Представлен справочный материал по горногеологическим условиям залегания угольных пластов Центрального района Донбасса, дополненный данными исследований авторов. Приведены общие методики исследования физико-механических свойств горных пород и углей, параметров проявлений горного давления в очистных и подготовительных выработках. Даны общепринятые представления о природе горного давления, процессах деформации и сдвижения горного массива при подземной разработке крутых угольных пластов. Основное внимание уделено вопросам исследования параметров горного давления и способов предотвращения его опасных проявлений в очистных и подготовительных выработках.

Висвітлено питання запобігання шкідливим проявам газодинамічних явищ на вугільних пластах шляхом підвищення ефективності їх захисту, особливо у разі щитової виїмки. Описано інженерні способи та методи підвищення ефективності застосування дії захисних пластів шляхом штучної дегазації зближених свердловин. Запропоновано збільшити ефективність щитової виїмки за рахунок зволоження вугільного масиву водяними розчинами поверхнево-активних речовин.

Приведены результаты математического моделирования движения комбайна в почвоуступном забое. Получены основные механические характеристики его режущей части, которые использованы при создании серийной машины, не имеющей аналогов в угольном машиностроении.

Приведены сведения о горногеологических и горно-технических условиях, особенностях разработки крутых и крутонаклонных угольных пластов, состояние подготовительных выработок шахт Центрального района Донбасса, а также результаты практических и экспериментальных исследований проявлений горного давления в выработках. Представлены технические и технологические решения по поддержанию и охране подготовительных выработок, направленные на улучшение их состояния в условиях больших глубин разработки. Отражены методические аспекты составления паспортов поддержания и охраны подготовительных выработок с использованием компьютерной техники.

Приведены сведения о произошедших за последние 15 лет газодинамических явлениях при разработке в Центральном районе Донбасса выбросоопасных пластов и охарактеризовано их распределение по газодинамической активности. Изложены результаты исследований закономерностей проявлений горного давления и влияния технологических процессов на выбросоопасность, касающихся аспектов смещения боковых пород в плоскости пласта и призабойной части угольного массива, их напряженно-деформированного состояния, газовой динамики и др.

Приведены схемы вскрытия и подготовки шахтных полей и системы разработки крутых и наклонных угольных пластов Донбасса, условия их залегания, способы и средства крепления и управления горным давлением, технологические схемы очистной выемки, проведения и поддержания горных выработок. Содержатся сведения о конструкциях и выборе параметров крепей и горных машин для очистных и подготовительных выработок при использовании электро- и пневмоэнергии. Изложены методы борьбы с внезапными выбросами угля и газа, нормализации тепловых условий газового и пылевого режимов.

Описаны общие положения проектирования систем угольных шахт. Освещены математические основы их проектирования. Рассмотрены современные тенденции проектирования технологических систем угольной шахты, транспортировки грузов в подземных условиях, мероприятия по оставлению породы в шахте и борьбы с газодинамическими явлениями. Даны рекомендации по проектированию систем вентиляции, освещены некоторые вопросы проектирования технологического комплекса поверхности шахт.

Освещены горно-геологические особенности шахт, разрабатывающих крутые пласты. Рассмотрены вопросы состояния шахтного фонда Центрального района Донбасса. Приведены современные технологические решения по вскрытию и подготовке глубоких горизонтов, а также выполнена технико-экономическая оценка приведенных вариантов. Даны рекомендации по регулированию климатических условий в горных выработках глубоких горизонтов и шахт.

Освещена сложная горнотехническая проблема - отработка пластов с высыпающими углями. Рассмотрены особенности разработки пластов на шахтах Центрального района Донбасса, определены горнотехнические условия разработки крутопадающих пластов. Предложен методический подход к разработке безопасной технологии отработки пластов, опасных и склонных к внезапным обрушениям угля.

Приведены результаты исследований влияния последствий закрытия угольных шахт на состояние горного массива и территории горного отвода шахт. Впервые рассмотрен механизм активизации геомеханических процессов в горном массиве при мокрой консервации шахт и описаны случаи активации процессов сдвижения горных пород над выработками малой глубины заложения. Приведена общая характеристика геологических и горнотехнических условий угольных шахт центрального района Донбасса. Предложена методика выполнения экспериментальных исследований параметров проявлений горного давления при отработке крутых пластов. Освещены особенности исследования параметров проявлений горного давления в вентиляционных и углеспусковых выработках при щитовой обработке в условиях влияния геологических нарушений.

Описаны рациональные схемы вскрытия и подготовки шахтных полей в условиях шахт, разрабатывающих крутые угольные пласты (КУП) Донбасса. Рассмотрены схемы подготовки на горизонтах, системы разработки, прогрессивные технологические схемы ведения очистных и подготовительных работ при различных горно-геологических условиях залегания КУП. Освещены вопросы расположения выработок на откаточном и вентиляционном горизонтах. Приведены методы выбора оптимальных параметров схем вскрытия, подготовки и систем разработки КУП региона на больших глубинах. Обосновано повышение эффективности работы шахт Центрального района Донбасса на перспективу.

Вирішена актуальна науково-технічна задача - обгрунтований та розроблений спосіб охорони печей щитових агрегатів, який базується на урахуванні процесів, що відбуваються біля виробки при відробці пласта, а також зміні властивостей пласта та тиску газу в ньому при відробці суміжних пластів. В основі способу - активне управління станом гірничого масиву при відробці вугільного пласта водяними розчинами поверхнево-активних речовин (ПАР). Експериментальна перевірка способу дозволила підтвердити його ефективність та відповідність його параметрів гірничогеологічним умовам.

Містяться теоретичні та експериментальні дослідження умов максимального ефекту випереджаючої відробки суміжних пластів. По результатам досліджень був розроблений інженерний метод розрахунку параметрів захисних зон, дозволяючий збільшити їх нормативні розміри для підвищення ефективності розробки світ вугільних пластів: вперше пропонується диференційований підхід по визначенню розмірів захищених зон в залежності від глибини переводу пласта в категорію небезпечних по раптовим викидам вугілля і газу.

Обгрунтовано параметри гідроімпульсної установки для проведення нарізних робіт на крутих пластах імпульсним струменем рідини за тиску 24 - 26 МПа. За цього буріння свердловини проведено до глибини 120 - 150 м. Вивчено вплив шару зруйнованого вугілля, що перебуває між вибоєм свердловини та гідроімпульсною установкою, на процес проходження свердловини та закономірності руйнування вугільного масиву гідроімпульсною установкою. Визначено зміни динамічного тиску імпульсного струменя залежно від товщини вугільного шару перед генератором імпульсів і розраховано раціональні параметри гідроімпульсної установки, а саме: тиск, частоту, крок руйнування вугілля та кут повороту насадок. Розміри діаметрів насадок установки, що рекомендуються для проведення нарізних робіт мають значення 10 і 12 мм. Рекомендовано максимальний шар зруйнованого вугілля перед насадками бурової гідроімпульсної установки під час проведення нарізних робіт, який не повинен перевищувати 0,5 м. Установлено характер руйнування вугілля імпульсним струменем та визначено параметри відколів - середню довжину, швидкість відколів залежно від кількості імпульсів струменя.

  Скачати повний текст

Розроблено методичні засади визначення параметрів зон зсунення гірських порід під час виймання крутих вугільних пластів з використанням різних способів керування покрівлею, що дозволяє прогнозувати вплив підроблення на стан земної поверхні та гірського масиву й обгрунтовано прийняття рішень щодо технології розробки, охорони об'єктів і природного середовища. На підставі узагальнення результатів інструментальних спостережень за процесом зсунення гірських порід і земної поверхні під час виймання крутих пластів встановлено, що у разі управління покрівлею повним обваленням над покрівлею вийнятого пласта утворюється купол (порожнина), який істотно впливає на параметри зсунення. За даних умов виявлено зсунення гірських порід по нормалі до вийнятого пласта та їх ковзання по нашаруванню. Встановлено, що динамічна мульда зсунення масиву гірських порід під час виймання вугілля крутих пластів смугами за падінням розвивається динамічно у випадку зниження рівня вибою та циклічно за простяганням. Зазначено, що у разі виїмки лавами динамічна мульда розвивається за простяганням. Встановлено різницю у геомеханічних процесах за умов використання даних схем виїмки вугілля. Розроблено математичну модель зсунення гірських порід і земної поверхні за умов виймання крутих вугільних пластів шахтами Центрального району Донбасу. Показано, що у разі виймання крутих вугільних пластів осідання в площині нашарування задовільно описуються інтегральною функцією Гаусса.

Розроблено технологічні параметри та силові характеристики обладнання для розробки крутих викидонебезпечних пластів гідроімпульсними установками, що спрямовано переміщуються вздовж вибою лави на відміну від раніше застосовуваних стаціонарних установок. Теоретично встановлено та експериментально підтверджено, що максимум зони опорного тиску за нової технології розташовується на відстані в 1,5 - 2,0 рази далі в глибині вугільного пласта, ніж за умов комбайнової виїмки. Зазначено, що у цьому разі зменшується ймовірність розв'язання газодинамічних явищ. Одержано графоаналітичні залежності для визначення ширини відбивної стружки вугілля від гірничо-геологічних умов залягання пласта та технологічних параметрів очисного вибою.

Дисертацію присвячено вирішенню актуальної для вугільної промисловості України проблеми - розширенню механізованого видобутку вугілля з крутих і крутопохилих пластів. Розроблено й обгрунтовано параметри технології механізованої виїмки крутопохилих вугільних пластів у підошвоуступному вибої з застосуванням очисних комбайнів, які працюють за технологічною схемою "зверху - вниз" вузькими смугами (до 1 м). Доцільність запропонованих параметрів виїмки полягає у підвищенні ефективності і безпеки робіт в очисному вибої з комбайновою виїмкою вугілля.

Визначено, що тиск імпульсного струменя обумовлюється міцнісними параметрами пласта, що руйнується - зі збільшенням опірності вугілля різанню тиск імпульсного струменя зростає за залежністю, близькою до лінійної, у разі зміни опірності пласта різанню від 50 до 150 кН/м. Установлено, що тиск, необхідний для руйнування пласта, є нестаціонарною випадковою функцією, характер якої обумовлений випадковим характером опору вугілля різанню та довжини відколу масиву. Виявлено, що втрати енергії імпульсного струменя під час проходження його через шар зруйнованого вугілля змінюються за лінійним законом за товщини шару вугілля між насадками генератора та вибоєм до 0,6 м та за нелінійним (близьким до параболічного) - за товщини цього шару понад 0,6 м. Уперше виявлено втрати енергії імпульсного струменя під час проходження його через шар зруйнованого вугілля та надано їх аналітичні описи. Установлено, що руйнування масиву вугілля імпульсним струменем відбувається відколами, число відколів за умов дії одного імпульсу струменя залежить від глибини воронки та змінюється від 8 до 17; одержано параметри відколів у разі руйнування масиву вугілля імпульсним струменем. Визначено, що середня довжина відколу за числа імпульсів по окремій воронці, що перевищує три, зменшується більше, ніж удвічі.

Проаналізовано стан аеродинамічних параметрів деформованих порід міжпластя та ендогенної пожежної небезпеки світи зближених крутих пластів. Експериментально доведено, що структура вугленосних масивів, закономірності зрушення підроблених і нароблених масивів порід, утворення та поширення зони тріщин, утворення зони водо- і газопровідних тріщин, закономірності газовиділення та повітропроникнення мають фрактальний характер. Досліджено аеротермодинамічні процеси у вироблених просторах під час відробки світи зближених крутих пластів унаслідок утворення аеродинамічних зв'язків через деформовані породи міжпластя. На підставі виконаних досліджень обгрунтовано технологію відпрацьовування вугільних пластів, вибір технічних засобів і вентиляційних режимів, групування пластів і черговість їх відпрацьовування, що забезпечує пожежобезпечне відпрацьовування світи зближених крутих пластів.