Анотація до роботи:

Сдвижкова О.О. Стійкість підземних виробок у структурно-неоднорідному породному масиві з випадково розподіленими властивостями. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.09. – «Механіка ґрунтів і гірських порід».– Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2002.

Дисертація присвячена проблемі підвищення надійності та економічності проектування і експлуатації гірничих виробок шляхом розробки науково-обгрунтованої комплексної методології оцінки стійкості виробки, що враховує стохастичний характер її функціонування. Породний масив, що містить природні неоднорідності і штучні порожнини, розглянуто як багаторівневий об'єкт зі статистично розподіленими властивостями.

Досліджено імовірнісну природу міцності породного масиву, виконано аналіз статистичних даних про навантаження на кріплення протяжних виробок. Розроблено алгоритм визначення внутрішніх зусиль, що виникають в елементах кріплення під дією випадкового навантаження, обґрунтовано закон розподілу коефіцієнта стійкості виробки як випадкової величини, вирішено задачу знаходження мінімуму витрат на підтримку виробки.

Досліджено стійкість виробок у зоні впливу очисних робіт. Запропоновано імовірнісний показник ефективності охоронних заходів. Обґрунтовано принципи раціонального розміщення виробок стосовно основної системи тріщин. Установлено, що залежно від напрямку та інтенсивності тріщин кількісний показник стійкості змінюється в 1,5...2 рази.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій дане теоретичне узагальнення закономірностей зміни стану неоднорідного складно структурного породного масиву з урахуванням імовірнісно-статистичного характеру функціонування системи «масив–приконтурна область–кріплення» і отримано нове рішення актуальної науково-прикладної проблеми підвищення надійності та економічності проектування й експлуатації гірничих виробок.

Основні наукові та практичні результати роботи.

1. На основі статистичної обробки значного обсягу зразків гірничих порід Донбасу доведено, що розподіл їх властивостей щодо міцності описується логарифмічно нормальним законом і обґрунтована ймовірносно-статистична модель міцності неоднорідного масиву, яка враховує наявність мікро- та макродефектів, що дало змогу встановити залежність коефіцієнта структурного послаблення масиву від ступеня неоднорідності середовища і підвищити точність розрахунків при оцінці стійкості підземних споруд.

«Методика оцінки міцності неоднорідного масиву, що включає системи тріщин, і визначення навантаження на кріплення підготовчої виробки» затверджена ДВАТ «Інститут Дніпродіпрошахт»

2. Уперше встановлено, що стійкість протяжної гірничої виробки, пройденої у статистично неоднорідному масиві, з випадково розподіленими системами тріщин, обумовлюється двома основними характеристиками: кутом між напрямком проведення виробки і лінією схилу площин тріщин, а також відносною варіацією інтенсивності тріщин. Це дозволяє розробити принципи раціонального розміщення виробок у просторі й у 2...2,5 рази підвищити кількісний показник стійкості.

Установлена закономірність зареєстрована як наукове відкриття за № 131 Міжнародним комітетом з відкриттів.

Рекомендації щодо раціонального розміщення виробок і розкрою шахтного поля впроваджені на шахтах ДХК «Шахтарськантрацит» і «Добропіллявугілля».

3. Розроблено алгоритм математичного моделювання випадкового навантаження на кріплення виробки і визначення внутрішніх зусиль у його елементах, на основі якого встановлений імовірнісний закон розподілу коефіцієнта стійкості підготовчих виробок, що дає можливість для конкретних гірничо-геологічних умов прогнозувати стійкий стан підземної споруди, обґрунтувати запас міцності найбільш розповсюджених металевих конструкцій кріплення і проектувати їх з більш високим рівнем надійності.

«Методика розрахунку металевого аркового кріплення, що функціонує в умовах випадкового навантаження», а також «Методика кількісної оцінки й аналізу стійкості підземної виробки, проектованої в породах, що здимаються» затверджені ДВАТ« Інститут Дніпродіпрошахт». «Методичні вказівки щодо визначення параметрів анкерування порід при спорудженні трисклепистої станції метрополітену» затверджені Дніпропетровською філією державного проектного інституту «Укрметротунельбуд» і ВАТ по будівництву метрополітену в Санкт-Петербурзі («Метрострой»).

4. Уперше для підготовчих виробок, розташованих у зоні впливу очисних робіт, із застосуванням математичного апарату теорії випадкових функцій поставлена і вирішена імовірнісно-статистична задача про стійкість геомеханічної системи «виробка–елемент охорони–лава», завдяки чому розроблено рекомендації з геометричних параметрів і жорсткості охоронних елементів. Установлено, що практично доцільне співвідношення жорсткостей охоронного елемента і вугільного пласта перебуває в межах 0,2...0,6.

5. На основі гіпотези про логнормальний розподіл коефіцієнта стійкості узагальнено та отримано нове рішення про оптимальне проектування капітальних і підготовчих виробок. Уперше встановлено, що проектування протяжних виробок може вважатися оптимальним лише в тому разі, якщо обсяги ремонтних робіт за період експлуатації перебуватимуть у певних межах, розміри яких залежать від ступеня експлуатаційної важливості об'єкта, ступеня неоднорідності середовища і застосовуваних імовірнісних моделей.

6.Очікуваний економічний ефект від упровадження викладених в дисертації рекомендацій, отриманий за рахунок зменшення витрат на ремонт (підтримку) виробок, становить 679000 грн.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ :

1. Шашенко А.Н., Тулуб С.Б., Сдвижкова Е.А. Некоторые задачи статистической геомеханики.– К.: Пульсари, 2001.– 243 с.

2. Новикова Л.В., Каганов М.Е., Сдвижкова Е.А., Фомичева Л.Я., Уланова Н.П. Методы конечных и граничных элементов в задачах горной геомеханики // Изв. Днепропет. горного ин-та. –М.: Недра, 1990.– С.53–57.

3. Сдвижкова Е.А. Оценка прочности неоднородного массива на основе вероятностно–статистических моделей// Горн. информ.–аналит. бюл.–Моск. Гос.горн. ун-т, 1996. –Вып.1.–С. 160-163.

4. Сдвижкова Е.А., Татаринов А.А., Рубец Г.Т. Анализ статистических моделей распределения нагрузки на крепь горизонтальных протяженных выработок // Науковий вісник Національної гірничої академії.– 1998–№1. – С.40-41.

5. Шашенко А.Н., Сдвижкова Е.А.Учет случайного приложения нагрузки при расчете крепи подземных выработок // Геотехническая механика: Сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины, 1998. – Вып.9 – С. 43-47.

6. Шашенко А.Н., Сдвижкова Е.А. Оценка влияния макротрещиноватости на величину структурного ослабления породного массива //Горн. информ.–аналит. бюл. – Моск. Гос. горн. ун-т,1997. – Вып.4. – С. 166-168.

7. Агеев В.Г., Кужель С.В., Сдвижкова Е.А., Тулуб С.Б., Шашенко А.Н. Исследование влияния угла падения трещин на устойчивость обнажений // Науковий вісник Національної гірничої академії – 1999. – №5. – С.6-8.

8. Агеев В.Г., Сдвижкова Е.А. К вопросу о влиянии геологического нарушения на состояние приконтурных пород подготовительной выработки //Науковий вісник Національної гірничої академії.–1999. –№6. – С.28-30.

9. Сдвижкова Е.А.Выбор вероятностного критерия оценки устойчивости выработки в зоне влияния очистных работ // Науковий вісник Національної гірничої академії.–1999.– №4. – С.81-85.

10. Шашенко А.Н., Сдвижкова Е.А. Вероятностная оценка устойчивости подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ // Геотехническая механика: Сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины, 2000г. – Вып. 20.– С. 58-61. .

11. Сдвижкова Е.А., Тулуб С.Б., Агееев В.Г. Оценка влияния азимута проведения протяженных горных выработок на их устойчивость//Горн. информ.-аналит. бюл.– Моск. Гос. ун-т, 2000г. –Вып.2.–С. 144-146.

12. Сдвижкова Е.А., Новикова Л.В. Количественная оценка масштабного эффекта в горных породах //Проблемы создания новых машин и технологий. –2000.– Вып.2–С.524 – 527.

13. Сдвижкова Е.А. Оптимальное проектирование горных выработок с учетом вероятностной природы исходных данных //Науковий вісник Національної гірничої академії.–2000. – №2. – С.26-29.

14. Парчевский Л.Я., Сдвижкова Е.А. Устойчивость подземных выработок с рамными крепями в оценках статистической геомеханики // Науковий вісник Національної гірничої академії.–2000. – №11. – С.81-85.

15. Сдвижкова Е.А.,Тулуб С.Б., Шашенко А.Н. Закономерности проявления горного давления в подготовительных горных выработках, пройденных в противоположных направлениях // Проблеми гірничого тиску: Зб. наук. пр. Донецьк. Держ. ун-ту, 2001.– №5.–С.72-79.

16. Сдвижкова Е.А.Вероятностная оценка устойчивости протяженных горных выработок // Геотехническая механика: Сб. науч. тр. ИГТМ НАН Украины, 2000.–Вып.23 – С. 164-171.

17. Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В. Оценка стоимостных затрат на поддержание горных выработок с привлечением метода группового учета аргументов// Науковий вісник Національної гірничої академії.– 2001. – №2. – С.10 -12.

18. Сдвижкова Е.А.,Тулуб С.Б. Анализ влияния ориентировки основной системы трещин на устойчивость подготовительных выработок// Металлургическая и горнорудная промышленность.–2001– №2.– С.78-80.

19. Сдвижкова Е.А.Оценка влияния системы параллельных трещин на напряженное состояние массива в окрестности подготовительной выработки // Вiсник Кременчуцького державного унiверситету.– Вип. 2. –2001.–С.341-343.

20. Пустовойтенко В.П., Сдвижкова О.О., Шашенко О.М. До методики визначення коефіцієнту крихкості гірничих порід // Вісник ЖІТІ. – 2001. – №18. – С.173-177.

21. Новикова Л.В., Сдвижкова Е.А., Пустовойтенко В.П. Вероятностная оценка прочности в расчете целиков и потолочин камер // Науковий вісник Національної гірничої академії.–2001. – №3. – С. 3-5.

22. Сдвижкова Е.А. Методика вероятностной оценки максимальных усилий в элементах крепи горных выработок в условиях ограниченного объема исходных данных // Зб. наук. пр. ДДТУЗТ. Сер. “Будівництво”.– 2001. – Вип.9. – С.22-25.

23. Сдвижкова Е.А. Моделирование случайной нагрузки на крепь горной выработки // Науковий вісник Національної гірничої академії.–2002.– №2.–С.22-25.

24. Диплом № 131 от 14.12.99г. (Международная ассоциация авторов научных открытий РАЕН) на открытие “Закономерность изменения устойчивости обнажений в выработках” / Авторы: Шашенко А.Н., Агеев В.Г., Кужель С.В., Сдвижкова Е.А., Тулуб С.Б.

25. Уланова Н.П., Приходько В.В., Сдвижкова Е.А. К определению напряжений вокруг выработки в анизотропной среде // Теорія наближення та задачі обчислювальної математики: Тез., доповіді міжнародної конференції, присвяченої 75-річчю Держ. Дніпрпетровськ. ун-ту. – Дніпропетровськ: ДДУ,1993.– С.135-138.

26. Сдвижкова Е.А., Косолапов А.Ф.Статистическая оценка устойчивости крепи-обделки из набрызгбетона камеры большого сечения//, Материалы межд.нар.конф. «Проблемы и перспективы освоения подземного пространства крупных городов», 19-20 июня 1996г., Днепропетровск.– С.177-179.

27. Шашенко А.Н., Сдвижкова Е.А., Бондаренко В.В. Математическая модель набрызгбетонной крепи протяженных горных выработок// Материалы межд.нар.конф. «Проблемы и перспективы освоения подземного пространства крупных городов», 19-20 июня 1997г., Днепропетровск. – С.183-187.

28. Новикова Л.В., Сдвижкова Е.А., Касем Абдуллах. Вероятностная оценка образования зон разрушения пород в окрестности взаимовлияющих выработок // Физико-технические приложения математического моделирования.– Киев, 1998.– С.197-199.

29. Shashenko A.N., Sdvizhkova E.A. The Analysis of a Condition of Mine Workings intersected by Plans of Weakness // Mine Planning and Equipment selection 1999.Mine environmental and economical Issues, 1999. NMUU/ Dnipropetrovsk/1999.- P.301-303.

30. Shashenko A., Ivanov A., Kuzhel S., Sdvizhkova E., Tulub S. Wytrzynalosc wyrobisk w spekanym masywie skalnym // Efektywne prowadzenie wyrobisk w trudnych warunkach gorniczo-geologicznych (Miedzynarodowa konferencja naukowo-techniczna). – Szczyrk. – 2000. – S.1- 4.

31.Sdvizkova E.A., Pashko A.N. Some Regularities of Changing a Rock Massif Stressed State with Structural Faults in Roofing of Conducted Mine Workings // Geotechnological Issues of Underground Space Use for Environmentally Protected World 2001, NMUU.– Dnipropetrovsk.– 2001.– Р.181-184.

Особистий внесок здобувача в роботах, написаних у співавторстві: [1] розробка структури монографії, розд.1: параграф 1.1, розд. 2: параграф 2.2; розд. 3: параграф 3.4, розд. 4, розд. 5: параграфи 5.3-5.4, розд. 6, розд. 7; [2] – узагальнення результатів чисельного моделювання; [4] - аналіз законів розподілу випадкових величин щодо навантаження кріплення; [5] – аналіз дослідження, аналіз розрахунків; [6] – розробка математичної моделі; [7] – розробка розрахункової схеми, виконання розрахунків, аналіз результатів досліджень; [8] – розробка імовірнісної моделі; [10] – розробка алгоритму та аналіз досліджень; [11] – розробка алгоритму чисельного експерименту, аналіз досліджень; [12] – розробка ідеї, аналіз імовірнісних моделей; [14] – отримання математичних залежностей та їх аналіз; [15] — розробка розрахункової схеми, виконання розрахунків, аналіз результатів; [17] – розробка ідеї, аналіз результатів; [18] – розробка ідеї, аналіз інформації; [20] аналіз теоретичних залежностей для оцінки крихкості порід; [21] – аналіз імовірнісних моделей; [24] – розробка ідеї, виконання розрахунків, аналіз результатів; [25] – обробка результатів розрахунків; [26] – аналіз імовірнісних моделей; [27] – розробка математичної моделі; [28] – аналіз імовірнісних моделей; [29] – розробка математичної моделі та розрахункової схеми; [30] – розробка математичної моделі, аналіз результатів; [31] – розробка математичної моделі, аналіз результатів.