Дисертаційна робота містить рішення нової актуальної наукової і технічної задачі, що полягає у встановленні механізму активізації геомеханічних процесів у районі відробленого гірського масиву, викликаному затопленням закритих вугільних шахт, з метою прогнозу можливих аварійних ситуацій. Експериментальними дослідженнями встановлено, що при зволоженні гірських порід їхня тріщиностійкість зменшується в 8 разів, причому одночасно збільшуються пластичні властивості масиву. Оцінено гідрогеологічну ситуацію в районі шахт вугільних пластів, що відпрацьовують свити крутих пластів у Центральному районі Донбасу, можливі варіанти її зміни при закритті шахт. У результаті аналізу експериментальних досліджень геомеханічних процесів у лавах крутих пластів і процесу деформування гірського масиву розроблена методика прогнозу розміру осідання земної поверхні над виробленим простором, викликаного активізацією.

  Скачати повний текст

Досліджено питання дотримання стійкості конвеєрних виробок глибоких шахт у зонах впливу техногенної вібрації. Експериментально за натурних умов визначено особливості впливу вібрації на стійкість пластових виробок глибоких шахт. Розкрито механізм розповсюдження техногенної вібрації у геомеханічній системі кріплення - навколишні породи дільничої виробки. Встановлено, що конвергенція є наслідком релаксаційних зрушень замків кріплення, які відбуваються під час пусків і зупинок двигунів. Розглянуто залежність величини одиничних зміщень у замках від амплітуди коливань порід підошви, жорсткості спецпрофілю кріплення та величини. Розроблено нові способи підвищення стійкості конвеєрних виробок глибоких шахт.

  Скачати повний текст

Запропоновано новий метод діагностування технічного стану системи "підйомна посудина - армування" шахтних вертикальних стволів в екстремальних режимах роботи на основні проведення додаткових динамічних випробувань у режимі запобіжного гальмування та аналізу одержаних діагностичних параметрів. Розроблено методику проведення динамічних випробувань системи "підйомна посудина - армування" у режимі запобіжного гальмування. Запропоновано нові способи обробки одержаних діагностичних параметрів взаємодії підйомних посудин з провідниками армування.

  Скачати повний текст

Визначено умови виникнення ефекту саморозклинювання зруйнованих порід навколо підготовчої виробки, зрушення породних блоків, що характеризуються одночасністю в радіальному відносно центра виробки напрямку та стискаючою компонентою напружень у тангенціальному відносно контуру виробки напрямку. Установлено причини зникнення ефекту блоків у зоні непружних деформацій. Визначено найбільш вірогідну форму порушення саморозклиненого стану порід - породної складки. З'ясовано механізм розвитку непружних деформацій навколо виробки у вигляді фронту розущільнення, за яким формується зона відносного стиснення. Установлено мінімальні значення тиску бокового підпору зруйнованих порід (2 - 5 МПа), за яких зміцнюючий ефект саморозклинювання є максимальним. Запропоновано нові принципи збереження стійкості виробки в зоні активного впливу очисних робіт, які передбачають забезпечення одночасності радіальних зрушень зруйнованих порід у поперечному перерізі виробки та збільшення стискуючих напружень з одночасним вирівнюванням головних нормальних компонент у критичних зонах, де найбільш ймовірно виникнення ефекту саморозклинювання. Створено нові ефективні способи та технології збереження стійкості підготовчої виробки. Подано рекомендації з управління ефектом саморозклинювання вміщуючих виробку порід для використання на шахтах України у разі відробки запасів за складних гірничо-геологічних умов.

  Скачати повний текст

Розроблено алгоритм визначення межових кутових параметрів процесу зрушення двошарового породного масиву, що підробляється, на підставі вимірювань параметрів зрушення на земній поверхні та зміщення кріплення підготовчих виробок на горизонті розробки пласта. Одержано закономірність формування систематичних похибок установлення довжини напівмульди, що викликані наявністю зони зрушення на зазначеному горизонті, та невідповідністю глибини, за умов якої визначено межові кутові параметри, глибині прогнозування зрушень, а також різницею межових і фактичних кутових параметрів процесу зрушення масиву, що підробляється. За результатами експериментальних досліджень параметрів процесу зрушення установлено, що розпділ вертикальних зрушень на горизонті закладення глибинних реперів, як і на земній поверхні, відповідає інтегральній функції нормального розподілення.

  Скачати повний текст

Установлено аналітичний взаємозв'язок між параметрами процесу зрушення масиву гірських порід і параметрами очисної виїмки. Досліджено залежності параметрів процесу зрушення від глибини розробки. Визначено середню швидкість розвитку деформацій розтягнень за площиною зрушення для порід різного ступеня метаморфізму, а також тривалість розвитку деформацій розтягнень та її зміну деформаціями стиснення, яка залежить від кроку обвалення основної покрівлі та швидкості посування очисного вибою. Розроблено методику розрахунку тривалості процесу зрушення масиву гірських порід і земної поверхні. На її базі складено методичні рекомендації для виконання лабораторної роботи зі спеціальності "Маркшейдерська справа" для студентів. Виведено аналітичну залежність визначення швидкості посування очисного вибою, за якою зона деформацій розтягнення не досягає водоносного горизонту. Розроблено рекомендації для проектних організацій з розрахунку параметрів процесу зрушення у взаємозв'язку зі швидкістю розвитку деформацій у масиві та швидкістю посування очисного вибою.

  Скачати повний текст

З метою підвищення надійності виробок обгрунтовано доцільність використання системної методлогії для оцінювавання ефективності їх функціонування та розробки адаптивних способів забезпечення стійкості порід. Доведено можливість управління станом виробки як геотехнічної системи "масив - породне оголення - кріплення" за рахунок пристосування до мінливих умов. Розроблено методологію прогнозування геомеханічних процесів і прийняття рішень з забезпечення надійності виробок під час їх проектування, проведення та підтримки в породному масиві з невизначеними властивостями. Обгрунтовано доцільність використання геомеханічного контролю та моделювання, що періодично коригується за результатами шахтних спостережень. Відзначено, що запропонована методика дозволяє кількісно оцінювати надійність виробки на різних етапах життєвого циклу та якість взаємодії параметрів способу та середовища. Розроблено адаптивні методи управління параметрами активних засобів і середовища, що передбачають поетапну зміну структури системи або регулювання режиму її функціонування. Встановлено залежності між параметрами управління та деформаційно-міцнісними показниками порід і розроблено моделі для визначення стану масиву без та з урахуванням впливу кріплення. Результати наукового дослідження впроваджено у промислове виробництво.

  Скачати повний текст

Наведено результати досліджень впливу на напружено-деформований стан породного масиву мінливості його фізико-механічних властивостей, обумовленої природною неоднорідністю гірських порід. Узагальнено взяті з різних джерел результати численних спостережень відносно фізико-механічних характеристик гірських порід. Розроблено спосіб урахування макродефектів під час визначення параметрів розподілу досліджуваних кількісних ознак. Доведено, що наявність систем тріщин впливає не тільки на величину середнього значення та показники розкиду, але і змінює вид розподілу, зокрема показано, що його асиметрія та ексцес нелінійно залежать від відстані між тріщинами. З урахуванням встановлених закономірностей розроблено алгоритм числового моделювання стохастичної мінливості властивостей середовища під час визначення напружено-деформованого стану масиву навколо виробки. У процесі проведення наукового дослідження використано метод скінчених елементів у поєднаннні з прийомами імітаційного моделювання. Встановлено, що зміщення контуру виробки і розміри зон непружних деформацій в породному середовищі з випадково розподіленими властивостями на 30 - 40 % перевищує ці ж величини в середовищі з усередненими характеристиками. Побудовано прогностичні моделі, які дозволяють оцінити приріст величини зміщення та розміру зони руйнувань залежно від відомих значень варіації основних міцнісних і деформаційних характеристик. На підставі імовірнісної моделі безремонтної підтримки протяжних виробок розроблено методику оцінки їх стійкості та вибору параметрів кріплення.

  Скачати повний текст

Здійснено теоретичне узагальнення науково-технічної задачі визначення впливу деформацій земної поверхні на підроблювані будівлі. Розроблено новий критерій узагальнених структурних деформацій стін, що характеризують їх розшарування від горизонтального зсуву за умов розтягу та стиску земної поверхні, вертикального зсуву у разі кривизни опуклості й угнутості, вигину за кривизни опуклості. Розроблено деформаційні схеми будівель й одержано нові розрахункові показники деформацій за плавних і зосереджених деформацій земної поверхні. Установлено залежності максимального розкриття тріщин у зовнішніх стінах будівель від розрахункових показників деформацій. Запропоновано методику визначення нормативних допустимих показників деформацій будівель за умовами експлуатації. Запропоновано новий показник для оцінки технічного стану підроблюваних будівель - залишковий деформаційний ресурс, а також критерій початкових деформацій земної поверхні для підроблюваних будівель.

  Скачати повний текст

Наведено рішення актуальної проблеми - підтримки пластових підготовчих виробок на шахтах Центрального району Донбасу. На основі вивчення закономірностей напружено-деформованого стану гірничого масиву і його міцнісних властивостей відповідно до ступеня зволоження розроблено раціональні параметри зволоження вугільного пласта водяними розчинами поверхнево-активних речовин (ПАР). На основі проведених аналітичних розрахунків запропоновано спосіб визначення розмірів зони пластичних деформацій пласта біля підготовчої виробки від основних факторів, що пройшов експериментальну перевірку. Під час обробки вугільного пласта за шахтних умов установлено, що збільшення відстані між нагнітальними свердловинами до 2,5 - 3,0 ефективних радіусів зволоження призводить до незначного збільшення зсувів контуру підготовчої виробки поза зоною радіуса ефективного зволоження. Теоретично обгрунтовано й апробовано параметри способу контролю ефективності зволоження вугільного пласта водяними розчинами ПАР, який базується на застосуванні методів шахтної електророзвідки.

  Скачати повний текст

Проаналізовано стан сполучень вертикальних стовбурів з горизонтальними виробками вугільних шахт. Визначено домінуючі фактори, які впливають на стійкість сполучень: дирекційний кут проведення горизонтальної виробки, яка примикає до стовбуру, показник складності умов проведення та відношення ширини виробки до діаметра стовбура. Доведено, що анкерне кріплення в комбінації з бетонним забезпечує стійкість стволу у разі орієнтованого та різноглибинного його зведення. Встановлено глибину навколоконтурної послабленої зони дії несиметричних навантажень на кріплення стовбура, яка визначає параметри конструкції та технологію зведення анкерів. Розраховано параметри для паспорта анкерного кріплення та ділянки його зведення, що дозволяє максимально збільшити темпи проведення стовбурів. Обгрунтовано підходи, розроблено та впроваджено технологію спорудження вертикальних ділянок стовбурів над сполученнями, оцінено її економічну ефективність.

  Скачати повний текст

Розроблено фізико-технічні й організаційні засади інтенсивних технологій спорудження вертикальних стволів шахт за умов підвищеної водоносності породного масиву, які забезпечують зростання темпів проходки, економічність і надійність їх експлуатації. На підставі встановлених закономірностей вивалоутворення у стволах залежно від водоприпливів, міцності порід і швидкості проходки та формування геоактивних зон у приконтурному масиві з урахуванням вартості будівництва обгрунтовано науково-технічні принципи підвищення стійкості стволів за рахунок смолизації деформованих водонасичених порід і створення високоміцного водоізолювального постійного бетонного кріплення шляхом ведення в бетон гідроізолювальних домішок та його поверхневої обробки пенетруючими речовинами. Вивчено мехнізми поведінки системи бетонне кріплення - водонасичений породний масив за допомогою комп'ютерного моделювання взаємодії кріплення та приствольного масиву. Обгрунтовано технологічні регламенти поточної технології проходки вертикальних столів за умов підвищення водоприпливів і зміщення водонасиченого масиву. З урахуванням установлених закономірностей і залежностей розроблено комплекс способів і засобів активного управління напружено-деформованим станом приствольного масиву й організації водоприпливів у стволах для забезпечення їх довготривалої стійкості.

  Скачати повний текст

Розглянуто питання визначення, урахування й прогнозування впливу масових вибухів у кар'єрах на стан земної поверхні у віддалених зонах і на результати маркшейдерсько-геодезичних спостережень. Проаналізовано сучасні методи визначення стійкості земної поверхні, будівель та інженерних споруд і встановлено, що на достовірність одержаних результатів впливають основним чином точність вимірів і стійкість вихідних реперів. Показано істотний вплив на дані чинники підривних робіт за умов відкритої розробки родовищ корисних копалин. Встановлено залежність зміщень реперів від маси вибухових речовин, відстані від місця вибуху, тривалості вибуху й акустичної жорсткості порід між якорем репера й корінними породами. Розроблено методику проведення маркшейдерсько-геодезичних спостережень за умов інтенсивних гірничих робіт.

  Скачати повний текст

Запропоновано модель взаємозв'язку зрушення земної поверхні та зсувів контурів виробок у зонах впливу очисних робіт, яка дозволяє встановити горизонтальні зрушення та деформації в мульді зрушення, величину осадки вугільного пласту під час керування покрівлею повним обваленням, горизонтальні та вертикальні зсуви контурів виробок, зони впливу очисних робіт на стан виробок, тривалість активних деформацій контурів виробок. Запропоновано методику розрахунку зсувів контурів дільничних виробок і вибору напрямку ведення очисних робіт щодо простягання пласта. Розроблено модель взаємозв'язку між параметрами зрушення гірського масиву та деформаціями виробок, розташованих у ньому, вірогідність якої доведено на підставі результатів інструментальних спостережень на шахтах "ВАТ "Павлоградвугілля".

  Скачати повний текст

Проведено дослідження напружено-деформованого стану масиву навколо оголювань у разі зміни пружно-пластичних властивостей і потужності шару порід. Установлено закономірності зміни параметрів напружено-деформованого стану масиву в приконтурних зонах внаслідок штучної зміни властивостей порід, межі їх плинності - інформативного показника, який дозволяє вести прогнозну оцінку зміщень порід навколо оголювань. Розроблено класифікацію стійкості порід на межі їх плинності та приросту напружень, а також методичні основи і рекомендації щодо оцінки стійкості та вибору технічних рішень для її підвищення у зонах направленої зміни властивостей порід.

  Скачати повний текст

Наведено математичну модель розрахунку поздовжніх і поперечних напружень у зразках гірських порід, яка відрізняється врахуванням кутів повороту ліній максимальних дотичних напружень, значень і напрямів дотичних напружень від зовнішнього тертя. Розроблено критерій гідростатичного стану гірських порід, суть якого полягає у рівності косинуса кута внутрішнього тертя відношенню дотичних напружень від зовнішнього тертя до опору матеріалу зсуву в площині, яка перпендикулярна до лінії дії стискаючого навантаження. Запропоновано математичну модель розрахунку межі міцності зразків гірських порід за умов одноосьового стискання, яка відрізняється врахуванням зовнішнього тертя та геометричних параметрів ліній ковзання. Пояснено зміцнення зразків гірських порід за межею пружності. Обгрунтовано виникнення поперечних стискаючих нормальних напружень внаслідок дії дотичних напружень контактного тертя.

  Скачати повний текст

Виявлено, що зі зменшенням цього показника кількість енергії, що переходить у навколишнє середовище, зростає, отже зона пружно-пластичних деформацій збільшується, підвищуючи ефективність ліквідації просідних властивостей, завдяки зменшенню питомих витрат вибухової речовини (ВР). Розроблено метод визначення параметрів підривних робіт з застосуванням кореляційних співвідношень Кригерна та функцій Мосінця, що враховують основні фізико-механічні та динамічні характеристики грунтів (щільність скелета, вологість, швидкість подовжніх і поперечних хвиль) замість загальноприйнятих емпіричних коефіцієнтів пропорційності. Запропоновано технологію вибухового ущільнення лесових грунтів зустрічно-похилими та комбінованими свердловинними зарядами з забезпеченням багаторазової дії сейсмічних хвиль на кожний елемент масиву та кумулятивний ефект у місцях перетину похилих свердловин. На підставі результатів дослідження фізичних процесів під час взаємодії сейсмічних хвиль з елементами сейсмозахисних та зсувозахисних споруд розроблено методи їх розрахунку з урахуванням особливостей руху даних хвиль в ущільнених зонах. Наведено методику визначення коефіцієнта стійкості зсувонебезпечних схилів під дією комплексних гравітаційного та динамічних силових полів антропогенного чи природнього походження, що значно підвищує достовірність прогнозних оцінок фактичного стану рівноваги зсувних тіл та дає можливість вжити своєчасні заходи щодо запобігання або локалізації зсувних явищ на урбанізованих територіях.

  Скачати повний текст

Обгрунтовано механізм формування активного навантаження на кріплення за умов високого та середнього метаморфізму. Встановлено закономірності напруженого стану кріплення, які враховують розмір ділянки активного навантаження, кут залягання вміщуючих порід, параметри реактивного опору. Виявлено особливості деформаційних процесів у покрівлі підготовчої виробки під час очисних робіт та їх вплив на кріплення штреку. Запропоновано нові конструкції та технологічні способи управління напруженим станом кріплення, які забезпечують підвищення стійкості гірничих виробок, зниження матеріальних та трудових витрат щодо їх підтримання.

  Скачати повний текст

Розв'язано числову пружнопластичну задачу стосовно напружено-деформованого стану (НДС) приконтурного порідного масиву з застосуванням феноменологічного підходу, який враховує нелінійні ефекти поводження матеріалу та відрізняється тим, що під час здійснення розв'язання підсумовуються додаткові (непружні) деформації і кульова складова тензору деформацій змінюється таким чином, що на останньому етапі рішення одержуються значні переміщення на контурі виробки, які відбивають картину переміщень на контурі реальної виробки. Уперше виконано числовий розв'язок задачі дослідження збуреного процесу у разі втрати стійкості геомеханічної системи виробка - породний масив з використанням механічної моделі явища здимання порід підошви, що імітує розвиток процесу у часі та розглядає здимання, що має безперервний часовий характер, як дискретний квазістатичний процес. Розроблено математичну модель, що дає змогу дослідити позакритичний стан приконтурного породного масиву навколо одиночної виробки у процесі підняття порід підошви. Доведено, що під час виконання числових розрахунків НДС породного масиву біля одиночної виробки з використанням покрокової процедури методу скінченних елементів збіжність рішення досягається, якщо інкремент величини зовнішнього навантаження дорівнює 1/20 від максимального заданого значення.

  Скачати повний текст

Розроблено метод прогнозу малоамплітудних розривних порушень, який відрізняється тим, що вперше з метою визначення параметрів тектонічних розривів використовується характеристика тріщиностійкості гірничих порід - ефективна поверхнева енергія (ЕПЕ), що дає змогу суттєво підвищити точність прогнозу. Удосконалено спосіб прогнозу викидонебезпечності піщаників за ЕПЕ завдяки урахуванню сінфазності зміни тріщиностійкості та пружних властивостей.

  Скачати повний текст