Анотація до роботи:

Слащов І. М. Обґрунтування параметрів підтримання підготовчих виробок в структурно-неоднорідних породах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.02 – «Підземна розробка родовищ корисних копалин». Інститут геотехнічної механіки ім. М. С. Полякова НАН України, Дніпропетровськ, 2009 р.

Дисертація присвячена обґрунтуванню параметрів підтримання підготовчих виробок в структурно-неоднорідних породах на основі встановлених закономірностей змін проявів гірничого тиску, напружено-деформованого стану і техногенної тріщинуватості під впливом очисних робіт. Розроблено методику комп'ютерного моделювання експлуатаційного стану геотехнічних об'єктів, яка дозволяє визначати орієнтацію систем домінуючої техногенної тріщинуватості з урахуванням природних структурних дефектів.

Отримана нова експериментальна залежність, яка визначає величину домінуючих зміщень структурно-неоднорідних порід висячого боку пласта в підготовчих виробках, що експлуатуються у зонах впливу очисних вибоїв глибоких вугільних шахт. З урахуванням шаруватості, тріщинуватості, тектонічних напружень, асиметричності зон непружних деформацій і проявів гірничого тиску встановлені залежності раціональних форм і розмірів підготовчих виробок крутих пластів від напружено-деформованого стану породного масиву, отримана цільова функція оптимізації витрат, розроблено й апробовано асиметричне кріплення.

Результати досліджень використані при розробці і впровадженні методик, рекомендацій, нормативного документа та нового асиметричного кріплення. В результаті впровадження розробок одержано фактичний економічний ефект.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на основі встановлених закономірностей зміни проявів гірничого тиску під впливом очисних робіт з урахуванням асиметричності зон непружних деформацій і домінуючих зміщень покрівлі, створення програмно-технічних засобів математичного моделювання напружено-деформованого стану шаруватих і тріщинуватих порід обґрунтовані параметри підтримання підготовчих виробок в структурно-неоднорідних породах та розроблені нові асиметричні засоби кріплення, що має важливе наукове і практичне значення для видобутку вугілля на великих глибинах.

Основні наукові й практичні результати полягають у наступному:

1. Виконано аналіз сучасного стану підтримання підготовчих виробок у структурно-неоднорідних породах глибоких шахт. Вертикальна конвергенція підготовчих виробок досягає 1,85 м, втрата площі поперечного перерізу – 30-65 %, при цьому зміщення контура мають асиметричний характер, а величина асиметричності змінюється від 15 % до 60 % і залежить не тільки від міцнісних і деформаційних характеристик порід, але й напрямку вектора головних напружень, форм і розмірів виробок та впливу очисних робіт.

2. Розроблені об'єктно-орієнтований алгоритм і програми розрахунків граничних станів методом скінченних елементів, інтерактивна система візуалізації даних, які дозволяють виконувати комплексну оцінку стійкості підготовчих виробок з урахуванням непружних станів гірських порід, тектонічних напружень, змін інтенсивності і напрямків тріщинуватості.

3. Шахтними дослідженнями встановлено, що домінування зміщень покрівлі підготовчих виробок у напрямку, нормальному до лінії падіння пластів, простежується на всіх етапах ведення гірничих робіт: без впливу очисних робіт – на 15-35 %, на рівні лави – на 40-55 %, у виробленому просторі – на 25-60 %.

4. Аналітичними і шахтними дослідженнями встановлено, що при збільшенні тектонічних напружень до 60 МПа максимальні напруження в покрівлі і підошві виробки змінюють напрями та зростають в 2-2,5 рази (до 140-160 МПа), що призводить до збільшення стиску порід покрівлі і незначного зниження швидкості вертикальних зміщень, але, разом з тим, до істотного підвищення величини здимання підошви та зростання деформацій боків виробок. Ріст тектонічних напружень призводить до збільшення швидкості зміщень боків виробок у зоні опорного тиску в 1,4-10 разів. При цьому зі зростанням тектонічних напружень з 50 МПа до 70 МПа ширина зони опорного тиску збільшується з 15 м до 25 м.

5. Встановлено, що цілеспрямоване створення асиметричних форми виробки, склепіння кріплення та зміцненої зони забезпечує залучення масиву в спільну роботу із кріпленням, за рахунок чого площа ЗНД зменшується на 20-35 %, ширина ЗНД уздовж нормалі до пласта – на 30 %, за напрямком лінії падіння пласта – на 15 %, зміщення контура виробки знижуються на 10-40 %.

6. Обґрунтовано параметри силових характеристик системи кріплення-масив, форм пластових і польових штреків глибоких шахт Центрального району Донбасу, отримана цільова функція оптимізації витрат залежно від форм і розмірів поперечного перерізу виробки, розроблене й апробоване асиметричне кріплення. Результати розробок передані ДонНДІ для створення дослідних зразків кріплення.

7. Розроблено, затверджено і видано стандарт Мінвуглепрому України «Дегазація вугільних пластів та вміщуючих порід з застосуванням газозбірної виробки. Схеми дегазації».

8. Впроваджені методики моніторингу стійкості підготовчих виробок, досліджень процесу зрушення покрівлі вуглепородного масиву при проведенні очисних робіт та рекомендації по забезпеченню стійкості вентиляційного ходка «газового горизонту» по пласту m₃, дольова участь автора в фактичному економічному ефекті складає 192,8 тис. грн.

Публікації автора:

1. Яланский А. А. Акустический экспресс-контроль состояния породного массива и устойчивости горных выработок / А. А. Яланский, Т. А. Паламарчук, И. Н. Слащев // Геотехническая механика. – Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 1998. – Вип. 8. – С. 118-123.

2. Методические особенности и результаты электрометрического контроля состояния грунтов и геофильтрационных процессов вблизи гидротехнических сооружений / А. А. Яланский, В. Д. Крученюк, Т. А. Паламарчук , В. Н. Сергиенко, И. Н. Слащев // Геотехническая механика. – Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 1998. – Вып. 9. – С. 47-51.

3. Прогноз проявлений горного давления вблизи выработок методом математического моделирования и геофизической диагностики / А. А. Яланский, Т. А. Паламарчук, И. Н. Слащев, Т. И. Яровая // Геотехническая механика. – Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 2000. – Вып. 22. – С. 141-143.

4. Слащев И. Н. Обоснование геомеханических параметров откаточных штреков в условиях Центрального района Донбасса / И. Н. Слащев // Геотехническая механика. – Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 2000. – Вып. 51. – С. 305-311.

5. Слащев И. Н. Прогноз аномальных зон в откаточных штреках Центрального района Донбасса / И. Н. Слащев // Геотехническая механика. – Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 2005. – Вып. 58. – С. 182-188.

6. Экспериментально-аналитический метод прогноза направлений и интенсивности газовых потоков / А. Ф. Булат, С. А. Курносов, И. Н. Слащев, И. А. Ефремов, Б. В. Бокий // Геотехническая механика. – Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 2005. – Вып. 59. – С. 10-21.

7. Слащев И. Н. Обоснование параметров крепления подготовительных выработок при отработке наклонных и крутых угольных пластов / И. Н. Слащев // Геотехническая механика. – Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 2006. – Вып. 66. – С. 223-231.

8. Особенности методического подхода к изучению процессов сдвижения углепородного массива для прогнозной оценки направлений миграции метана / С. А. Курносов, И. Н. Слащев, И. А. Ефремов, Б. В. Бокий, И. А. Ященко // Геотехническая механика. – Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 2006. – Вып. 67. – С. 288-292.

9. Взаимодействие элементов комбинированного способа поддержания газосборных выработок с углевмещающим массивом / С. А. Курносов, И. Н. Слащев, И. А. Ефремов, В. В. Радченко // Геотехническая механика. – Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 2007. – Вып. 68. – С. 24-36.

10. Курносов С. А. Повышение несущей способности комбинированной рамно-анкерной крепи в сложных горно-геологических условиях / С. А. Курносов, Слащев И. Н., А. А. Цикра // Геотехническая механика. – Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 2007. – Вып. 69. – С. 114-121.

11. Слащев И. Н. Устойчивость штреков в условиях повышенной тектонической активности породного массива / И. Н. Слащев // Геотехническая механика. – Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 2007. – Вып. 76. – С. 245-255.

12. Использование явления зональной дезинтеграции при разработке параметров схем дегазации / С. А. Курносов, Е. А. Слащева, И. Н. Слащев, Н. В. Коваль, М. Ю. Иконников // Геотехническая механика. – Днепропетровск : ИГТМ НАНУ, 2008. – Вып. 80. – С. 265-269.

13. Слащев И. Н. Моделирование трещиноватости как основа прогноза газового режима добычных участков глубоких шахт / И. Н. Слащев, М. Ю. Иконников // Сб. науч. трудов НГУ. – Днепропетровск : РВК НГУ, 2008. – № 31. – С. 236-245.

14. Дегазація вугільних пластів та вміщуючих порід з застосуванням газозбірної виробки. Схеми дегазації : СОУ 10.1.05411357.006:2007. – [Чинний від 2008-04-01] / А. Ф. Булат, А. Т. Курносов, С. А. Курносов, І. М. Слащов, О. А. Слащова, В. М.Сапегін, В. С. Возіянов, В. Б. Ковбасенко, І. Є. Золотухін, В. О. Канін, В. М. Кочерга. – Офіц. вид. – К. : Мінвуглепром України, 2007. – 31 с. – (Нормативний документ Мінвуглепрому України. Стандарт).

15. Пат. № 2048213 РФ, МПК 6 В 09 В 1/00. Способ захоронения твердых бытовых и производственных отходов / О. В. Колоколов, А. М. Кузьменко, В. П. Притыскач, Н. М. Ткаченко, С. К. Стрижиборода, И. Н. Слащев; заявитель и патентообладатель Днепропетровский горный ин-т. – 5007749/09 ; заявл. 19.07.91 ; опубл. 20.11.95, Бюл. № 32.

16. Князев М. В. Выбор рациональной формы подготовительных выработок в сложных горно-геологических условиях / М. В. Князев, И. Н. Слащев // Техника и технология горного производства : Тез. докл. молодых ученых и специалистов, 3-4 окт. 1990 г. – Днепропетровск : ИГТМ АН УССР, 1990. – С. 12-13.

17. Князев М. В. Поддержание горных выработок с учетом напряжений в массиве пород / М. В. Князев, В. П. Притыскач, И. Н. Слащев // Теория и практика комплексного освоения месторождений полезных ископаемых и обогащения минерального сырья : II школа-семинар молодых ученых, Алма-Ата, 23-27 сент. 1991 г. – М. : ИПКОН РАН, 1992. – С. 65-67.

18. Методические особенности экспресс-оценки напряженно-деформированного состояния породного массива вокруг подготовительных выработок глубоких шахт / А. А. Яланский, С. А. Курносов, И. Н. Слащев, А. И. Сафонов // Деформ. и разруш. матер. с дефектами и динам. явления в горных породах и выработках : Матер. ХV Межд. науч. школы, Алушта, 19-25 сент. 2005 г. – Симферополь : Таврич. нац. ун-т, 2005. – С. 266-268.

19. Обоснование параметров комбинированного способа поддержания горных выработок на различных этапах их деформирования / С. А. Курносов, И. Н. Слащев, Б. В. Бокий, А. А. Цикра // Деформ. и разруш. матер. с дефектами и динам. явления в горных породах и выработках : Матер. XVI Межд. науч. школы, Алушта, 18-24 сент. 2006 г. – Симферополь : Таврич. нац. ун-т, 2006. – С. 164-167.

20. Геомеханические принципы заложения газосборных выработок при дегазации и отработке газонасыщенных пластов / А. Ф. Булат, А. Т. Курносов, С. А. Курносов, И. Н. Слащев, В. А. Канин, Б. В.Бокий, И. А.Ефремов // Деформ. и разруш. матер. с дефектами и динам. явления в горных породах и выработках : Матер. XVII Межд. науч. школы, Алушта, 17-23 сент. 2007 г. – Симферополь : Таврич. нац. ун-т, 2007. – С. 277-280.

21. Kurnosov S. Control of gas-saturated massif behavior in the deep horizons of the coal mines / S. Kurnosov, I. Slaschev, V. Osenniy // The 7th European coal conference : Abstracts, Lviv, August 26-29, 2008. – Lviv : IGGCM NASU, 2008. – P. 70 -72.

22. Новый подход к повышению несущей способности анкерных систем при поддержании подготовительных выработок на больших глубинах / А. Т. Курносов, С. А. Курносов, И. Н. Слащев, Б. В. Бокий, А. А. Цикра // Деформ. и разруш. матер. с дефектами и динам. явления в горных породах и выработках : Матер. XVIII Межд. науч. школы, Алушта, 22-28 сент. 2008 г. – Симферополь : Таврич. нац. ун-т, 2008. – С. 190-192.

Внесок автора в роботи, що опубліковані у співавторстві: [1, 2, 8, 18] – проаналізовані фактори, обґрунтовані методики оцінки процесів зрушення тріщинуватого масиву і проявів гірничого тиску комп'ютерними технологіями; [6, 13, 16, 21] – обґрунтовані геомеханічні моделі, розроблені і апробовані нові програмно-технічні засоби визначення техногенної тріщинуватості; [3, 9] –проаналізовано НДС структурно-неоднорідних порід навколо підготовчих виробок при застосуванні різних охоронних конструкцій; [12, 17] – визначено вплив тріщинуватості, тектонічних напружень і опорного тиску лави на стійкість підготовчих виробок; [19] – досліджено НДС породного масиву при його поетапному залученні в охоронну конструкцію; [10, 22] – досліджені способи підвищення несучої здатності рамно-анкерного кріплення; [14-16, 20] – обґрунтовані параметри щодо розташування, додаткового кріплення, часткової закладки, форм і розмірів підготовчих виробок.