Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геотехнология сооружения устойчивых горных выработок при разработке пластовых месторождений полезных ископаемых на больших глубинах
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)
Автореферат диссертации по теме "Геотехнология сооружения устойчивых горных выработок при разработке пластовых месторождений полезных ископаемых на больших глубинах"
На правах рукописи
Полухин Вадим Александрович
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ УСТОЙЧИВЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ
Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Новочеркасск - 2004
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» на кафедре «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».
Ведущая организация: ОАО «Ростовшахтострой»
Зашита диссертации состоится 12 ноября 2004 г. в II00 часов на заседании диссертационного совета Д.212 304.07 при Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) по адресу 346428, Ростовская область, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, ЮРГТУ (НПИ), (ауд. 107 гл. корпуса).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)
Автореферат разослан 12 октября 2004 г.
Научный консультант доктор технических наук, профессор заслуженный деятель науки и техники РФ Шестаков Виктор Александрович
Официачьные оппоненты доктор технических наук, профессор Катков Геннадий Алексеевич,
доктор технических наук, профессор Привалов Александр Алексеевич,
доктор технических наук, профессор Ягодкин Феликс Игнатьевич
Ученый секретарь диссертационного совета
Ю. И. Разоренов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Проблема разработки пластовых месторождений полезных ископаемых на больших глубинах приобрела большое значение во всех странах с развитой горно-добывающей промышленностью.
В перспективе при средних темпах углубления горных работ на 10 м в год глубина разработки полезных ископаемых на многих предприятиях достигнет 1400-1600 м. На указанных глубинах породы в окрестности горных выработок под воздействием горного давления разрушаются и состояние горных выработок перестает отвечать технологическим требованиям. Это снижает эффективность разработки пластовых полезных ископаемых и безопасности работ на больших глубинах. Использование без каких-либо принципиальных изменений традиционных технологий сооружения горных выработок в сложных горногеологических условиях больших глубин не дает положительных результатов. Протяженность горных выработок с площадью сечения, не удовлетворяющей требованиям ПБ, достигает 30-35 %, уровень концентрации горных работ в выемочном поле снизился в 2-3 раза.
Для действующих и строящихся глубоких предприятий повышение уровня концентрации и интенсификации горных работ немыслимо без совершенствования технологий сооружения горных выработок, создания крепей повышенной податливости. Не умаляя роли и значения крепи, следует отметить, что решающее влияние на состояние горных выработок оказывает технология сооружения, которая должна предусматривать защиту их от вредных проявлений горного давления в нетронутом и подверженном влиянию очистных работ массиве.
Сохраняемые в области целиков полезного ископаемого капитальные и подготовительные выработки подвергаются повышенному воздействию горного давления, теряют устойчивость и разрушаются. Это снижает эксплуатационную надежность функционирования подсистем предприятий, увеличивает потери подготовленных запасов месторождений. Отсутствие технологий сооружения горных выработок, обеспечивающих безремонтное их содержание на протяжении всего времени отработки выемочных полей, не позволяет, как показали исследования, приостановить тенденцию снижения технико-экономических показателей с углублением горных работ.
Концепция повышения эффективности разработки пластовых полезных ископаемых и безопасности работ на больших глубинах базируется на комплексном подходе к обоснованию и созданию крепи повышенной податливости, технологий сооружения горных выработок, устраняющих отрицательное влияние природных факторов на процессы ведения очистных и подготовительных работ. В этом заключается актуальность проблемы, решение которой имеет важное экономическое и социальное значение на этапе реформирования горнодобывающей промышленности.
Актуальность работы подтверждается выполнением ее в лаборатории поддержания и крепления горных выработок Донецкого научно-исследовательского угольного института Минуглепрома Украины в период с 1986 по 1996 г. в соответствии с программой решення-научно-технических проблем по
РОС. НАЦИОНАЛЬНА»! . БИБЛИОТЕКА С.Петерву 08 300»
• Н01Г» {
)ТЕКА I
совершенствованию горно-подготовительных работ на основе повышения уровня технологических процессов, машин и средств проведения, сохранения капитальных и подготовительных горных выработок.
Цель диссертации — создание научно-методологических основ и технологий обеспечения устойчивости горных выработок при разработке пластовых месторождений полезных ископаемых на больших глубинах
Основная идея работы заключается в комплексном использовании эффекта уменьшения влияния горного давления на горные выработки, что дооигастся применением разгрузки вмещающего их массива, крепей повышенной податливости и технологий заполнения пустот за крепью вяжущими материалами
Методы исследований. Для достижения поставленной цели в работе использованы: анализ и оценка устойчивости крепи и горных выработок, способов предотвращения выдавливания пород; численно-аналитический метод исследования напряженно-деформированного состояния (НДС} массива вокруг выработок в зависимости от прочности пород, глубины и технологий их сооружения; методы математической статистики и математического планирования экспериментов; шахтные инструментальные наблюдения сдвижений и давлений пород с помощью глубинных и контурных реперов, струнных датчиков; математические методы установления технологических параметров взрывополостного разрушения массива вокруг выработок; методы экономической оценки разработанных технологий сооружения горных выработок.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
- обоснование технологических схем повышения устойчивости горных выработок за счет образования разгрузочных полостей, способствующих снижению нормальных напряжений в массиве вокруг горных выработок до значений меньших предела сопротивления пород разрушению;
- закономерности изменения устойчивости выемочных выработок на сопряжении с очистным забоем, учитывающие технологии их проведения, длину лавы и глубину её расположения, физико-механические свойства вмещающего массива и формирующиеся вблизи него нормальные напряжения;
- обоснование применения новой рамной металлической крепи в сложных горно-геологических условиях при значительной вертикальной конверг ен-ции в сочетании с локальной разгрузкой массива от горного давления вокруг выемочных выработок, сооружаемых как впереди очистного забоя, так и на границе с выработанным пространством лавы;
- разработанные эффективные и безопасные технологии сооружения устойчивых горных выработок, базирующиеся на комплексном использовании металлических крепей повышенной податливости, локальной и региональной разгрузке вмещающего массива, набрызг бетона и заполнения пустот за крепью, обеспечивающем максимальное снижение отрицательного влияния глубины на проявление основных горно-геологических и горно-технических факторов.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:
- корректным использованием численного метода определения нормальных напряжений в массиве вокруг горных выработок в зависимости от глубины и технологий их сооружения, длины лавы;
- экспериментальным подтверждением устойчивости горных выработок при применении новых технологий их сооружения, в том числе металлической крепи высокой податливости;
- апробацией и внедрением в шахтных условиях технологий сооружения горных выработок с взрывополостной и механической разгрузкой массива вокруг горных выработок;
- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и шахтных исследований эффективности технологий сооружения горных выработок (расхождение не превышает 20 %).
Научная новизна исследований заключается в следующем:
- установлено, что одновременное применение горизонтальных и наклон' ных полостей является эффективной технологической схемой разгрузки массива
от влияния горного давления вокруг горных выработок:
- разработан новый метод расчета длины полостей для разгрузки массива от нормальных напряжений вокруг горной выработки в зависимости от площади поперечного сечения, глубины и технологии её сооружения, физико-механических свойств пород;
- обосновано влияние длины лавы на напряженно-деформированное состояние массива вблизи выемочных выработок и определено, что большинство пород прочностью на сжатие 50 МПа вокруг них на глубине свыше 800 м при длине лавы 100 м и более разрушаются и теряют устойчивость,
- оптимизирована геометрическая форма металлической податливой крепи, радиус криволинейного участка верхняка которой зависит ог проектной площади поперечного ее сечения, высоты прямолинейных стоек, учитывающей прогнозируемую вертикальную конвергенцию, длины верхней прямолинейной части криволинейного участка:
■ - обоснованы параметры взрывополостной технологии разрушения мас-
сива вокруг горных выработок в зависимости от глубины их сооружения, получено приближенное функциональное соотношение диаметра разгрузочных и вспомогательных скважин с камуфлетным зарядом;
- разработана технология соор\ жения горных выработок, предусматривающая опережающую выемку угля по пласту бурошнековыми машинами с обеих сторон забоя в направлении его движения, закладку породой образованного ими свободного пространства, равного по ширине длине разгрузочной полости, которая обеспечивает их устойчивость;
- разработаны технологии сооружения горных выработок различного функционального назначения, предусматривающие заполнение пустот за крепью вяжущими материалами, применение крепи высокой податливости, региональной и локальной разгрузки от влияния горного давления вмещающего их массива.
Практическое значение работы заключается в следующем:
- разработан, запатентован и испытан метод определения длины полостей, образование которых обеспечивает перемещение нормальных напряжений в глубь массива, а также их снижение до значений, меньших предела прочности пород при сжатии, и за счет этого соответствие состояния горных выработок технологическим требованиям;
- обоснована замена недостаточно эффективных и небезопасных технологий сооружения горных выработок новыми технологиями, обеспечивающими устойчивость и повторное использование горных выработок;
- разработана, запатентована и испытана в шахтных условиях рамная металлическая крепь повышенной податливости, с достаточным рабочим сопротивлением и необходимой несущей способностью, позволяющая обеспечить требуемый правилами безопасности уровень состояния горных выработок, снизить трудоемкость работ на сопряжении лавы и время на передвижение забойного конвейера;
- создан, запатентован и испытан в шахтных условиях способ предотвращения выдавливания пород в горные выработки путем камуфлетного взрыва взрывчатых веществ в скважинах массива, масса заряда в которых зависит от напряженно-деформированного его состояния и коэффициента отражения импульсных волн напряжений от границ раздела и вмещающих пород
Реализация результатов работы. Результаты исследований и разработок использованы в следующих документах: «Технологические схемы охраны выработок взрывополостной разгрузкой породного массива» (Донецк: ДонУГИ УССР, 1989.— 38 е.); «Временные технологические схемы выемки тонких пологих угольных пластов с применением бурошнековых машин» (Шахты: ОАО «Компания «Ростов-уголь», 2003,—14 е.).
Диссертация является составной частью программы исследований, выполненных согласно решению Минуглепрома СССР и отраженных в отчетах ОН ИР, а также работ по созданию рамных металлических податливых крепей, технологий сооружения капитальных и подготовительных выработок, осуществленных в Новочеркасском политехническом институте. Отдельные результаты исследований вошли в отраслевой нормативный документ «Технологические схемы охраны горных выработок взрывополостной разгрузкой породного массива», научным руководителем разработки которого являлся автор диссертации.
Нормативные документы используют угольные шахты и проектные организации. Практическое применение результатов исследований позволило повысить устойчивость горных выработок, безопасность ведения работ, снизить уровень потерь полезных ископаемых, получить экономический эффект 19,5 млн руб.
Апробация работы. Основные положения работы, результаты выполненных исследований и содержание опубликованных работ докладывались на- Всесоюзном научно-техническом совещании НТО-горное и НТС Минуглепрома СССР «Совершенствование и организация работ при строительстве и эксплуатации угольных
шахт на больших глубинах и в сложных горно-геологических условиях» (Донецк, 1985); Всесоюзном совещании «Подземная разработка руд на больших глубинах» (Москва: ИПКОН АН СССР, 1986); VIII Всесоюзном семинаре «Оптимизация горных работ и фрагменты САПР» (Новосибирск: ИГД СО АН ССР, 1990); научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва: МТУ, 2004); научной конференции ЮРГТУ (Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2004).
Публикации. Основные положения и выводы диссертационной работы изложены в 44 печатных работах, включая 3 монографии, 2 нормативных документа, 6 авторских свидетельствах и патентах.
Объем и структура работы. Диссертация общим объемом 282 стр. состоит из введения, пяти разделов, заключения, приложения и содержит 55 рис., 22 табл., список литературы из 176 наименований и приложения.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Значительный вклад в снижение влияния горного давления на состояние сооружаемых горных выработок внесли научные организации: ВНИМИ, ИГД им. А. А. Скочинского, 11НИУИ, КузНИУИ, ИГДСО АН СССР.
Вопросы технологий сооружения горных выработок, обеспечивающих их устойчивость, в силу приоритетной значимости в проблеме повышения эффективности производства всегда были и остаются в центре внимания ученых и специалистов-горняков. Достаточно отметить, что проблемы устойчивости горных выработок и соответствие их эксплуатационным требованиям при повторном использовании исследовали в разные годы многие ученые. Среди них -К. А Ардашев, В. И. Барановский, А. А. Борисов, Н. С. Булычев, А. С. Бурчаков, Н П. Бажин, Ю. М. Басинский, М. И. Бесков, А. Е Видулин, М. Н. Гелескул, В. Т. Глушко, Н. К. Гринько, А. Н. Динник, Г. А. Катков, Б. А. Картозия, К В. Кошелев, Г. Н. Кузнецов, Ю Н. Кузнецов, А П. Максимов, О. И. Мельников. В. А. Матвеев, К. В. Руппенейт, П. С Сыркин, В. Н. Хорин, П. М. Цымбаревич, И. Л. Черняк, Е. И. Шемякин, Д. И. Шерманн.
В первом разделе анализируются работы отечественных и зарубежных ученых, проводивших теоретические и экспериментальные исследования влияния горного давления на горные выработки и вмещающие их породные массивы.
В настоящее время глубина разработки пластовых месторождений на отдельных рудниках и шахтах достигла 1000-1600 м. На указанных глубинах в связи со значительным выдавливанием пород выемочные выработки проходят или в массиве с погашением вслед за лавой или в разгруженной от повышенного горного давления области - вслед за лавой на границе угольного массива и выработанного пространства, вприсечку к выработанному пространству. Сохранять позади лавы горную выработку, проведенную в массиве, удается на указанных глубинах только при прочности вмещающих пород более 80 МПа на
шахтах Ростовского, Торезско-Ровеньковского районов, разрабатывающих антрациты. В выемочных выработках, проводимых за лавой по пластам с вмещающими породами меньшей прочности, сближение кровли с почвой превышает 2.1 м при опускании кровли до 1 м, что приводит к 2-разовой подрывке пород почвы. В связи с этим возникает необходимость в мероприятиях по уменьшению смещений пород за счет разгрузки их о г влияния разрушающих нормальных напряжений, а также разработке крепи с повышенной податливостью, соответствующей характеру и значению конвергенции пород в выработках. Из-за ряда недостатков, присущих методам численного определения напряженно-деформированного состояния (НДС) вмещающего горные выработки массива, отсутствовали научно обоснованные параметры разгрузки его полостями (щелями) от разрушающего действия нормальных напряжений. К числу недостатков методов моделирования НДС пород относятся следующие. Так, при изготовлении модели из эквивалентных материалов затруднительно, а иногда невозможно выполнить условия подобия внешних сил, а закладка динамометров в модель для измерения напряжений приводит к искажению НДС изучаемого массива. Оптико-поляризационные методы позволяют обнаруживать не значения нормальных напряжений, а разность между ними, поэтому решсь рируемая картина полос на модели указывает на распределение касательных напряжений Электрическое моделирование НДС массива осуществляется путем подбора необходимой электропроводности бумаги и склеивания нескольких ее слоев, характеризуется сложностью и трудоемкостью расшифровки полученных результатов. В связи с этим возникла необходимость разработки приближенных методов, более простых в численной реализации решения задачи определения нормальных напряжений в породах вокруг горных выработок произвольного криволинейного сечения при наличии полостей, выходящих на их поверхности. Суть одного из таких комбинированных аналитических мею-дов заключается в использовании общих свойств комплексных по!енциалов двумерной задачи теории упругости анизотропного (изотропного) 1ела, методов конформных отображений, рядов Лорана и наименьших квадрашв. Комбинированный метод позволяет сравнительно ле!ко решать задачи определения НДС массива на ЭВМ как для выработок с гладкими контурами в поперечном сечении, так и с краевыми полостями Этот метод был применен для определения НДС пород вокруг горных выработок без разгрузки и с разгрузкой вмещающего их массива полостями (щелями) от влияния горного давления С. А. Калоеровым, В. А. Полухиным, Е. С. Горянской.
На основании анализа исследований сделаны следующие выводы. Существующие технологии сооружения магистральных и подготовительных горных выработок не обеспечены научно обоснованными схемами и параметрами для образования полостей в области вмещающего массива при разгрузке его от разрушающих нормальных напряжений, что не позволяет сохранить устойчивость пород, устранить их разрушение. Способы предотвращения выдавливания пород боков и почвы имеют недостаточно обоснованные технологические параметры, не учитывают формирования нормальных напряжений в массиве вокруг горной
выработки Рамные металлические арочные крепи имеют неудовлетвори гельные силовые и кинематические характеристики, небольшую податливость и на больших глубинах деформируются, а затем разрушаются, не обеспечивая удовлетворительного состояния горных выработок, повторного их использования. Металлическую крепь повышенной податливости необходимо создавать с учетом ограниченной стоимости и без увеличения ее массы, применять в сочетании с разгрузкой вмещающего массива, тампонажем пустот за крепью в условиях неустойчивых пород Это является основным направлением обеспечения устойчивого состояния горных выработок, повторного их использования для эффективного и безопасного ведения горных работ, экономически выгодного функционирования глубоких рудников и шахт.
В связи с вышеизложенным поставлены и решены в настоящей работе следующие научные задачи:
- установить эффективность одновременного применения горизонтальных и наклонных разгрузочных полостей для снижения напряженного состояния массива вокруг горных выработок;
- разработать метод расчета длины разгрузочных полостей в зависимости от глубины и площади поперечного сечения горной выработки, физико-механических свойств вмещающих ее пород;
- исследовать зависимость напряженно-деформированного состояния пород вокруг горных выработок от технологий, глубины их сооружения и длины лавы;
- разработать конструкцию металлической рамной крепи с высокой податливостью, достаточным рабочим сопротивлением и необходимой несущей способностью для капитальных и подготовительных горных выработок;
- разработать технологии сооружения горных выработок различного функционального назначения, предусматривающие применение локальной и региональной разгрузки массива о г влияния горного давления в сочетании с крепью повышенной податливости, заполнением пустот за крепью вяжущими материалами;
- обосновать главные технические направления при проектировании к строительстве новых и реконструкции действующих предприятий, основанные на применении разгрузки массива от влияния горного давления, обеспечивающей удовлетворительное состояние горных выработок, повторное их использование;
- определить область применения и экономическую эффективность новых технологий сооружения горных выработок в сочетании с металлической крепью повышенной податливости.
Во втором разделе представлены теоретические основы созданных технологических схем полостей и параметров разгрузки массива вблизи горных выработок от влияния нормальных напряжений Дтя оценки устойчивости пород в окрестности заданной точки исходили из того, что максимальное значение
зи пород контура горных выработок; крн = ---- - расчетный коэффициент пре-
нормальных напряжений оП1ах на площадках, проходящих через эту точку, должно удовлетворять условию
Ка*]^,?, П)
где Я? - предел прочности пород на сжатие, МПа. Учитывая, что максимальными являются нормальные напряжения п0, на площадках, перпендикулярных к контуру горных выработок, неравенство (1) для пород в точках их поверхности можно записать в виде
(2)
Разделив обе части последнего неравенства на положительную величину уН, получим
¡ЧН*Н' (3)
где кав = - коэффициент концентрации нормальных напряжений ое вбли-
уЯ
дельно допустимой концентрации напряжений на глубине Я, превышение которого сопровождается разрушением пород.
Из неравенства (3) следует, что для сохранения устойчивости пород вокруг горных выработок должно соблюдаться условие, при котором коэффициент концентрации нормальных напряжений не должен быть больше расчетного коэффициента предельных напряжений к^ для глубины Я.
Рассматривался массив с протяженными горизонтальными выработками без крепи и пройденными на большой глубине. Считали, что на большой глубине в массиве без горной выработки для напряжений имеют место равенства
^ = о; = -уЯ, N2 = сС = -Х,уН, (4)
где у = рg ~ средний удельный вес горной породы; р - плотность горной породы; g - ускорение свободного падения; Я - глубина проведения выработки от дневной поверхности; А., - коэффициент бокового давления. Численные исследования распределения коэффициента концентрации напряжений к„ = про-
8 уЯ
водились в породах вокруг горной выработки сводчатого поперечного сечения с полостями и без них.
Установлено, что в массиве вблизи вершин углов основания выработки возникает высокая концентрация сжимающих напряжений, которая может приводить к пучению почвы и выдавливанию пород со стороны боков горной выработки. Для разгрузки повышенных напряжений вблизи углов основания и боков выработки создавали в массиве разгрузочные наклонные полости, выходящие на эти углы под некоторым наклоном к вертикальной оси выработки. Оп
8
ределено, что такие полости следует проводить в массиве под углом 45° к основанию (почве) выработки, отклонение полости на ±10° от угла 45° практически не влияет на снижение нормальных напряжений. Касательная полость в вершине купола существенно снижает концентрацию напряжений в породах вокруг горной выработки тогда, когда ее длина больше ширины выработки. Однако в углах основания выработки концентрация напряжений остается высокой. Наличие наклонных полостей в углах основания и касательной полости достаточной протяженности в вершине купола полностью устраняет концентрацию нормальных напряжений в породах вокруг горной выработки. Поэтому любая разгрузка, связанная с образованием касательной полости, эффективна, когда над выработкой уже имеется выработанное пространство лавы. При отсутствии выработанного пространства над выработкой следует разгружать породы основания и боковых поверхностей путем одновременного создания наклонных и горизонтальных полостей. Максимальное значение коэффициента концентрации напряжений после создания разгрузочных полостей, наклонных из углов основания и горизонтальных из боковых поверхностей, в пять и более раз меньше их значений для выработки без разгрузочных полостей. Исследования показали, что: вертикальные полости, выходящие в купол выработки, не влияют на нормальные напряжения в породах вокруг выработки; вертикальные полости в основании выработки снижают значения напряжений только около поверхности основания; горизонтальные полости, отходящие от боковых поверхностей выработки, снижают концентрацию напряжений вблизи этих поверхностей и не оказывают существенною влияния на напряжения в породах почвы и купола. Исследования напряженного состояния массива вокруг горной выработки позволили не только установить области высокой концентрации напряжений, но и определить оптимальные технологические схемы расположения разгрузочных полостей. Путем изменения длины создаваемых полостей можно добиться снижения действующих нормальных напряжений в областях массива пород, прилегающих к поверхности горной выработки, до определенного, заранее выбранного минимального значения предела сопротивления пород при сжатии. При математическом решении этой задачи штрек моделировался цилиндрической полостью с радиусом /? и двумя прямолинейными разрезами одинаковой длины /|, расположенными на продолжении диаметра от точки поверхности выработки в глубь массива. Длина , м, горизонтальной полости для разгрузки от нормальных напряжений пород вблизи горной выработки на глубине Я, м, не подверженной влиянию очистной, равна
/,=1,28Д1п(рЯ/Яо), (5)
где Р - коэффициент разгрузки цилиндрической выработки без разгрузочных полостей; Я0 - глубина расположения горной выработки, на которой пучение пород почвы не более 300-500 мм.
Длина горизонтальной разгрузочной полости ш грека впереди очистного забоя, проводимого одним забоем с лавой или с отставанием определяется по формуле
/,' = lf28J?ln(ßfc0/f///0), (6)
где кй - коэффициент опорного горного давления. При использовании формул (5), (6) под R следует понимать приведенный радиус горной выработки, который определяется из соотношения R = yfsjn , где S - площадь сечения горной выработки в проходке, м2.
Определено, что длины наклонных полостей дня разгрузки массива вблизи выработок, подверженных и не подверженных влиянию очистных работ, равны 0.7-0,8 длины горизонтальных полостей, определяемых по формулам (5) и (6).
Численные исследования концентрации нормальных напряжений в породах вокруг выработок, не подверженных влиянию очистных работ и находящихся в зоне их действия, были проведены для выработок, расположенных на глубине 800, 1200, 1600 м. Исследования НДС велись для выработки с площадью сечения в проходке 17,9 м2, шириной 5 м и высотой 4 м, проведенной в
алевролите прочностью
R? = 52,3 МПа. Коэффициент бокового давления X, = 0,9. Коэффициенты концентрации напряжений fcCT(j, а также значения нормальных напряжений Ое приведены на рис. 1 и в табл. 1. Из приведенных результатов следует, что максимальное нормальное напряжение сосредоточено в области сопряжения почвы и боков выработки. Значения норматьных напряжений в точках 3 и 4 уже
, на глубине 800 м превышают концентрации нормальных напряжений к„
' р 1 аь предельное сопротивление
в породах вокруг одиночной выработки алевролита сжатию, что влечет его разрушение. Па глубине 1600 м нормальные напряжения в точках 3 и 4 больше, чем на глубине 800 м в 2 раза и более. В этих условиях без применения мероприятий по разгрузке вмещающего массива выработка теряет устойчивость.
Рис.1. Изменение коэффициента
Таблица 1
Распределение коэффициентов концентрации и нормальных напряжений в породах вокруг выработки бет разгрузочных полостей
Глубина, м Коэффициент концентрации I нормальны* напряжений Нормальные напряжения ст0 МПа
Точки
1 2 3 4 5 6 7 I 1 2 3 4 5 6 7
800 -0,28 -0,59 •3,01 -5,19 -1,27 -2,31 •2,18 ■5,15 •10,74 -56,81 ■95,21 •32,47 •4244 -40,11
1200 -0,28 -0,59 -3,01 ■5,19 •1,27 -2,31 | -2.18 -7,71 -16,12 -85,21 ■142,8 ■48,70 -63,66 ■60,16
1600 -0,28 -0,59 -3,01 •5,19 -1,27 -2,31 •2,18 -10,29 -21,49 ■113,6 -190,4 ■64,93 •84,89 -80,22
Значения нормальных напряжений, сформировавшиеся в массиве вблизи горной выработки с горизонтальными разгрузочными полостями, приведены на рис. 2. Длина горизонтальных разгрузочных полостей для горной выработки, не испытывающей влияния очистных работ, определялась с помощью «висимости (5): для глубины 800 м — 3,7 м; для глубины 1200 м — 4,3 м; для глубины 1600 м —4,6 м.
Рис. 2. Изменение нормальных напряжений 0е в породах вокр}г горных вырабонж, разгруженных горизонтальными полостями
а - длиною 3.7 ч на глубине 800 м; б - длиною 4,3 м на гл\ Зине 1200 ч; в - длиною 4,6 м на глубине 1600 м
Сравнивая значения нормальных напряжений в породах вокруг выработок, не разгруженных от повышенного горного давления (табл. 1) с нормальными напряжениями после разгрузки массива горизонтальными полостями (см. рис. 2), отмечаем значительное их снижение в области пород боковой поверхности. Однако значения напряжений вблизи сопряжений почвы и боков выработки остаются на указанных глубинах большими и превышают предел прочности алевролита на сжатие Одновременное образование горизонтальных и наклонных разгрузочных полостей на глубинах 800, 1200, 1600 м позволяет уменьшить норма 1ьные напряжения ниже предела прочности при сжатии в породах боков и почвы выработок, «го видно на графиках (рис. 3). При этом в кровле породного массива на глубине 1200 и 1600 м возникают нормальные напряжения больше предела прочности алевролита на сжатие.
Рис. 3. Изменение нормальных напряжений ае ь породах, разгруженных вокруг горных выработок
а - горизонтальными полостями в боках выработки длиною 3,7 м, наклонными полостями в почве длиною 2,6 м на глубине 800 м; б - горизонтальными полостями в боках выработки длиною 4,3 м, наклонными полостями в почве длиною 2,8 м на глубине 1200 м; к - горизонтальными полостями в боках выработки длиною 4,6 м, в почве длиною 3,0 м на 1 лубине 1600 м
С помощью математического моделирования НДС массива были получены значения нормальных напряжений в породах вокруг выемочных выработок, проводимых на границе с выработанным пространством лавы, в зависимости от ее длины и глубины расположения. Они приведены для характерных точек 1-12 (рис.4) в табл. 2. При этом расстояние от почвы выработки до почвы лавы принималось равным 1 м, мощность пласта 1 м, угол залегания пласта 10 Анализ результатов исследований позволяет констатировать значительное повышение нормальных напряжений, связанное с увеличением длины лавы и глубины ее расположения. При этом установлено, что большинство углевмещаюших пород прочностью 50-100 МПа вокруг выемочных выработок на глубине 8001600 м при длине лавы 100 м разрушаются. Учитывая это, были проведены численные исследования возможности снижения нормальных напряжений вокруг выемочных выработок путем одновременного образования горизонтальных и наклонных разгрузочных полостей в массиве. Длина разгрузочных горизонтальных полостей определялась по формуле (6), а наклонных полостей составляла 0,7 0,8 /;.
Анализ исследований нормальных напряжений в породах вокруг выемочных выработок, разгруженных горизонтальными и наклонными полостями от влияния горного давления (рис. 4), позволил отметить значительное их снижение (табл. 3). При осуществлении разгрузки пород вблизи выемочных выработок даже при длине лавы 250 м можно обеспечить их состояние, соответствующее эксплуатационным требованиям Значительными остаются нормальные напряжения (табл. 3) после разгрузки только в породах кровли (точки 1,2 на рис. 4).
Рис. 4. Разгрузка пород вблизи выемочной вырабо!ки горизонтальными и наклонными полостями
7 аблипа 2
Распределение нормальных напряжений в породах вблизи выемочно) о штрека на границе с выработанным пространством лавы
Глубина залегания, м Длина лавы, м Значения нормальны* напряжений Оg, МПа в точках
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
800 50 -30,92 -68,34 -123,6 -120,4 -96,26 •277,1 -163,5 -37,65 -6,78 2 79 5,60 8,35
100 -69,36 -93,51 -162,7 •148,6 -128,1 ■365,0 -211,7 -46,79 -9,04 4,42 -66,22 -35,96
150 -131,6 -122,7 -201,0 ■143,8 -153,1 -430,7 -245,2 -50,86 -10,59 5,38 -131,1 -88,04
200 -241,9 -137,8 -215,1 -172,1 -163,4 ■457,1 -245,4 -50,76 -1,08 8,51 •167,2 •114,1
250 -386,1 -134,5 •191,0 -175,1 -139,8 -388,9 -191,6 -27,70 12,93 13,82 ■193,1 -121,3
1200 50 -46,37 •102,5 •185,5 -180,6 -144,4 -415,7 -245,2 -5684 -10,17 4,19 8,41 12,54
100 •104,0 -140,3 -244,1 -22,9 -192,1 -547,5 -317,6 -70,19 •13,57 6,63 -99,23 -53,95
150 -197,4 -184,1 -301,5 -215,7 -229,7 ■646,1 -367,8 -76,28 -15,89 8,06 -107,7 -82,14
200 -362,9 -206,7 -322,7 -258,1 -245,2 ■685,7 -368,0 ■76,14 -1,62 10,1 -121,7 -97,3
250 -579,1 •201,7 "-286,6 •262,6 -209,7 ■583,3 ■287,4 •41,55 19,40 12,4 -156,3 -112,4
1600 50 -61,83 J 36,7 •247,3 •240,8 ■192,5 •554,3 ■327,0 -75,30 -13,56 5,60 11,22 16,72
100 -138,7 •187,0 -325,5 ■297,3 -256,2 -730,0 -423,5 -93,58 -18,09 8,85 •132,4 -71,93
150 -263,2 •245,4 -4021 •287,6 -306,3 -861,4 -490,4 -101,7 -21,19 10,76 •162,4 •76,18
200 -483,8 -275,7 •430,3 -344,2 -326,9 -914,3 -490,7 ■101,5 -2,17 12,31 •184,1 -114,6
250 -772,1 -268,9 -382,1 -350,1 -289,6 -777,8 -383 2 -55,41 25,87 14,75 -201,3 -123,2
Таблица 3
Распределение нормальных напряжений в разгруженных от горного давления породах вблизи выемочного штрека на границе с выработанным пространством лавы
Глубина залегания, м Длина горизонтальных и наклон ных полостей, м Длина лавы, м Значения нормальных напряжений СТд, МПа в точках
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
800 4,0/2,8 50| -27,49 -19,81 -10,24 •8,37 1,27 1,21 3,02 8,40 10,11 4,05 0,98 0,26
1001 -20,74 -24,25 -3,24 4,26 0,95 0,23 1,01 10,28 13,34 6,49 ■25,36 6,92
150 -18,30 -32 76 -19,58! 6,05 12,30 -4,13 4,03 11,93 13,50 5,17 40,61 37,50
200 -50,67 -42 75 -0,961 -3,67 2,04 -1,61 4,42 12,96 13,34 4,03 82,08 31,10
250! -39,46 -44 28 -2,88 -180 1,20 4,93 •2,87 14,15 18,01 7,65 11,92 41 14
1200 4,5/3,0 50 -28,23 -28 71 -16,351 -12,68 1 94 1,81 4,63 11 60 14,16 6,15 1,57 0,41
100 -31,80 -34,81 -4,87 6,11 1 31 0,38 1,56 1412 18,61 9,71 -36,01 9,38
150 -27,11 -48 49 -27,37 8,81 1781 -6,01 5,96 17,15 19,71 7,23 60,92 53,10
200 -73,00 -63,17 -1,44 -5,28 3,30 -2,53 6,67 18,36 20,11 5,97 119,26 44,15
250 •60,23 -63,67 -4,91 -2,13 2,03 7,15 4,31 20,38 23,14 11,05 16,05 60,17
1600 5,0/3,2 50 -32,97 -38,19 -21,47 -15,49 2,35 2,56 6,14 15,80 2123 8,41 2,03 0,54
100 -40,33 •46,21 -6,15 8,25 2,07 0,45 2,31 18,13 25,31 11,53 -43,51 12,81
150 •38,18 -62,17 •36,45 11,32 22,26 -8,03 7,47 22,96 26,44 10,35 8212 75,21
200 -95,11 •82,11 •2,03 -7,14 4,21 -3,81 8,25 24,15 25,13 9,24 135,17 60,34
2501 -80,78 -85,73 -5,83 -8,45 2,85 8,35 i 5,75 25,16 28,31 13,91 19,27 80,13
Возможность обеспечения устойчивого состояния выемочных выработок и увеличения длины лавы до 250 м и более позвотяет существенно снизить объемы капитальных работ, а также затраты времени на вскрытие и подготовку выемочных полей при сооружении новых горизонтов и горнорудных предприятий.
Третий раздел посвящен вопросам исследования рамных металлических податливых крепей и определения технологических параметров взрывополос!-ного разрушения массива пород вокруг горных выработок.
На больших глубинах, где вертикальная конвергенция пород в горных выработках достигает 1,0 м и более, существующая металлическая арочная крепь с податливостью до 400 мм деформируется, а затем разрушается Такой формы крепи на больших глубинах не обеспечивают удовлетворительного состояния горных выработок, ограничивают нагрузки на очистной забой.
Недостатки, присущие арочной крепи, отсутствуют в разрабо ханной четы-рехзвенной металлической податливой крепи КП-4П (табл. 4), предназначенной для крепления магистральных и подготовительных выработок, сооружаемых в неразгруженном и разгруженном от влияния горного давления массиве, а также надрабатываемых.
Таблица 4
Геометрические параметры крепи КП-4П и ее масса
$ 1 1 £ h и Размер, мм ипоразмер профиля Масса, кг
о ё с Н В в* R* L* h h* h* I* h*
КП-4ПООО 14,74 3440х 40 4750 t150 1012 1840 800 506 1600 600 400 720 394,0
КП-4ПООО 01 •60 1000 СВП27 398,6
Кп-4г000-02 18 30 4000± 5000 1142 1900 800 571 21OQ 600 600 770 445 1
КП 4ПООО-ОЭ 40 1000 449,7
Металлическая крепь (рис. 5) содержит две прямолинейные стойки 4 и верх-няк, состоящий из двух криволинейных частей 1, имеющих по концам прямолинейные участки, соединяемые между собой и со стойками податливыми узлами связи 3, в качестве которых могут применяться существующие болтовые замки. Рамы крепи соединяются между собой стандартными стяжками 2. Такая конструкция крепи позволяет обеспечить податливость ее до 1000 мм и более. Конструктивная податливость крепи, имеющей атощадь поперечного сечения 14,74 м2, до 1000 мм, а податливость крепи площадью поперечного сечения 18,3 м2 до 1500 мм. При такой податливости крепи выработки сохраняют высоту до 2,5 м. При подагливости 1000 мм минимальная площадь поперечного сечения крепи для исполнений КП-4П000 и КП-4ПООО 01 равна 10,5 м2, для исполнений КП-4ПОО0-О2 и Кп-4п000-03 при податливости 1500 мм равна 10,9 м2. Площадь поперечного сечения крепи КП-4П000 при податливости 500 мм равна 13,0 м2, а крепи КП-4П000-02 при податливости 500 и 1000 мм — соответственно 15,8 и 13,4 м2.
Рис. 5. Конструкция крепи КП-4П:
1 - криволинейная часть верхняка, 2 - стяжки, 3 узлы связи, 4 - прямолинейная стойка
В рудниках и шахтах одновременно с опусканием кровли наблюдаегся внедрение стоек крепи в породы почвы. В результате технологические зазоры при эксплуатации горных выработок не отвечают эксплуатационным требованиям Поэтому была поставлена задача оптимизировать геометрическую форму крепи так, чтобы реализовать податливость до 1000 мм н более, достаточное сопротивление спецпрофиля, обеспечить технологические зазоры ири эксплуатации крепи в различных горно-геологических условиях Эта задача решена путем создания четырехзвенной податливой крепи КП-4П, радиус Я , м, криволинейных участков которой зависит от проектной площади поперечного ее сечения 5 . м2. учитывающей прогнозируемую вертикальную конвергеннию высоты прямолинейных стоек к*, м, длины прямолинейных участков верхняка /*, м, и определяется по формуле
Я =-
ИТ
(7)
Созданная конструкция крепи позволяет менять соотношение между высотой и шириной (Н: В) ее за счет изменения длины прямолинейных участков верхняка и прямолинейных стоек. Это дает возможность проектировать высоту крепи, учитывающую прогнозируемую вертикальную конвергенцию В связи с этим крепь КП-4П может без повреждений воспринимать ожидаемую конвергенцию и обеспечивать устойчивое состояние выработок на протяжении предусмотренного проектом времени их эксплуатации. Прямолинейная часть верхняка позволяет обеспечить нагрузку на крепь, близкую к равномерно распределенной, исключить динамическое нагружение крепи вследствие внезапных обрушений пород кровли, а также ее подрывку.
Рабочее сопротивление крепи КП^П при соединении прямолинейных стоек с прямолинейными частями длиною 600 мм криволинейного верхняка двумя замками ЗСД с каждой ее стороны может быть равно 150 250 кН. Крепи типа КП-4П изготавливают из спецпрофиля СВП27, а имеющие аналогичное сечение трехзвенные арочные податливые крепи типа АПЗ изготавливают из спецпрофиля СВПЗЗ, масса 1 м которого больше массы 1 м СВП27 на 6,4 кг. Поэтому рама крепи КП-4ПООО с площадью сечения 14,74 м2 легче серийной рамы крепи АПЗ с аналогичной площадью сечения на 47,9 кг. При производстве 1000 комплектов этой крепи экономический эффект за счет уменьшения расхода металла равен 560 тыс. руб.
Один из способов проведения горных выработок на глубинах более 700 метров по пластам с породами кровли средней и вышесредней устойчивости, пучащими породами почвы предусматривает применение взрывополостной разгрузки вмещающего массива от нормальных напряжений. В основе способа лежит теоретическая методика оценки размеров и очертаний зон разрушения массива пород при камуфлетном взрывании системы зарядов взрывчатого вещества (ВВ) Эта методика использует методы .линейной динамической теории упругости и апробированные критерии разрушения горных пород
Массив пород во всей рассматриваемой приконтурной зоне выработки считается однородным и изотропным по физико-механическим свойствам. Расположение шпуров (скважин) диаметра с/ш, м, в стенке выработки принято с равным интервалом в одной горизонтальной плоскости и равностороннее треугольно-гнездовое.
Расчетная модель предназначена для определения размеров зон разрушения массива в плоскостях, перпендикулярных осям шпуров и проведенных через средину их заряженной части. Для этих зон суммарные поля механических напряжений в массиве складываются из концентрируемого около пробуренного шпура горного давления и импульсных взрывных напряжений, возникающих после детонации зарядов в шпурах.
Разрушение или сохранение сплошности массива в разработанной мелодике анализировалось на основе применения комплексного критерия разрушения Гриф-фитса В этом случае осуществлялась проверка условий разрушения для значений главных суммарных напряжений, обусловленных совокупным действием статического горного и динамического давления продуктов камуфлетного взрыва ВВ.
Разработанная методика была положена в основу компьютерного алгоритма в среде пакета МаАета^са для анализа взрывного разрушения массива.
Исследовали разрушение угля на глубинах, равных 600, 800, 1000, 1200, 1600 м.
Расчеты объемов разрушения пород (углей) показали, что на всех указанных глубинах два одновременно взрываемых заряда ВВ разрушают перемычку между заряженными скважинами, удаленными друг от друга на 1,2 м, и шпурами, удаленными на 1 м. Результаты исследований свидетельствуют о возможности применения энергии взрыва ВВ для разрушения углей до глубины 1600 м при отмеченных выше расстояниях между скважинами (шпурами).
Одна из созданных технологий сооружаемых выработок предусматривает образование по пласту с обеих их сторон между параллельными разгрузочными скважинами вспомогательных скважин (шпуров). Заряды ВВ шпуров взрывают одновременно с зарядами в забоях выработок.
При этом разгрузочные скважины выполняют роль объемов — пустот, в которые перемещается разрушенный уголь под действием энергии взрыва и горного давления. Такая технология образования полостей возможна по пластам, не склонным к самовозгоранию, и в условиях негазовых шахт.
Расчет диаметра разгрузочных скважин О основан на определении объемов перемещаемого в разгрузочные и вспомогательные скважины разрушенного угля.
Чтобы при сжатии пласта в области опорного горного давления разрыхленный уголь смог разместиться в пустотах, созданных разгрузочными скважинами диаметром й, мм, и в камуфлетных пустотах с диаметром с1к = с!ша.к, образующихся после взрыва во вспомогательных скважинах с диаметром с/ш, должно соблюдаться приближенное соотношение
Э = ^ (2Д ± ^4Д2 + Шр1хА - 4пкр<1кА + Шрс1шА - к2с12к Шк\\. (8)
Расстояние между стенками главных и вспомогательных скважин !х должно быть минимальным и равняться 0,7-1,2 м. Коэффициент увеличения радиуса цилиндрической вспомогательной скважины (шпура) ак при камуфлетном взрыве равен 1,6. Для достижения технических результатов длина разгрузочных и вспомогательных скважин принимается равной.
Диаметры разгрузочных скважин, определяемые по формуле (8), для значений сжатия пород почвы 15 мм в области ОГД равны: при 1Х = 1000мм Д = 176мм; при = 700 мм /}2=134 мм.
Указанного диаметра скважины бурят тем же оборудованием, что и шпуры в забое выработки.
В четвертом разделе исследованы сдвижения пород вблизи выемочных выработок и технологии устойчивого их проведения в подземных условиях.
Исследования и опыт работы шахт показали, что негативные последствия проявлений горного давления в подготовительных выработках отмечаются с глубин 800-1000 м, когда средняя скорость конвергенции пород кровли и почвы в
сутки достигает в выработках 6-7 .мм или до 2,2-2,5 м в год. На таких глубинах в горных выработках более интенсивно проявляется процесс выдавливания пород почвы (пучения). Так, при столбовых системах разработки тонких и средней мощности пластов в Воркуте, Донбассе, Кузбассе пучение пород в выработках в 15-20 м перед очистным забоем достигает 55-60 % общей конвергенции
Опыт применения столбовой системы разработки калийной руды (в условиях Старобинского месторождения Белоруссии) с обрушением кровли показывает, что наиболее длительному и интенсивному воздействию опорного горного давления подвержены штреки на границе с выработанным пространством. В области сопряжения с лавой в результате разлома кровли и подъема почвы высота штреков уменьшается на 500-800 мм, наблюдаются отслоения крупных кусков породы с боков выработок. Для изыскания способов повышения устойчивости штреков в зонах с высоким опорным горным давлением проводились шахтные эксперименты по изменению напряженного состояния с помощью компенсационных щелей (полостей). Результаты исследований показали, что применение компенсационных полостей (щелей) позволяет сократить смешение сгенки штрека в 1,21,6 раза, а смещение его кровли и почвы примерно в три раза Длина щели, как отмечают авторы, для сохранения штрека без разрушения кровли и почвы в течение всего срока службы недостаточно обоснована. Эти исследования подтверждают необходимость применения для разгрузки массива вокруг выемочных штреков разработанных схем образования полостей (щелей), научно обоснованного метода определения их длины, а также использования и в рудной отрасли созданных нами крепей повышенной податливости.
Анализ сдвижения горных пород в выработках при столбовой и сплошной системах отработки тонких и средней мощности пластов позволяет отметить актуальность их разгрузки от влияния нормальных напряжений Особенно целесообразна разгрузка пород вокруг выработок, проводимых в условиях «массив — массив», «массив — буговая полоса», «массив — жесткие полосы» В этих условиях горные выработки на больших глубинах теряют устойчивость.
Существующие способы борьбы с выдавливанием пород почвы имеют определенные недостатки. Взрывание камуфлетных зарядов только в почве выработки первоначально снижает пучение, однако в дальнейшем оно восстанавливается и достигает 80 % поперечного ее сечения. Разрыхление пород почвы с помощью взрывания ВВ в вертикальных шпурах горных выработок вызывает погружение стоек крепи в породу под воздействием вертикальной нагрузки на поддерживающую раму. Это практически равнозначно пучению почвы. Нагнетание в камуфлетные полости упрочняющих растворов дает положительные результаты, однако через определенное время упрочненная порода под влиянием нормальных напряжений разрушается с образованием систем новых трещин.
Щелевая разгрузка пород почвы посредством прорезания одной или нескольких параллельных щелей в основании ее позволяет снизить пучение почвы лишь на 10-15 %. Это не окупает затрат на создание щелей.
Наиболее эффективным способом является ослабление массива скважинами. Вместе с тем этот способ не нашел практического применения из-за невозможности
совмещения работ по бурению разгрузочных скважин диаметром 300 500 мм с технологическими процессами при проведении горных выработок В связи с тгим была разработана и апробирована на ряде шахт взрывополостная разгрузка породного массива, входящая в технологию сооружаемых горных выработок Сущность этой локальной разгрузки состоит в том. что с помощью энергии камуфлетного одновременного взрыва ВВ в боках и почве по обеим сторонам горной выработки массив разрушается, что способствует перемещению повышенных напряжений в глубь породного массива Преимущества ее по сравнению с ослаблением пласта скважинами по углю состоят в следующем:
- менее трудоемка, так как вместо бурения скважин диаметром 300-500 мм бурятся шпуры или скважины диаметром 42-150 мм;
- бурение разгрузочных скважин может осуществляться тем же буровым механизмом, что и бурение шпуров в забое выработки;
- разгрузка вмещающего массива производится одновременно с подвигани-ем забоя выработки.
Для предупреждения выдавливания пород боков и почвы разработаны технологические схемы сооружения горных выработок, предусматривающие применение локальной взрывополостной разгрузки их массива от влияния горного давления, а также её сочетания с традиционными средствами поддержания кровли в выработанном пространстве. В состав способа входят разгрузочные (полостные) скважины (шпуры), которые бурят в боках и почве выработки с обеих ее сторон. Полостные скважины (шпуры) бурятся одновременно со шпурами в забое выработки. Помещенные в скважины (шпуры) заряды ВВ взрываются одновременно со взрыванием зарядов в шпурах забоя выработки. Схема расположения скважин (шпуров) является составной частью паспорта буровзрывных работ (БВР) на проведение горной выработки. Для бурения скважин (шпуров) используется существующее проходческое оборудование. Применение способа не снижает темпов проведения горной выработки, не влияет отрицательно на состояние крепи, устанавливаемой в ее забое.
Технологические схемы разработаны применительно к буровзрывному и комбайновому способам ведения выработок для следующих горногеологических условий.
Категория шахт по газу ...................... негазовые, I. II, III категории
Пласты угля и вмещающие породы.........не опасные по внезапным выбросам
Шахтные экспериментальные исследования эффективности технологии сооружения горных выработок с взрывополостной разгрузкой вмещающих их пород, а также с применением набрызг-бетона и тампонажа пустот за крепью прово-
газа, угля и породы, не склонные к самовозгоранию
Угол падения пластов,...
.до 20 20-60
Прочность пород почвы, МПа... Прочность пород кровли, МПа.. Диаметр скважин (шпуров), мм
более 50 .....42-70
дились при столбовой и сплошной системах разработки. Наблюдательные репер-ные станции оборудовались на возможно близком расстоянии от забоя выработки и состояли из 10 секций, расположенных друг от друга на расстоянии 10 м.
Определение отметок реперов наблюдательных станций осуществлялось техническим нивелированием. Относительная ошибка геометрического нивелирования не превышала 1:100000. Проявления горного давления измеряли от нескольких месяцев до нескольких лет, в зависимости от горно-геологических условий. Количество секций в замерной станции определяли методом доверительных пределов. Конвергенцию кровли с почвой измеряли стойкой СУ-11, а сближение боков — рулеткой ВНИМИ.
Для разрушения угольного массива принята треугольно-гнездовая схема расположения заряженных ВВ шпуров, высокая эффективность которой в снижении нормальных напряжений установлена аналитическими исследованиями. Схема предусматривает расстояние между шпурами 0,7-1,0 м.
При указанной в табл. 5 длине шпуров, массе зарядов и одновременном камуфлетном их взрывании уголь практически переходит в состояние, аналогичное сыпучей среде. Масса вытесненного угля под воздействием энергии трех одновременно взрываемых камуфлетных зарядов ВВ разгрузочных шпуров в область выработки не превышала 50-100 кг.
Таблица 5
Технологические параметры взрывополостной разгрузки массива вокруг горных выработок
Длина разгрузоч- Прочность Тип взрывчатого Масса Состаз
ных шпуров, м угля, МПа вещества зарядов, кг забойки
3,5-4,0 15-20 Т-19 2,1 Ампулы с водой, песчано-
глинистая смесь
4,5 15-20 Т-19 2,4 Тоже
Проверка эффективности технологий сооружения горных выработок, предусматривающих взрывополостное разрушение массива вокруг них, осуществлялась при отработке выемочных участков на шахтах Стахановугля, Первомай-скугля.
Общая протяженность экспериментальных участков в горных выработках была равна 1519 м. Средняя протяженность экспериментального участка на одну выработку составила 253 м.
Эффективность разгрузки вмещающего массива на шахте им. В. Р. Менжинского исследовалась в штреке, проводимому по пласту /6 на глубине 1047 м, опасному по внезапным выбросам угля и газа, мощностью 1,2 м с кровлей, представленной известняком прочностью 70 МПа, породами почвы прочностью 40 МПа. Породы почвы состояли из слоистого алевролита мощностью до 5 м. Площадь сечения проводимого выемочного с опережением лавы штрека в свету равнялась 18,5 м2. Длина разгрузочных шпуров, рассчитанная по формуле (6), была равна 4,5 м. Разгрузочные шпуры по пласту диаметром 42 мм располагали по треугольно-гнездовой схеме. Расстояние между разгрузочными шпурами было
0,7-1,0 м. Шпуры бурили на расстоянии 0,4 м от забоя штрека под углом 90° к его продольной оси. В сотрясательном режиме взрывали заряды разгрузочных шпуров и заряды шпуров в забое штрека. Масса зарядов ВВ разгрузочных шпуров по пласту была принята в соответствии с данными, приведенными в табл. 5. Наклонные шпуры в породах почвы бурили длиной 3 м под углом 45° к вертикальной оси выработки. Масса заряда в шпурах почвы составляла 1,5 кг. На границе с выработанным пространством кровля штрека поддерживалась накатным костром и бутовой полосой шириною 6 м. Расстояние между шпурами в породах почвы равнялось 0,8 м. В результате в зоне влияния опорного горного давления впереди очистного забоя пучение пород почвы /?„ в разгруженной части штрека было 210 мм, а в неразгруженной 420 мм (рис. 6), смещения пород боков разгруженного штрека не превышали 100 мм, неразгруженного были равны 210 мм. В зоне остаточного горного давления на расстоянии 210 м за лавой пучение пород почвы штрека не превышало 610 мм. На таком же расстоянии за лавой в зоне неразгруженного массива лучение пород почвы было равно 1300 мм. Выдавливание пород почвы в зоне неразгруженного массива было в два раза больше, чем в разгруженном. Пучение пород почвы при расчетной длине разгрузочной полости 4,5 м на глубине 1047 м не превышало пучения почвы неразгруженного массива вокруг штреков на глубине //0 ~450 м более чем на 11 %. Конвергенция Нобщ в разгруженном штреке равнялась 910 мм, а в неразгруженном составляла 1600 мм. Значение смещения кровли Ик несколько превышало смещение кровли в неразгруженном штреке и было равно 380 мм. При этом арочная металлическая крепь из-за малой податливости была частично деформирована.
Расстояние до лавы, м
Рис. 6. Смещение пород в конвейерном штреке впереди и позади лавы: сплошная линия - в неразгруженном массиве; пунктирная - в разгруженном массиве
Затраты времени на бурение шести полостных шпуров длиною 4,5 м не превышали 40 мин, общая длина их, отнесенная к 1 м проводимого штрека, равнялась 13 м. Такой объем бурения шпуров не снижал достигнутых темпов проведения горных выработок.
1600
Разгрузка массива вокруг штрека и поддержание кровли в выработанном пространстве непрерывным накатным костром из деревянных стоек шириной 1 м в сочетании с пятиметровой бутовой полосой позволили снизить пучение почвы за лавой на 47 %, конвергенцию на 50,6 %, при частичной подрывке пород почвы сохранить его состояние близким к эксплуатационным требованиям на протяжении двух лет. Аналогичные исследования эффективности взрывопо-лостной разгрузки вметающего массива проводились на шахте «Карбонит» на глубине 700 м в опережающем лаву конвейерном штреке пласта /" с кровлей, состоящей из песчаника мощностью 15-20 м и прочностью 80 МПа, породами почвы прочностью 20-35 МПа. Площадь сечения штрека в свету равнялась 18,3 м2. Длина разгрузочных шпуров, полученная с помощью зависимости (6), не превышала 3,6 м. Взрывополостная разгрузка массива вблизи конвейерного штрека в сочетании с жесткой ограждающей полосой, обеспечивая снижение пу- "
чения пород почвы до 48 %, позволяет использовать его в качестве вентиляционного при отработке смежного выемочного участка обратным порядком.
Оценивая технологию проведения выемочных выработок с взрывополост- *
ной разгрузкой массива от влияния горного давления путем образования полостей по пласту и породам почвы энергией взрыва, можно отметить достаточно высокую ее эффективность. При длине разгрузочных полостей, рассчитанных с помощью зависимости (6), в горных выработках, проводимых с опережением очистного забоя, а затем примыкающих к выработанному пространству лавы, максимальное пучение пород почвы в зоне остаточного горного давления не превышает 510 мм. Это позволяет при площади сечения выемочных выработок в свету 18,5 м2 и более сохранять их устойчивость.
При отработке выемочного участка прямым порядком эффективность разгрузки массива вокруг проводимого штрека исследовали на шахте «Кировская» (Стахановуголь). Выемочный штрек проводился в одной плоскости с забоем лавы с площадью сечения в проходке 15,8 м2 и крепился рамной податливой ме-талличгской крепью КП-4П с площадью поперечного сечения 14,7 м2. Длина полостных шпуров определялась по формуле (6) и равнялась 4,4 м. Штрек располагался на глубине 850 м. Мощность пласта была равна 1,5 м, в кровле залегал алевролит прочностью 60МПа, а в почве- глинистый сланец прочностью *
30 МПа. Разгрузочные шпуры по углю длиною 4,9 м опережали забой лавы на длину ее подвигания. Длина разгрузочных шпуров в породах почвы штрека была 3,1 м, заряд ВВ 1,5 кг. Расстояние между шпурами в породах почвы составляло *
0,8 м. Одновременная разгрузка вмещающего выработку массива горизонтальными и наклонными полостями (щелями) обеспечивает снижение выдавливания пород почвы до 57 %, конвергенции на 50 %.
Как показали результаты исследований на шахтах «Карбонит», им. В. Р. Менжинского (Первомайскуголь), «Кировская» (Стахановуголь), технология проведения горных выработок с разгрузкой от влияния горного давления массива, их вмещающего, эффективна по пластам, имеющим кровлю средней и вышесредней устойчивости, пучащие породы почвы на глубине 700 м и более.
При продолжительном сроке эксплуатации горизонтальных и наклонных горных выработок целесообразно во вмещающем их массиве образовывать разгрузочные и вспомогательные скважины. При этом разгрузочные скважины диаметром D, определяемым по формуле (8), выполняют роль полостей-пустот, в которые за счет энергии взрыва во вспомогательных скважинах диаметром dm и опускания пород кровли перемещается разрушенный уголь. Исследование эффективности рассмотренной разгрузки массива от влияния горного давления проводили в штреке с кровлей, представленной песчаником прочностью 70 МПа, породами почвы прочностью 30-35 МПа на глубине 710 м. Площадь сечения штрека в проходке 15,5 м2, а площадь поперечного сечения в свету 14,8 м2. Длина разгрузочных скважин была равна 4,5 м. Камуф-летный заряд в наклонном шпуре длиною 2,5 м в почве был равен 0,9 кг. Разгрузочные скважины бурили диаметром 150 мм. Расстояние между разгрузочной и вспомогательной взрываемой скважинами равнялось 1,0 м. Масса заряда во вспомогательной скважине составляла 2,3 кг. При указанной массе заряда обеспечивалась расчетная глубина полостей. Это позволило снизить в 2,2 раза пучение почвы в зоне влияния остаточного горного давления. В разгруженной части штрека конвергенция равнялась 650 мм, в том числе опускание кровли не превышало 380 мм, а выдавливание пород почвы 270 мм. В неразгруженном массиве конвергенция была равна 1040 мм, в том числе кровля опускалась на 440 мм, а почва подымалась на 600 мм. В разгруженной части штрека конвергенция не превосходила конструктивной податливости крепи КП-4П.
Проведены исследования эффективности технологий сооружения штрека, не подверженною влиянию очистных выработок. Длину разгрузочных полостей по пласту и породам почвы штрека определяли по формуле (5). Глубина разгрузки по пласту и породам почвы была одинаковой и равнялась 3,3 м. Наклонные полости создавали в породах почвы с обеих сторон выработки под углом 45-60° к вертикальной ее оси. Камуфлетный заряд взрывчатого вещества в каждом наклонном шпуре для образования полостей в почве 1,5 кг. Расстояние между шпурами было 0,8 м, взрывание зарядов осуществлялось одновременно с подвиганием забоя штрека. Разгрузочные полости по пласту создавали с опережением забоя штрека, равным его подвиганию за цикл. Камуфлетный заряд полостного шпура по пласту был 1,8 кг, расстояние между шпурами не превышало 1,0 м. Длина разгруженного от влияния горного давления штрека путем одновременного применения полостей по пласту и наклонных по породе - около 190 м На разгруженном участке выдавливание пород почвы на протяжении трех лет не превышало 200 мм, а на неразгруженном участке пучение почвы за указанное время составило 850 мм. При этом снижение выдавливания пород почвы составило 76,4 %. Штрек отвечал технологическим требованиям более 5 лет. Результаты шахтных исследований подтверждают надежность и эффективность определенной аналитическим путем схемы расположения разгрузочных полостей и их длины, обеспечивающих снижение нормальных напряжений вокруг горных выработок, повышение их устойчивости.
Установлено, что технологии сооружения горных выработок, предусматривающие разгрузку вмещающего массива путем камуфлетного взрывания скважинных (шпуровых) зарядов, применимы в условиях пластов мощностью до 3,0 м с кровлей средней и вышесредней устойчивости, пучащими породами почвы.
Проработки по шахте нового типа показывают целесообразность дальнейшего совершенствования технологии сооружения выработок, внедрения систем разработки выемкой пластов по падению или восстанию спаренными лавами. Технико-эксплуатационные преимущества этих систем по сравнению с системами выемки по простиранию позволили значительно повысить уровень концентрации работ, а также изменить решения по подготовке шахтного поля -уменьшить объемы горных работ и, главным образом, сократить протяженность проводимых выработок в начальной стадии строительства предприятий.
В условиях пластов мощностью до 3 м и с углом залегания до 12° может применяться разработка их спаренными лавами, предусматривающая локальную разгрузку вмещающего массива одновременно с подвиганием забоя выемочных выработок, кровля которых поддерживается в выработанном пространстве традиционными средствами. Указанная разработка возможна в сочетании с блоковым вскрытием и панельной схемой подготовки. Штреки, закрепленные металлической крепью" КП-4П с податливостью до 1500 мм и более, проводятся с взрывополостной разгрузкой вмещающих пород, предусматривающей образование горизонтальных и наклонных полостей в боках и почве выработок. При этом конвейерная выработка проводится на всю длину выемочного участка, обеспечивая транспортировку угля из лав на расположенный выше магистральный штрек, прямоточное их проветривание Разгрузка пород вокруг конвейерной выработки осуществляется, как и выемочных штреков, горизонтальными и наклонными полостями. За лавой конвейерная выработка находится между двусторонними бутовыми полосами в сочетании с наклонными полостями. В почве выемочных штреков наклонные сплошные компенсационные полости на участке длиною 250 м нарезали врубовой машиной «Урал-33» шириною 140 мм и глубиной 2,5 м. Инструментальные наблюдения показали, что создание полостей механиче- ■
ским путем и энергией взрыва позволяет уменьшить поднятие почвы на 400 мм по сравнению с поднятием почвы в неразгруженной части штрека, где оно составило 600 мм. В разгруженной части выемочных штреков выдавливание пород почвы не превышает 200-300 мм при отработке выемочного участка длиною 1200 м.
Рис. 7. Схема расположения выемочных горных выработок в условиях сближенных пластов свиты
Эффективные способы разработки сближенных наклонных (18^15°,) пластов прежде всего зависят от технологии сооружения устойчивых горных выработок.
Установлено, что удаление Г, м, штрека нижнего пласта от неподвижной кромки неразгруженного верхнего (рис.7), обеспечивающее его устойчивость, может определяться по формуле
Г =134о(}#/Кср^ л/тсоза/[(й0/й)2 +10,з] (9)
где уН ~ напряжение нетронутого массива горных пород, МПа, Я? - средневзвешенное значение расчетного сопротивления пород сжатию, МПа; т - мощность пласта, м; а - угол залегания пласта; И0 = 10 м — условное расстояние между пластами; к - расстояние по нормали между пластами, м. Коэффициент детерминации зависимости (9) равен 0,9516. Близость к 1 коэффициента детерминации означает хорошую согласованность экспериментальных данных с результатами регрессионной зависимости.
На глубоких горизонтах при разработке сближенных пластов свиты наиболее приемлем комбинированный способ Он предусматривает выемку верхнего неразгруженного от горного давления пласта через надрабатываемые передние квершлаги или гезенки на надрабатываемый групповой транспортный штрек, а нижерасположенного пласта (пластов) - через собственный штрек (ш греки), проводимый в надработанной тозще и поддерживаемый на границе с выработанным пространством, на задние квершлаги или гезенки. При таком способе очистные работы на верхнем пласте опережают работы на нижнем. Порядок отработки участков прямой. За счет группирования пластов и одновременной их выемки повышается уровень концентрации горных работ.
Полученные с помощью зависимости (9) данные расположения конвейерных штреков нижнего пласта в надработанной толще пород позволили установить область применения комбинированного способа разработки сближенных пластов на квершлаги или гезенки Были определены углы ¡3 заложения гезенков к горизонтальной плоскости для пластов с наклоном 18-45°, мощностью междуплаегья Н> 20 м, прочностью пород 40-70 МПа:
Р = агс Хё{и/Г)-а. (10)
При разработке двух сближенных пластов с углом залегания 35-45" и между-пластьем ! 0 м самотечная транспортировка угля по гезенкам на групповой штрек не обеспечивается, угол заложения гезенков не превышает 24°. При большем угле заложения гезенков конвейерный штрек из-за влияния опорного горного давления. образующегося в области неподвижной кромки верхнего пласта, деформируется. Поэтому разработку сближенных пластов целесообразно осуществзять комбинированным способом на квершлаги.
При толщине междупластья 10-20 м углы заложения гезенков колеблются от 28 до 45° и возникает возможность самотечного транспортирования угля на групповые штреки.
На рис.8 представлена новая технология сооружения горных выработок, предусматривающая двустороннюю опережающую на 100 м их забой бурош-нековую выемку угля по пласту мощностью от 0,6 до 3 м и шнековую закладку породы в образуемые полости. После чего в массиве, разгруженном от влияния горного давления с обеих сторон забоя полостями длиною, определенной по формуле (5) или (6), проводят горную выработку протяженностью 95 м.
Рис. 8. Технологическая схема с двусторонней разгрузкой массива бурошнековыми комплексами
1 - полость; 2 - бурошнековая машина; 3 - место складирования кассет, 4 вентилятор местного проветривания; 5 - магнитная станция; 6 - насосная станция гидросистемы; 7 - станция пылеподава-ния; 8 - юрная выработка, 9 - скребковый конвейер,
—> направление свежей струи; —> направление исходящей струи воздуха
Длительность цикла на бурение одной полосы длиной 100 м при выбуриваемой по пласту круглой полости диаметром 0,7 м равна 14 ч 30 мин.
Количество выемочных полос длиной 100 м, которое можно пробурить одной машиной комплекса в течении суток, равно 1,6 штук.
Технологическая схема опережающего образования разгрузочных полостей с обеих сторон забоя горной выработки бурошнековыми машинами разработана нами для наиболее распространенных условий негазовых шахт и рудни-
ков с учетом опыта отработки выемочных участков на угольных шахтах Донбасса.
Результаты шахтных исследований подтверждают, что применение такой технологии позволит проводить горные выработки со скоростью 90 м/мес и более до границ полей предприятий без выдачи породы на поверхность, при этом получать попутно добычу угля, обеспечить безремонтное и повторное использование магистральных и подготовительных выработок.
Об этом свидетельствуют и результаты испытания технологии выбуривания выемочных полос при безлюдной выемке угля двумя экспериментальными машинами БЗМ и БШК из одной подготовительной выработки (рис. 9) по пласту й3 мощностью 0,55-0,65 м с неустойчивыми вмещающими породами на шахте «Моспинская». В условиях двусторонней выемки угля состояние выемочных выработок было устойчивое, крепь не деформировалась и использовалась повторно.
Рис. 9. Технологическая схема двусторонней выемки угля в ярусе двумя бурошнековыми машинами:
1 - бурошнековые машины; 2 -скребковый конвейер; 3 - вентилятор, 4 - вентиляторный став, 5 - тельфер, 6 - монорельс, 7 - датчик АКМ
Достигнутые показатели бурошнековой технологии проведения выработок показывают, что ее применение позволит эксплуатировать их без ремонта более 10 лет.
Результаты выполненных исследований позволяют считать технологию сооружения выемочных горных выработок с опережением очистного забоя эф-
фективной и экономически выгодной при добыче угля из лавы на тонких пластах больше 3000 тонн в сутки.
В пятом разделе изложены технологии сооружения капитальных выработок, временных крепей и меры безопасности труда, экономическая оценка способов проведения горных выработок.
Поскольку сроки службы выемочных штреков относительно невелики, то конвергенция в таких выработках во время их проходки и эксплуатации приобретает значение, как было отмечено выше, лишь на больших глубинах. Сроки службы магистральных выработок и руддворов на шахтах больше и в отдельных случаях превышают 15 лет. Ввиду значительных затраг на сохранение капитальных выработок внимание к проблеме борьбы с конвергенцией в них увеличивается.
В связи с этим были разработаны технологии сооружения капитальных выработок с применением набрьпг-бетона и тампонажа закрепного пространства в условиях неустойчивых пород.
Технология и организация работ при нанесении набрызг-бетонной смеси и тампонировании пустот за крепью были одинаковы для всех упомянутых выше горных выработок. Закрепное пространство тампонировали после нанесения набрызг-бетонной смеси на участках длиной 30-40 м. При этом отставали там-понажные работы от набрызг-бетонных на 100 м при «мокром» способе и на 40 м — при «сухом».
Всего «мокрым» способом было закреплено 3625 м горных выработок. Крепь из набрызг-бетона в сочетании с тампонажем пустот за крепью применялась в различных горно-геологических условиях. Так, выработки околоствольного двора шахты «Должанская-Капитальная» располагались в основном в породах средней
устойчивости (уH/Rcp = 0,3-0,45).
Вентиляционный и откаточный штреки шахты «Ворошиловградская» № 1 проводились в основном в малоустойчивых породах (yf///?^ ~ 0,6).
Исходные данные и расчет ожидаемых смещений показали, что в условиях неустойчивых пород целесообразно применять податливую временную крепь с конструктивной податливостью 50 см и более. Этим требованиям в наибольшей мере отвечают крепи из спецпрофиля КП-4П После набора необходимой прочности набрызг-бетоном и тампонажным камнем металлические рамы целесообразно извлекать. Крепление выработок набрызг-бетоном и тампонажем вместо металлобетонных конструкций дает значительный экономический эффект. Об этом свидетельствуют и наблюдения за их состоянием продолжительностью более 12 лет. В результате установлено, что трудовые затраты на ремонт за указанное время эксплуатации выработок не превышают 1,5чел.-смен на 100 т юварного угля. Это почти в два раза ниже показателей трудовых затрат на ремонт в анато-гичкых горных выработках угольной отрасли.
Рассмотренный выше опыт и параметры заполнения пустот за крепью металлической крепи был использован в аналогичных горно-геологических условиях на шахте «Южно-Донбасская» № 3 (Донецкуголь).
28
Рассмотренный выше опыт и параметры заполнения пустот за крепью металлической крепи был использован в аналогичных горно-геологических условиях на шахге «Южно-Донбасская» № 3 (Донецкуголь).
Главные откаточные выработки, околоствольные дворы и камеры этой шахты расположены на глубинах 624 и 824 м в отложениях нижнего карбона, представленных с ¡абыми, легкообрушающимися аргиллитами и алевролчшми прочностью / = 2-4, слоистого сложения с очень слабой межслоевой связью Песчаники / = 4-5 средней устойчивости нарушены! ретинами и обводнены.
Для крепления горных выработок, за исключением выработок околоствольных дворов клетевого и скипового стволов, проектный институт предусмотрел применение на этой шахте типовой трехзвенной арочной металлической крепи АГ13 (СВП 22. 27, 33) с плотностью установки 1-1,5 рамы на 1 м выработки, с железобетонной затяжкой боков и кровли Однако из-за значительных смещений приконтурного массива и пучения пород горные выработки еше в период строительства шахты подвергались интенсивным деформациям При 1 »том 30% всех пройденных горных выработок настолько деформировались, что
дальнейшая эксгпуатация их без ремонта стаза невозможной
Попытки произвести ремонт крепи путем традиционного перекрепления оказались неэффективными, так как при этом возрастала интенсивность смещения породного контура, а стоимость перекрепления 1 м выработки площадью сечения 16,6 м2 по прямым затратам составила 80 % ог сметной стоимости проходки и крептения вновь сооружаемой горной выработки с площадью поперечного сечения 18,3м2.
С целью повышения устойчивости магистральных и подготовительных выработок, а также выработок околоствольных двороЕ применили тампонаж (заполнение) пустот за крепью вяжущим материалом с разгрузкой пород почвы от влияния горного давления камуфлетным взрывом ВВ.
Максимальная дальность подачи тампонажного раствора от установки 120-140 м. Отставание тампонажных работ от забоя не превышало 40-50 м. При таком отставании сохраняется необходимая устойчивость крепи н не происходит ее деформация. г Повышение устойчивости горных выработок путем заполнения пустот за
крепью на шахте «Южно-Донбасская» № 3 еще раз подтвердито целесообразность его использования в условиях матоустойчивых и средней устойчивости « пород. Наблюдениями за состоянием крепи установлено, что смешения породно-
го контура стабилизироватись благодаря качественному выполнению тмпонажа пустот за крепью и проникновению раствора в крупные трещины При этом образовываюсь область упрочненной породы толщиной до 1 м со значительной грузонесущей способностью, которая выполняет функцию несушсй оболочки, прилегающей к поверхности выработки.
Результаты заполнения пустот за крепью твердеющими смесями подтверждают повышение устойчивости горных выработок и эффективнос1ь рабош крепи КП-4П в условиях неустойчивых пород.
Технология заполнения пустот за крепью зависит от устойчивости пород и может осуществляться:
- вслед за подвиганием забоя выработки с полной остановкой работ по проходке;
- на расстоянии 40-80 м от забоя параллельно с проведением выработки и после окончания ее проведения.
Среднемесячные темпы проведения выработки с применением первой технологии 20-30 метров в месяц.
Вторая и третья технологические схемы получили более широкое распространение, а темпы заполнения пустот за крепью при использовании этих схем 100 метров в месяц.
На шахтах угольных бассейнов 82 % выработок крепят инвентарной консольной крепью, 14 % - арочной крепью из спецпрофиля (реже двутавра), которая оставляется в бетонной крепи. При этом в качестве призабойной оградительной крепи применяют консольную инвентарную крепь. Остальные выработки (4 %) поддерживаются анкерной, одностоечной, рамной с гидростойками, механизированной временной крепью, а также экспериментальными видами крепи.
На глубине более 800 м значения нормальных напряжений значительно превосходят предельно допустимые напряжения пород. В результате в области краевой части пласта забоя выемочной выработки происходят деформации и разрушения пород кровли, что приводит к вывалообразованиям. Вывалы на призабойных участках связаны также с трещинообразованием в породах на контуре выработки вследствие взрывных работ. На массу вывала наиболее существенно влияют площадь обнажения кровли выработки и крепость пород. Существенного влияния глубины заложения выработки на массу вывала не отмечается, что, по-видимому, можно объяснить преобладающим влиянием крепости пород и сдерживающим влиянием близости забоя.
Для прогноза можно использовать эмпирическую зависимость
Р = 0,36 + 0,6S-0,ISR? -10-7, (10)
где Р - максимальная масса ожидаемого вывала, т; S - площадь горизонтальной проекции обнаженной кровли призабойной части выработки, м2; У?г'' - предел прочности пород на одноосное сжатие, МПа.
Точность зависимости (10) соответствует исследованному явлению, о чем свидетельствует коэффициент детерминации 0,84, критерий Фишера 347, средняя относительная ошибка аппроксимации 0,089, остаточное среднеквадратиче-ское отклонение 0,120.
Эта зависимость справедлива для следующих условий: глубина 1801600 м, предел прочности пород на одноосное сжатие 20-100 МГТа, площадь обнажения кровли 1,4-1,8 м2, площадь сечения выработки в проходке 4,5-20 м?
Если выражение (10) дает отрицательные или не превышающие 50 кг значения массы вывала, то временная крепь может отсутствовать. Однако во избе-
жание несчастных случаев от выпадения породы из зон случайных ослаблений массива или генетических трещин следует возводить облегченную конструкцию крепи.
При постоянной монолитной бетонной крепи исключается консольная временная крепь. В этом случае требуются подвесные или набрызговые конструкции. При комбайновом способе проведения требуется устанавливать механизированные крепи.
После выбора типа временной крепи производится расчет ее элементов. Наиболее слабым элементом крепей является деревянный настил. Расчет должен вестись по этому элементу. Условие прочности для настила
, о„= cuasia], (11)
где ад - динамическое напряжение при ударе вывалившейся породы, МПа; ост— статическое напряжение от массы вывала, МПа; кд - динамический коэффициент; [о] - допустимое напряжение материала, МПа.
Динамический коэффициент при двухконсольной крепи с настилом достигает 6-8, масса вывала, воспринимаемая такой крепью, не превышает 150— 200 кг. При трехконсольной крепи допустимая динамическая нагрузка на SOSO % выше.
Для консольной крепи с верхняком из спецпрофиля расчет параметров следует вести по консолям как наиболее слабому элементу. Расчетные значения максимальной массы вывала, воспринимаемой этой крепью, находятся в пределах 0,6-3,5 т. Вывалы такой массы составляют более 90 % общего количества Этой цифрой и может быть охарактеризован объем возможного применения консольной крепи с верхняком из спецпрофиля.
Определено, что при отработке выемочного участка протяжённостью 1000 м экономический эффект за счёт повторного использования горных выработок с площадью поперечного сечения 18-21 м2, применения крепи КП-4П и предотвращения выдавливания пород равен 19,5 млн. руб. г При выборе способа проведения горных выработок необходимо учитывать не
только величину эксплуатационных затрат, но и возможное изменение потерь угля в недрах, качество добываемого угля. Главными техническими направлениями при проектировании и строительстве предприятий можно считать сооружение устойчивых горных выработок, технологии которых устраняют вредное влияние горного давления на массив их вмещающий, и планировку горных работ, предусматривающую размещение породы в полостях, образуемых бурошнековыми машинами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации, представляющей законченную научно-исследовательскую работу, решена научная проблема сооружения устойчивых горных выработок, технологии проведения которых предусматривают применение разгрузки от влияния горного давления вметающего массива, крепи повышенной податливости, набрызг-бетона и заполнение пустот за крепью вяжущим материалом, что позволяет обеспечить экономически эффективное функционирование глубоких рудников и шахт.
Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:
1. Методом математического моделирования НДС пород установлено, что одновременное применение наклонных и горизонтальных разгрузочных полостей (щелей) приводит к существенному уменьшению концентрации нормальных напряжений в массиве вблизи горных выработок.
Определено, что при длине выработанного пространства над куполом, равной ширине выработки, обязательна разгрузка пород ее почвы наклонными полостями, как и в случае, когда длина выработанного пространства равна пятикратной ширине выработки.
Разработан метод определения оптимальной длины полостей с целью разгрузки массива в окрестности проходимых горных выработок разного функционального назначения и с различной площадью сечения в зависимости от глубины их проведения и физико-механических свойств пород. Установлено, что на глубине 800-1600 м большинство вмещающих пород прочностью 50-100 МПа вокруг выемочных выработок в области сопряжения с лавой длиной 100 м и более разрушаются. При осуществлении разгрузки пород вблизи выемочных выработок одновременно наклонными и горизонтальными полостями даже на сопряжении с лавой длиной 250 м можно обеспечить состояние их, соответствующее эксплуатационным требованиям.
2. Установлена возможность применения энергии взрыва для разрушения угольного (породного) массива камуфлетными зарядами в скважинах, удаленных друг от друга на 1,2 м, и зарядами в шпурах, удаленных друг от друга на 0,7-1,0 м.
Определено функциональное соотношение диаметра разгрузочных скважин и диаметра вспомогательных скважин, являющееся технологическим параметром разгрузки массива вокруг горных выработок от влияния горного давления.
Создана конструкция металлической податливой крепи КП-4П, которая может без повреждений воспринимать конвергенцию пород до 1000 мм и более При этом крепь КП-4П способна обеспечить устойчивое состояние горных выработок на протяжении времени, которое предусмотрено проектом. Эта крепь с уменьшенной массой, достаточной несущей способностью и податливостью исключает работы по ремонту горных выработок. При изготовлении 1000 ком-
плектов крепи КП-4П экономия средств за счет уменьшения массы металла на ее изготовление равна 560 тыс, руб.
3. Промышленная проверка технологий сооружения горных выработок с взрывополостной и механической разгрузкой вмещающего массива от влияния горного давления показала достаточно высокую их эффективность при сплошной и столбовой системах разработки. При длине разгрузочных горизонтальных и наклонных полостей, рассчитываемой с помощью полученных зависимостей, в горных выработках, не подверженных влиянию очистных работ, а гакже примыкающих к выработанному пространству лавы, конвергенция не превышает конструктивную податливость разработанной крепи. Обусловлено это перемещением повышенных напряжений в глубь массива, исключающим разрушение пород кровли, что способствует плавному их опусканию на крепь выработки и средства поддержания в выработанном пространстве лавы. Улучшение геомеханических условий на сопряжении лавы со штреком повышает уровень безопасности груда рабочих, практически устраняет вывалообразования.
4 Обеспечено на протяжении 1,0-1,5 лет устойчивое и безремонтное функционирование выемочных выработок, закрепленных крепыо КП-4Г1 и размещенных в массиве, разгруженном от влияния горного давления камуфлетным взрывом ВВ одновременно в горизонтальных и наклонных скважинах (шпурах) диаметром 42 -70 мм.
Более 3 лет соответствуют эксплуатационным требованиям выемочные выработки, закрепленные крепью КП-4П, массив вокруг которых разгружен от влияния горного давления созданными по пласту скважинами диаметром 120150 мм в сочетании с взрываемыми вспомогательными по пласту и нактонными в породах почвы скважинами (шпурами) диаметром 42-70 мм.
На протяжении 10 лет сохраняют устойчивость и функционируют горизонтальные и наклонные горные выработки (-18°<а<18°), проводимые в условиях двусторонних полостей, образуемых в результате извлечения угля по пласту, а затем закладываемых породой бурошнековыми машинами.
5. Работы с выносом приводов конвейеров в примыкающие выработки свидетельствуют о том, что эффективность и трудоемкость труда на концевых участках лав и сопряжений во многом определяются состоянием пород и крепи при приближении лавы Применение технологий соор>жения выемочных выработок с разгрузкой вмещающего их массива энергией взрыва в сочетании с разработанной крепью большой податливости КП-4П позволяет снизить трудоемкость работ в процессе подвигания очистного забоя, повысить безопасность труда на сопряжениях и концевых участках лав.
Технологию сооружения выработок с опережением очистного забоя выемочных участков тонких пластов можно считать эффективной и экономически выгодной при добыче угля из лавы больше 3000 тонн в сутки. При этом опережающая лаву выемочная выработка должна быть закреплена металлической крепью КП-4П с податливостью не менее 1500 мм. _________
, и. -.¡ЧО'ЬКА
j С,'.1;тербург '
< OS 300 акт 1
6. На больших глубинах в условиях малоустойчивых и средней устойчивости пород крепление магистральных и выработок руддвора целесообразно металлической податливой крепью КП-4П в сочетании с набрызг-бетоном и тампонажем пустот за крепью. Трудовые затраты на ремонт указанных выработок за 12 лет не превышают 1,5 чел.-смен на 100 т товарного угля, что в два раза ниже показателей трудовых затрат в угольной отрасли.
Одновременное применение горизонтальных и наклонных разгрузочных полостей и крепи повышенной податливости КП-4П с традиционными средствами поддержания кровли в выработанном пространстве позволяет отрабатывать выемочные участки по простиранию или в крест простирания длиною до 1000-1300 м, обеспечивает при сплошной отработке пластов спаренными лавами прямоточное проветривание и эксплуатационное состояние выемочных выработок.
7. В условиях больших глубин, где влияние разработки одного пласта сказывается на значительном расстоянии на состоянии выработок других сближенных (междупластье 10-20 м) наклонных пластов свиты, целесообразна совместная их отработка. При этом рекомендуется осуществлять выемку верхнего неразгруженного от горного давления пласта через передние квершлаги или гезенки на групповой транспортный штрек, а нижерасположенного пласта (пластов) - через собственный штрек (штреки), проводимый в надработанной толще и поддерживаемый на границе с выработанным пространством, на задние над-работанные квершлаги (гезенки) и групповой транспортный штрек. Горные выработки, надрабатываемые, а также сохраняемые в разгруженном массиве, целесообразно крепить крепью КП-4П.
8. Увеличение прибыли на шахтах прежде всего зависит от применения технологий сооружения устойчивых горных выработок, предусматривающих региональную или локальную разгрузку вмещающего их массива от влияния повышенного горного давления, дифференцированного подхода к выбору машин и добычных комплексов на тонких и средней мощности пластах.
Возможность увеличения длины лавы существенно уменьшает объёмы капитальных работ, а также сроки подготовки выемочных полей шахт и рудников, стоимость их строительства На действующих предприятиях повторное использование выемочных выработок обеспечивает прямоточное проветривание очистных и подготовительных работ, снижение участковой себестоимости 1 т угля в 1,5 раза.
9. Для оснащения забоев выработок, в области которых массив разгружается от горного давления энергией взрыва ВВ в скважинах (шпурах), созданы и применяются быстродействующие огнетушащие средства. К этим средствам относятся установка порошкового пожаротушения, способная локализовать очаг горения ВМ на расстоянии до 40 м, а также задвижка ДУ-100, используемая для создания диспергированных и компактных струй воды
Метод расчета устойчивости временной крепи для конкретных горногеологических условий позволяет снизить уровень травматизма от вывалов по-
род, а также избежать деформации некоторых видов постоянной крепи горных выработок.
10. Состояние технологий сооружения горных выработок и крепи на глубинах более 700 м позволяет основными задачами считать:
— внедрение крепей КП-4П повышенной направленной податливости (до 1000 мм и более), максимально поддающихся механизации при возведении, обеспечивающих снижение трудоемкости и повышение безопасности работ;
— сооружение выработок, предусматривающее применение крепей КП-4П на основе набрызг-бетона и тампонажа закрепного пространства вместо метал-лобетонных конструкций;
— внедрение подготовки и отработки шахтных полей, предусматривающее сооружение горных выработок и их сохранение в разгруженных от повышенного горного давления зонах;
— сооружение горных выработок, основанное на локальной технологии выемки угля по пласту бурошнековыми машинами с обеих их сторон в направлении движения забоя и в соответствии с рекомендуемой длиной разгрузки вмещающего массива, последующей закладкой породой свободного пространства;
— исключение работающего проходческого комбайна с неполной нагрузкой в выемочных выработках, проводимых за лавой или с небольшим опережением очистного забоя, использование в таких выработках упрощенного и недорогого комбайна, имеющего в комплексе оборудования приспособления для образования разгрузочных полостей во вмещающем массиве в соответствии с разработанными технологическими схемами;
— внедрение для образования разгрузочных полостей высоконапорной во-доабразивной струей до 210 МПа (расход воды 1,7 л/мин) передвижного насосного агрегата «Джейпак» 40ЕО фирмы «Флоу-разерг» или расширяющегося раствора «Каммайт», который в ампулах размещают в скважинах (шпурах) массива с целью его разрушения вокруг горнах выработок. Это позволит обеспечить шахты и рудники безвзрывным и экологически чистым способом создания полостей в породах вблизи горных выработок;
— применение разработанных технологий сооружения горных выработок в горно-геологических условиях, характерных для Донбасса, Кузбасса, Урала, Инты, Сахалина, Воркуты, Старобинского месторождения калийной руды.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
Монографии:
1. Управление напряжённым состоянием породного массива и устойчивостью горных выработок / В. А. Полухин, С. А. Калоеров, Ю Б Грядущий, Е С. Го-рянская. - Донецк: Юго-Восток, 2002. - 302 с.
2. Полухин В. А. Основы технологий сооружения выработок и управление их устойчивостью при разработке тонких пластов на больших глубинах. - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2003.- 250 с.
3 Полухин В А. Геотехнология сооружения устойчивых горных выработок при разработке пластовых месторождений на больших глубинах.- Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2004,- 265 с.
Другие научные издания и статьи:
4 А. с 680744 СССР, МКИ А62С35/50. Огнегасительная установка/ А И Козлюк. В. А. Полухин, В. П. Чарков, Е. В. Курбацкий и др.; ВНИИ горно-спасаг. дела. - Заявл. 03.05.77; Опубл. 25.08.79, Бюл. № 31.
5. Полухин В. А., Кушнарев А. М., Курбацкий Е. В Оценка огнегаси-тельных составов при тушении горящих взрывчатых веществ // Безопасность труда в пром-сти - 1978.- № 5.- С. 30-31.
6. Полухин В. А., Остапенко В. Н., Коряко В. М. Применение анкерной крепи на шахтах ГГО «Донбассантрацит» // Стр-во предприятий угольной пром-сти.- 1978.- № 10.-С. 8-10.
7. Хорошун В И., Яковлев В. С., Полухин В. А. Временная крепь горизонтальных горных выработок: Экспресс-информ. / ЦНИЭИуголь.- М., 1978-№ 3,- 22 с.
8 A.c. 643161 СССР, МКИ А62С37/06. Пожарная задвижка / В И. Пунько, В. А. Полухин, В. П. Чарков. Е. В. Курбацкий - Заявл. 01.07.77, Опубл. 25.01.79, Бюл. № 3.
9. Полухин В. А. Шире внедрять передовые методы работы при подготовке новых горизонтов // Шахтное стр-во -1979 - № 3 - С. 1-2.
10. Крепление капитальных выработок набрызг-бетоном с тампонажем за-крепного пространства / В. П. Киндур, В. А. Полухин, В. А. Задорожный, Л. К. Губанов II Шахтное стр-во,- 1980 № 4.- С. 25-2.7.
11. Полухин В. А., Остапенко В. Н , Федосенко Н А. О поддержании выработок в сложных горно-геологических условиях '/ Уголь Украины - 1985.— №5,-С. 8-10.
12. Полухин В А., Федосенкс Н А. Рациональное расположение подготовительных выработок на наклонных пластах // Уголь Украины - 1986. Л® 1 С. 14-15
13 Полухин В А. Экономическая эффективность совместной разработки наклонных пластов // Рефераты на картах / ЦНИЭИуголь - 1987 - № 2.
14 Полухин В. А., Остапенко В. Н., Самболя В П. О разгрузке горных выработок взрывополостным способом // Уголь Украины,- 1987 - №11-С. 25-26
15 Полухин В. А., Остапенко В. Н., Мамонов В. В. Разработка сближенных пологих пластов на ш. «Южно-Донбасская» № 3 // Рефераты на картах / ЦНИЭИуголь- 1988,- № 2.
16. Полухин В А., Федосенко H.A.. Припутень А. Г. Разработка сближенных наклонных угольных пластов свит Ч У го ть Украины.- 1988,- №3 С. 12-13.
17. Полухин В. А., Нестеренко Н. И., Ружепович П. С Технологические схемы охраны выработок взрывополостной разгрузкой породного массива- Утв Дон УГИ 22.12.1988 - Донецк: ДонУГИ, 1988.-38 с.
18. Полухин В. А Оптимальные технологические параметры взрывополостной разгрузки подготовительных выработок /' Технология добычи угля подземным способом из тонких пластов на шахтах Украинской УССР. Сб. науч тр. - Донецк: Дон УГИ, 1989,- С. 106-115.
19. Калоеров С. А., Левшин А А, Полухин В А Напряженное состояние массива горных пород вокруг выработки с разгр) точной полостью -"Теорет и прикл механика: Респ межвед. науч.-техн сб.-1989. Вып. 20-С 31-36.
20. Полухин В. А., Пророченко В. И., Нестерова Л. А. Борьба с пучением пород почвы И Безопасность труда в пром-сти,- 1989 - № 6 - С. 43-44
21. Полухин В. А., Труфанов В. А. Расчет длины разгрузочных полостей для выработок, примыкающих к выработанному пространству лавы // Уголь Украины.- 1989,-№7,-С. 11-12.
22. Полухин В. А., Хапилова Н. С. Зависимость длины разгрузочных полостей от глубины проведения горных выработок И Изв вузов. Горн, журн-1989.-№ 12,-С. 14-19.
23. Полухин В. А., Хапилова Н. С. Оптимальные технологические параметры взрывополостной разгрузки подготовительных выработок в зоне влияния лавы // Оптимизация горных работ и фрагменты САПР- Новосибирск, 1990-С. 110-111.
24. А. с. 1691527 СССР, МКИ 5Е21Д12/02. Способ предотвращения пучения пород почвы выработок / В. А. Полухин, Г. Д Федоров, Н. Н Гапонов, В. И. Пророченко.-Заявл. 16.08.89; Оп>бл. 1991, Бюл. № 42.
25. Федоров Г. Ф., Полухин В. А. Влияние коэффициента бокового распора массива на длину разгрузочной полости выработки // Уголь Украины-1991.-№7.-С. 34-36.
26 Космодамианский А. С., Сторожев В И , Потухни В. А. Исследование волнового поля, инициируемого рядом туннельных источников в слоистом анизотропном массиве // Докл. HAH Украины. Математика, естествознание, iexH науки. - 1994. - №2. - С. 43-47.
27 Полухин В. А , Балакин Ю. А. О разгрузке пород наклонных вырабоюк от повышенных напряжений // Уголь Украины. - 1994. - № 8. - С. 25-26
28. Калоеров С. А., Горянская Е. С., Полухин В А. Напряженное состояние массива горных пород с выработкой и разгрузочными щелями// Теорет. и прикл. механика: Респ. межвед. науч.-техн. сб.- 1996 - Вып. 26.- С. 28-35.
29. Пат. 2074321 РФ, МПК E21F5/00. Способ предотвращения пучения пород почвы в выработках / А. С. Космодамианский, В. А Полухин,
B. И. Сторожев и др.- Заявл. 11.12 9;. Опубл. 27.02.97, Бюл. № 6.
30. Полухин В. А., Грядущий Б. А., Компанец В. Ф. Разгрузка и крепление горных выработок // Уголь Украины - 2000 - № 8 - С. 22-23.
31. Полухин В. А., Зусмановский К. А. Об экологически чистом способе охраны выработок глубоких шахт // Уголь Украины,- 2001- № 6 - С. 5-7.
32. Полухин В. А. Управление горным давлением в выработках глубоких шахт // Уголь Украины. - 2001. - № 10. - С. 39-40.
33. Бабенко П. С., Порубай В. В., Полухин В. А. О создании крепей и способов проведения выработок // Уголь Украины. - 2002. - № 2. - С. 8-9.
34 Полухин В. А. Влияние глубины разработки на устойчивость пород и выработок // Уголь Украины - 2003 - №3.- С.12-14.
35. Полухин В. А., Манжула И. Т., Павлюк Р. В. О технологиях сооружения выработок и выемки тонких пластов на больших глубинах // Разработка научных основ и способов ресурсосберегающей и экологически чистой технологии добычи полезных ископаемых- Материалы 52-й науч.-техн. конф. ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРПУ' (НПИ), 2003.
C. 248-253.
36. А. с 7967 Украша. Металеве шддатливе кршлення КП-4П для закртлю-вання основних i шдготовчих виробок / В. О. Полухин, А. А. Федористова, Ю. Б. Грядущий та ш- Заявл. 23.06.2003; Зарег. 15.07.2003.
37. Полухин В А., Шестаков В А. Металлическая податливая крепь и проектирование крепления выработок // Уголь. - 2004. - № 3. - С. 76-77.
38. Катоеров С. А., Полухин В. А. Определение напряжённого состояния массива вокруг горных выработок (туннелей) // Уголь - 2004 - № 5. - С. 30-32.
39. Комплексная оценка вариантов и выбора эффективного способа проведения, крепления и поддержания подготовительных выработок / В. А. Шестаков, А. А. Белодедов, В. А. Полухин, В. А. Ткачёв, А П. Шмале-нюк, О. А. Туркеничева // Разработка научных основ и способов ресурсосберегающей и экономически чистой технологии добычи полезных ископаемых: Материалы 53-й науч.-техн. конф. ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2004,- С. 105-110.
40. Решение о выдаче патента № 2004109649/22(010548) РФ, МПК7Е2Ш5/00 на полезную модель: «Металлическая рамная податливая крепь» / В. А. Полухин, В. И. Сторожев, Н. К. Гринько, В. А. Шестаков,- Заявл. 31.03.2004; Опубл. 25.05.2004.
41. Полухин В. А., Полухин В. В., Павлюк Р. В. Технология сооружения выработок с разгрузочными скважинами // Разработка научных основ и способов ресурсосберегающей и экономически чистой технологии добычи полезных ископаемых: Материалы 53-й науч.-техн. конф ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-
Рос. Гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2004,- С. 224-226.
42. Экономико-математическая модель для комплексной оценки способов проведения, крепления и поддержания выработок // Разработка научных основ и способов ресурсосберегающей и экономически чистой технологии добычи полезных ископаемых: Материалы 53-й науч.-техн. конф. ЮРГТУ (НПИ) / В. А. Шестаков, А. А. Белодедов, В А. Полухин, В. А Ткачёв, О. А Туркени-чева; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2004,- С. 100-105.
43. Определение цены минеральных ресурсов на действующих горных предприятиях // Разработка научных основ и способов ресурсосберегающей и экономически чистой технологии добычи полезных ископаемых: Материалы 53-й науч.-техн. конф. ЮРГТУ (НПИ) / В. А. Шестаков, В А. Полухин, Ю. М. Разорёнов, В. Н. Шаляпин, М. В. Игнатов; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2004,- С. 24-30.
44. Влияние температуры на прочностные свойства металлических конструкций / В.П Чирков, В.А Полухин, Н.Г. Ядыкин, К.И. Поздняков // Безопасность труда в промышленности.- 1977.-№ 11- С. 41-42.
Полухин Валим Александрович
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ УСТОЙЧИВЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ
Автореферат
Подписано в печать 07 10.2004 Формат 60x84 1/|б Бумага офсетная Печать офсетная Печ л. 2 Уч.-изд. л 2,8. Тираж 100 эы Заказ 1211.
Типография ЮРГТУ (НПИ) 346428, г Новочеркасску! Просвещения, 132 Тел , факс (863-52) 5-53-03 E-mail ivpogiaphyfonovocli ru
»19 3 2 3
РНБ Русский фонд
2005-4 14597
Содержание диссертации, доктора технических наук, Полухин, Вадим Александрович
ВВЕДЕНИЕ.
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ СООРУЖЕНИЯ ГОРНЫХ
ВЫРАБОТОК, МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ И
ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
МАССИВА.
1.1. Влияние напряженно-деформированного состояния (НДС) пород на технологии сооружения горных выработок.
1.2. Устойчивость горных выработок и крепи на больших глубинах.
1.3. Способы предотвращения выдавливания пород в горные выработки.
1.4. Методы моделирования и определения НДС геомассива.
1.5. Выводы.
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОСТАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ И ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ
РАЗГРУЗКИ ГЕОМАССИВА ВОКРУГ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
ОТ НОРМАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ.
2.1. Влияние разгрузочных полостей и сочетания их на напряженное состояние массива вокруг горных выработок.
2.2. Определение длины полостей для разгрузки массива от влияния горного давления.
2.3. Теоретические исследования эффективности технологических схем и параметров разгрузки массива.
2.4. Влияние длины лавы (полости) и глубины её расположения на устойчивость пород и выемочных выработок
2.5. Выводы.
3. СОЗДАНИЕ РАМНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДАТЛИВОЙ КРЕПИ И УСТАНОВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВОПОЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МАССИВА ВОКРУГ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК.
3:1. Конструкция рамной металлической податливой крепи, проектирование крепления горных выработок.
3.2. Методика расчета зон взрывополостного разрушения массива вблизи горных выработок.
3.3. Расстояния между взрываемыми зарядами скважин шпуров) в зависимости от глубины сооружения выработок.
3.4. Разрушение породных (угольных) перемычек между разгрузочными скважинами и детонирующими зарядами вспомогательных скважин (шпуров).
3.5. Выводы.
4. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ВЫЕМОЧНЫХ ВЫРАБОТОК.
4.1. Формирование сдвижений пород вблизи выемочных выработок.
4.2. Технологии проведения устойчивых выемочных выработок и повторного их использования.
4.3. Оценка технологий сооружения выемочных выработок и средств их крепления при прямом порядке отработки выемочного участка.
4.4. Проектирование предприятий и сооружение горных выработок с региональной и локальной разгрузкой вмещающего массива.
4.5. Выводы.
• 5. СООРУЖЕНИЕ УСТОЙЧИВЫХ КАПИТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ
ВЫРАБОТОК.
5;1. Технологии проведения магистральных и выработок руддвора.
5.2. Временные крепи горных выработок.
5.3. Безопасность труда при сооружении горных выработок с применением взрывополостной разгрузки вмещающего их ф)- массива.
5.4. Экономико-математическое моделирование расчета эффективности сооружения горных выработок.
5.5. Выводы.
Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геотехнология сооружения устойчивых горных выработок при разработке пластовых месторождений полезных ископаемых на больших глубинах"
Астуальность проблемы. Проблема разработки пластовых месторождений полезных ископаемых на больших глубинах приобрела большое значение во всех странах с развитой горно-добывающей промышленностью.
В перспективе при средних темпах углубления* горных работ на 10 м в год глубина; разработки полезных ископаемых на: многих предприятиях достигнет 1400-1600 м. На указанных глубинах породы в :окрестности горных: выработок под воздействием горного давления разрушаются и состояние горных выработок перестает отвечать технологическим требованиям. Это сдерживает повышение эффективности разработки; пластовых полезных ископаемых и безопасности работ на больших глубинах. Использование без каких-либо принципиальных изменений ^ традиционных технологий сооружения; горных выработок: в > сложных горно-геологических условиях: больших глубин не дает положительных результатов. Протяженность горных выработок с площадью сечения, не удовлетворяющей требованиям ПБ, достигает 30-35 %, уровень концентрации горных работ в выемочном поле снизился в 2-3 раза.
Для действующих и строящихся глубоких предприятий повышение уровня; концентрации! и интенсификации горных- работ немыслимо; без совершенствования технологий сооружения горных выработок, создания крепей: повышенной податливости: Не умаляя роли и значения крепи, следует отметить, что решающее влияние на состояние горных выработок оказывает технология сооружения, которая должна предусматривать защиту их от вредных, проявлений горного давления в нетронутом и подверженном влиянию очистных работ массиве.
Сохраняемые в области целиков: полезного ископаемого капитальные и подготовительные выработки подвергаются повышенному воздействию горного давления,. теряют устойчивость и, разрушаются. Это ? снижает эксплуатационную надежность функционирования подсистем предприятии, увеличивает потери подготовленных запасов месторождений. Отсутствие технологий сооружения горных выработок, обеспечивающих безремонтное их содержание на протяжении: всего времени отработки выемочных полей, не позволяет, как; показали исследования, приостановить ,тенденцию; снижения технико-экономических показателей! с углублением горных работ.
Концепция повышения; эффективности- разработки ^ пластовых полезных ископаемых и безопасности работ на больших глубинах базируется : на комплексном подходе к обоснованию и созданию ? крепи повышенной податливости, технологий сооружения горных выработок, устраняющих отрицательное влияние природных факторов на процессы. ведения очистных и подготовительных работ. ВI этом заключается; актуальность проблемы, решение которой имеет важное экономическое и социальное значение на этапе;реформирования горно-добывающей промышленности.
Актуальность работы подтверждается выполнением ее в лаборатории поддержания и: крепления горных выработок Донецкого научно-исследовательского угольного »института Минуглепрома Украины. в период с 1986 по 1996 г. в соответствии с программой решения научно-технических проблем по совершенствованию«горно-подготовительных работ на основе повышения уровня технологических процессов, машин и средств проведения, сохранения капитальных и подготовительных горных выработок.
Цель диссертации — создание научно-методологических основ технологий сооружения устойчивых горных выработок повторно используемых при разработке пластовых месторождений полезных ископаемых на больших глубинах.
Основная идея работы заключается г в ; комплексном« использовании эффекта уменьшения влияния горного давления на горные выработки, что достигается применением разгрузки вмещающего их массива,, крепей повышенной податливости и технологий заполнения пустот за крепью вяжущими материалами.
Задачи научно-исследовательской? работы заключаются в следующем:
- установить эффективность использования? одновременного! применения горизонтальных и наклонных разгрузочных: полостей для снижения напряженного состояния массива вокруг горных выработок;:
- разработать метод расчета длины разгрузочных полостей в зависимости от глубины i и площади поперечного сечения горной выработки, физико-механических свойств вмещающих ее пород;
- исследовать зависимость напряженно-деформированного состояния? пород вокруг горных выработок от технологий; глубины их сооружения и длины лавы;.
- разработать конструкцию металлической ; рамной; крепи с высокой податливостью, достаточным рабочим сопротивлением и необходимой несущей способностью для капитальных и подготовительных горных выработок;
- разработать технологии сооружения горных выработок различного функционального назначения, предусматривающие применение локальной и региональной: разгрузки массива от влияния горного давления в сочетании с крепью повышенной податливости, заполнением пустот за крепью вяжущими материалами;
- обосновать главные технические ■ направления • при проектировании строительства новых и реконструкции действующих предприятий, основанные - на применении разгрузки массива от влияния горного давления, обеспечивающей удовлетворительное состояние горных выработок, повторное их использование;
- определить область применения и экономическую эффективность новых технологий: сооружения! горных выработок в сочетании с металлической крепью повышенной податливости.
Методы исследований: Для достижения поставленной цели в работе использованы: анализ и оценка устойчивости крепи и горных выработок, способов предотвращения выдавливания пород; численно-аналитический: метод исследования: напряженно-деформированного состояния? (НДС) геомассива вокруг выработок в зависимости от прочности пород, глубины и технологий их сооружения; методы математической статистики и математического планирования экспериментов;: шахтные инструментальные наблюдения сдвижений и давлений пород с помощью глубинных и: контурных реперов, струнных датчиков; математические методы5 установления технологических параметров взрывополостного разрушения массива вокруг выработок; методы экономической оценки разработанных технологий сооружения горных выработок.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
- обоснование технологических схем повышения устойчивости горных выработок за счет образования разгрузочных полостей, способствующих снижению нормальных напряжений в массиве вокруг горных выработок до значений1 менышш предела: сопротивления пород разрушению;
- закономерности изменения устойчивости выемочных выработок на сопряжении с очистным забоем, учитывающие технологии их проведения, длину лавы и глубину её расположения; физико-механические свойства' вмещающегоv массива и формирующиеся: вблизи - него - нормальные напряжения;
- обоснование применения s новой г рамной металлической< крепи в; сложных горно-геологических условиях при значительной < вертикальной конвергенции в сочетании с локальной разгрузкой1 массива от горного давления вокруг выемочных выработок, сооружаемых как впереди очистного забоя, так и на границе с выработанным пространством лавы;
- разработанные эффективные и безопасные технологии сооружения; устойчивых горных выработок, базирующиеся на комплексном использовании металлических крепей повышенной податливости, локальной и региональной разфузке вмещающего массива, набрызг бетона и заполнения пустот за крепью, обеспечивающем максимальное снижение отрицательного влияния? глубины на проявление основных горногеологических и горно-технических факторов.
Достоверность m обоснованность научных положений; выводов и рекомендаций работы подтверждаются:
- корректным: использованием численного метода определения нормальных напряжений в массиве вокруг горных выработок в зависимости от глубины и технологий их сооружения, длины лавы;
- промышленным! подтверждениемi устойчивости горных выработок при применении; новых технологий; их сооружения, в том числе металлической крепи высокой податливости;
- внедрением в шахтных условиях технологий сооружения горных выработок с взрывополостной и механической разгрузкой массива вокруг горных выработок;:
- удовлетворительной * сходимостью ? результатов t теоретических и шахтных исследований эффективности технологий сооружения горных выработок (расхождение не превышает 20 %).
Научная новизна исследований заключается в следующем:
- установлено, что одновременное? применение: горизонтальных и наклонных: полостей является эффективнойi технологической! схемой разгрузки массива от влияния горного давления вокруг горных выработок;.
- разработан ■ новый » метод расчета длины полостей для ? разгрузки массива от нормальных напряжений вокруг горной выработки в зависимости от площади поперечного сечения, глубины и технологии её сооружения, физико-механических свойств пород;
- обосновано влияние длины лавы на напряженно-деформированное: состояние массива; вблизи выемочных выработок и определено, что большинство пород прочностью на сжатие 50 МПа вокруг них на глубине свыше 800 м при длине лавы 100 м и более разрушаются и теряют устойчивость;
- оптимизирована геометрическая форма металлической податливой крепи, радиус криволинейного участка верхняка которой зависит от проектной; площади поперечного1 ее сечения, высоты прямолинейных стоек, учитывающей прогнозируемую * вертикальную конвергенцию, , длины верхней прямолинейной части криволинейного участка;
- обоснованы, параметры взрывополостной технологии разрушения массива вокруг горных выработок в зависимости от глубины их сооружения; „ получено приближенное функциональное • соотношение диаметра разгрузочных и вспомогательных скважин с камуфлетным зарядом;
- разработана технология сооружения горных выработок, предусматривающая опережающую выемку угля по пласту бурошнековыми машинами с обеих сторон забоя* в направлении его движения, закладку породой образованного ими свободного пространства, равного по ширине длине разгрузочной полости, которая обеспечивает их устойчивость;
- разработаны технологии сооружения горных выработок различного функционального назначения, предусматривающие заполнение пустот за крепью вяжущими материалами, применение крепи высокой податливости, региональной и локальной i разгрузки от влияния горного давления вмещающего их массива.
Практическое значение работы заключается в следующем:
- разработан, запатентован: и испытан метод определения длины полостей, образование которых обеспечивает перемещение нормальных напряжений в глубь массива, а также их снижение до значений, меньших предела прочности пород при сжатии, и за счет этого соответствие состояния горных выработок технологическим требованиям;
- обоснована замена недостаточно эффективных и небезопасных технологий сооружения горных выработок новыми технологиями, обеспечивающими устойчивость и повторное использование горных выработок;
- разработана, запатентована и испытана в шахтных условиях рамная металлическая крепь повышенной податливости, с достаточным рабочим сопротивлением и необходимой несущей способностью, позволяющая обеспечить требуемый правилами безопасности; уровень состояния горных выработок, снизить трудоемкость работ на сопряжении лавы и время на передвижение забойного конвейера;
- создан, запатентован и испытан в шахтных условиях способ предотвращения выдавливания пород в горные выработки путем камуфлетного взрыва взрывчатых веществ в скважинах массива, масса заряда в которых зависит от напряженно-деформированного его состояния и коэффициента отражения импульсных волн напряжений: от границ раздела и вмещающих пород.
Реализация результатов работы. Результаты исследований и разработок использованы в следующих документах: «Технологические схемы охраны выработок взрывополостной разгрузкой породного массива» (Донецк: ДонУГИ УССР, 1989.— 38 е.); «Временные технологические схемы выемки тонких пологих угольных пластов с применением бурошнековых машин» (Шахты: ОАО «Компания «Ростовуголь», 2003.— 14 е.).
Диссертация является составной частью программы исследований, выполненных согласно решению Минуглепрома СССР и отраженных в отчетах НИР, а также работ по созданию рамных металлических податливых крепей, технологий сооружения капитальных и подготовительных выработок, осуществленных в Новочеркасском политехническом институте. Отдельные результаты исследований вошли в отраслевой нормативный документ «Технологические схемы охраны горных выработок взрывополостной разгрузкой породного массива» (Донецк: ДонУГИ, 1988.—
38 е.), научным руководителем разработки которого являлся автор диссертации.
Нормативные документы используют угольные шахты и проектные организации. Практическое применение результатов исследований позволило повысить устойчивость горных выработок, безопасность ведения работ, снизить уровень потерь полезных ископаемых, получить экономический эффект 2,2 млн руб.
Апробация работы. Основные положения работы, результаты выполненных исследований и содержание опубликованных работ докладывались на: Всесоюзном научно-техническом совещании НТО-горное и НТС Мин-углепрома СССР «Совершенствование и организация работ при строительстве и эксплуатации угольных шахт на больших глубинах и в сложных горно-геологических условиях» (Донецк, 1985); Всесоюзном совещании «Подземная разработка руд на больших глубинах» (Москва: ИПКОН АН СССР, 1986); УШ Всесоюзном семинаре «Оптимизация горных работ и фрагменты САПР» (Новосибирск: ИГД СО АН ССР, 1990); научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва: МТУ, 2004); научной конференции ЮРГТУ (Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2004).
Публикации. Основные положения и выводы диссертационной работы изложены в 44 печатных работах, включая 3 монографии, 2 нормативных документа, 6 авторских свидетельствах и патентах.
Объем и структура работы. Диссертация общим объемом 283 стр. состоит из введения, пяти разделов, заключения, приложения и содержит 55 рис., 22 табл., список литературы из 176 наименования и приложения.
Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Полухин, Вадим Александрович
5.5. Выводы
Результаты исследований устойчивости магистральных и выработок руддвора, эффективности призабойной временной крепи и средств безопасности труда позволили сделать следующие выводы:
- на больших глубинах в условиях малоустойчивых и средней устойчивости пород крепить магистральные и выработки руддвора целесообразно металлической податливой крепью КП-4П в сочетании с набрызг-бетоном и тампонажем пустот за крепью;
- метод расчета устойчивости временной крепи для конкретных горно-геологических условий способствует снижению уровня травматизма из-за вывалов пород, а также предотвращению деформаций некоторых видов постоянной крепи горных выработок;
- заполнение пустот между разгруженным массивом и металлической податливой крепью КП-4П штрека вяжущим материалом за подвиганием забоя позволяет стабилизировать динамическую систему и остановить конвергенцию;
- применять для ликвидации загорания ВВ в начальной стадии в полости выработок, где массив разгружается от влияния горного давления энергией взрыва ВВ в скважинах, быстродействующие порошковые и водяные средства пожаротушения;
- определено, что при отработке выемочного участка протяжённостью 1000 м экономический эффект за счёт повторного использования горных выработок с площадью поперечного сечения в свету 18-21 м , применения крепи КП-4П и предотвращения выдавливания пород равен 19,5 млн. руб.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации, представляющей законченную научно-исследовательскую работу, решена научная проблема сооружения устойчивых горных выработок, технологии проведения которых предусматривают применение разгрузки от влияния горного давления вмещающего массива, крепи повышенной податливости, набрызг-бетона и заполнение пустот за крепью вяжущим материалом, что позволяет обеспечить экономически эффективное функционирование глубоких рудников и шахт.
Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:
1. Методом математического моделирования НДС пород установлено, что одновременное применение наклонных и горизонтальных разгрузочных полостей (щелей) приводит к существенному уменьшению концентрации нормальных напряжений в массиве вблизи горных выработок.
Определено, что при длине выработанного пространства над куполом, равной ширине выработки, обязательна разгрузка пород ее почвы наклонными полостями, как и в случае, когда длина выработанного пространства равна пятикратной ширине выработки.
Разработан метод определения оптимальной длины полостей с целью разгрузки массива в окрестности проходимых горных выработок разного функционального назначения и с различной площадью сечения в зависимости от глубины их проведения и физико-механических свойств пород. Установлено, что на глубине 800-1600 м большинство вмещающих пород прочностью 50-100 МПа вокруг выемочных выработок в области сопряжения с лавой длиной 100м и более разрушаются. При осуществлении, разгрузки пород вблизи выемочных выработок одновременно наклонными и горизонтальными полостями даже на сопряжении с лавой длиной 250 м можно обеспечить состояние их, соответствующее эксплуатационным требованиям.
2. Установлена возможность применения энергии взрыва для разрушения угольного (породного) массива камуфлетными зарядами в скважинах, удаленных друг от друга на 1,2 м, и зарядами в шпурах, удаленных друг от друга на 0,7-1,0 м.
Определено функциональное соотношение диаметра разгрузочных скважин и диаметра вспомогательных скважин, являющееся технологическим параметром разгрузки массива вокруг горных выработок от влияния горного давления.
Создана конструкция металлической податливой крепи КП-4П, которая может без повреждений воспринимать конвергенцию пород до 1000 мм и более. При этом крепь КП-4П способна обеспечить устойчивое состояние горных выработок на протяжении времени, которое предусмотрено проектом. Эта крепь с уменьшенной массой, достаточной несущей способностью и податливостью исключает работы по ремонту горных выработок. При изготовлении 1000 комплектов крепи КП-4П экономия средств за счет уменьшения массы металла на ее изготовление равна 560 тыс. руб.
3. Промышленная проверка технологий сооружения горных выработок с взрывополостной и механической разгрузкой вмещающего массива от влияния горного давления показала достаточно высокую их эффективность при сплошной и столбовой системах разработки. При длине разгрузочных горизонтальных и наклонных полостей, рассчитываемой с помощью полученных зависимостей, в горных выработках, не подверженных влиянию очистных работ, а также примыкающих к выработанному пространству лавы, конвергенция не превышает конструктивную податливость разработанной крепи. Обусловлено это перемещением повышенных напряжений в глубь массива, исключающим разрушение пород кровли, что способствует плавному их опусканию на крепь выработки и средства поддержания в выработанном пространстве лавы. Улучшение геомеханических условий на сопряжении лавы со штреком повышает уровень безопасности труда рабочих, практически устраняет вывалообразования.
4. Обеспечено на протяжении 1,0-1,5 лет устойчивое и безремонтное функционирование выемочных выработок, закрепленных крепью КП-4П и размещенных в массиве, разгруженном от влияния горного давления камуфлетным взрывом В В одновременно в горизонтальных и наклонных скважинах (шпурах) диаметром 42-70 мм.
Более 3 лет соответствуют эксплуатационным требованиям выемочные выработки, закрепленные крепью КП-4П, массив вокруг которых разгружен от влияния горного давления созданными; по пласту скважинами диаметром 120-150 мм в сочетании с взрываемыми вспомогательными по пласту и наклонными в породах почвы скважинами (шпурами) диаметром 42-70 мм.
На протяжении 10 лет сохраняют устойчивость и функционируют горизонтальные и наклонные горные выработки (-18° < а <18°), проводимые в условиях двусторонних полостей, образуемых в результате извлечения угля по пласту, а затем закладываемых породой бурошнековыми машинами.
5; Работы с выносом приводов конвейеров в примыкающие выработки свидетельствуют о том, что эффективность и трудоемкость труда на концевых участках лав и сопряжений во многом определяются состоянием пород и крепи при приближении лавы. Применение технологий сооружения выемочных выработок с разгрузкой вмещающего их массива энергией взрыва в сочетании с разработанной крепью большой податливости КП-4П позволяет снизить трудоемкость работ в процессе подвига-ния очистного забоя, повысить безопасность труда на сопряжениях и концевых участках лав.
Технологию сооружения выработок с опережением очистного забоя выемочных участков тонких пластов можно считать эффективной и экоjm номически выгодной при добыче угля из лавы больше 3000 тонн в сутки. При этом опережающая лаву выемочная выработка должна быть закреплена металлической крепью КП-4П с податливостью не менее 1500 мм.
6. На больших глубинах в условиях малоустойчивых и средней устойчивости пород крепление магистральных и выработок руддвора целесообразно металлической податливой крепью КП-4П в сочетании с набрызг-бетоном и тампонажем пустот за крепью. Трудовые затраты на ремонт указанных выработок за 12 лет не превышают 1,5 чел.-смен на 100 т товарного угля, что в два раза ниже показателей трудовых затрат в угольной отрасли.
Одновременное применение горизонтальных и наклонных разгру-ю зочных полостей и крепи повышенной податливости КП-4П с традиционными средствами поддержания кровли в выработанном пространстве позволяет отрабатывать выемочные участки по простиранию или в крест простирания длиною до 1000-1300 м, обеспечивает при сплошной отработке пластов спаренными лавами прямоточное проветривание и эксплуатационное состояние выемочных выработок.
7. В условиях больших глубин, где влияние разработки одного пласта сказывается на значительном расстоянии на состоянии выработок других сближенных (междупластье 10-20 м) наклонных пластов свиты, целесообразна совместная их отработка. При этом рекомендуется осуществлять выемку верхнего неразгруженного от горного давления пласта через передние квершлаги или гезенки на групповой транспортный штрек, а нижерасположенного пласта (пластов) - через собственный штрек (штреки), проводимый в надработанной толще и поддерживаемый на границе с выработанным пространством, на задние надработанные квершлаги (гезенки) и групповой транспортный штрек. Горные выработки, надрабатываемые, а также сохраняемые в разгруженном массиве, целесообразно крепить крепью КП-4П.
8. Увеличение прибыли на шахтах прежде всего зависит от применения технологий сооружения устойчивых горных выработок, предусматривающих региональную или локальную разгрузку вмещающего их массива от влияния повышенного горного давления, дифференцированного подхода к выбору машин и добычных комплексов на тонких и средней мощности пластах.
Возможность увеличения длины лавы существенно уменьшает объёмы капитальных работ, а также сроки подготовки выемочных полей шахт и рудников, стоимость их строительства. На действующих предприятиях повторное использование выемочных выработок обеспечивает прямоточное проветривание очистных и подготовительных работ, снижение участковой себестоимости 1 т угля в 1,5 раза.
9. Для оснащения забоев выработок, в области которых массив разгружается от горного давления энергией взрыва ВВ в скважинах (шпурах), созданы и применяются быстродействующие огнетушащие средства. К этим средствам относятся установка порошкового пожаротушения, способная локализовать очаг горения ВМ на расстоянии до 40 м, а также задвижка ДУ-100, используемая для создания диспергированных и компактных струй воды.
Метод расчета устойчивости временной крепи для конкретных горно-геологических условий позволяет снизить уровень травматизма от вывалов пород, а также избежать деформации некоторых видов постоянной крепи горных выработок.
10. Состояние технологий сооружения горных выработок и крепи на глубинах более 700 м позволяет основными задачами считать: внедрение крепей КП-4П повышенной направленной податливости (до 1000 мм и более), максимально поддающихся механизации при возведении, обеспечивающих снижение трудоемкости и повышение безопасности работ; сооружение выработок, предусматривающее применение крепей КП-4П на основе набрызг-бетона и тампонажа закрепного пространства вместо металлобетонных конструкций; внедрение подготовки и отработки шахтных полей, предусматривающее сооружение горных выработок и их сохранение в разгруженных от повышенного горного давления зонах; сооружение горных выработок, основанное на локальной технологии выемки угля по пласту бурошнековыми машинами с обеих их сторон в направлении движения забоя и в соответствии: с рекомендуемой длиной разгрузки вмещающего массива, последующей закладкой породой свободного пространства; исключение работающего проходческого комбайна с неполной нагрузкой в выемочных выработках, проводимых за лавой или с небольшим опережением очистного забоя, использование в таких выработках упрощенного и недорогого комбайна, имеющего в комплексе оборудования приспособления для образования? разгрузочных полостей во вмещающем массиве в соответствии с разработанными технологическими схемами; внедрение для образования разгрузочных полостей высоконапорной водоабразивной струей до 210 МПа (расход воды 1,7 л/мин) передвижного насосного агрегата «Джейпак» 40Е0 фирмы «Флоу-разерг» или расширяющегося раствора «Каммайт», который в ампулах размещают в скважинах (шпурах) массива с целью его разрушения вокруг горнах выработок. Это позволит обеспечить шахты и рудники безвзрывным и экологически чистым способом создания полостей в породах вблизи горных выработок; применение разработанных технологий сооружения горных выработок в горно-геологических условиях, характерных для Донбасса, Кузбасса, Урала, Инты, Сахалина, Воркуты, Старобинского месторождения калийной руды.
Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Полухин, Вадим Александрович, Новочеркасск
1. А. с. 7967 Укршна. Металеве шддатливе кршлення КП-4П для закршлювання основних i тдготовчих виробок / В. О. Полухин,
2. A. А. Федористова, Ю. Б. Грядущий та ш— Заявл. 23.06.2003; Зарег. 15.07.2003.
3. B.В. Репка, В.Н. Калиниченко; Ин-т геотехн. мех. АН УССР.-№ 3647874/22-03; Заявл. 30.09.83; Опубл. 1985, Бюл. № 24.
4. А. с. 1691527 СССР, МКИ 5Е21Д12/02. Способ предотвращения пучения пород почвы выработок / В. А. Полухин, Г. Д. Федоров, Н. Н. Гапонов, В. И. Пророченко- Заявл. 16.08.89; Опубл. 1991, Бюл. №42.
5. А. с. 643161 СССР, МКИ А62С37/06. Пожарная задвижка / В. И. Пунько, В. А. Полухин, В. П. Чарков, Е. В. Курбацкий- Заявл. 01.07.77; Опубл. 25.01.79, Бюл. № 3.
6. А. с. 680744 СССР, МКИ А62СЗ 5/50. Огнегасительная установка / А. И. Козлюк, В. А. Полухин, В. П. Чарков, Е. В. Курбацкий и др.; ВНИИ горноспасат. дела Заявл. 03.05.77; Опубл. 25.08.79, Бюл. № 31.
7. Айруни А.Т., Слепцов Е.И. Разработка угольных пластов на большой глубине за рубежом М.: ЦНИЭИуголь, 1980 - 49 с.
8. Алексеенко С.Ф., Гелюта Е.З. Новый метод исследования устойчивости горных выработок М.: Недра, 1974 - С. 12-28.
9. Алексеенко С.Ф., Чолок Э.О., Левертов М.Г. Исследование проявлений горного давления Стаханов: Стахановск. фил. КГМИ, 1986145 с.
10. Андрианов Р.П., Левчук В.Н., Павлов B.C. Исследование пучения почвы в одинарных выработках // Бесцеликовая отработка угольных пластов в условиях Печорского бассейна — Воркута, 1978 Вып. 12 - С. 62-66.
11. Араунер Х.В. Управление горным давлением при использовании технологии заполнения закрепного пространства и набрызг-бетонирования // Глюкауф.- 1985.-№ 2 С. 5-9.
12. Бабиюк Г.В:, Мелехин А.И., Курман С.А. Оценка напряженного состояния массива при проведении выработки // Уголь Украины.- 2002-№ 5.- С. 22-26.
13. Баклашов И.В. Деформирование и разрушение породных массивов.- М.: Недра, 1984.- 268 с.
14. Барановский В.И. Влияние природных факторов на выбор способов разработки угольных пластов на глубоких горизонтах.- М.: Гос-гортехиздат, 1963- 179 с.
15. Бойм А.А. О напряжениях в весомой полуплоскости, ослабленной сводчатым отверстием // Докл. Львовск. политехи, ин-та.- 1955.— Т. 1, № 2 С. 64-68.
16. Босинский Ю.М., Водянов В.Ф., Кулешов В.Н. Охрана капитальных выработок от влияния очистных работ.- К.: Техшка, 1984 91 с.
17. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений- М-.: Недра, 1982-272 с.
18. Вальдек Р. Мокрое набрызг-бетонирование с подачей емеси к соплу сжатым воздухом // Глюкауф- 1985 № 2.- С. 41-45.
19. Венецкий И.Г., Кильдишев F.C. Теория вероятностей и математическая статистика Изд. 3-е, перераб. и доп.- М.: Статистика, 1975.- 264 с.
20. Вентер И., Стассен П. Давление и сдвижение в массиве мягких горных пород // Междунар. конгресс по горному давлению Лейпциг, 1958.
21. Влияние горно-геологических факторов на стоимость поддержания подготовительных выработок / М.И. Бесков, А.Я; Градова, В.А. Родионовский-М.: ЦНИИуголи, 1967.-45 с.
22. Влияние температуры на прочностные свойства металлических конструкций / В.П. Чирков, В.А. Полухин, Н.Г. Ядыкин, К.И. Поздняков // Безопасность труда в промышленности 1977 - № 11- С. 41-42.
23. Временное руководство по прогнозу смещений пород на сопряжения штреков с очистными забоями при столбовой системе разработки / ИЛ. Черняк, B.C. Тарадайко, Б.А. Грядущий, Р.И. Григорьев.- М.: Изд-во МГИ, 1968,- 13 с.
24. Гетце В. Развитие и проектирование крепления выемочных штреков // Глюкауф — 1984 № 7.
25. Глушко В.Т., Кирпичанский Г.Т. Инженерно-геологическое прогнозирование устойчивости выработок глубоких угольных шахт- М.: Недра, 1974.- 176 с.
26. Гришин А.С., Владимирский A.M. Напряжения, возникающие от действия штампа вблизи выемки // Разрушение горных пород.- М., 1975.-Вып. 33.-С. 57-60.
27. Грядущий Б. А., Полухин В. А., Компанец В. Ф. Разгрузка и крепление горных выработок // Уголь Украины 2000.- № 8.- С. 22-23.
28. Гузь А.Н., Головчан В.Т. Дифракция упругих волн в многосвязных телах.- К.: Наук, думка, 1972.- 255 с.
29. Гухман А.А. Введение в теорию подобия.- М.: Высш. шк., 1973.- 295 с.
30. Дашко Р.Э. Механика горных пород,- М;: Недра, 1987.- 263 с.
31. Диманштейн А.С., Чакветадзе Ф.А. Пути расширения повторного использования выемочных выработок // Науч. сообщ. Ин-та горн, дела им. А.А. Скочинского М., 1985 - Вып. 234 - С. 85-88.
32. Динник А.Н. Одавлении горных пород и расчет крепи круглой шахты / Инж. работник 1925 - № 7.- С. 1-12;
33. Динник А.Н., Моргаевский А.Б., Савин Г.Н. Распределение напряжений вокруг подземных выработок // Тр. совещ; по управлению горным давлением.- М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1938.- С. 7-55.
34. Докукин А.В., Трумбачев В.Ф., Славин О.Н. Моделирование задач механики горных пород методами; фотомеханики с использованием: голографии // Горное давление,- М.: Наука, 1976 С. 5-15.
35. Докукин А.В., Чирков С.Е., Норель Б.К. Моделирование предельно-напряженного состояния угольных пластов — М.: Наука, 1981.149 с.
36. Доугерти К. Введение в эконометрику: Пер. с англ.- М.: Инфра-М., 1999.-402 с.
37. Дробнов И.Е., Ушакова JI.A. Оценка способов подготовки ниш при отработке пологих и наклонных выбросоопасных пластов // Технология подземной разработки тонких угольных пластов на шахтах Украинской ССР.-Донецк: ДонУГИ, 1984.-С. 31-35.
38. Дюрфельд В. Рукава Буллфлекс для распора рам арочной крепи // Глюкауф.- 1985.- № 2.- С. 27-30.
39. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел.- М.: Металлургия, 1971.- 264 с.
40. Ефремов Э.И., Харитонов В.Н., Семенюк И. А. Взрывное разрушение выбросоопасных пород в глубоких шахтах.- М.: Недра, 1979253 с.
41. Журков С.Н. Некоторые проблемы прочности твердого телами Л.: Изд-во АН СССР, 1959.- 386 с.
42. Западинский JI.A. Проявление пучения горных пород в выработках и методы борьбы с ним // Уголь.- 1975- № 5.- С. 36-37.
43. Зборщик М;П., Костенко В.К. Особенности развития: очистных работ при разработке пологих пластов на глубоких горизонтах // Уголь Украины.- 1979-№ 6.-С. 11-13.
44. Зборщик М.П., Лысиков Б .А. Безвзрывной и экологически чистый способ проведения выработок по выбросоопасным породам // Уголь Украины.- 2000.- № 5.- С. 15-16.
45. Зборщик М.П., Потапкин М.Ф., Костенко В.К. Особенности надработки полевых выработок глубоких шахт и влияние на развития очистных работ // Горное давление в капитальных и подготовительных горных выработках.- Новосибирск: Изд-во ИГД СОАН, 1979- С. 32-36.
46. Зборщик М.П. Выбор времени проведения выработок в обрушенных породах вблизи неподвижных границ очистных работ // Уголь Украины.- 1975.-№12.-С. 8-10.
47. Зборщик М.П. Охрана выработок глубоких шахт в выработанном пространстве.- К.: Техшка, 1978.- 175 с.
48. Зборщик М.П., Братишко А.С., Прокофьев В.П. Выбор способов охраны и места расположения подготовительных выработок.- К.: Техш-ка, 1970.- 227 с.
49. Зборщик М.П., Воронин В.А. Выбор места расположения выработок в обрушенных породах кровли пласта // Уголь Украины.- 1974 — № 11.
50. Зборщик М.П., Соловьев В.Н. Исследование распределения напряжений в почве подготовительных выработок методом ЭГДА // Разработка месторождений полезных ископаемых 1974- № 38.- С. 44-48.
51. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках- Л.: ВНИМИ, 1982 120 с.
52. Ирресбергер Г. Управление горным; давлением в лавах и штреках на большой глубине // Глюкауф.- 1980 № 5.
53. Исследование напряженного состояния! горных пород методом ЭГДА / С.М. Липкович, С.М. Ильенко, Ы.Н Лебедев, А.И. Костоманов // Изв. вузов. Горн, журн — 1965-№ 12.-С. 13—17J
54. Ищук И.Г., Леоненко Ю.И., Полухин В.А. Борьба с: пылью при работе проходческих комбайнов: Обзор, информ.- М.: ЦНИЭИуголь, 1981.-№8.-40 е.
55. Кавлакан М.В., Михайлов A.M. Решение смешанной статической задачи теории упругости для полупространства на упругом основании // Докл. АН СССР.- 1980.- Т. 251, № 6.- С. 1338-1341.
56. Калоеров С.А., Горянская Е.С. Двумерное напряженно-деформированное состояние многосвязного анизотропного тела // Концентрация напряжений / Под ред. А. Н. Гузя и др.- К.: «АСК», 1998.- С. 10-26.
57. Калоеров О.А., Горянская; Е.С. Двумерное напряженное состояние многосвязного анизотропного тела с полостями и трещинами // Теорет. и прикл. механика- 1995-Вып. 25.- С. 45-56.
58. Калоеров С.А., Горянская Е.С, Полухин В.А. Напряженное;состояние массива горных пород с выработкой и разгрузочными щелями // Теорет. и прикл. механика.- 1996— Вып. 26.- С. 28-35.
59. Калоеров С.А., Левшин А.А, Полухин В.А. Напряженное состояние массива горных пород вокруг выработки с: разгрузочной полостью // Теорет. и прикл; механика- 1989- Вып. 20.- С. 31-36.
60. Кацауров И.Н. Механика горных пород-Ml: Недра, 1981.166 с.
61. Кожевникова В.Н. Распределение напряжений возле прямоугольного отверстия в< весомом массиве // Зап. Ленингр. горн, ин-та-1956.-№ 33.-С. 99-108.
62. Комиссаров М.А., Фролов Э.К., Андриенко В.М. Исследование параметров охраны горных выработок разгрузкой вмещающего породного массива скважинами по углю // Вопросы управления кровлей;охраны и крепления горных выработок.- Донецк: ДонУГИ; 1969 С. 125-332.
63. Космодамианский А.С. Плоская задача теории упругости для иластин с отверстиями, вырезами и выступами.- К.: Вища шк., 1975 227 с.
64. Космодамианский A.G., Сторожев В.И. Динамические задачи теории упругости для анизотропных сред К.: Наук, думка, 1985.- 176 с.
65. Космодамианский А.С., Сторожев В.И., Полухин В;А. Исследование волнового поля; инициируемого рядом туннельных источников в слоистом анизотропном геомассиве // Докл. ПАН Украины. Математика, естествознание, техн. науки 1994.-№2.-С. 43-47.
66. Космодамианский А.С., Калоеров С.А., Горянская Е.С. Плоская задача теории упругости анизотропного тела // Концентрация напряжений / Под ред. А. Н. Гузя и др.- К.: «АСК», 1998.- С. 27-50.
67. Костоманов А.И., Касвян; Н.Н. Закономерности смещения контура почвы выработок в зоне влияния очистных работ // Разработка месторождений полезных ископаемых 1975 - Вып. 42- С. 21-23.
68. Костоманов А.И., Касвян Н.Н; Разгрузка почвы подготовительных выработок при похмощи компенсационных щелей // Разработка месторождений полезных ископаемых.- 1976 Вып. 45.- С. 24-27.
69. Кошелев К.В., Петренко Ю.А., Новиков А.О. Охрана и ремонт горных выработок.- М.: Недра, 1990.- 220 с.
70. Крепление капитальных выработок набрызг-бетоном с тампонажем закрепного пространства / В.П. Киндур, В.А. Полухин, В.А. Задо-рожный, JI.K. Губанов // Шахтное стр-во М.: Недра, 1980- № 4 (300).-С. 25-27.
71. Лехницкий С.Г. Теория; упругости анизотропного тела- М.: Наука, 1977.-415 с.
72. Липкович С.М., Костоманов А.П., Касвян Н.Н. Пучение почвы подготовительных выработок // Разработка месторождений полезных ископаемых- 1975:- Вып. 42.- С. 17-21.
73. Литвинский Г.Г. Классификация проявлений горного давления по закономерностям разрушения горных пород вокруг подземных выработок // Разработка месторождений полезных ископаемых. 1981-Вып. 60.- С.3-12.
74. Литвинский Г.Г. Механизм пучения пород почвы подготовительных выработок//Уголь.- 1987.-№2.-О. 16-17.
75. Литвинский Г.Г. Расчет устойчивости породной поверхности горных выработок // Устойчивость и крепление горных выработок Л.: ЛГИ, 1974.- Вып. 2.- С. 35-39.
76. Лыткин В.А. Механизм пучения пород в подготовительных выработках.-М.: Недра, 1965.- 130 с.
77. Максимов; А.П. Выдавливание горных пород и устойчивость подземных выработок.- М.: Госгортехиздат, 1963.- 145 с.
78. Методические рекомендации по применению планирования экспериментов в горном деле.-Донецк: ДонУГИ, 1975-С. 10-12.
79. Методические указания;по применению глубинных реперов дляизучения напряженно-деформированного состояния массива горных пород.-Л.: ВНИМИ, 1983.- С. 4-8.
80. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости.- М.: Наука, 1966 707 с.
81. Насонов И.Д; Моделирование горных процессов- М.: Недра, 1978.-256 с.
82. Николаев Ю.Н., Шерстюк Н.И., Пасюк Э.Б. Шахтные испытания способа охраны горных выработок с помощью щелевой разгрузки массива // Шахтное стр-во.- 1982 №2.- С. 26-27.
83. Оглоблин Д.Н., Зборщик М.П. Повышение устойчивости капитальных и подготовительных выработок неотложная задача // Уголь Украины,- 1966-№12,
84. Полухин В.Л. Основы технологий сооружения выработок и управление их устойчивостью при разработке тонких пластов на больших глубинах.- Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2003.- 238 с.
85. Охрана горных выработок глубоких шахт Донбасса: Отчет о НИР по теме № 31 темплана 1967 г. / ДонУГИ Донецк, 1967 - С. 1-30.
86. Охрана подготовительных выработок без целиков / Н.П. Бажин, В.В. Райский, Ю.В. Волков и др.- М.: Недра, 1975 294 с.
87. Патент 2074321 РФ, МПК E21F5/00. Способ предотвращения пучения пород почвы в выработках / А.С. Космодамианский, В.А. Полухин, В.И. Сторожев и др.- Заявл. 11.12.92; Опубл. 27.02.97, Бюл. № 6.
88. Покровский Г.И., Федоров И.С. Центробежное моделирование в горном деле.- М.: Недра, 1969.- 263 с.
89. Полухин В.А. Влияние глубины разработки на устойчивость пород и выработок // Уголь Украины 2003 - № 3 - С. 12-14.
90. Полухин В.Л. Оптимальные технологические параметры взры-вополостной; разгрузки подготовительных выработок // Технология добычи угля подземным способом из тонких пластов на шахтах. Украинской УССР: Сб. науч. тр. / ДонУГИ-Донецк, 1989 С. 106-115.
91. Полухин; В.Л. Основы технологий сооружения выработок и управление их устойчивостью?при разработке тонких; пластов; на больших глубинах.- Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТГУ (НПИ), 2003250 е.
92. Полухин В.А. Управление горным давлением в выработках глубоких шахт // Уголь Украины -2001 -№10-С. 39-40.
93. Полухин В.Л. Шире внедрять передовые методы; работы; при подготовке новых горизонтов // Шахтное стр-во.-М., 1979.-№ З.-С. 1-2.
94. Полухин В.Л. Экономическая эффективность совместной разработки наклонных пластов // Рефераты на картах / ЦНИЭИуголь.-1987.-№2.
95. Полухин В.Л., Балакин Ю.Л. О разгрузке пород наклонных выработок от повышенных напряжений// Уголь Украины.- 1994 — № 8-С. 25-26.
96. Полухин В.Л, Грядущий Б.Л., Компанец В.Ф. Разгрузка и крепление горных выработок // Уголь Украины.- 2000 № 8 - С. 22-23.
97. Полухин; В.Л., Зусмановский К.Л. Об экологически; чистом способе охраны выработок глубоких шахт // Уголь Украины.- 2001 -№ 6.-С. 5-7.
98. Полухин В.Л., Кушнарев Л.М., Курбацкий Е.В. Оценка огнега-сительных со ставов при тушении горящих; взрывчатых веществ // Безопасность труда в пром-сти.- 1978 № 5.-С. 30-31.
99. Полухин В.А., Нестеренко Н.И., Ружкович П.С. Технологические схемы охраны выработок взрывополостной разгрузкой породного массива: Утв. ДонУГИ 22.12.1988.-Донецк: ДонУГИ, 1988.-38 с.
100. Полухин В.А., Остапенко В.Н., Коряко В.М. Применение анкерной крепи на шахтах ПО «Донбассантрацит» // Стр-во предприятий угольной пром-сти- 1978.-№ 10.-С. 8-10.
101. Полухин В.А., Остапенко В.Н., Мамонов В.В. Разработка сближенных пологих пластов на шахте Южно-Донбасская № 3 // Рефераты на картах/ЦНИЭИуголь.- 1988-№2.
102. Полухин В.А., Остапенко В.Н., Самболя В.П. О разгрузке горных выработок взрывополостным способом // Уголь Украины- 1987-№11.-С. 25-26.
103. Полухин В.А., Остапенко В.Н., Федосенко Н.А. О поддержании выработок в сложных горно-геологических условиях // Уголь Украины1985.-№ 5.-G. 8-10.
104. Полухин В.А., Пророченко В.И., Нестерова JI.A. Борьба с пучением пород почвы // Безопасность труда в пром-сти- 1989 — № 6,-С. 43-44.
105. Полухин В.А., Труфанов В.А. Расчет длины разгрузочных полостей для выработок, примыкающих к выработанному пространству лавы // Уголь Украины.- 1989.-№ 7.-С. 11-12.
106. Полухин В.А., Федосенко Н.А. Рациональное расположение подготовительных выработок на наклонных пластах // Уголь Украины.1986.-№ 1.-С. 14-15.
107. Полухин В.А., Федосенко Н.А., Припутень А.Г Разработка сближенных наклонных угольных пластов свит // Уголь Украины-1988-№ З.-С. 12-13.
108. Полухин В.А., Хапилова И.С. Зависимость длины разгрузочных полостей от глубины проведения горных выработок // Изв. вузов. Горн, журн.- 1989-№ 12-С. 14-19.
109. Полухин В.А., Хапилова H.G. Оптимальные технологические параметры взрывополостной разгрузки подготовительных выработок в зоне влияния лавы // Оптимизация горных работ и фрагменты САПР.-Новосибирск, 1990-С. 110-111.
110. Полухин В .А., Шестаков В .А. Металлическая податливая крепь и проектирование крепления выработок // Уголь 2004- № 3 - G. 16-11.
111. Прочность и деформируемость горных пород / Ю.М. Карташов, Б.В: Матвеев, Г.В: Михеев, А.Б. Фадеев М.: Недра, 1969- 269 с.
112. Калоеров С.А., Полухин В!А. Определение напряженного состояния геомассива вокруг горных выработок // Уголь.- 2004.- № 3.-С. 76-77.
113. Развитие метода расчета горного давления при отработке смежных пластов / М.П. Зборщик, В.В. Назимко, В.Г. Курносов и др. // Изв. вузов. Горн, журн 1994.-№ 11.-С. 56-62.
114. Разработать способ охраны подготовительных выработок разгрузкой пород, основанный на использовании взрывания скважинных зарядов в угольном массиве: Отчет о НИР / ДонУГИ; Руководитель В.А. Полухин Инв. № 2292115440 - Донецк, 1991.- 36 с.
115. Разупрочнение горного массива при физическом воздействии: Обзор, информ. / ЦНИЭИуголь / А.А. Журило, Г.А. Катков, Б.В. Левин, В.Н. Трубников.- М., 1987- 54 с.
116. Рерс Г. Анкерная крепь как средство повышения скорости буровзрывной проходки // Глюкауф 1987.-№ 7.- С. 16-18.
117. Руководство по применению забойки при взрывных работах в угольных шахтах: Утв. Министерством, угольной промышленности СССР 23.09.1989.- Макеевка: МакНИИ, 1988 19 с.
118. Руппенейт К.В., Гомес Ц. О напряженном состоянии массива около подготовительной выработки // Вопросы горн, давления.- 1962-№ 12.
119. Савин Г.Н. Распределение напряжений около отверстий.- К.: Наук, думка, 1968.- 887 с.
120. Способ предотвращения пучения пород почвы / К.В. Кошелев, А.Г. Томасов, А.Н: Куракалов и др. // Горн, давление в капит. и подготовит, выработках-Новосибирск, 1979-С. 14-16.
121. Справочник по инженерной геологии / Под общ. ред. М.В. Чу-ринова М.: Недра, 1968 - 540 с.
122. Суглобов С.Н. О модуле деформации комбинированных опорных систем // Механика горных пород 1980 - Т. XXXII - С. 76-79.
123. Тимошенко С.П. Курс теории упругости.- К.: Наук, думка, 1972.-501 с.
124. Трумбачев В.Ф. Изучение распределения напряжений вокруг горных выработок оптическим методом // Исследование горного давле-ния.-М.:Госгортехидат, 1960.-С. 158-176.
125. Трумбачев В.Ф. Исследование горного давления в очистных выработках оптическим методом.- М.: Углетехиздат, 1955.- С. 7-10.
126. Трумбачев В.Ф., Молодцова JI.C. Применение оптического метода для исследования напряженного состояния пород вокруг горных выработок.- М.: Изд-во АН СССР, 1963.-95 с.
127. Турчанинов П.А., Иофорис М.А., Каспорьян Э.В: Основы механики горных пород.-JI.: Недра, 1977.- 503 с.
128. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР 7 Всесоюз. науч.-исслед. ин-т горной механики и маркшейдерского дела.- JL, 1977.- 175 с.
129. Управление напряженным состоянием породного массива и устойчивостью горных выработок / В.А. Полухин, С.А. Калоеров, Ю.Б. Грядущий, Е.С. Горянская.-Донецк: Юго-Восток, 2002.-302 с.
130. Управление свойствами и состоянием угольных пластов с целью борьбы с основными опасностями в шахтах / В.В. Ржевский, Б.Ф. Братченко, А.С. Бурчаков, Н.В. Ножкин-М: Недра, 1984.-327 с.
131. Фам Ван Лан: Обоснование безопасных параметров камуфлетного взрывания при открытом способе разрушения горных пород и строительных конструкций: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.26.01 -Донецк, 2001.-13 с.
132. Федоров Г.Ф., Полухин В.А. Влияние коэффициента бокового распора хмассива на длину разгрузочной полости выработки // Уголь Украины.- 1991.-№ 7.- С. 34-36.
133. Филатов Н.А. Развитие методов моделирования в связи с задачами комплексных исследований горного давления в подземных выработках: Дис. д-ра техн. наук.- Л., 1975.- С. 57-84.
134. Филатов Н. А., Беляков В .Д., Иевлев Г.А. Фотоупругость в горной геомеханике.- М.: Недра, 1975 184 с.
135. Хапилова Н.С. Оценка протяженности призабойной пластической зоны разрабатываемого угольного пласта // Физ.-техн. проблемы разработки полезн. ископаемых 1974-№ 3.-С. 23-27.
136. Хара И.С. Дослщження концентрацй напруг у важкш тв-площит бшя склетнчастого i трапецеидального отвора при розтягу // Докл. АН УРСР.- 1953.- № 4.- С. 294-298.
137. Хейсбауэр Г. Горное давление в штреках на больших глубинах // Schlagen und Eisen- 1964 № 2.
138. Хорошун В.И., Яковлев В.С, Полухин В.А. Временная крепь горизонтальных горных выработок: Экспресс-информ. / ЦНИЭИуголь-М., 1978.-№3.- 22 с.
139. Цимбаревич П.М, Механика горных пород М.: Углетехиздат, 1948.- 128 с.
140. Черняк И.Л. Предотвращение пучения почвы горных выработок.- М: Недра, 1978.- 23 7 с.
141. Шварц Б., Шамбон К. Проблема горного давления в выработках угольных шахт // Управление штреками «Revue Indastrie Minerale».-1963.-№ 9.
142. Шерман Д.И. О напряжениях в весомой полуплоскости, ослабленной двумя круговыми отверстиями // Прикл. математика и механика-1951.- Т. 15, № 3.- G. 297-316.
143. Шестаков В.А, Ковалева Н.Ю., Венедиктов А.А. Оценка эффективности добычи энергетического угля с учетом; стадий его переработки и использования отходов Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2001.- 160 с.
144. Штумпф Г.Г. Исследование пучения пород в горных выработках // Крепление и охрана горных выработок,- Новосибирск, 1981.-С. 80-85.
145. Штумпф Г.Г. Пучение пород в горных выработках на шахтах Кузбасса.- Кемерово: КузНИИшахтострой 1975.- Вып. 13 - G. 73-83.
146. Эверлинг Г. Повышение эффективности крепления выемочных штреков путем создания связи крепи с породой // Глюкауф- 1972-№ 22.-С. 32-36.
147. Эйгелес P.M., Гришин А.С, Эдельштейн Е.И. Фотоупругое моделирование отдельных фаз разрушения хрупких горных пород под действием штампа // Разрушение горных пород: Тр. ВНИИБТ.- М., 1975.-Вып. 33.-С.49-56.
148. Якоби О. Практика управления горным давлением М.: Недра, 1987.-556 с.165; Gliickauf-Forschungshefte 1976.- Bd; 37, № 6.
149. Mohr F. Gebirgsmechanik- Herman Hubener Verlag, 19631
150. Oldengott M; Die Sohlenhebung in Strecken des Steinkolilenbergbaus= und Gegenmapnahmen // Gluckauf.- 1981.- Bd. 117, N 12.- S. 701-708.
151. Park D.-W., Ash N.F. Stability analysis of entryes in a deep coalmine using finite element method // Mining Science and Technology.- 1985 -N31- P. 11-20.
152. Smolka J; Analiza i ksztaltovvanic stanu naprgzen wokol wyrobisk chodmikowych dla ograniczenia spagow // Pr. Glownego inast. Gornictwa.-1978.- N 699.- S. 2-25.
153. Storey R. Roof-Eolting in Nottinghamahire with particular reference toRufford Colliery // Mining Eng. (Gr. Brit).- 1988.- Vol. 147, N 316.-P. 325-331.
154. Полухин В. А. Геотехнология сооружения устойчивых горных выработок при разработке пластовых месторождений на больших глубинах.- Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2004.- 265 с.
-
Полухин, Вадим Александрович
-
доктора технических наук
-
Новочеркасск, 2004
-
ВАК 25.00.22
- Обоснование конструкции и параметров подземной геотехнологии при комбинированной разработке рудных месторождений Урала
- Разработка способов проведения и крепления капитальных выработок в удароопасных зонах месторождений Горной Шории
- Обоснование параметров подземной геотехнологии крутопадающих жильных месторождений с малоизученным геомеханическим состоянием массива горных пород
- Обоснование параметров геотехнологии разработки коренных месторождений алмазоносных кимберлитов с комбайновой выемкой и закладкой выработанного пространства
- Разработка методики математического моделирования технологических схем перехода к комбинированной геотехнологии при освоении рудных месторождений
