Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геомеханическое обоснование рационального расположения подрабатываемых выработок при разработке сближенных пластов Прокопьевско-Киселёвского месторождения

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Геомеханическое обоснование рационального расположения подрабатываемых выработок при разработке сближенных пластов Прокопьевско-Киселёвского месторождения"

И^ара§ах рукописи

КОВАЛЕВ Николай Борисович

ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ РАЗРАБОТКЕ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ ПРОКОПЬЕВСКО-КИСЕЛЁВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Специальность 25.00.22 Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

2 3 ПГН 7015

Тула 2015

005562534

005562534

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор МЕЛЬНИК Владимир Васильевич.

Официальные оппоненты:

КАЗАНИН Олег Иванович, доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО "Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»/ декан горного факультета;

ОПРУК Глеб Юрьевич, кандидат технических наук, ФГБУН Институт угля Сибирского отделения Российской академии наук/ ведущий технолог.

Ведущее предприятие: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет", г. Новокузнецк.

Защита диссертации состоится « /У » 2015 г. в {б00

часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.09 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 90, 6-й уч. корпус, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации, просим высылать по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92, Ученый совет ТулГУ, факс: (4872) 35-81-81.

Автореферат разослан » г.

Учёный секретарь /

диссертационного совета Стась Галина Викторовна

о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В Прокопьевско-Киселёвском месторождении Кузбасса около 65 % угольных пластов разделены породными целиками мощностью не более 30 м, а также находятся в синклинальных складках. В условиях разработки свит пластов и пластов в синклинальных складках практически невозможно избежать вредного влияния подработки выработок.

Обеспечение устойчивости вскрывающих и оконтуривающих выработок в течение всего срока службы является одним из важных условий стабильной и эффективной работы угольных предприятий.

В этой связи на шахтах Прокопьевско-Киселёвского района применяется, в основном, нисходящий порядок отработки пластов в свите.

В некоторых случаях (около 10-15 %) применяется восходящий порядок отработки пластов в свитах, вызываемый необходимостью осушения вышележащих пород при значительной их обводненности, а также с целью их разупрочнения для снижения динамических нагрузок на крепи. Первоочередная отработка нижележащих слоев вызвана также необходимостью повышения концентрации горных работ, выемки нижележащих пластов как защитных или как более производительных и т.д.

В указанных случаях и при отработке синклинальных складок для снижения вредного влияния подработки необходимо установление рационального места расположения выработок, проводимых и поддерживаемых в подработанном массиве.

Таким образом, количественная оценка проявлений горного давления в подрабатываемых выработках, связанная с установлением характера и параметров смещения горных пород и перераспределения горного давления является актуальной задачей, как в научном, так и в практическом плане.

Целью работы является уточнение закономерностей проявления горного давления для разработки технических решений по совершенствованию проведения и поддержания подрабатываемых выработок при разработке сближенных пластов и пластов в синклинальных складках Прокопьевско-Киселевского месторождения.

Идея работы заключается в выявлении характера и параметров смещения горных пород и их использовании для повышения устойчивости подрабатываемых выработок в течение всего срока службы.

Задачи исследований.

1. Анализ технологий выемки угля сближенных пластов и пластов в синклинальных складках, а также проведения и поддержания подготовительных выработок

2. Разработать требования к устройству (модели?) для имитации выемки угля из пластов в синклинальных складках

3. Изучить влияние основных горно-геологических и горнотехнических факторов на геомеханические процессы, происходящие в угле-породных массивах подрабатываемых выработок на моделях

4. Разработать предложения к технологии проведения и поддержания подготовительных выработок при разработке сближенных пластов

5. Разработать предложения по визуальному систематическому контролю за состоянием подготовительных выработок

6. Разработать предложения к технологии проведения и поддержания подготовительных выработок при разработке пластов в синклинальных складках

Методы исследований. Поставленные задачи решались комплексным методом, включающим анализ и обобщение опыта и научных достижений по рассматриваемым вопросам; исследования проявлений горного давления в шахтных и лабораторных условиях; на моделях из оптически чувствительных материалов и материалов-эквивалентов; натурные исследования при проведении и креплении горных выработок на шахтах г. Прокопьевска и Киселевска; лабораторные исследования физико-механических характеристик образцов горных пород.

Научные положения, выносимые на защиту:

- при отработке синклинальных складок управление горным давлением в крутой части синклинали следует осуществлять перепуском принудительно обрушенных пород, а в замковой части следует оставлять охранный целик для предотвращения разрушения выработок и предотвращения перемещения зон геологических нарушений;

- проведение подготовительных выработок в нижнем подэтаже крутой части синклинали следует осуществлять под защитой охранного целика после принудительного обрушения кровли в верхнем подэтаже;

- проведение подрабатываемых горных выработок следует планировать в соответствии с разработанными методами определения протяженности зон деформирования подработанных пород, оказывающих влияние на устойчивость выработок;

- значения коэффициента уменьшения смещений нелинейно зависят от плотности анкерования и длины используемых анкеров.

Достоверность научных положений выводов и рекомендаций обоснована: представительным объемом натурных исследований (64 наблюдательных пунктах с дополнительным проведением визуальных и инструментальных наблюдений на подрабатываемых выработках 9-ти шахт Прокопьевско-Киселёвского месторождения в течении длительного времени (от 6-ти месяцев до 3-х лет), исследованиями на моделях из оптически чувствительных материалов и эквивалентных материалов, проверкой прочностных характеристик угля и вмещающих пород в шахтных и в лабораторных условиях (испытано более 400 образцов), ,апробацией разработанных рекомендаций на шахтах Прокопьевско- Киселевского месторождения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана схема сдвижения и перераспределения горного давления в подработанном массиве, на основании которой построена номограмма и график для определения протяженности зон деформирования;

- приведена физическая модель формирования запредельных характеристик разрушаемых образцов угля и пород Прокопьевско-Киселёвского района;

- установлен характер перераспределения горного давления при отработке синклинальных складок в зависимости от способа управления горным давлением;

- установлены величины протяженности зон опорного давления (1„р) при отработке сближенных пластов в зависимости от основных влияющих факторов.

Практическая значимость работы:

- обоснованы и разработаны конструкции плоской модели для исследования горного давления и его влияния на состояние подготовительных выработок пластов в синклинальных складках;

- установлены горно-технологические факторы, влияющие на геомеханические процессы и горное давление в подрабатываемых выработках;

- разработаны и внедрены способы визуального контроля натяжения анкеров и смещения пород на контуре выработок в течение всего срока службы;

- разработаны и внедрены рекомендации по поэтапной отработке синклинальных складок с учетом выявленного характера перераспределения горного давления.

Личный вклад автора. Сформулированы цель и задачи исследований. Участие в составление методик и в проведении лабораторных и шахтных исследований. Обобщены результаты исследований, сформулированы основные научные положения и выводы.

Реализация работы. Результаты исследований по совместному применению анкерной крепи и металлической рамной крепи (КМП-АЗ) внедряли в откаточных штреках на пл. I-IV Внутренний шахты № 12 ОАО «Киселёвскуголь». Узел податливости анкерной крепи внедрен в ОАО «Шахта Дальние горы» на пл. IV Внутреннем с квершлага №5 гор. +180 м на конвейерном и вентиляционном штреках и на сопряжениях с лавой №29. Результаты исследований включены в «Инструкцию по расчету и применению анкерной крепи на шахтах ООО НПО «ПРОКОПЬЕВСКУГОЛЬ» и в «Рекомендации по систематическому визуальному контролю за работой анкерной крепи». Номограмма и график для определения протяженности зоны деформирования подработанных пород использовались при первоочередной отработке нижележащего пласта I Внутреннего на шахте №12 УК «Киселёвскуголь». Расчёт ожидаемых смещений на контуре подрабатываемых выработок использовали на шахте «Краснокаменская».

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили одобрение на научно-технических совещаниях УК «Киселёвскуголь» (2000-2002), на научных семинарах кафедры технологии и комплексной механизации горных работ СибГМА (Новокузнецк, 2000 г) и кафедры технологии, механизации и организации подземной добычи угля КузГТУ (Кемерово, 2001 г), на конференции «Вопросы повышения безопасности горных работ на шахтах» в г. Прокопьевске, на V международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождение полезных ископаемых (г.Новокузнецк 2000 г.)

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 16 печатных работах, из них 5 в изданиях Перечня, рекомендованного ВАК Минобрнауки России, получено 2 патента на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы из 98 наименований, содержит 130 страниц текста, 35 рисунков и 14 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены особенности разработки крутых и крутонаклонных пластов Прокопьевско-Киселёвского месторождения Кузбасса, включающие залегание пластов в свитах с высокой степенью сближенности. В этой связи проведен анализ исследований по установлению высоты зоны обрушения и трещиноватости в кровле и почве пласта. Анализ исследований К.А. Ардашева, С.Г. Авершина, В.Ф. Абрамова, A.A. Борисова, В.Н. Барановского, Н.П. Бажина, Г.И. Грицко, В.Т. Глушко, Т.Ф. Горбачёва, П.В. Егорова, Е.Д. Жарикова, JI.A. Западинского, Н.И. Куксова, Е.В. Куняева, В.К. Капралова, С.Т. Кузнецова, О.И. Мельникова, B.JI. Мурашова, H.A. Петухова, В.П. Слободняк, К.В. Стрельникова, В.Д. Слесарева, В.В. Проскурина, В.М. Шика, И.А. Шалаурова и др. рассмотренных работ позволил сделать общие выводы:

- геомеханические процессы сдвижений пород при разработке свит из двух и более пластов изучены в меньшей степени, чем при отработке одиночного пласта;

-высота зоны обрушения в кровле пласта не превышает 1-3 мощностей пласта;

- высота зоны трещиноватости распространяется от пласта в сторону кровли на расстояние 5-12 м;

- закладка выработанного пространства уменьшает высоту зоны трещиноватости в 4-8 раз по сравнению с системами с обрушением;

- в почве разрабатываемого пласта обрушение может происходить при углах падения более 65° на величину 2-4 м, а трещиноватость на 6-8 м;

- смещение пород на контуре подрабатываемых выработок зависит в основном от прочностных свойств пород междупластья чем прочнее породы, тем меньше смещения;

- в рассмотренных аналитических решениях по определению величин зон обрушений и трещиноватости не учитывается направление подвигания очистного забоя (восстание, падение, простирание) и время обнажения пород кровли.

На основании проведенного анализа сформулированы изложенные выше задачи исследований. Их последовательное решение определяет структуру работы.

Вторая глава посвящена исследованиям в лабораторных условиях физико-механических характеристик образцов угля и пород при объёмном сжатии, поэтапной отработке очистных забоев на моделях из оптически чувствительных материалов и эквивалентных материалов, а также испытаниям новых узлов податливости анкеров.

На основании испытаний образцов (диаметром 42-44 мм) в камере запредельного деформирования БВ-21 были получены полные диаграммы деформирования горных пород. Испытания образцов производили при задании бокового давления ц = огшп= 0; 5; 10 МПа.

Анализ полученных результатов показал , что при задании бокового давления д = 5МПа предел прочности угля ссж. (по сравнению с пределом прочности при одноосном сжатии, боковой распор д - 0) возрастает с 13 до 16 МПа. При ц = 10 МПа предел прочности составляет осж.= 20 МПа. Остаточная ПрОЧНОСТЬ Оос! = 14МПа, а длительная прочность Стдлит=15,8 и 19,8 МПа, соответственно при д - 5 и 10 МПа. При этом с ростом боковых нагрузок выполаживается модуль спада, а модуль деформации становится круче. Аналогично выглядят характеристики песчаника.

Анализ проведенных испытаний показывает, что физико-механические характеристики пород значительно отличаются. Наличие бокового давления (имитация глубины) увеличивает сопротивление образца на сжатие в 1,5-1,8 раза при уменьшении угла внутреннего трения и при увеличении сцепления. На основании полученных результатов составлены таблицы для угля и пород Прокопьевско-Киселевского района.

Анализ исследований на моделях из оптически чувствительных материалов позволил сделать следующие выводы:

1. Наибольшие касательные напряжения находятся в верхней и нижней частях подэтажа.

2. Максимальные касательные напряжения в межгоризонтном целике возникают в краевых частях очистного забоя, при этом их максимум находится на сечении, проведенном по линии падения пласта через центр очистных забоев.

3. После протекания указанных процессов на основании поэтапной расшифровки изохром-, изоклин, изостат характер возмущения поля напряжений значительно упрощается, но в развитии этот процесс практически не исследовался на моделях из оптически чувствительных материалов.

Наибольшую достоверность представляют исследования, проводимые на плоских моделях из эквивалентных материалов для имитации отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки.

По результатам отработки модели можно сделать выводы:

■ выявлен характер расслоения кровли, а также величины ее смещения в крутой и пологой частях синклинальной складки;

■ установлены зоны формирования повышенного горного давления и определен максимальный коэффициент концентрации напряжений, равный 2,61;

■ максимальное смещение кровли зафиксировано в пологой части синклинальной складки, оно составляет 225 мм (в натуре);

■ при управлении горным давлением в нижнем подэтаже крутой части складки перепуском обрушенных пород, выполняющих роль закладочного массива, представляется возможным практически предотвратить перемещение подработанных пород, включая зону геологического нарушения, чего не удавалось избежать при отработке без перепуска обрушенных пород и без оставления предохранительных целиков.

На основании лабораторных и шахтных испытаний разработано техническое решение и получен патент на полезную модель для контроля срыва замка анкера в шпуре. Анкер (рисунок 1) для крепления горных выработок включает замок 1, соединенный с головной частью стержня 2, опорную плиту 3 и узел податливости с пружиной 5 снабжен средствами поэтапной сигнальной индикации в виде полосок из светоотражающего материала 4.

Рисунок 1 - Устройство для визуального контроля замка анкера

На рисунке 2 а представлен общий вид анкера в исходном положении до срыва замка и начала движения стержня по шпуру, а на рисунке 26 - работа анкера после срыва замка и движении стержня по шпуру с

поэтапной индикацией степени опасности при смещении, меньшем, чем предельное смещение. Анкер работает следующим образом: после закрепления в шпуре замком 1 головной части стержня 2 и в дальнейшем, при отсутствии срыва замка 1 в шпуре, конусная пружина 5 сжата между опорной плитой 3 и массивом горных пород. Узел податливости находится в состоянии, когда средства поэтапной индикации в виде полосок 4 из светоотражающего материала заправлены под верхнее основание пружины 5, экспонируется только небольшая часть их поверхности.

В случае срыва замка 1 в шпуре и начала движения стержня 2 (при смещении замка от начального положения I < 1„ре() ) конусная пружина 5 начинает разжиматься в зазоре между опорной плитой 3 и массивом горных пород (равном / ). Экспонирующиеся поверхности полосок 4 из светоотражающего материала выполнены с возможностью индикации по мере вытягивания различной степени опасности при движении стержня 2 после срыва замка 1 по шпуру, Например, 40, 70, и 90 % от предельного смещения замка 1пре() могут соответствовать

последовательно вытягивающиеся из-под основания конусной пружины и экспонирующиеся участки поверхности полосок 4 разных цветов опасности, видимые наблюдателю. Узел податливости анкерной крепи внедрен в ОАО «Шахта Дальние горы»

В третьей главе изложены результаты шахтных исследований по установлению качественных и количественных показателей проявлений горного давления в свитах сближенных пластов в подрабатываемых углепородных массивах на примере шахт «Коксовая» и шахты №12.

На рисунке 2 представлены относительные деформации вмещающих квершлаг пород по нормали к напластованию в зависимости от места положений линий очистных забоев лав №1 и №2 относительно замерных пунктов (зп №2, 3, 4). На зп1 относительные деформации песчаника практически отсутствуют.

Из рисунка 2 видно, что деформации на всех замерных пунктах примерно одинаковы и составляют (Б-^-Ю-4 при подходе к замерным пунктам 2, 3, 4 лавы №1 на 50 м и лавы №2 на 62 м, в дальнейшем, при приближении к замерным пунктам верхней лавы на 39 м, а нижней на 52 м деформации на замерном пункте № 2 резко возрастают и достигают величины 48"10"4, а деформации на замерных пунктах №3, 4 увеличиваются незначительно и плавно достигают величины 26'1 О*4 и 3010"4 при подходе верхней лавы к створу с замерными

пунктами, а нижней на 29 м до замерных пунктов. При этом на замерном пункте №2 относительные деформации практически достигают максимума и составляют 104-10"4 . При дальнейшем подвигании линий очистных забоев за замерные пункты на 56 и 44 м относительные деформации практически стабилизируются, за исключением замерного пункта № 2, где деформации возрастают до величины 120 10"4. Причём на замерном пункте № 2 при подвигании лав за его створ отмечается спад относительных деформаций, что свидетельствует о наличии деформации растяжения (разгрузки).

Таким образом, можно констатировать, что зафиксированные деформации были в пределах упругого деформирования пород, что не приводило к их разрушению.

Контроль вертикальных смещений на замерных пунктах 1,2,3,4 показал, что незначительные смещения (3-10 мм) зафиксированы на всех замерных пунктах до начала ведения очистных работ. Смещения возрастают до 20-34 мм при подходе верхней лавы к створу с замерными пунктами, а нижней лавы - при подходе её на 40 м. В дальнейшем, при подходе нижней лавы к створу с замерными пунктами вертикальные смещения контурных реперов на замерных пунктах №3 и №4 достигают 22 и 26 мм соответственно, а на замерных пунктах №1 и №2-5 и мм. В дальнейшем, при подвигании лав №1 и №2 за створ замерных пунктов вертикальные смещения достигают 30 и 35 мм на замерных пунктах №3 и №4 соответственно, а на замерных пунктах №1 и №2 смещения достигают 97 и 114 мм соответственно.

с-К)4

Рисунок 2 - Деформации пород по нормали к напластованию

Анализ результатов показывает, что смещения пород на контуре квершлага не превысили 114 мм, что в 1,7-2 раза ниже расчётных данных по нормативным документам, т.е. можно вносить поправочный коэффициент К}= 0,6 - 0,7.

Таким образом, можно заключить, что на пластах с углами падения 65° и выше подработка выработок вышележащего пласта очистными работами нижележащего пласта возможна при кратности подработки более 10, управлении горным давлением перепуском пород с вышележащих подэтажей (горизонтов) при условии, что кровля вышележащего пласта не разрушается крупными блоками.

Исследования проведенные при совместном применении металлической рамной крепи (КМП-А9) и анкерной крепи (ШК-1м, 1 = 1,8 м) на откаточном штреке пл. IV Внутренний (ш = 7,2-8,0 м, а = 55-70°) на шахте №12 (с плотностью упрочнения пород 1- 6 анк/м) следует пользоваться коэффициентом уменьшения смещения Ко = 1-0,48. Длина анкеров, с целью закрепления замков за пределами зон интенсивного разрушения и смещения пород, должно увеличиваться до 4,0-4,5 м.

На основании проведенных шахтных исследований сделаны следующие выводы:

1. Применительно к конкретным горно-геологическим и горнотехническим условиям, характерным для шахт Прокопьевско-Киселёвского района показана возможность подработки выработок вышележащих пластов в целях осушения обводненных пород, защиты от газодинамических проявлений горного давления, разупрочнения труднообрушаемых кровель при кратности подработки более 3,5 и снижения нагрузок на крепь.

2. Представлены исследования проявлений горного давления в подрабатываемых выработках при подвигании подрабатывающего очистного забоя при управлении горным давлением закладкой и обрушением выработанного пространства. Анализ представленных результатов позволяет определить качественную картину и количественные параметры перераспределения горного давления, включая различие в проявлении смещений пород и в характере формировании зон трещиноватости и обрушений.

3. Получены конечные параметры проявлений горного давления в подрабатываемых выработках, включающие:

- протяженность зон повышенного горного давления впереди очистного забоя (10...70 м);

- протяженность зон повышенного горного давления позади очистного забоя (6-100 м);

- конвергенция пород в направлении кровля-почва (20...600 мм) и в направлении бортов выработки (22...400 мм).

В четвертой главе описана схема к выбору места расположения подрабатываемой выработки, схема совместного ведения горных работ при столбовой системе разработки (ДСО) в восходящем порядке, расчетная схема сдвижения и перераспределения горного давления в подработанном массиве, и номограмма для определения протяженности зоны деформирования пород впереди подрабатывающего очистного забоя. Также приведены зависимости протяженности зоны опорного давления (1пр) от основных влияющих факторов: глубины расположения выработок, мощности пласта, прочности угля, структуры и типа пород основной кровли, угла падения пласта.

Смещение пород на контуре выработки, закрепленных металлической и анкерной крепью определяется по формуле:

где £/,. - смещение пород на контуре выработки, закрепленных металлической и анкерной крепью, мм; [/0 - смещения пород на контуре выработки, закрепленных только металлической крепью, мм; К0 = (0,9 - 0,48) - коэффициент уменьшения смещений пород дополнительным анкерованием при установке от 1 до 6 анкера на метр.

Установлена зона интенсивного разрушения и смещения пород. Так, с удалением реперов от контура выработок на 4,0...5,5 м смещения резко снижаются. Вследствие этого с целью закрепления замка за пределами зон интенсивного разрушения и смещения пород, рекомендуется увеличить длину анкеров до 4,0-5,5 м. При наличии значительных смещений бортов выработок, нерационально их поддержание проводить только рамными крепями. Необходимо разделение функций крепей по поддержанию кровли и бортов с соответствующим усилением анкерной крепью.

Получены следующие закономерности для определения значений коэффициента уменьшения смещений:

длина анкера 1,8 м

К0 = 1,067 + 0,043«,/ + 0,0013«,/ собК/ - пу„) - 0,246«„ - 0,0025«/ -

(1)

-0,0525 соб^П/ -«„,),

(2)

длина анкера 2,4 м

ЛГ0 =0,799 + 0,0042и„,2 + 3,284-10~Х,,4 +9,22810'Х„4 со5(л„,4)-

-0.0819/7,.,,-0,00245л,,/ С05(лг,„4), (3)

длина анкера 3,6 м

К0 =0,448 + 0,0203л,/ +0,01199 5т(и1/) + 0,00023и1.й' вт^л,,;)-

-0,1087н„,-0,00026лы4, (4)

где пга - плотность анкерования.

Корреляционное отношение для зависимостей (2) - (4) практически равно единице при этом максимальное абсолютное отклонение находится в интервале 8,3-10"'6 - 5-Ю"15. При этом в подрабатываемых выработках полученные результаты следует применять только при условии, что нижележащий пласт отрабатывается очистными забоями с закладкой выработанного пространства, причём смещения пород (вертикальные и горизонтальные - в бортах) не превышают 100-120 мм.

Полученные результаты внедрены на шахтах Прокопьевско-Киселёвского района Кузбасса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, на основании экспериментальных и теоретических исследований уточнены геомеханические закономерности проявления горного давления, позволившие обосновать технические решения по совершенствованию проведения и поддержания подрабатываемых выработок при разработке сближенных пластов и пластов в синклинальных складках Прокопьевско-Киселевского месторождения, что имеет важное значение для угольной промышленности России.

Основные научные выводы и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. На основании изучения и установления влияния, основных горногеологических факторов на геомеханические процессы, протекающие в углепородных массивах вокруг подрабатываемых выработок, характерных для шахт Прокопьевско-Киселевского района, показана возможность подработки выработок вышележащих пластов в целях осушения обводненных пород, защиты от газодинамических проявлений горного давления, разупрочнения трудно обрушаемых кровель при кратности подработки более 3,5 и снижения нагрузок на крепь.

2. Выявлен характер расслоения кровли, а также величины ее смещения в крутой и пологой частях синклинальной складки, установлены зоны формирования повышенного горного давления и определен максимальный коэффициент концентрации напряжений.

3. При управлении горным давлением в нижнем подэтаже крутой части складки перепуском обрушенных пород, выполняющих роль закладочного массива, представляется возможным практически предотвратить перемещение подработанных пород, включая зону геологического нарушения, чего не удавалось избежать при отработке без перепуска обрушенных пород и без оставления предохранительных целиков.

4. Установлена зависимость проявлений горного давления в подрабатываемых выработках подрабатывающего очистного забоя при управлении горным давлением закладкой и обрушением выработанного пространства. Анализ представленных результатов позволяет определить качественную картину и количественные параметры перераспределения горного давления, включая различие в проявлении смещений пород и в характере формировании зон трещиноватости и обрушений.

5. При поэтапном моделировании ведения очистных работ с имитацией зон трещиноватости и обрушений установлено, что после обрушения пород кровли напряженное состояние углепородного массива резко изменяется в сторону уменьшения.

6. Установлены зависимости протяженности зоны опорного давления от основных влияющих факторов: глубины выработок, мощности пласта, прочности угля, структуры и типа пород основной кровли, угла падения пласта. Установлена зависимость снижения величин смещения кровли (вертикальных и горизонтальных) выработок, закрепленных металлической и анкерной крепью от плотности анкеро-вания.

7. С помощью разработанных узлов податливости анкеров можно определять усилие прижатия элементов крепи к контуру выработок и осуществлять визуальный контроль за расслоением примыкающего к выработке массива, а также за движением анкера в шпуре после срыва замка.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ковалёв Н.Б., Толстых H.T., Толмачёв С.А. Особенности разработки свиты крутых пластов в восходящем порядке. Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых. Сб. научных трудов №17, Кемерово, 2001. С. 14-21.

KoBajlgB Н.Б.. Бедарев H.T. Исследование проявлений горного давления при подработке выраооток и вмещающих пород. Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых. Сб. научных трудов №17.Кемерово, 2001. С.30-35.

3. Ренев A.A., Толмачев С.А., Ковалёв Н.Б. Повышение устойчивости и надежности поддержания горных выработок с помощью анкерных крепей. Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых. Сб научных трудов №17 Кемерово. 2001. С.31-34

4. Толмачёв С.А.. Бедарев Н.Т.. Ренев A.A.. Ковалёв Н.Б.. Толстых Н Т. Совершенствование контроля за натяжением анкеров в процессе их установки и эксплуатации Сб научных трудов №17, Кемерово. 200!. С. 59-62

5. Толмачёв С. А., Толстых Н.Т.. Ковалёв Н.Б., Костюк С.Г. Определение границ зон сдвижений и перераспределения горного давления в подработанном массиве при подработке крутого пласта. Вестник КузГТУ 2001 №6. С 39-41

6. Ковалев Н.Б. Влияние характера перепуска обрушенных пород на проявление горного давления при выемке запасов под отработанными горизонтами. В сб. «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых».Труды Y Международной конференции 21 -22 ноября 2000 г. С 25-26 Г. Новокузнецк

7. Ренев A.A., Бедарев H.T.. Ковалёв Н Б.. Рыжова Т.Н. Определение показателей деформируемости и объемной прочности углепородного массива до и за пределом прочности. Сб. «Вопросы повышения безопасности горных работ на шахтах»-конференция в г.Прокопьевске.Кемерово, 2003 С 13-16.

8. Баскаков В.П., Бедарев Н.Т., Ковалев Н.Б.. и др. Рекомендации по систематическому визуальному контролю за работой анкерной крепи Прокопьевск, 2013 39с.

9 Аксененко В.И., Аксенов Г.И.. Бедарев Н.Т.. Ковалев Н.Б.. Толмачев С.А., и др., Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на шахтах ООО НПО «ПРОКОПЬЕВ-СКУГОЛЪ. Прокопьевск, 2002 51с.

10 Бедарев Н.Т., Камалов В.М.. Ковалев Н.Б.. Костюк С.Г., Любимов О.В., Ренев A.A., Се-менцов В.В. Патент на полезн. модель № 144474 «Анкер для крепления горных выработок» ФИПС 20.08 2014. Бюл. №23.

11 Костюк С.Г., Ковалев Н.Б., Бедарев Н.Т., Любимов О.В., Семенцов В.В., Ситников Г.А. Имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки на модели из эквива-лентнбых материалов. Вестник КузГТУ № 5. 2014. С.67-70

12. Бедарев Н.Т., Ковалев Н.Б., Костюк С.Г., Любимов О.В., Ренев A.A., Семенцов В.В., Патент на полезн. модель №136620 «Устройство для изучения проявлений горного давления на моделях», ФИПС 10.01.2014, Бюл.№1

13. Бедарев Н.Т., Костюк С.Г., Ковалев Н.Б.Ситников Г.А. Имитация отработки маломощных крутых пластов на моделях из эквивалентных материалов для обоснования параметров системы разработки. Вестник КузГТУ. №1. 2013. С..41-43.

14 Бедарев Н.Т., Ковалев Н.Б., Любимов О.В.. Ситников Г.А. Повышение эффективности работы анкерных крепей. Вестник КузГТУ 2012. №6. С 59-62

15. Костюк С.Г., Ситников Г.А., Бедарев Н.Т.. Ковалев Н.Б.. Любимов О.В., Совершенствование исследований прочностных характеристик горных пород с использованием стабилометра «Азимут» 85Д01 и камеры запредельного деформирования БВ-21 Розробка родовиш 2013. Научно-технический сборник. Украина, Днепропетровск, 2013. С 275-279

16. Толмачев С.А., Ковалев Н.Б., Ренев A.A.. Ковалев В.А. Формирование зон опорного давления при отработке крутоналонных угольных пластов в Кузбассе. Вестник КузГТУ. 2012. №4.

Изд. Лиц. ЛР №020300 от 12.02.97. Подписано в печать 24 08.2015 Формат бумаги 60x84 . Бумага офсетная.

Усл.печ.л. 0,9. Уч.-изд.л. 1,05. Тираж 100 экз. Заказ©^ Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, пр.Ленина. 92 Отпечатано в Издательстве ТулГу. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 95