У дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, надане науково обґрунтоване рішення актуального народногосподарського завдання забезпечення ресурсозберігаючих умов повторного використання виїмкових штреків при відпрацюванні вугільних пластів Західного Донбасу на базі оптимізації й вибору параметрів охоронної литої смуги з розвантажувальною регульованою порожниною при механізованому способі її зведення. Основні наукові й практичні результати роботи полягають у наступному. 1. Обґрунтована доцільність застосування на вугільних пластах Західного Донбасу способу охорони повторно використовуваних виїмкових штреків литою смугою з розвантажувальною порожниною. При цьому ресурсозбереження реалізується за допомогою керування геомеханічними процесами навколо виїмкового штреку за рахунок регулювання параметрами литої смуги відповідно до характеру проявів гірського тиску, а регулювання параметрів смуги здійснюється за допомогою механізованого кріплення-опалубки, що виключає ручну працю. 2. Відповідно до сучасних уявлень про особливості проявів гірського тиску при розвитку очисних робіт на виїмковій ділянці виділені основні елементи, обов'язкові до урахування й спільного розгляду для найбільш достовірного опису процесів зрушення порід надвугільної товщі навколо виїмкового штреку: зона шарнірно-блокового переміщення порід, зона безладного обвалення, безпосередній ґрунт пласта, охоронна лита смуга з розвантажувальною порожниною, рамне кріплення штреку з міжрамною огорожею і забутованим закріпним простором, прилеглі шари порід суміжної виїмкової ділянки. Ці елементи відбиті в розробленій геомеханічній моделі системи «породний масив-виїмковий штрек-лита смуга», у якій виконане обґрунтування комплексу факторів: – встановлені інтервали зміни гірничо-геологічних і гірничотехнічних параметрів досліджуваної системи, що найбільш об'єктивно відображають умови розробки вугільних пластів Західного Донбасу; – доведено, що в інтервалі м, найбільш характерного (для вугільних пластів Західного Донбасу) діапазону зміни потужності пласта (з врахуванням присікання порід покрівлі), коливання компонент поля напружень у всіх елементах системи не перевищує 10%, а в більшості розрахункових варіантів становить 1...4%. Це обґрунтовує доцільність використання в геомеханічній моделі постійної усередненої потужності вугільного пласта м; – встановлено, що в діапазоні зміни деформаційних властивостей вугільних пластів Західного Донбасу коливання НДС всіх елементів системи не виходить за рамки 10%, тобто лежать у межах допустимої точності гірничотехнічних розрахунків. Це є обґрунтуванням використання в геомеханічній моделі усереднених деформаційних характеристик вугільного пласта: модуль деформації МПа, коефіцієнт Пуассона ; – доведена можливість опису структури надвугільної товщі вугільних пластів Західного Донбасу узагальненої геомеханічної моделі. При цьому обґрунтовані поправочні коефіцієнти для розрахунку НДС рамного кріплення залежно від діапазону коливань модулів деформації породних шарів, що складають: 1,1 – однорідні шари; 1,15 – зміна до 5 разів; 1,20 – зміна до 10 разів. 3. Установлено, що максимум наведених напружень (за якими провадиться міцнісний розрахунок) у литій смузі змінюється до 3,2 разів залежно від співвідношення модулів деформації породних шарів основної й безпосередньої покрівлі: найбільше навантаження на литу смугу проявляється при зниженій твердості породних шарів основної покрівлі й підвищеної твердості породних шарів безпосередньої покрівлі й ґрунту; мінімальне навантаження формується в діаметрально протилежних умовах, коли тверді породні шари основної покрівлі обмежують до деякої міри навантаження на литу смугу: – виявлені три закономірності росту зі збільшенням глибини розробки: близька до лінійного () при однорідній надвугільній товщі; степенева зі зниженою інтенсивністю росту ( ) при зниженій твердості безпосередньої покрівлі й підвищеній твердості основної покрівлі; степенева з підвищеною інтенсивністю росту ( ) при підвищеній твердості безпосередньої покрівлі й зниженій твердості основної покрівлі; – наявність розвантажувальної порожнини в литій смузі дозволяє знижувати інтенсивність поля напружень у районі стояка рами від 2,4 до 6,3 разів у порівнянні з опорною частиною смуги. Такий ступінь розвантаження приконтурної зони неможливо досягти в існуючих конструкціях твердо-податливих охоронних споруд. 4. У рамному кріпленні виїмкового штреку незалежно від геомеханічних параметрів його підтримки (ступінь впливу в діапазоні зміни від 1,4 до 3,4 разів) стабільно виникають (з досить постійними координатами розташування по контуру рами) п'ять максимумів наведених напружень: – – замок склепіння рами; – – район опори стояка рами (з боку виробленого простору) на висоті 0,2...0,5 м від ґрунту виробки; – – район замка з'єднання стояка й верхняка рами (з боку виробленого простору) на висоті 2,0...2,2 м від ґрунту виробки; – – район п'яти склепіння (з боку суміжної виїмкової ділянки) на висоті 1,2...1,4 м від ґрунту виробки; – – район прямолінійної частини стояка рами (з боку суміжної виїмкової ділянки) на висоті 0,7...0,9 м від ґрунту виробки. Залежно від сполучення геомеханічних факторів і параметрів литої смуги найбільша величина максимуму може діяти в кожній з п'яти відзначених ділянок контуру рами, що враховано при оптимізації НДС системи «породний масив-виїмковий штрек-лита смуга». 5. Комплекс досліджень особливостей впливу геометричних і деформаційних параметрів зони знеміцнених порід навколо виїмкового штреку на НДС системи виявив два факти: – по-перше, у вуглевмісній товщі відзначена достатня стабільність тенденцій зв'язку НДС системи з геомеханічними факторами поза залежністю від параметрів зони позамежного стану; – по-друге, максимуми наведених напружень у литій смузі та рамному кріпленні змінюються до 2,0...3,5 разів залежно від геометричних параметрів й, особливо, деформаційних характеристик області знеміцнених порід; ступінь цього зв'язку порівняний з впливом глибини розробки. 6. Доведена ефективність керування НДС елементів системи, що визначають стійкість виїмкового штреку, за допомогою регулювання параметрами литої смуги з розвантажувальною порожниною. Установлено, що в діапазоні зміни геометричних параметрів литої смуги (ширина смуги
1 м 3 м; відносна ширина розвантажувальної порожнини ; висота розвантажувальної порожнини 0,1 м 0,3 м) надається можливість регулювати максимуми наведених напружень: у литій смузі – до 2,8 разів; у породній бермі – до 5,9 разів; у рамному кріпленні за всіма п'ятьма максимумами – від 2,0 до 4,5 разів. Такий діапазон керування порівняний зі ступенем впливу геомеханічних факторів на НДС елементів системи «породний масив-виїмковий штрек-лита смуга». 7. Обґрунтовані критерії оптимізації елементів системи й розроблена методика вибору раціональних параметрів охоронної литої смуги з розвантажувальною порожниною. При цьому встановлено, що на глибинах розробки до 600...800 м при істотно неоднорідній структурі вуглевмісної товщі забезпечується підвищення стійкості виїмкового штреку в 1,5…2 рази застосуванням охоронної литої смуги шириною м і розвантажувальною порожниною в діапазоні регулювання її геометрії ; м з межею міцності на стиск матеріалу смуги до 15...20 МПа. 8. Розроблена методика вибору раціональних параметрів охоронної литої смуги з розвантажувальною порожниною, затверджена НГУ й прий-нята до використання в робочій документації охорони виїмкових виробок на шахті «Степова» ВАТ «Павлоградвугілля». Основні положення і результати дисертації опубліковані в
наступних роботах: 1. Геомеханика взаимодействия элементов системы «породный массив-выемочная выработка-охранная конструкция» / Бондаренко В.И.,
Ковалевская И.А., Симанович Г.А., Коваль А.И. – Днепропетровск: Системные технологии, 2007. – 209 с. 2. Временное руководство по расчету параметров трубчатой анкерной крепи / Бондаренко В.И., Ковалевская И.А., Симанович Г.А. и др. – Днепропетровск: Системные технологии, 2005. – 46 с. 3. Ковалевская И.А., Симанович Г.А., Коваль А.И. Определение прочностных свойств материала охранной полосы выемочного штрека //Науковий вісник НГУ. – 2006. – №9. – С.24-26. 4. Изменение несущей способности охранной полосы выемочного штрека во времени / Бондаренко В.И., Ковалевская И.А., Симанович Г.А., Коваль А.И. // Науковий вісник НГУ. – 2006. – №12. – С.8-9. 5. Ковалевская И.А., Симанович Г.А., Коваль А.И. Технология возведения у выемочного штрека охранной литой полосы с разгрузочной полостью // Науковий вісник НГУ. – 2007. – №1. – С.3-4. 6. Коваль А.И. К вопросу охраны выемочных выработок глубоких шахт // Науковий вісник НГУ. – 2007. – №2. – С.10-12. 7. Влияние параметров угольного пласта на напряжения в системе «породный массив-выемочный штрек-литая полоса» /Бондаренко В.И., Ковалевская И.А., Симанович Г.А., Коваль А.И. //Науковий вісник НГУ. – 2007. – №3. – С. 21-25. 8. Геомеханика взаимодействия охранной конструкции выемочной выработки с разупрочненным породным массивом /Бондаренко В.И., Ковалевская И.А., Симанович Г.А., Коваль А.И. //Науковий вісник НГУ. – 2007. – №5. – С.3-8. 9. Влияние структуры надугольной толщи и свойств пород на их напряженное состояние вокруг выемочной выработки / Бондаренко В.И., Ковалевская И.А., Симанович Г.А., Коваль А.И. //Науковий вісник НГУ. – 2007. – №6. – С.9-12. 10. Алгоритм исследования проблемы устойчивости пластовой выработки в слоистом породном массиве / Бондаренко В.И., Ковалевская И.А., Симанович Г.А. и др. //Науковий вісник НГУ. – 2007. – №6. – С.3-8. 11. К вопросу компьютерного моделирования нагружения крепи выемочного штрека и охранной полосы с разгрузочной полостью /Бондаренко В.И., Ковалевская И.А., Симанович Г.А., Коваль А.И. //Матер. межд. конф. «Форум гірників-2006», Том 1. – Д.: НГУ, 2006. – С.30-33. 12. Влияние параметров нарушенных пород на нагружение охранной конструкции и крепи выемочного штрека / Бондаренко В.И., Ковалевская И.А., Симанович Г.А., Коваль А.И. // Матер. межд. конф. «Форум горняка-2007». – Днепропетровск: НГУ, 2007. – С.50-56. 13. Ковалевская И.А., Симанович Г.А., Коваль А.И. Исследование особенностей формирования зоны шарнирно-блокового сдвижения надугольной толщи пород в окрестности выработки // Матер. межд. научн.-практ. конф. «Школа подземной разработки». – Днепропетровск: Арт-Пресс, 2007. – С.54-59. Особистий внесок здобувача в роботах, опублікованих у співавторстві: [1] – написання розділів 1, 2, 3, 4, участь у розробці розрахункових схем і проведенні експериментів, їх аналіз за матеріалами розділів 5-10;
[2] – написання розділів 4 і 5; [3,4,7-9,11-13] – корегування результатів експериментів і їх аналіз; [5] – обґрунтування технології; [10] – обґрунтування критеріїв оцінки стану виробки. | 