..

13. Рябічев В.Д. Особливості впливу структурних змін гірського масиву на технологічні процеси при розробці вугільних пластів/ О.М. Кузьменко, В.Д. Рябічев. /Геотехническая механика //Сб. науч. тр. ИГТМ им. Н.С. Полякова НАНУ – Днепропетровск, вып. 74. - 2008. – С. 142-147.

14. Рябичев В.Д. Особенности управления самоорганизацией породных отдельностей дискретизированной почвы подготовительной выработки упорно-лежневым силовым противодействием/Н.Н. Касьян, С.Г. Негрей, Г.И. Соловьев, А.Ф. Токачев, В.Д. Рябичев// Геотехническая механика. //Сб. науч. тр. ИГТМ им. Н.С. Полякова НАНУ – Днепропетровск, вып. 69. - 2007. – С. 256-261.

15. Рябичев В.Д. Теория катастроф в обосновании потери устойчивости вмещающих пород кровли в очистных забоях/ С.С. Гребенкин, Р.В. Дегтярь, В.Д. Рябичев //Науковий вісник НГУ. – 2008. - № 1. – С. 13-15.

16. Рябичев В.Д. Анализ эффективности применения двухкомбайновой выемки угля по пласту h₁₀ на шахте «Комсомольская»/ Должиков П.Н., Рябичев В.Д., Горобцов П.С. // Науковий вісник НГУ. – 2007. - № 12. – С. 16-19.

17. Рябичев В.Д. Методика экспериментальных исследований каскадного способа гидравлического воздействия на угольные пласты/ В.Н. Павлыш, С.С. Гребенкин, В.Д. Рябичев // Зб. наук. праць. Вісник Криворізького технічного університету. – Кривий Ріг, 2007. – Вип. 16. – С. 23 - 26.

18. Рябичев В.Д. Анализ аварий, связанных с обрушением пород в горных выработках шахт Украины / С.С. Гребенкин, В.Д. Рябичев, С.А. Зинченко, О.В. Маслов // Науковий вісник НГУ. – 2005. - №10. – С.62-64.

19. Рябичев В.Д. Исследование физико-механических свойств горных пород и состояния массива системой геоакустического контроля/ П.Н. Должиков, В.Д. Рябичев, В.П. Сбитнев // Науковий вісник НГУ. - 2005. - №1. - С. 55-59.

20. Рябичев В.Д. Исследование параметров и процесса тампонажа зон разуплотнений горных пород/ П.Н. Должиков, В.Д. Рябичев, Д.В. Пронский // Науковий вісник НГУ. - 2004. -№1. - С. 35-37.

21. Рябичев В.Д. Обоснование модели фильтрационного поля и решение задачи о «проскоке» через завесу вокруг горной выработки/ Э.Я. Кипко, В.Д.Рябичев, И.В. Попов //Технология и проектирование подземного строительства: Вестник. – Донецк: Норд-Пресс. – 2004. – С. 133-143.

22. Рябичев В.Д. Принципы расчета и оценки противофильтрационных свойств завес в трещиновато-пористых горных породах/ В.Д. Рябичев, И.В. Попов // Современные проблемы шахтного подземного строительства: Матер. междунар. научн.-практ. симпозиума. - Донецк: Норд-Пресс, 2005. - Вып. 6.- С. 158-163.

23. Рябичев В.Д. Физико-механические свойства горных пород/ В.Д. Рябичев, С.Е Барташевский // Механика горных пород: Донецк: ДонНТУ. 2004. - Т.2. – С. 9-16.

24. Рябичев В.Д. Определение объема тампонажного раствора, уходящего в кровлю горной выработки/ П.Н. Должиков, А.Э. Кипко, В.Д. Рябичев// Матер. міжнар. конф. «Форум гірників - 2006». – Дніпропетровськ: НГУ, – 2006. – С. 159-161.

25. Рябичев В.Д. Влияние скорости подвигания лавы на напряженно-деформированное состояние окружающего массива пород/ А.М. Кузьменко, А.В. Савостьянов, В.Д. Рябичев// Материалы международной конференции «Форум горняков – 2008». – Д.: Национальный горный университет, 2008. – С. 108-112.

26. Рябичев В.Д. Рекомендации по предупреждению вывалообразований в горных выработках: Нормативный документ /В.Д. Рябичев, А.В. Агафонов, С.С. Гребенкин, Д.М. Житленок, В.Г. Красник, Ю.А. Пивень. - Минуглепром Украины, Донецк, 2006. – 11 с.

27. Рябичев В.Д. Регламентные требования к устройствам контроля параметров и управления процессом гидродинамической обработки угольных пластов: Нормативный документ/ В.Н.Павлыш, В.Д. Рябичев, С.С. Гребенкин, Л.А. Лазебная, С.Е. Барташевский, А.Д. Доронин. – Министерство топлива и энергетики Украины, 2005. – 7 с.

28. Рябичев В.Д. Регламентные требования к проектированию и расчету параметров технологических схем гидродинамического воздействия на угольные пласты: Нормативный документ / В.Н. Павлыш, С.С. Гребенкин, В.Д. Рябичев, О.В. Чеснокова, С.Е. Барташевский. – М-во топлива и энергетики Украины, 2005. – 15 с.

29. Рябічев В.Д. Вплив технологічних параметрів виймання вугілля на структурні зміни гірського масиву/ О.М. Кузьменко, О.В. Савостьянов, В.Д. Рябічев // Сб. наук. праць ІІ Міжнародної наук.-практ. конференції 05-12 жовтня 2008 р. – Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2008. – С.113-116.

Особистий внесок автора в роботах, опублікованих в співавторстві:

[1, 6,7, 20, 24, 29] - постановка задачі, аналіз причин незадовільного стану виїмкових виробок на глибоких шахтах; [8, 9, 16, 22, 25] – розробка методики досліджень, обґрунтування граничних умов, рекомендації із забезпечення стійкості порід, [5, 20, 22-24] – обґрунтування моделі формування навантаження на кріплення гірничих виробок і результати моделювання впливу структурної будови масиву та технологічних параметрів виймання вугілля в лаві на стійкість гірничих виробок; [21-23, 27] - дослідження розповсюдження тампонажних речовин в лінійних тріщинах та формування завіс; [6, 22] – уточнення моделі розповсюдження тампонажних речовин в хаотичних тріщинах; [10-15, 24,27] - обґрунтування фізико-механічних властивостей закладних матеріалів; [2-4, 8, 29] – закономірності впливу технологічних параметрів виймання вугільного пласта на напружено-деформований стан вміщуючих порід і навантаження на очисний вибій.