Определена надежность подготовительных работ, установлены зависимости влияния основных факторов на надежность и параметры секции панели, разработаны математические модели.

На основании экспериментально-аналитических исследований компрессионных характеристик составных по площади углепородных опор и установленной зависимости оседаний земной поверхности от степени извлечения угля разработана методика определения параметров технологии извлечения предохранительных целиков с закладкой выработанного пространства пологих пластов Донбасса.

Приведены результаты аналитических и экспериментальных исследований по созданию очистного комплекса наклонных пластов. Особое внимание уделено анализу и экспериментальной проверке средств транспортирования угля в лаве наклонного угольного пласта, которые предложены впервые.

Проанализированы влияния рельефа залегания угольных пластов на условия их отработки, складчатости на напряженное состояние горного массива и условия разработки угольных пластов. Описаны методы построения и визуализации рельефа залегания угольных пластов в горном массиве. Рассмотрены вопросы разработки метода моделирования рельефа залегания угольного пласта в горном массиве с учётом его складчатости. Приведена оценка сложности рельефа залегания разрабатываемых угольных пластов.

Приведены рекомендации, определяющие порядок и методику прогнозирования месторасположения аномальных зон природного (тектонического) происхождения при разработке пологих угольных пластов в шахтах Донбасса. Освещены основные принципы и правила, позволяющие осуществлять достоверную эксплуатационную геометризацию разрабатываемых шахтопластов, критерии оценки степени тектонического формоизменения угольного пласта, методические подходы отнесения отдельных участков шахтопластов к категории аномальных природных зон, способы прогнозирования величин разнообразных проявлений горного давления в выработках при ведении горных работ на больших глубинах.

Викладено теоретичні засади створення високоефективних систем транспортування сипучих матеріалів для широкого кола технологічних машин на прикладі шнекових виконавчих органів очисних комбайнів (ШВО ОК) підвищеної навантажувальної здатності. Розглянуто напрями удосконалення, методи та засоби активного вивантаження та транспортування ОК, що передбачають активацію їх робочого процесу шляхом надання додаткового силового впливу на переміщуваний сипучий матеріал. Вирішено комплексну конструкторсько-технологічну задачу підвищення якісних показників ШВО ОК для тонких пластів.

Изложены теоретические основы создания высокоэффективных систем транспортирования сыпучих материалов для широкого круга технологических машин на основе шнековых исполнительных органов очистных комбайнов (ШИО ОК) повышенной погрузочной способности. Рассмотрены направления усовершенствования, методы и средства активной выемки и транспортирования ОК, предусматривающие активацию их рабочего процесса путем оказания дополнительного силового влияния на перемещаемый сыпучий материал. Выполнена комплексная конструкторско-технологическая задача повышения качественных показателей ШИО ОК для тонких пластов.

Наведено сучасні уявлення про формування аномальних зон підвищеного напружено-деформованого стану гірничого масиву (ГМ) природного походження під час розробки положистих вугільних пластів. Висвітлено особливості розробки графічної бази даних для прогнозування геомеханічних умов розробки, а також методу прогнозування рельєфу залягання вугільного пласта в ГМ з урахуванням його складчастості. Розкрито наукові засади регіонального прогнозування місцеросташування плікативно порушених зон у ГМ.

Приведены современные представления о формировании аномальных зон повышенного напряженно-деформированного состояния горного массива (ГМ) природного происхождения при разработке пологих угольных пластов. Освещены особенности разработки графической базы данных для прогнозирования геомеханических условий разработки, а также метода прогнозирования рельефа залегания угольного пласта в ГМ с учетом его складчатости. Раскрыты научные основы регионального прогнозирования месторасположения прикативно нарушенных зон в ГМ.

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.

Встановлено закономірності зрушення земної поверхні над рухомим очисним вибоєм. Розроблено методики геометричного моделювання та аналізу поверхні мульди зрушення над рухомим очисним вибоєм пологого вугільного пласта. Визначено закономірності геометричної будови поверхні мульди зрушення над діючою очисною виробкою. Доведено, що її загальна будова визначається розподілом осідань земної поверхні в особливому перерізі, названим базовим перерізом динамічної мульди. Встановлено закономірності формування профілю мульди у базовому перерізі та поверхні мульди в цілому залежно від умов підробки земної поверхні. Розроблено геометричні схеми мульд зрушення від спільної відробки спарених лав і лав у зближених пластах, що забезпечують найменше деформування земної поверхні та можливість керування процесом її зрушення.

Експериментально досліджено критичний розмір цільного вугільного пласта за різної конфігурації виробленого простору. Установлено, що у разі доробки лав з використанням раніше виробленого простору зі швидкістю 100 м/міс. і більше розмір пласта, за якого відбувається його перша руйнація, залежить від конфігурації оточуючого простору та змінюється у своєму значенні від 0,17 до 0,31 частини глибини розробки. Зазначено, що в момент, коли досягається критичний розмір цільного пласта, відбувається зростання акустичної емісії та збільшується на 18 - 50 % газовиділення з пласту. Виявлено, що після його першого руйнування спостерігається ще від двох до чотирьох аналогічних руйнувань. Однак, підвищення газовиділення має місце тільки після перших двох-трьох руйнувань. Розроблено методику прогнозу критичного розміру цільного вугільного пласта. Запропоновано спосіб зниження додаткового газовиділення. Обгрунтовано раціональне планування очисних робіт, за якого залишається суцільною вугільна смуга вздовж всієї межі регіональної зони розвантаження.

Розвинуто уявлення про закономірності формування напружено-деформованого стану у вуглепородному масиві, зокрема в ньому виділено чотири характерні зони, які розташовано уздовж лінії очисного вибою, симетричні щодо середини лави та є чергуванням 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. Величина цієї області 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

Проведено експериментальні дослідження зсування порід покрівлі у процесі відпрацьовування механізованими комплексами пологих вугільних пластів за різних гірничо-геологічних умов. Встановлено закономірності взаємодії секцій кріплення з породами покрівлі у випадку неоднакової потужності пласту. Під час моделювання геомеханічних процесів очисної виїмки вугілля з використанням методу групового обліку аргументів встановлено явище прискорення зсування порід покрівлі. Зазначено, що закономірності його зміни можна використати для визначення дільниць лав, в яких доцільно застосовувати секції механізованого кріплення з різними силовими параметрами. Здійснено науково-технічне обгрунтування модульного принципу побудови механізованого кріплення в очисних вибоях, за якого його секції проектуються для конкретних гірничо-геологічних умов і мають різні силові параметри, що поліпшує їх взаємодію з породами покрівлі за всією довжиною очисного вибою, підвищує рівень безпечного ведення робіт, знижує трудомісткість у зв'язку з відмовленням від індивідуальних засобів кріплення та керування покрівлею у нішах. Розраховано річний економічний ефект використання модульного принципу побудови механізованого кріплення, який складає 18,5 тис. грн. на один очисний вибій.

З урахуванням існуючої математичної аналогії між зрушенням гірських порід і теплопровідністю розв'язано за методом Фур'є диференціальне рівняння для двошарового масиву "наноси - карбон" і одержано нові аналітичні співвідношення, що характеризують напружено-деформований стан у будь-якій точці породного масиву та земної поверхні на завгодно якій стадії розробки вугільного пласта. У цих співвідношеннях ураховано швидкість переміщення очисного вибою та реологічні властивості порід. Жорсткісні параметри породних шарів визначено за методом граничних елементів з використанням розробленого розрахункового алгоритму, в якому застосовано співвідношення задачі С. Крауча для напівплощини, завдяки чому граничні умови на зовнішньому контурі дослідженої області масиву (на земній поверхні) виконуються автоматично та дискретизуються лише внутрішні контури. За допомогою одержаних аналітичних співвідношень для гірничо-геологічних умов шахт Західного Донбасу визначено показники деформації земної поверхні за умов неповної та повної підробки та проаналізовано напружено-деформований стан порід на горизонталі відробки вугільного пласта. Одержано формули для розрахунку максимальних показників деформації земної поверхні. На основі встановлених закономірностей зміни напружено-деформованого стану масиву у разі відпрацювання вугільного пласта за гірничо-геологічних умов шахт даного регіону розроблено методику визначення раціональних параметрів виймання вугілля під об'єктами, що охороняються.

Надано комплексну кількісну оцінку впливу взаємозалежних параметрів технологічних процесів видобутку вугілля у разі розробки тонких пологих пластів на показники ефективності процесів. Проаналізовано фактори, що роблять домінуючий вплив на техніко-економічні показники виробничої діяльності вугільної шахти. Обгрунтовано параметри технологічних процесів видобутку вугілля на основі комплексної кількісної оцінки. Розроблено та впроваджено на шахтах ДХК "Павлоградвугілля" методику розрахунку та вибору раціональних параметрів технологічних процесів видобутку вугілля у разі розробки тонких пологих пластів. Отримано економічний ефект від впровадження методики.

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 розподіл вертикальних зрушень на горизонті закладення глибинних реперів, як і на земній поверхні, відповідає інтегральній функції нормального розподілення.

Вирішено важливу науково-технічну задачу вибору й обгрунтовано параметри гідросистеми механізованого кріплення з метою підвищення ефективності їх експлуатації на похилих пластах. Досліджено кінематику переміщення секцій механізованого кріплення на зазначених пластах та установлено, що одним з основних чинників, які стримують їх ефективне використання на похилих пластах є недостатня бічна стійкість і забезпеченість спрямованості пересування даних секцій. Розроблено математичну модель гідросистеми секцій механізованого кріплення й алгоритм її реалізації на ПЕОМ. Досліджено динамічні процеси у гідросистемі у разі виконання кріплення операцій технологічного циклу. Розроблено засоби підвищення надійності ефективності роботи механізованого кріплення на похилих пластах. Проведено стендові та шахтні експериментальні дослідження роботи секцій механізованого кріплення підтверджено результати теоретичних досліджень (розбіжність результатів не перевищує 15 %). Застосування запропонованої гідросистеми механізованого кріплення забезпечує його пересування з підпором 15 - 20 кПа. У разі сполучення операцій розвантаження та пересування швидкість кріплення вибою збільшується у середньому на 25 %. Розроблені рекомендації включені до нормативного документа РД42.027-84 "Кріплення механізоване. Розрахунок стійкості".

Розроблено й апробовано новий ефективний спосіб охорони підготовчої виробки смугами змінної жорсткості, що забезпечують її положення у зоні розвантаження. На підставі аналізу напружено-деформованого стану порід навколо підготовчої виробки за комбінованої системи розробки для Чистяково-Сніжнянського геолого-промислового району встановлено лінійні залежності множинної кореляції максимальних вертикальних і горизонтальних деформацій контуру її кріплення від геометричних параметрів охоронних смуг змінної жорсткості. Встановлено особливості взаємодії системи кріплення - бічні породи - охоронні смуги за шахтних умов під час відробки пологих пластів на великих глибинах. Вперше визначено раціональні параметри охорони смуг змінної жорскості, за яких забезпечується розвантаження кріплення підготовчої виробки та симетричний характер розподілу гірського тиску у даної області.

Установлено закономірності зміни напружено-деформованого стану (НДС) породного масиву поблизу відпрацьованого простору лави, що мають місце у разі послідовного застосування комплексу заходів для захисту підготовчої виробки від негативного впливу гірського тиску за умов здимання порід підошви. На підставі результатів візуальних та інструментальних спостережень за проявами гірського тиску у підготовчих виробках шахти "Комсомолець Донбасу", а також математичного моделювання встановлено, що за розглянутих гірничо-геологічних умов зниження стійкості виробок обумовлено інтенсивним підняттям підошви, що дозволяє розробити новий спосіб захисту підготовчої виробки. З використанням фізичного та математичного моделювання деформаційних процесів навколо сполучення лави та штреку встановлено закономірності зміни НДС масиву залежно від характеристик засобів захисту та визначено раціональні параметри нового комплексного способу запобігання негативному впливу гірського тиску у зоні здійснення очисних робіт.

Розглянуто питання обгрунтування раціональних параметрів технологічних схем вузькозахватної виїмки тонких пологих пластів і підвищення ефективності руйнування масиву вугілля шляхом використання потенційних можливостей вибійного обладнання лави та закономірностей його взаємодії з реальним середовищем. Розроблено програму та методику комплексних теоретичних, лабораторних і експериментальних досліджень. Показано, що кінцевою метою випробувань є досягнення ефективної роботи механізованих очисних комплексів обладнання під час виїмки тонких пологих пластів шляхом збільшення коефіцієнта використання проектної ширини захвату виконавчих органів комбайна. Визначено закономірності формування навантажень в системі "вугільний пласт - комбайн - конвейер" у випадку заміни ширини захвату виконавчого органа комбайна, який дозволяє координувати проектні показники очисної виїмки. Розроблено комплекти обладнання зі збільшеною шириною захвату та комбінованим захватом.