Встановлено закономірності впливу змінюваної у просторі реакції підсистеми "зміцнені породи-кріплення" на стійкість граничного стану знеміцнених порід зони граничної рівноваги та формування просторової епюри навантаження на кріплення від ваги порід зони нестійкої рівноваги, а також закономірності впливу просторової неоднорідності геометричних, механічних та силових параметрів підсистеми "зміцнені породи-кріплення" на її напружено-деформований стан. Виявлені закономірності у комплексі з розробленими критеріями оптимізації режимів взаємодії геомеханічної системи "масив-зміцнені породи-кріплення" є науковою основою для удосконалення конструктивно-технологічних схем зміцнення приконтурного масиву анкерами та сумішами, що твердіють. Створено алгоритм оптимізації режимів взаємодії системи "масив-зміцнені породи-кріплення", який враховує просторовий характер періодичних змін її геометричних, механічних та силових параметрів. Розроблено методи прогнозу проявів гірського тиску та розрахунку напружено-деформованого стану підсистеми "зміцнені породи-кріплення". Сформульовано новий у просторовому відношенні комплекс ресурсозберігаючих критеріїв рівноміцності підсистеми "зміцнені породи-кріплення" та її адаптації до характеру проявів гірського тиску. Створено групу нових методів розрахунку раціональних параметрів кріплень. Розроблено та апробовано нове тампонажне обладнання, елементи анкерного та рамно-анкерного кріплень.

  Скачати повний текст

Досліджено проблему забезпечення стійкості гірничих виробок, закріплених анкерним кріпленням. Установлено нові особливості розвитку зони зруйнованих порід навколо виробки, що закріплена анкерним кріпленням. Установлено вплив схеми розташування анкерів у шароватому породному масиві на його навантажувально-деформаційну характеристику. Визначено кращу схему анкерування, застосування якої дозволяє досягати до 10 % відносних зсувів породно-анкерної конструкції зі збереженням її несучої здатності. Установлено закономірності зміни несучої здатності та відносних деформацій породно-анкерної конструкції залежно від міцності та потужності шарів що її складають, їх взаємного розташування, загальної товщини конструкції, щільності анкерування та ширини виробки. Розроблено методику розрахунку параметрів анкерних систем, за якою створювана конструкція розглядається як кріплення виробки, за цього враховується схема розташування анкерів.

  Скачати повний текст

Досліджено проблему підвищення стійкості гірничих виробок за умов утворення зони зруйнованих порід. Розвинуто напрямок гірничої геомеханіки, заснований на управлінні геомеханічними процесами всередині зони зруйнованих порід за рахунок використання нового підходу до застосування технічних способів і засобів, які забезпечують зростання вантажонесучої здібності зруйнованих порід навколо підтримуючих виробок. Виявлено нові закономірності деформаційних процесів усередині зони зруйнованих порід за переміщення фронту руйнування в глибину масиву. На підставі встановлених особливостей і закономірностей розроблено нові способи охорони виробок, засновані на підвищенні несучої спроможності зруйнованих порід навколо підтримуючих виробок. Шахтні випробування розроблених способів показали, що їх застосування дозволяє зменшити зміщення породного контуру виробок у 1,8 рази, а швидкості зміщення з 2 - 5 мм/добу до 0 - 0,1 мм/добу.

  Скачати повний текст

Встановлено закономірності взаємодії з бічними породами щитових кріплень й обгрунтувано їх кінематичні та силові параметри для підвищення технічного рівня й ефективності застосування на пластах із нестійкою покрівлею. Показано, що одним із основних факторів, які обумовлюють ефективність взаємодії кріплення з бічними породами, характер і рівні внутрішньосекційних навантажень, є вигляд і параметри траєкторії руху осі шарніра, що з'єднує перекриття з огородженням. Ця кінематична ознака і силові параметри визначають основні закономірності формування сил тертя за зовнішнім контуром секцій кріплення і внутрішньосекційних навантажень. Встановлено закономірності та особливості формування внутрішньосекційних навантажень і силової взаємодії з бічними породами секцій кріплення з різними виглядами траєкторії осі шарніра. Для кріплень із траєкторією, що має точки перегину, виявлено небезпечні стрибкоподібні зміни сил у системі "кріплення - бокові породи", що негативно впливають на стійкість покрівлі та надійність кріплення. Обгрунтовано метод підвищення технічного рівня щитових кріплень та ефективності їх застосування за умов нестійкої покрівлі.

  Скачати повний текст

Наведено дані досліджень про специфічні умови формування та особливості деформування гірничого масиву біля контуру гірничої виробки, встановлено їх залежність від навантажень рамної конструкції. Запропоновано функцію знеміцнення матеріалу граничної зони та визначено показники ефективного інтервалу варіювання необхідної величини робочого опору та конструктивної піддатливості нового кріплення. Розрахункові значення збігаються з результатами спеціальних шахтних експериментів. На підставі проведених лабораторних експериментів з деформування та руйнування крихкого середовища біля порожнини круглого перерізу за умов нерівнокомпонентного об'ємного стиснення визначено раціональну форму виробки та кріплення. Проаналізовано вплив складових рамного кріплення, замкових з'єднань, міжрамних зв'язків, матеріалу, типу спецпрофілю, як факторів, що забезпечують досягнення наданих параметрів робочої характеристики та їх стабільності. Запропоновано конструктивні та технологічні рішення, реалізовані в експериментальних і дослідних моделях.

  Скачати повний текст

Визначено види руйнувань та деформацій елементів кріплення. Здійснено моделювання виробок, закріплених анкерним кріпленням, на плоскому стенді з застосуванням еквівалентних матеріалів. Розроблено пружнопластичну числову математичну модель анкер - породний масив, що дозволяє встановити закономірності зміни напружено-деформованого стану неоднорідного приконтурного породного масиву. Доведено, що зміна кількості анкерів від 1 до 9 та довжини від 0,5 до 3 м не впливає на розміри зони непружних деформацій навколо виробки в разі закладення її на великих глибинах. Встановлено залежності зміни поперечного перерізу капітальних похилих виробок, пройдених в однорідному та неоднорідному породному масиві, від щільності анкерування та довжини анкерів, що дозволяє обирати раціональні параметри анкерного кріплення. Зроблено висновок, що розрахунковий економічний ефект від реалізації запропонованого методу кріплення виробок на шахті "Алмазна" складе 144 тис. грн.

  Скачати повний текст

Розроблено й обгрунтовано нову методику випробування та послідовного аналізу несучої спроможності анкерного кріплення та дворівневу схему посилення комбінованої охоронної системи за відпрацювання високонавантажених лав. Вперше доведено можливість кількісного оцінювання несучої спроможності анкерного кріплення з величини пластичної деформації анкерного опорного елемента, а також встановлено лінійну залежність між роботою пластичної деформації та величиною самої деформації. Вдосконалено уявлення про несиметричну деформацію перерізу підготовчої виробки, яка підтримується позаду лави в зоні активних зрушень комбінованою охоронною системою та забезпечує прямоточну схему провітрювання. Уточнено залежність роботи опору анкерів від відстані до лави, яка віддаляється й оптимальний діапазон жорсткості анкерного опорного елемента, в якому вона розсіює найбільший об'єм енергії гірського тиску.

  Скачати повний текст

Обгрунтувано параметри забезпечення стійкості гірничих виробок вибуховим розвантаженням порід покрівлі за рахунок керування напруженим станом порід і створення ефективних умов взаємодії кріплення з масивом. Встановлено закономірності формування зони розвантаження навколо виробки. Методом скінченних елементів визначено закономірності розподілу напружень у разі розвантаження, а також закономірності зміни несучої здатності рамного кріплення гірничої виробки за різних схем навантаження залежно від зміни пасивного опору порід.

  Скачати повний текст

Вперше розкрито механізм силової взаємодії елементів системи "заповнювач - металева труба - стінки шпуру", що забезпечує досягнення високоефективного режиму постійного максимального опору трубчастого анкера ТА2 протягом усього періоду його піддатливості за умов роботи в слабких гірських породах. Створено нову методику розрахунку напружено-деформованого стану системи "трубчастий анкер ТА2 - стінки шпуру", що враховує реальну епюру розподілу зсувів породного масиву за довжиною анкера та вплив заповнювача на внутрішню поверхню металевої труби. Вперше сформульовано критерії оптимізації напружено-деформованого стану системи "трубчастий анкер ТА2 - стінки шпуру", на базі яких встановлено взаємозв'язки механічних і геометричних параметрів системи, що забезпечують максимальну реакцію анкера ТА2 у режимі піддатливості. Встановлено закономірності зміни механічних характеристик матеріалу заповнювача, що враховують процентний вміст портландцементу, який розширюється. Визначено залежності щодо вибору раціональних складів суміші, що твердіє, які забезпечують цілісність заповнювача протягом усього періоду роботи анкера ТА2.

  Скачати повний текст

Обгрунтовано параметри способу підвищення стійкості підготовчих виробок для їх повторного використання. За результатами обробки отриманої інформації встановлено закономірності формування несиметричного навантаження на кріплення штреків і визначено його основні параметри. Виконано моделювання виробок з рамно-анкерним кріпленням на плоскому стенді з застосуванням еквівалентних матеріалів. Встановлено, що найбільшу стійкість мають виробки з рамно-анкерним кріпленням, де анкер спрямований вздовж лінії вектора результуючого зовнішнього навантаження у точці, що відповідає куту прикладання цієї сили.

  Скачати повний текст

Виконано дослідження стійкості підготовчих виробок вугільних шахт ДХК "Добропіллявугілля". Розроблено просту методику визначення на стадії проектування виробки статистичних характеристик її коефіцієнта стійкості залежно від міцності порід, які вона перетинає, та способу її проведення. На підставі аналітичних досліджень застосовності різних законів розподілу випадкових величин для опису імовірнісного коефіцієнта стійкості виробки встановлено, що найбільш адекватним у даному випадку є розподіл Вейбулла. Доведено, що стійкість протяжних виробок є функцією імовірнісного показника стійкості та параметра форми розподілу Вейбулла, що дозволило залежно від призначення виробки для заданих гірничо-геологічних умов визначити тип і параметри кріплення, спрогнозувати обсяги ремонтних робіт. Встановлено, що співвідношення капітальних і експлуатаційних витрат, за яких сумарна вартість спорудження та підтримки виробки мінімальна, є нелінійною функцією варіації коефіцієнта стійкості та показника стійкості, що дозволило за умов встановлених параметрів кріплення оцінити вартість ремонтних робіт і вибрати технологію їх виконання. На базі встановлених залежностей розроблено інженерну методику визначення статистичних характеристик коефіцієнта стійкості протяжних гірничих виробок і оцінки вартісних параметрів ремонтних робіт та обгрунтовано технологію їх виконання.

  Скачати повний текст

Встановлено закономірності зміни напружено-деформованого стану неоднорідного породного масиву навколо підготовчої виробки, яка знаходиться в зоні впливу очисних робіт, за умов великих глибин розробки на базі розроблених нових розрахункових систем і алгоритму числового моделювання системи кріплення - захисна конструкція - породний масив. Визначено залежність зміни вертикальної та горизонтальної конвергенції в підготовчих виробках, які знаходяться в зоні впливу очисних робіт за умов великих глибин розробки, від зміцнення порід покрівлі за допомогою анкерного кріплення та зведення в розкісці захисної конструкції із залізобетонних плит. Охарактеризовано закономірності зміни напружено-деформованого стану породного масиву під час проведення комплексу заходів щодо керування приконтурним масивом, який піддається впливу опорного тиску, що дозволило для умов шахти "Шахтарська-Глибока" розробити новий спосіб охорони підготовчих виробок.

  Скачати повний текст

Доведено принципову можливість створення кріплення, здатного подолати негативний вплив гірського тиску. Відзначено, що головним чинником такого кріплення є міцність закріплення анкерної штанги у шпурі. Уперше доведено, що для ефективного застосування анкерів високої несучої здатності міцність їх закріплення повинна мати значення в інтервалі 3 - 5 кН/мм, що зумовлено величиною радіуса породної опори, сформованої навколо анкерної штанги. З'ясовано, що за міцності закріплення анкерної штанги менше, ніж 3 кН/мм анкер не створює навколо себе породну опору, а лише утримує від обвалення зруйновані шари та зв'язує слабкі приконтурні породи. Уперше встановлено кількісні закономірності, які відображають взаємозалежності характеристик породної опори навколо анкера з параметрами анкерної штанги та міцністю її закріплення у шпурі, а також системи окремих порідних опор з параметрами опорного перекриття.

  Скачати повний текст

Обгрунтовано параметри технології зміцнення покрівлі на сполученнях лав з виробками, що повторно використовуються. Проведено аналіз досліджень з питань зміцнення нестійких покрівель. Розглянуто способи охорони прилеглих до них виробок на шахтах Луганщини та Донецької вугільної енергетичної компанії, узагальнено параметри вивалів з покрівлі в лавах і сполученнях лав з виробками. Встановлено залежності деформації покрівлі від потужності пласта, міцності порід і глибини розробки на сполученнях лав з виробками, що повторно використовуються. Числовим методом скінченних елементів встановлено зони втрати стійкості, вивчено вплив засобів зміцнення покрівлі на напружено-деформований стан масиву порід навколо сполучень лав з виробками. Розроблено нову технологію та схеми зміцнення покрівлі на сполученнях лав з виробками, що повторно використовуються й обгрунтовано необхідні параметри технології. Нову схему хімічного анкерування апробовано на шахті "Княгинська" державного підприємства "Донбасантрацит".

  Скачати повний текст

Обгрунтовано параметри технології фізико-хімічного зміцнення покрівлі на протяжних ділянках лав, що базується на закономірностях фільтраційних, сейсмоакустичних, структурно-механічних властивостей порушеного масиву і призначена для підвищення ефективності роботи лав за умов нестійкої покрівлі. Встановлено вплив на тріщинну проникність покрівлі спереду очисного вибою міцності порід, глибини розробки та неоднорідності масиву. Наведено методики розрахунку товщини зміцненого хімічним складом шару покрівлі, необхідного для збереження її стійкості та для розрахунку відстані між анкерами за комбінованого способу зміцнення. Розроблено методику визначення параметрів технології фізико-хімічного зміцнення покрівлі лав.

  Скачати повний текст

Установлено закономірності впливів механічних характеристик у домежовому та позамежовому станах кожного з прилеглих породних шарів вуглевмісної товщі на зміну напружено-деформованого стану системи шаруватий масив - кріплення виїмкової виробки, а також закономірності розвитку переміщень будь-якої точки контура кріплення виробки за нових умов оцінювання її стійкості й експлуатаційної придатності. Обгрунтовано просторову геомеханічну модель зсувів навколо пластової виробки тонкошаруватого масиву слабких порід з урахуванням кінцево-елементної побудови реальних геометричних параметрів рамного кріплення, підп'ятників, затяжки та закріпного простору за відповідних умов їх контакту та реальних механічних характеристик. Модель реалізовано з використанням методу кінцевих елементів на базі сучасних комп'ютерних програм. Створено методику прогнозу переміщень контуру кріплення виїмкової виробки, що враховує структуру порушеної тонкошаруватої вуглевмісної товщі, механічні характеристики її породних шарів і основні конструктивно-технологічні норми безпечної експлуатації.

  Скачати повний текст

Обгрунтовано спосіб забезпечення стійкості капітальних гірничих виробок вугільних шахт з тривалим терміном служби за умов вивалоутворення порід покрівлі з метою зниження матеріалоємності та витрат на підтримку виробок у експлуатаційному стані. Доведено необхідність застосування комплексного підходу до оцінки стану, розробки способу та рекомендацій щодо підвищення тривалої стійкості капітальних гірничих виробок у гірському масиві, який містить системи вертикальних тріщин для розв'язання зазначеної задачі. З використанням натурних, геофізичних і реометричних методів, експертної оцінки, моделювання на еквівалентних матеріалах і числового методу встановлено закономірності зміни напружено-деформованого стану складноструктурного породного масиву навколо капітальних виробок. Обгрунтовано спосіб і розроблено рекомендації щодо підвищення стійкості дренажного квершлагу гор. 708 м шахти "Красноармійська - Західна N 1".

  Скачати повний текст

Уперше розроблено математичну модель системи забутовка - кріплення, що дає змогу визначити мінімальну товщину укладки пружних елементів у разі заповнення ними закріпного простору. Запропоновано коефіцієнт податливості конструкції забутовки та затяжки, що враховує фізичні властивості забутовочного шару та дозволяє збільшити стійкість кріплення за умов використання забутовки з пружних елементів. Установлено, що під час футерування добовими пружними елементами у випускних вікнах виробок скреперної доставки руди швидкість опускання арок кріплення знижується у 2 рази, що дає змогу збільшити податливість рам закріплення з футерівкою лобовини у 2 рази, ніж у рам кріплень без футерівки.

  Скачати повний текст

Встановлено закономірності зміни граничних відносних деформацій, граничних напружень і залишкової міцності зразків порід з просторовим розширенням анкерів у разі узагальненого стискування та розтягування. Визначено особливості руйнування порідно-анкерних конструкцій на прикладі зразків порід з просторовим розміщенням анкерів у ході їх розвантаження. Розроблено механізм деформування та руйнування армопорідної конструкції у разі підтримки підготовчої виробки як за межами, так і в межах зони впливу очисних робіт. Охарактеризовано залежності для визначення наведених параметрів армопорідної конструкції, що споруджується у шаруватому масиві (модуля пружності, модуля зсуву, коефіцієнта Пуасона), що враховують схему просторового армування, технічні параметри анкерування, пружні матеріали анкера та вмісних порід. Розроблено новий, науково-обгрунтований метод розрахунку напружно-деформованого стану порідно-анкерної конструкції, який відрізняється урахуванням спільної роботи анкерів з масивом та закономірності зміни її деформованих параметрів за межею міцності, що дозволяє диференційовано визначити параметри анкерного та посилюючого кріплення. Наведено результати впровадження розроблених способів і рекомендацій.

  Скачати повний текст

Розглянуто питання щодо обгрунтування параметрів і розробки способів підвищення стійкості підземних виробок шляхом утворення армованих породобетонних конструкцій за умов слабометаморфізованих вмісних порід. Розроблено ефективні самонапружуючі будівельні суміші на основі портландцементу з розширювальними домішками фосфогіпсо-вапнистих спіків для тампонажу приконтурних порід, досліджено фізико-механічні властивості тампонажного каменю. Обгрунтувано методику дослідження процесів взаємодії армованих породобетонних конструкцій і базового кріплення за умов шахт Західного Донбасу. Наведно математичні моделі та узагальнений метод розрахунку параметрів напружено-деформованого стану породобетонних конструкцій. Доведено, що анкерне кріплення та тампонаж контуру виробки будівельною сумішшю на основі портландцементу з розширювальними домішками форсфогіпсо-вапнистих спіків в середньому на 58% зменшує переміщення крівлі та боків виробки. Показано, що використання самонапружуючих тампонажних розчинів, застосування анкерного кріплення та нагнітання тампонажного розчину в вертикальні свердловини під тиском до 6 МПа забезпечує перехід приконтурного масиву в режим узагальненого стискання, що суттєво підвищує стійкість виробок.

  Скачати повний текст