Досліджено питання прогнозу малоамплітудних диз'юнктивних і плікативних, що супроводжуються потовщенням пласта, порушень у разі проведення пластових підготовчих виробок. Доведено, що зі зменшенням відстані від вибою виробки до порушення зменшується протяжність розвантаженої зони, а також зростають напруження у порушенні, що обумовлено затисканням вугільного пласта у зоні з різким збільшенням його товщини. Установлено, що за величиною видавлювання пласта у виробку, а також за змінюванням величини приросту максимальних значень початкової швидкості газовиділення в шпур є можливим визначення відстані до порушення, а також амплітуди зміщення (величини потовщення) пласта у цьому порушенні, за наближення до нього вибою виробки на відстань, що не перевищує протяжності розвантаженої зони на непорушеній дільниці пласта.

  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

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

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

Вперше встановлено, що морфометричні анамолії сучасного рельєфу та сполучених вертикальних деформацій (осідань) територій ПРУМ контролюються наявністю в масиві гірських порід різних за кінематикою синтетичних й антитечних зколів Ріделя та успадковують простягання і кут сполучення зон концентрованого розвитку малоамплітудних порушень. Зазначено, що нерівномірний розвиток сучасних деформаційних аномалій земної поверхні обумовлений мозаїчно-блоковою структурою вугленосних відкладів, а морфометричні анамолії сучасного рельєфу та сполучених вертикальних деформацій земної поверхні, які викликані підземною розробкою кам'яного вугілля, контролюються наявністю в масиві гірських порід синтетичних і антитечних зколів Ріделя, утворених у контурі розвитку виявлених регіональних зсувних зон. Вивчено та систематизовано особливості тектонічної порушеності Донецького та Львівсько-Волинського вугільних басейнів. Встановлено, що в зонах активації деформаційних процесів на територіях підземної розробки вугільних родовищ (ПРВР) реактивація фрагментів тектонічних порушень на перетині сполучених правих і лівих зсувних дислокацій визначається не віком й амплітудою тектонічних порушень, а їх кінематичними особливостями й азимутним орієнтуванням в існуючому полі тектонічних напружень.

  Скачати повний текст

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

Вперше встановлені залежності стану сполучень стовбурів від комплексу факторів впливу котрі враховують гірничо-геологічні, геомеханічні, гірничо-технічні умови охорони та підтримання. Вперше встановлено особливості та закономірності деформування масиву гірських порід в районах сполучень стовбурів на глибоких горизонтах за складних геомеханічних умов, а саме: розміри динамічних зон впливу, які утворюються у разі проведення та перекріплювання пристовбурових виробок на ділянках стовбурів стволів глибоких горизонтів за умов нестійких порід.

  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

Розвинуто уявлення стосовно закономірностей формування напружено-деформованого стану в масиві нестійких порід поблизу сполучень лав з виймальними штреками. Уперше розроблено та реалізовано у вигляді обчислювального експерименту тривимірну математичну модель поведінки шаруватого вуглепородного масиву, порушеного сполученням штрек - лава, у пружно-пластичній постановці задачі. Запропоновано новий кількісний критерій оцінки ефективності використання способів і засобів охорони зазначених сполучень в нестійких породах неглибоких шахт. Розроблено геомеханічно обгрунтований спосіб і механізовані засоби, що забезпечують ефективне підтримання покрівлі на сполученнях штрек - лава за умов нестійких порід.

  Скачати повний текст

Досліджено питання прогнозу обвалення важкокерованої покрівлі у лавах пологих пластів Донбасу. Обгрунтовано параметри обвалення важкокерованої покрівлі у цих лавах. Запропоновано новий підхід до розрахунку кроку первинної посадки покрівлі та критерію характеру обвалення порід. Обгрунтовано та встановлено зміну величини опорного тиску залежно від кількості шарів, що входять до області зрушення над виробленим простором, з урахуванням їх кількості та послідовності зрушення. Встановлено залежність руйнівних напружень на верхній і нижній межі породного шару, від кількості шарів, що прогнулися або обвалилися, які беруть участь в області зрушення. Встановлено залежність межового прогону породних шарів покрівлі в області їх зрушення, яка враховує формування руйнівних напружень на межах шарів і вплив довжини лави. Обгрунтовано критерій характеру обвалення безпосередньої та основної покрівлі на момент первинної посадки залежно від типу руйнівних напружень на межах шарів, міцнісних властивостей, потужності та кількості породних шарів, що входять до області зрушення. Встановлено, що для сланцю глинистого та сланцю піскового залежно від потужності породного шару, покрівля може обвалитися дрібними фракціями та великими блоками. Використання результатів досліджень на гірничих підприємствах дозволяє обгрунтовано застосовувати необхідні заходи щодо управління важкокерованою покрівлею, уникнути аварійних ситуацій і підвищити безпеку ведення очисних робіт. Розроблено рекомендації щодо визначення параметрів обвалення на момент первинної посадки безпосередньої та основної покрівлі, які впроваджено на шахті "Красноармійська - Західна N1", "Родинська" та шахті ім. Стаханова, одержано хорошу збіжність прогнозних і фактичних даних з точністю 15 %. Очікуваний економічний ефект для трьох добувних дільниць від впровадження цих заходів становить 1 192,6 тис. грн./р.

  Скачати повний текст

Розвинуто уявлення про закономірності формування напружено-деформованого стану у вуглепородному масиві, зокрема в ньому виділено чотири характерні зони, розташовані уздовж лінії очисного вибою, симетричні щодо середини лави та являють собою чергування зон підвищених і знижених напружень. Показано, що у разі збільшення навантаження на очисний вибій зменшується імовірність вивалоутворення в покрівлі, збільшуються значення максимуму епюри опорного тиску й тиск на лавове кріплення, активізуються процеси здимання порід у лаві. Установлено, що паралельно лінії очисного вибою в покрівлі пласта формується область аномальних напружень, що змінюється за часом, місце розташування та величина якої визначається положенням і швидкістю переміщення робочого органа комбайна. Показано, що зі зростанням навантаження на очисний вибій зона впливу лави на систему кріплення - масив виймальних штреків зменшується, а область бічних порід, підданих конвергенції, збільшується, за цього характер розподілу тиску у покрівлі має два екстремуми: на сполученні лава - штрек і у зоні посадки покрівлі. Одержано новий розв'язок задачі визначення критичного кроку посадки покрівлі в лаві, за яким враховується шаруватість масиву, його структурна неоднорідність та фактор - швидкість оголення масиву.

  Скачати повний текст

Вперше доведено, що процес порушення стійкості схилів на кар'єрах з м'якими розкривними породами пов'язаний з утворенням специфічних областей критичних напружень у схилі, що призводить до виникнення максимальних деформацій та ініціює процес зрушення масиву порід за круглоциліндричною поверхнею ковзання. Розроблено нову гідромеханічну модель, що дозволяє визначити коефіцієнт запасу стійкості схилів кар'єрів з урахуванням складної геологічної структури, вологості розкривних порід і навантажень від гірничо-транспортного устаткування.

  Скачати повний текст

Досліджено проблему забезпечення стійкості виїмкових виробок за інтенсивної відробки вугільних пластів з малоамплітудною диз'юнктивною порушеністю. Установлено закономірності зміни швидкості зміщень порід у зоні тимчасового опорного тиску та зоні інтенсивних зміщень порід від швидкості посування очисного вибою за наявності у покрівлі пласта потужних монолітних пісковиків. Доведено, що величина зміщень порід у виїмкових виробках прямопропорційно залежить від протяжності зони непружних деформацій та відносної міцності порід, які вміщують виробку. Зі зміною швидкості посування очисного вибою з 1,07 до 8,1 м/добу у зоні тимчасового опорного тиску конвергенція порід покрівлі з підошвою збільшується в 1,8 раза, а у зоні інтенсивного зміщення порід - 1,64 раза. Установлено, що за наявності у покрівлі розроблюваного пласта потужних монолітних пісковиків та за відсутності у межах виїмкової дільниці диз'юнктивних порушень попереду зони тимчасового тиску з'являється розвантажена зона. У цій зоні висота виробки збільшується, а над цією зоною піднімається земна поверхня. Установлено, що у разі створення вздовж периметра перетину вироби диз'юнктивним порушенням у зруйнованих породах порушення зміцненого кільця та зміцнених смуг, які поділяють зруйнований масив на клини, зміщення порід зменшуються у 1,7 - 2,4 раза. Розроблено технологічний регламент забезпечення стійкості виїмкових виробок за інтенсивної відробки вугільних пластів, а також рекомендації та технологію забезпечення стійкості виробок за умов малоамплітудної диз'юнктивної порушеності.

  Скачати повний текст

Розроблено методологічні підходи як складові системи геомоніторнигу для виробок за умов великих деформацій приконтурного породного масиву. Розвинуто біфуркаційну модель здимання порід підошви. Запропоновано критерій оціінювання здимання у вигляді критичних зміщень контуру виробки. Досліджено нову деформаційну модель розвитку зміщень породного контуру виробки після її проведення. Обгрунтовано нову фізичну модель формування вивалу за умов можливого утворення значних зон деформацій порід навколо виробок. Запропоновано імовірнісну модель стійкості протяжної виробки, яка передбачає врахування фактора часу для визначення оптимальних витрат на спорудження та забезпечення тривалої стійкості виробок у разі необхідності проведення багаторазових ремонтів. Обгрунтовано нову концепцію управління геомеханічними процесами у протяжних виробках глибоких шахт і запропоновано відповідні способи забезпечення їх стійкості для запобігання катастрофічним і тяжким наслідкам під час будівництва й експлуатації.

  Скачати повний текст

Досліджено проблему збереження стійкості виробок глибоких шахт на різних етапах їх експлуатації. Встановлено, що використання несучої здатності вміщуючих порід є одним з найбільш економічних і технологічно простих методів забезпечення стійкості гірничих виробок. Обгрунтовано нову концепцію забезпечення стійкості гірничих виробок на підставі обліку особливостей перебігу геомеханічних процесів у масиві порід, що вміщує виробки, на різних етапах їх підтримки. Розроблено аналітико-експериментальний метод прогнозу розмірів зони непружних деформацій за часом. Встановлено особливості та закономірності поведінки системи кріплення - масив у разі зміни геомеханічного стану вміщуючого виробки масиву на різних етапах їх експлуатації. Запропоновано нову концепцію застосування анкерного кріплення, в якій анкер розглянуто не як несучу конструкцію кріплення, а як елемент, що змінює структурно-механічні параметри масиву, який вміщує виробку, і перешкоджає його руйнуванню. Розроблено новий спосіб підтримки виробок кріплення - охорона та технологія перекріплювання гірничих виробок.

  Скачати повний текст

Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності і технологічності кріплення вертикальних стовбурів вугільних шахт, які проходять у неоднорідних масивах порід. В роботі розвивається комплексний підхід отримання загальносистемного ефекту від диференційованого вибору кріплення стовбурів та послідовної чи сумісної реалізації регулятивних засобів в системі "кріплення стовбура - неоднорідний породний масив", які сукупно забезпечують демпфірування зміщень, зростання несучої здатності приконтурних порід та кріплення, в результаті чого забезпечується зниження величини і асиметрії навантажень на стовбур та підвищення його стійкості. З врахуванням структурної і міцнісної неоднорідності породного масиву та результатів дослідження закономірностей і особливостей взаємодії системи "кріплення стовбура - масив порід" розроблені науково-технічні принципи вибору і нові конструкції охоронних вантажонесучих систем, які забезпечують довготривалу стійкість шахтних стовбурів в складних гірничо-геологічних умовах. Основні результати роботи знайшли промислове застосування на вугільних шахтах, реалізовані в нормативно-технічних документах.

  Скачати повний текст

Розроблено геомеханічні основи та способи підвищення стійкості комплексу підземних виробок вугільних шахт з використанням закономірностей деформування складноструктурного тріщинуватого породного масиву, що містить штучні порожнини. Впроваджено конструкції рамно-анкерного кріплення для підготовчих виробок, які перебувають під впливом очисних робіт. Для підвищення стійкості камер обгрунтовано можливість їх охорони за допомогою компенсуючих виробок. Рекомендовано нові конструкції фундаментів підіймальних машин, призначених для використання умов здимання підошви. Доведено, що стійкість виробок залежить від кута падіння тріщин і азимута проведення виробки. Обгрунтовано та встановлено геомеханічні закономірності розміщення комплексу виробок вугільних шахт у складноструктурних тріщинуватих масивах.

  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

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

Встановлено геомеханічні закономірності зміни граничних напружених станів складноструктурного порідного масиву, що залягає у покрівлі, під час обробки положистих вугільних пластів за допомогою суцільної системи розробки. Проведено дослідження процесу обвалення порід покрівлі вугільного пласту на моделях з еквівалентних матеріалів. За допомогою комп'ютерного моделювання процесу обвалення складноструктурної покрівлі у лавах простежено зміни НДС для важкообваленої покрівлі положистого вугільного пласту на основі методу скінчених елементів. На підставі аналізу натурних, лабораторних та аналітичних досліджень запропоновано трьохстадійну модель обвалення порід покрівлі положистих вугільних шарів, що дозволяє для конкретних гірничо-геологічних умов прогнозувати основні параметри процесу руйнування породного масиву під час пересування лави. На основі встановлених закономірностей прогнозування та одержаних формул для величин генерального та сталого обвалень розроблено номограму.

  Скачати повний текст