Анотація до роботи:

Подорванов А.А. Обгрунтування параметрів зон зсунення гірських порід при вийманні крутих пластів з використанням різних способів управління покрівлею. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.15.11 - "Фізичні процеси гірничого виробництва". Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України.- Дніпропетровськ, 2004 р.

Дисертація присвячена розробці методичних основ визначення параметрів зон зсунення гірських порід при вийманні крутих вугільних пластів з використанням різних способів управління покрівлею, що дозволяє прогнозувати вплив підроблення на стан земної поверхні, гірського масиву і обгрунтовано приймати рішення по технології розробки, охороні об’єктів і природного середовища.

Приведено аналіз і узагальнення результатів інструментальних спостережень за процесом зсунення гірських порід і земної поверхні при вийманні крутих пластів. Встановлено, що при управлінні покрівлею повним обваленням над покрівлею вийнятого пласта утворюється купол (порожнина), який істотно впливає на параметри зсунення. Відбувається зсунення гірських порід не тільки по нормалі до вийнятого пласта, а й ковзання порід по нашаруванню.

Динамічна мульда зсунення масиву гірських порід при виїмці вугілля крутих пластів смугами по падінню розвивається динамічно при пониженні вибою і циклічно по простяганню; при виїмці лавами динамічна мульда розвивається по простяганню. Встановлено різницю в геомеханічних процесах при застосуванні цих схем виїмки вугілля.

Розроблено математичну модель зсунення гірських порід і земної поверхні в умовах виїмки крутих вугільних пластів шахтами ЦРД. Показано, що при вийманні крутих вугільних пластів осідання в площині нашарування задовільно описуються інтегральною функцією Гауса.

Розроблена методика прогнозу параметрів зсунення гірських порід і земної поверхні при виїмці крутих пластів, застосування якої дозволяє вживати адекватні заходи щодо охорони об'єктів, які підробляються.

У дисертаційній роботі дане нове рішення актуальної наукової задачі по обґрунтуванню параметрів зон зсунення гірських порід при вийманні крутих вугільних пластів з використанням різних способів управління покрівлею, що дозволяє прогнозувати вплив підроблення на стан земної поверхні, гірського масиву і обґрунтовано приймати рішення по технології розробки, охороні об'єктів і природного середовища.

Основні наукові і практичні результати, висновки полягають в наступному.

1. Аналіз стану питання показав, що технологічні схеми виймання крутих вугільних пластів, а також способи управління покрівлею істотно впливають на процес зсунення масиву гірських порід і земної поверхні, що недостатньо враховується існуючими методиками розрахунку прогнозних параметрів.

2. Проведено аналіз і узагальнення результатів інструментальних спостережень за процесом зсунення гірських порід, встановлені фактичні параметри зон зсунення при вийманні крутих пластів із застосуванням різних технологічних схем розробки і управління покрівлею.

Натурними спостереженнями в умовах ЦРД встановлено, що зсунення порід відбувається дискретно, причому в окремі періоди спостерігаються осідання і підняття реперів, що свідчить про блокову будову зрушеного гірського масиву.

При управлінні покрівлею повним обваленням на віддаленні від вийнятого пласта, порівнянному з його потужністю, на зсунення гірського масиву впливає купол обвалення порід покрівлі пласта.

До процесу зсунення залучаються породи ґрунту пласта, що виражається в ковзанні порід по нашаруванню.

3. Кути зсунення порід, які визначені інструментально, істотно відрізняються від нормативних і при куті падіння пластів 40-70 складають: граничні кути зсунення порід b₀ = 105 - 1,42a ( 16 ), d₀ = 56, кут ковзання порід по нашаруванню b₀₁ = 128- 1,58a (30), кут повних зсунень y₃ = 50.

4. Встановлено, що при вийманні крутих пластів смугами по падінню динамічна мульда зсунення масиву гірських порід розвивається безперервно при пониженні очисного вибою і циклічно по простяганню. При цьому об’єм масиву гірських порід, який одночасно утягується в зсунення, збільшується з пониженням гірничих робіт за кожний виробничий цикл і є найбільшим в нижній частині панелі при її доробці. При вийманні вугілля лавами динамічна мульда зсунення розвивається по простяганню, а об’єм гірських порід, який одночасно утягується в зсунення за виробничий цикл, залишається постійним в процесі відробки етажа.

5. Розроблено математичну модель зсунення гірських порід і земної поверхні в умовах виїмки крутих вугільних пластів шахтами Центрального району Донбасу, яка базується на концепції одиничного впливу виїмки елементарного об'єму вугільного пласта на зсунення порід в його підошві і покрівлі.

Показано, що при виїмці крутих вугільних пластів осідання в площині нашарування порід покрівлі пласта, що виймається, задовільно описуються інтегральною функцією Гауса, нахили і кривизна – відповідно її першою і другою похідними. Встановлено також залежність, що дозволяє визначати деформації розтягнення-стиснення порід, їх зсув, кривизну і радіус кривизни.

6. Обґрунтовано величину відносного максимального осідання порід і земної поверхні, яка залежить від параметрів розпушення порід безпосередньої покрівлі, глибини гірничих робіт і непостійна в межах вугільного басейну, окремої шахти і конкретного вугільного шахтопласта.

7. Розроблено математичну модель геомеханічних процесів у виробленому просторі. Розглянуто процес переміщення по виробленому простору порід, що обвалюються за лавою, в напрямі падіння пласта, встановлені параметри куполу обвалення в покрівлі пласта і обґрунтовано величину розрахункової потужності пласта, що виймається, яка впливає на зсунення вищележачих порід.

8. Встановлено залежність параметрів зсунення порід ґрунту вийнятого пласта, що протікають у вигляді їх ковзання по нашаруванню. Визначено параметри мульди, яка утворюється при ковзанні порід по нашаруванню. Величина осідань в напрямі нашарування порід описано функцією нормального розподілу Гауса. Повне осідання гірських порід і земної поверхні від впливу виробленого простору визначається алгебраїчною сумою осідань в основній мульді зсунення і в мульді ковзання порід в проекції на горизонтальну площину.

9. Розроблено комп'ютерну програму розрахунку параметрів зсунення земної поверхні і гірського масиву при вийманні крутих пластів, наведено приклад її реалізації в умовах шахт Центрального району Донбасу.

10. Виконані розрахунки параметрів зсунення порід при вийманні пластів крутого падіння по розробленій методиці для умов шахт ДП "Орджонікідзевугілля". Зіставлення результатів розрахунків з даними натурних спостережень показало, що застосування розроблених методичних основ прогнозу, в порівнянні з діючим нормативним документом, забезпечує більш точне прогнозування параметрів зсунення: осідань – в 2,7-8 разів, довжин півмульд – в 2,3-2,7 рази, зміщення екстремуму осідань, віднесеного до фактичної середньої довжини півмульд - в 11,9 раза.

11. Згідно з виконаними техніко-економічними розрахунками, застосування розробленої методики дозволить, в залежності від виду об'єкта, що підробляється, і умов виймання вугілля, отримати, за рахунок більш надійного прогнозу параметрів зсунення земної поверхні, річний економічний ефект до 73 тис. грн. на полі однієї шахти (без урахування соціального і екологічного ефектів).

Публікації автора:

1) Подорванов А.А., Демченко В.Б., Колесников В.Г. Модель сдвижения горного масива з учётом скатывания пород // Геотехническая механика.- Днепро-петровск: Ин-т геотехн. механики НАН Украины. - 2001.- Вып. 26.- С. 108-112.

2) Подорванов А.А., Демченко В.Б. К учёту влияния свойств подрабаты-ваемого массива на его сдвижения // Геотехническая механика.- Днепропетровск: Ин-т геотехн. механики НАН Украины.- 2001.- Вып. 27.- С. 49-51.

3) Подорванов А.А. Перспективы развития ЦРД // Научно-производствен-ный журнал ВСЁ.- Донецк.- 2001. - № 2-3.- С. 15-18.

4) Костыря В.Я., Брюханов А.М., Алышев Н.А., Житленок Д.М., Подорванов А.А., Малеев Н.В. Некоторые синергизирующиеся аспекты механики подземных сооружений // Геотехническая механика.– Днепропетровск: Ин-т геотехн. механики НАН Украины.- 2002.- Вып. 30.- С. 38-47.

5) Костыря В.Я., Брюханов А.М., Алышев Н.А., Кулинич С.В., Житленок Д.М., Подорванов А.А. Шевченко М.Т., Малеев Н.В., Гродзинский Т.Я. Некоторые геомеханические предпосылки безремонтной эксплуатации разгружающей полевой выработки // Геотехническая механика.– Днепропетровск: Ин-т геотехн. механики НАН Украины.- 2002.- Вып. 34.- С.147-152.

6) Подорванов А.А., Колесников В.Г., Демченко В.Б., Сергийченко Г.Л. Сдвижение пород как функция их свойств, структуры и условий разрушения в выработанном пространстве // Материалы XI Междунар. научной школы им. С.А. Христиановича. – Симферополь: Таврич. нац. ун-т, 2001. – С. 126-128.

7) Подорванов А.А. Сдвижение горного массива – основа решения вопросов экологии при ликвидации шахт ЦРД // Геотехническая механика.– Днепропетровск: Ин-т геотехн. механики НАН Украины.- 2002.- Вып. 34.- С. 176-181.

8) Демченко В.Б., Колесников В.Г., Перепелица В.Г., Сергийченко Г.Л., Подорванов А.А. Некоторые закономерности сдвижения горного массива при отработке одиночного крутого пласта // Геотехническая механика.- Днепропетровск: Ин-т геотехн. механики НАН Украини. - 2002.- Вып. 35.- С. 116-122.

9) Демченко В.Б., Колесников В.Г., Перепелица В.Г., Сергийченко Г.Л., Подорванов А.А. Результаты натурных наблюдений за сдвижением земной поверхности при отработке свиты крутых пластов // Геотехническая механика.- Днепропетровск: Ин-т геотехн. механики НАН Украини.- 2002.- Вып. 40.- С. 137-141.

10) Демченко В.Б., Колесников В.Г., Перепелица В.Г., Сергийченко Г.Л., Подорванов А.А Параметры сдвижения горного массива и земной поверхности при выемке свиты крутых пластов // Геотехническая механика.- Днепропетровск: Ин-т геотехн. механики НАН Украини. - 2003.- Вып. 44.- С. 73-78.

11) Подорванов А.А., Бубнова Е.А. Влияние технологических схем выемки угля и управления кровлей на сдвижение массива горных пород и земной по-верхности при разработке крутых угольных пластов // Геотехническая механика.- Днепропетровск: Ин-т геотехн. механики НАН Украини.- 2004.- Вып. 50.- С. 256-263.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані в співавторстві, полягає в наступному: розроблення концепції і виконання аналітичних досліджень [1, 2, 5, 6, 11]; виконання натурних спостережень, їх обробка і аналіз [4, 8, 9, 10].