Обоснование отработки околоствольных целиков короткими очистными забоями при сохранении безаварийной эксплуатации шахтных стволов

Страданченко, Сергей Георгиевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование отработки околоствольных целиков короткими очистными забоями при сохранении безаварийной эксплуатации шахтных стволов
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование отработки околоствольных целиков короткими очистными забоями при сохранении безаварийной эксплуатации шахтных стволов"

На правахлукописи

СТРАДАНЧЕНКО Сергей Георгиевич

ОБОСНОВАНИЕ ОТРАБОТКИ ОКОЛОСТВОЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ КОРОТКИМИ ОЧИСТНЫМИ ЗАБОЯМИ ПРИ СОХРАНЕНИИ БЕЗАВАРИЙНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ

Специальность 25.00.22 «Геотехнология (подземная, открытая, строительная)» Специальность 25.00.20 «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ТУЛА - 2003

Работа выполнена в Тульском государственном университете и ЮжноРоссийском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте).

Научные консультанты:

доктор технических наук Сарычев Владимир Иванович; доктор технических наук Савин Игорь Ильич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Каретников Валентин Николаевич;

Ведущее предприятие - ОАО «Донуголь».

Защита состоится « 29 » декабря 2003 г. в 1 Iм часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.04 Тульского государственного университета по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, 90, учебный корпус 6, аудитория 216.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

доктор технических наук, профессор Кузнецов Юрий Николаевич; доктор технических наук, профессор Сергеев Сергей Валентинович.

Автореферат разослан « 28 » ноября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

О.М. Пискунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Существующие нормы потерь на угледобывающих предприятиях возросли настолько, что коэффициент извлечения запасов месторождения снизился в отдельных бассейнах до 0,7-0,6, а с переходом на более глубокие горизонты ожидается рост потерь до 50 %. К одной из главных причин необходимо отнести влияние очистной выемки на капитальные и подготовительные выработки, что приводит к росту размеров предохранительных целиков.

В общей структуре проектных потерь максимальные объемы приходятся на потери в околоствольных целиках, размеры которых находятся в зависимости от глубины заложения ствола, параметров деформирования и разрушения пород в пределах мульды сдвижения. Так, например, только на шахтах Российского Донбасса в околоствольных целиках сконцентрировано около 60 млн. т угля, что более чем в 4 раза превышает общую добычу, которая в 1997 году составила всего 13,3 млн. т. При этом данные запасы являются практически подготовленными к выемке.

Потери в околоствольных целиках в пределах границ шахтного поля существенно зависят и от систем вскрытия и подготовки, на основании которых принимаются схема расположения стволов и их количество, а границы целиков для вертикальных шахтных стволов определяются от границ охраняемой площади, включающей копры, надшахтные здания, здания подъемных машин и берму. Анализ существующих нормативных документов по определению контуров предохранительных целиков показал, что при разработке наклонных пластов на глубине около 1000 м потери угля только по площади могут достигать 820-1100 тыс. м2.

' ь и вл йот Ска

. С. Петербург

:>(!() I, рк _

проектирование и строительство шахты, проведение и поддержание горных выработок и др. Отсюда вопросы отработки околоствольных целиков при безаварийной эксплуатации стволов являются весьма актуальными. При этом была выявлена целесообразность применения короткозабойных технологий, отличающихся оперативной адаптацией к конкретным геотехнологическим условиям.

Особую важность здесь приобретают вопросы геомеханической оценки влияния отработки целиков на состояние крепи и армировки шахтных стволов. Существующие методы исследований проявлений горного давления вокруг очистных выработок и практически полное отсутствие опыта отработки околоствольных целиков короткими очистными забоями не позволяют дать полноценную характеристику фактического напряженно-деформированного состояния вмещающих пород, а также надежности и ресурса эксплуатации крепи и армировки ствола. В связи с этим актуальность работы усугубляется необходимостью проведения комплексных теоретических исследований, направленных на изучение закономерностей влияния очистной выемки на состояние околоствольных массивов и формирование нагрузок на крепь вертикальных шахтных стволов, одной из важнейших составляющей которых является система мониторинга за напряженно-деформированным состоянием крепи и армировки стволов

Диссертационная работа подготовлена на основе обобщения результатов исследований, выполненных при поддержке ФЦП «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы» (Государственный контракт № Б0118/663), в рамках Программы Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по экологии и рациональному природопользованию» и госбюджетной темы Шахтинского института (филиала) ЮРГТУ (НПИ) П-53-801 «Разработка средств и способов крепления и охраны горных выработок и обеспечения безопасности труда на горных и строящихся предприятиях».

Целью работы является геомеханическое и геотехнологическое обосно-

вание комплекса технико-технологических решений по отработке околоствольных целиков короткими очистными забоями, а также по сохранению эксплуатационной надежности и ресурса крепи и армировки шахтных стволов, обеспечивающих снижение материальных затрат на периоде строительства горного предприятия по подземной добыче полезных ископаемых.

численное моделирование напряженно-деформированного состояния геомеханических систем при ведении очистной выемки короткими забоями;

методы теории информации и надежности при оперативном мониторинге состояния крепи и армировки шахтных стволов;

идея применения пространственных конструкций с разрывом связей в системе «крепь-армировка» на участках с деформирующейся крепью.

Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе используется комплекс методов: анализ существующих способов отработки околоствольных целиков; обобщение методов исследования характера влияния отработки на состояние крепи и армировки шахтных стволов; имитационное моделирование геомеханических процессов вокруг очистных выработок; методы математической теории упругости; теории информации; методы математической статистики и программирования.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

установлено, что применение традиционных технологий для отработки околостьольных целиков в целях снижения непроизводительных затрат на периоде строительства горного предприятия не представляется возможным; из анализа опыта отработки охранных целиков, сопоставления организации и ме-

ханизации работ по добыче и подготовке выемочных участков, сравнения технико-экономических показателей работы очистных забоев и оценки пространственно-планировочных решений выявлена целесообразность применения ко-роткозабойных технологий, отличающихся однотипностью и маневренностью оборудования как для подготовительных, так и для очистных забоев, высокой степенью адаптации к изменяющимся горно-геологическим условиям и низкими эксплуатационными затратами;

на базе камерных, камерно-столбовых систем и систем короткими столбами разработаны принципиальные технологические схемы ведения очистных работ с закладкой выработанных пространств, адаптированные к комплексу околоствольных выработок и выработок главных направлений и их функциональному назначению и позволяющие производить эффективную и безопасную отработку околоствольных целиков в различных горно-геологических условиях при обеспечении безаварийной эксплуатации шахтных стволов;

на основе численного моделирования напряженно-деформированного состояния вмещающих пород выявлены закономерности развития геомеханических процессов в околоствольных массивах, позволяющие осуществлять количественную оценку изменения параметров опорного давления и его влияния на состояние шахтных стволов в зависимости от глубины разработки, деформационных свойств и мощности пород основной и непосредственной кровли, характеристик угольного пласта и закладочных материалов, обеспечивая обоснованный выбор параметров систем разработки короткими очистными забоями;

разработан экспериментально-аналитический метод диагностики напряженно-деформированного состояния крепи вертикальных шахтных стволов и вмещающего массива пород и оценки фактической несущей способности крепи при отработке околоствольных предохранительных целиков, позволяющий обоснованно применять конструктивные и технологические решения по креплению и армированию вертикальных шахтных стволов;

разработаны методические основы проектирования пространственных

конструкций армировки и технологии армирования стволов на участках деформирующегося породного массива, обеспечивающие безремонтную эксплуатацию армировки вертикальных стволов с учетом динамических нагрузок от действия подъемных сосудов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: корректностью постановки задач и формирования расчетных схем; представительным объемом данных, полученных в результате имитационного моделирования на ЭВМ, и удовлетворением граничных условий; применением строгих аналитических методов, имеющих контроль качества решений; практически полным совпадением результатов при решении частных контрольных задач (расхождение не превышает 10 %).

Научное значение работы заключается:

в геомеханической оценке состояния массивов вокруг шахтных стволов при отработке околоствольных целиков короткими очистными забоями в зависимости от широкого диапазона горно-геологических и горнотехнических факторов;

в разработке метода обработки результатов натурных измерений напряжений в крепи вертикальных шахтных стволов, подверженных влиянию отработки околоствольных предохранительных целиков, позволяющего оценить фактическое напряженно-деформированное состояние крепи и вмещающего массива пород;

в выявлении закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния крепи и пространственных конструкций армировки шахтных стволов при их подработке с учетом схемы армировки и динамики влияния подъемных сосудов.

Практическое значение работы состоит:

в разработке технологических схем ведения очистных работ на базе камерных, камерно-столбовых систем и систем короткими столбами с закладкой

выработанных пространств с учетом адаптации их к комплексу околоствольных выработок;

в разработке метода обоснования параметров подготовки выемочных участков в пределах околоствольных целиков;

в разработке алгоритма и программы обработки результатов натурных измерений нормальных радиальных и тангенциальных напряжений или деформаций, выполненных в произвольных точках многослойной крепи вертикальных шахтных стволов, подверженных влиянию отработки предохранительных околоствольных целиков;

в создании методических основ проектирования пространственных конструкций армировки и технологии армирования стволов на участках деформирующего породного массива, обеспечивающих безремонтную эксплуатацию шахтных стволов.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Промышленная проверка технологии армирования вертикальных стволов на участках деформирующегося породного массива была осуществлена в марте 1997 г. на шахте им. Стаханова ГХК "Селидовуголь".

Апробация работы. Содержание и отдельные положения диссертации обсуждены и одобрены на ХЬУ-Ы научных конференциях Южно-Российского государственного технического университета (г. Шахты, 1996-2003 гг.), Всероссийской научно-практической конференции компании "Росуголь" "Пути повышения эффективности технологии строительства вертикальных стволов" (г. Шахты, 1996 г.), Международной научно-практической конференции Ростовского государственного строительного университета (г. Ростов-на-Дону, 1997 г.), заседаниях технических советов АО "Ростовшахтострой" (г. Шахты, 1997 г.) н института "Ростовгипрошахт" (г. Ростов-на-Дону, 1997 г.), научно-производственной конференции компании "Росуголь" и АО "Ростовшахтострой" "Прохождение вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок при строительстве новых шахт" (г. Шахты,

1997 г., г. Новочеркасск, 1998 г.), научных семинарах кафедры строительства подземных сооружений и шахт и кафедры сопротивления материалов, строительной и прикладной механики Новочеркасского государственного технического университета (г. Новочеркасск, 1997 г.), конференции «Экология, безопасность и эффективность производства» (г. Ростов-на-Дону, 1998 г.), конференции «Научно-технические проблемы разработки твердых полезных ископаемых юга России» (г. Шахты, 1998 г.), Международной конференции «Перспективы развития горных технологий в начале третьего тысячелетия» (г. Ал-чевск, 1999 г.), Международных симпозиумах «Неделя горняка» (г. Москва, 2000-2002 гг.), 1-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2003 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и трех приложений, содержит 56 рисунков, 21 таблицу, список использованной литературы из 120 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Общеизвестно, что под выемкой околоствольных предохранительных целиков необходимо понимать полное или частичное извлечение запасов в пределах этих целиков, или их сокращение. Полная выемка - отработка целика по всей площади с учетом эксплуатационных потерь полезного ископаемого. Частичная выемка подразумевает оставление по площади отрабатываемых запасов небольших опорных целиков, обеспечивающих существенное снижение деформаций в массиве, в лучшем случае не превышающих предельно допустимых для вертикальных стволов и сооружений на поверхности. Сокращение целиков предопределяет уменьшение их размеров по контуру, при этом сокраще-

ние планируется до таких пределов, при которых деформации также будут неопасными для стволов. Однако, как при частичной выемке, так и при сокращении регламентируется оставление не менее 40 % площадных запасов от расчетных размеров околоствольных целиков.

В Донецком и Карагандинском бассейнах имела и имеет место выемка целиков под неглубокими, как правило, вспомогательными и вентиляционными стволами и шурфами. «Правилами охраны сооружений и природных объектов», например в Донбассе, допускается отработка по пластам, расположенным по вертикали от зумпфа на расстоянии не менее 500-т при жестких крепях и 250-т при податливых крепях, где: т - вынимаемая мощность пласта. Опыт подработки таких стволов и шурфов показывает, что приведенные нормы значительно завышены, и во многих случаях выемка пластов может производиться на расстояниях, значительно меньших регламентированных. Несмотря на ряд удачных примеров выемки предохранительных целиков под стволами или при погашении шахт даже при использовании подрабатываемого ствола для выдачи полезного ископаемого, выемка целиков в промышленном масштабе в нашей стране под эксплуатируемыми стволами не практиковалась.

На практике нашли применение несколько основных схем выемки целиков: равномерное подвигание забоев либо к границам целиков, либо от границ; гармоничная выемка расходящимися забоями или в одном направлении; последовательная выемка по частям; веерная выемка; выемка в произвольном порядке и др. Все эти способы ориентированы на традиционные системы разработки: спаренными лавами, длинными очистными забоями при столбовых и сплошных системах, длинными симметрично опережающими забоями. Естественно, что базирующиеся на них технологии очистных работ обеспечивают максимальное извлечение целиков. Однако при анализе опыта отработки целиков было установлено, что с увеличением полноты их выемки (отношение площади выработанных пространств в пределах целика к его общей площади) и уменьшением кратности подработки стволов (отношение расстояния от

зумпфа ствола до пласта к его мощности) прослеживается тенденция к росту интенсивности деформаций и разрушений стволов.

Снижение деформаций возможно при использовании частичной выемки целиков, которая позволяет без существенных затрат на охрану сооружений уменьшить потери угля, как минимум, на 50 %, а при ведении работ с закладкой выработанных пространств - на 70-80 %. Необходимость применения таких вариантов отработки диктуется также специфическими, обусловленными периодом строительства, особенностями, совокупность которых формируется на основе ряда следующих технологических, геомеханических и геотехнических требований:

частичность отработки запасов регламентируется необходимостью возведения околоствольных дворов и вскрывающих выработок, проведения выработок главных направлений и их охраной;

угол падения пласта, глубина его залегания и углы сдвижения, по которым строятся околоствольные целики, а также тип околоствольного двора предопределяют различные размеры планируемых к отработке выемочных участков по восстанию, падению и простиранию, что вызывает необходимость адекватного реагирования направлений подвигания очистного фронта, размеров и количества очистных забоев;

для обеспечения полноты извлечения полезного ископаемого, снижения степени пожароопасности, уменьшения вредного влияния очистных работ на капитальные выработки в определенных горно-геологических и горнотехнических условиях необходимо предусматривать закладку выработанных пространств;

схемы транспортировки извлекаемого угля, доставки вспомогательного оборудования и закладочного материала, а также схемы проветривания должны быть адаптированы к типам околоствольных дворов, в частности к движению грузопотоков, к общей схеме вентиляции, к расположению ветвей и способам доставки;

в пределах околоствольных целиков должны быть учтены неизвлекаемые предохранительные целики угля около выработок околоствольного двора и выработок главных направлений, размеры которых в зависимости от глубины и прочности присекаемых пород строго регламентируются, что приводит к общему сокращению планируемых к отработке размеров выемочных участков;

оборудование, применяемое на очистных и подготовительных работах при отработке целиков, должно соответствовать номенклатуре оборудования, используемого на стадии строительства шахты и ввода ее в эксплуатацию;

применяемые технологии должны обеспечивать высокие технико-экономические показатели при минимальных затратах труда и материальных ресурсоь.

Выполнение данных требований невозможно при привлечении традиционных систем разработки, базирующихся на длинных комплексно-механизированных очистных забоях. На основании обзора существующих систем разработки угольных пластов короткими очистными забоями и анализа условий их применения, сопоставления организации и механизации работ по добыче и сравнения их технико-экономических показателей, выполненных по работам A.A. Борисова, A.C. Бурчакова, Л.Н. Гапановича, И.С. Крашкина, Ю.Н. Кузнецова, Ю.Н. Малышева, В.А. Потапенко, A.M. Рыжова, К.Ф. Са-пицкого, В.И. Сарычева, A.B. Старикова, А.П. Судоплатова, P.A. Фрумкина, Л.Д. Шевякова, В.Д. Ялевского и др., из данных систем были выделены камерные и камерно-столбовые системы, а также системы разработки короткими столбами, как наиболее соответствующие требованиям частичной отработки с j элементами гармоничной выемки околоствольных целиков и закладки выработанных пространств. Общим, наиболее характерным и отвечающим условиям реализации для отработки околоствольных целиков, для данных систем является следующее:

небольшие размеры выемочных участков, в максимальной мере вписывающиеся в площадные запасы околоствольных целиков по любому из направ-

лений очистной выемки (простирание, падение, восстание);

высокая степень адаптации к различным горно-геологическим условиям, отличающимся углом падения, мощностью и глубиной залегания пластов, степенью их опасности по самовозгоранию и выбросам, технологическими характеристиками вмещающих пород;

простота технологических схем выемки, предопределяющая стандартную совокупность процессов и операций, характерную для очистных и подготовительных работ и достаточно высокие технико-экономические показатели;

однотипность и маневренность применяемого на очистных и подготовительных работах оборудования, позволяющие использовать традиционный для стадии строительства и ввода шахты в эксплуатацию парк проходческих машин, средстз транспорта и крепления;

быстрый ввод в эксплуатацию и низкие капитальные вложения, обеспечивающие попутную добычу с невысокой себестоимостью продукции;

характерный для всех систем недостаток - потери угля (в сравнении с традиционными технологиями добычи) - при решении задачи отработки околоствольных целиков, наоборот, необходимо отнести к разряду достоинств, предотвращающих опасные нарушения целостности вмещающих массивов и снижающих влияние очистных работ на вертикальные шахтные стволы, выработки околоствольных дворов и главных направлений;

наличие незначительных выработанных пространств определяет возможность производить оперативную их закладку, позволяющую в аналогичных условиях увеличить объемы извлекаемого угля и сократить объемы выдаваемой на поверхность пустой породы.

В работах ведущих специалистов, научно-исследовательских и проектных организаций в области технологий подземной добычи полезного ископаемого к настоящему времени на базе камерных и камерно-столбовых систем, а также систем разработки короткими столбами уже сформирован ряд технологических схем выемки, большая часть из которых успешно эксплуатируется в

мировой практике Данные схемы адаптированы к различным горногеологическим и горнотехническим >словиям отработки как крупных шахтных полей, так и небольших плошадных запасов Однако большинство из них, ввиду ряда причин, связанных, например, с ростом потерь угля в участковых целиках при увеличении глубины разработки, с перенасыщенностью горноподготовительными работами, с эксплуатационными характеристиками оборудования. с необходимостью применения дополнительных средств крепления и др., для отработки околоствольных целиков может иметь лишь ограниченное применение. Одной из главных причин также является способ управления кровлей, предусматривающий ее полное обрушение в выработанных пространствах, которое в определенных условиях может привести к запредельным деформациям крепи и армировки стволов.

В связи с этим для разработки технологических схем очистных работ для отработки околоствольных целиков предложено использовать в качестве основного способа управления кровлей закладку выработанных пространств, обеспечиваемую полустационарным пневмозакладочным комплексом типа «Титан - 1» в комплекте с ленточным перегружателем или стационарным комплексом ПЗП с пневмозакладочной машиной типа ПЗБ. В итоге было разработано 13 технологических схем, основой которых стали системы с регулярным расположением камер, парными камерами, камерами с расширением, камерно-столбовые с выемкой односторонними или двухсторонними заходками, короткими столбами с полным погашением столбов или с их выемкой в шахматном порядке. В качестве примера на рис. 1 и 2 приведены некоторые варианты из перечисленных выше технологий. Необходимо отметить, что все схемы адаптированы к отечественному горношахтному оборудованию.

Технологические схемы, реализованные при регулярном расположении камер и при парных камерах (см. рис. 1, а, б), целесообразно применять при отработке запасов в пределах выемочных участков 2-мя, 3-мя и 4-мя камерами. Предполагается, что очистные работы ведутся одновременно во всех камерах,

Рис. 1. Варианты технологических схем с закладкой выработанных пространств:

а) при регулярном расположении камер; б) парными камерами; в) камерами с расширением; г) на базе камбио-столбовой системы 1 - откаточный штрек; 2 - вентиляционный штрек; 3 - закладочный массив; 4 - камера; 5 - заходка; б - участковые предохранительные целики; 7 - проходческий комбайн; 8 - ленточный конвейер; 9 - самоходный вагон; 10 - вентиляционный став; 11 - пневмозакладочкый комплекс «Титан - 1» с перегружателем; 12 - пневмозакладочная машина типа ПЗБ; 13 - закладочный трубопровод с отклоняющимся патрубком

6 9 2

/ 1 I т

з' 13 7 12

. 4

Рис. 2. Вариант технологической схемы с закладкой выработанных пространств при системе разработки короткими столбами:

1 - откаточный штрек, 2 - вентиляционный штрек, 3 - параллельный штрек, 4 - панельные штреки, 5 - закладочный массив; 6 - заходка, 7 - короткий столб, 8 - ограждающие целики, 9 - проходческий комбайн, 10 - ленточный конвейер, 11 - самоходный вагон, 12 - пневмозак-ладочная машина типа ПЗБ; 13 - закладочный трубопровод с отклоняющимся патрубком

которые являются тупиковыми, но ввиду формирования сбоек между ними проветривание осуществляется за счет общешахтной депрессии. Двухстадийная отработка камер (см. рис. 1, в) заключается в формировании узкой камеры с одной установки комбайна и последующем ее расширении до проектного сечения этим же или дополнительным комбайном Расширение камер предопределяет увеличение полноты выемки и максимальное использование техники при исключении маневровых операций.

Достоинством выемки тупиковыми камерами является возможность двусторонней отработки запасов, подготовленных путем проведения центрально сдвоенных участковых выработок, разделяющих выемочный участков на примерно равные части При челноковой схеме движения проходческих комбайнов, когда подготовка участка осуществляется проведением штреков у его границ, исключается дополнительный перегон комбайна и происходит разделение грузопотоков

Основным преимуществом технологических схем при камерно-столбовых системах (см. рис. 1, г) является существенное сокращение потерь полезного ископаемого. Здесь так же, как и при камерных системах, возможны разные варианты ведения очистных работ, которые характеризуются своими схемами подготовки, транспортировки и проветривания. Вариант с разделением выемочных полей на блоки, к тому же, позволяет сократить отставание закладочных работ от очистных, обеспечивая снижение проявлений горного давления и увеличение полноты выемки. Технологические схемы отработки короткими столбами с полным их погашением (см. рис. 2) или погашением в шахматном порядке хотя и требуют увеличенного объема горноподготовительных работ, но позволяют производить выемку околоствольных целиков с их разделением по падению-восстанию на выемочные участки больших размеров при повторном использовании выемочных штреков. Кроме того, такая схема также позволяет максимально сократить отставание закладочных работ от очистных. При увеличении глубины залегания пласта или снижении устойчивости кровли возможно применение схемы с отработкой коротких столбов в шахматном порядке, когда неизвлекаемые короткие столбы выполняют функции опорных конструкций, сдерживающих интенсивное разрушение кровли.

Одним из важнейших показателей, предопределяющим корректный выбор той или иной системы разработки, технологической схемы ведения очистных работ, направления подвигания очистного фронта, системы транспорта и проветривания, являются размеры подготавливаемых запасов. В отличие от традиционной раскройки определение размеров выемочных участков в пределах околоствольных целиков имеет свои специфические особенности: максимальные размеры по падению и простиранию ограничены размерами околоствольного целика; в пределах целика сооружается околоствольный двор, а каждый тип двора характеризуется своими габаритами и сетью выработок, охрана которых осуществляется предохранительными целиками шириной не

менее 30 м. к околоствольному двору примыкают магистральные откаточные (конвейерные) и вентиляционные выработки общешахтного назначения, которые также охраняются предохранительными целиками.

Таким образом, на стадии строительства и подготовки шахты для сдачи ее в эксплуатацию отработке подлежит только часть околоствольного целика, ограниченная с внешних сторон его контуром, а внутри границами предохранительных целиков, в пределах которых располагается комплекс выработок околоствольного двора с примыкающими к нему магистральными выработками. В связи с этим задача определения размеров выемочных участков в околоствольных целиках может быть реализована только при взаимной увязке всех отмеченных выше геометрических параметров.

К настоящему времени, исходя из типа обслуживаемых стволов, вида транспорта и типа транспортных средств, направления поступления грузов и схем грузопотоков, производственной мощности, угла падения и числа рабочих пластов и др., известны различные варианты околоствольных дворов, отличающиеся своей конфигурацией и размерами, среди которых было выделено 7 типовых схем, в максимальной степени удовлетворяющих как условиям пологого и наклонного залегания угольных пластов, так и различной производственной мощности шахт. Обязательным являлось наличие главной откаточной выработки, проводимой по пласту или в непосредственной близости от него в направлении простирания.

При сопоставлении занимаемых околоствольными и предохранительными целиками площадей, которые были адаптированы к околоствольным дворам, было выявлено, что:

предохранительные целики практически полностью перекрывают площади околоствольных целиков слева и справа от околоствольных дворов в направлении по простиранию; небольшие участки, пригодные к отработке, остаются лишь со стороны восстания от магистральных выработок, но уже с увеличением предохранительных целиков эти участки также выводятся из эксплуа-

тации;

на гл\бина\ 200-300 м габариты околоствольных дворов даже с минимальными размерами предохранительных целиков сопоставимы с размерами околоствольных целиков, что исключает отработку последних,

максимум запасов, планируемых к выемке, сосредоточен со стороны восстания, объемы которых значительно возрастают при увеличении угла падения пласта;

в направлении падения размеры выемочных участков, ввиду ограниченности околоствольных целиков (до 250 м), зависят главным образом от размеров предохранительных целиков, при уменьшении которых площадь возможной подработки существенно возрастает;

размеры выемочных участков предопределяются размерами околоствольных целиков (по простиранию восстанию Ь^ и падению Ьг), шириной предохранительных целиков Ь0 (принимается исходя из вредного влияния очистных работ в зависимости от глубины Нт и прочности присекаемых пород 11с и корректируется коэффициентами, учитывающими обрушаемость основной кровли к0бр и податливость крепей ктд) и геометрическими характеристиками окопоствольных дворов, к которым относятся расстояния от ствола до крайней выработки околоствольного двора в направлении по восстанию ы

и по падению <)й, максимальные и минимальные расстояния слева и ) и Справа (I,"/™] и ¿X;™") от ствола до крайней выработки двора в

направлении по простиранию.

Для определения размеров участков околоствольных целиков, планируемых к отработке, были построены номограммы, базирующиеся на зависимостях размеров предохранительных и околоствольных целиков от глубины залегания пласта (диапазон 200-1000 м) при углах падения до 35°. В качестве примера на рис. 3 приведена номограмма для определения размеров выемочных участков в направлении по восстанию

Рис. 3. Номограмма для определения размеров выемочных участков по восстанию:

для -1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 при Яс менее 20 МПа, равном 30,40, 50, 60, 80, 100, 120 МПа и более 120 МПа; для -1,2, 3,4, 5, 6, 7 и 8 при а, равном 0, 5,10,15,20,25, 30 и 35°

Использование номограмм позволяет определять размеры планируемых к отработке участков исходя из разницы между размерами околоствольных и предохранительных целиков при заданной глубине разработки, прочности вмещающих пород и креплении выработок жесткой крепью. Так, например, при Н т = 500 ми Кс - 40 МПа размеры выемочных участков по восстанию составят Ьр - =175 м. Однако данные размеры будут корректными только в том

случае, когда ось стволов пересекает ось крайних выработок двора. В конкретной же ситуации необходимо учитывать взаимное расположение стволов и выработок, обусловленное конфигурацией околоствольного двора и соответствующими геометрическими параметрами. В итоге, при учете также характери-

стики кровли по обр>шаемости и податливости крепей, размеры планируемых к отработке участков по всем направлениям могут быть определены на основании следующей группы выражений:

ь- к к Ь - обр под к ?

и к / - по6рппод Ly.ok.di '

Г 1..Ш1Х -к к 1 одр под о г )..тяч , ^б.ок.дг »

/ Тмпип =1, ~ ^ обр ^ под ^0 г 7.,т1п . ^б.ок.д, >

т пр.* ЮШ\ II ь о, -к к £ * пр..тях, ^б.ок.д, >

г пр.,т(п Ч.) -к к Ь одр под о г пр ,т1п ^¿м дш'

где: } - размеры участков в направлении

восстания, падения, слева (максимальный и минимальный) и справа (максимальный и минимальный) от двора по простиранию.

В итоге формируется следующий алгоритм определения размеров участков отработки в пределах околоствольного целика на стадии строительства шахты:

по заданным глубине залегания и углу падения пласта, а также расчетной прочности присекаемых выработками пород на основании номограмм определяются размеры околоствольных и предохранительных целиков (при промежуточных значениях прочности и угла падения размеры определяются методом аппроксимации);

исходя из характеристики основной кровли по обрушаемости и типа применяемых крепей соответствующими коэффициентами корректируется ширина предохранительных целиков;

на основании типа околоствольного двора находятся геометрические параметры, характеризующие расстояния от стволов до крайних выработок по четырем направлениям;

при использовании универсальных выражений (1) рассчитываются искомые параметры.

Усложнение горно-геологических условий строительства и эксплуатации горнодобывающих предприятий, вызванное увеличением глубины разработки, возрастающим проявлением тектонической составляющей начальных напряжений, влиянием очистных работ и др. причинами, выдвигает повышенные требования к надежности капитальных горных выработок. Наиболее ответственным сооружением горнодобывающего предприятия является вертикальный ствол и обеспечение надежности крепи и армировки вертикального ствола в течение всего срока эксплуатации предприятия представляется крайне важным. Основными причинами нарушения крепи и армировки вертикальных стволов являются избыточные начальные напряжения в околоствольном массиве пород и существенное качественное и количественное изменение полей напряжений в окрестности ствола при выполнении технологических процессов при отработке шахтного поля (проведение околоствольных выработок, осушение, отработка околоствольного целика и др.). Недостаточная изученность закономерностей формирования нагрузок на крепь вертикальных шахтных стволов в рассматриваемых условиях объясняет необходимость мониторинга за напряженно-деформированным состоянием крепи и армировки стволов.

Основная цель выполняемых при этом натурных измерений - обеспечение качества и эксплуатационной надежности крепи и армировки, в особенности при принятии новых технологических решений по отработке околоствольных целиков. Для того, чтобы качественно управлять состоянием объекта, в процессе мониторинга контролируются различные физические величины, такие как температура, влажность, давление и другие величины. Особое значение это имеет при исследовании концентрации статических напряжений и градиентов напряжения, определении нагрузок на крепь и оценке напряженно-деформированного состояния крепи.

Одной из основных задач, решаемых в процессе мониторинга, является извлечение максимума достоверной информации из ограниченного количества данных натурных измерений. Указанная проблема послужила причиной разви-

тия методов расчета крепи, базирующихся на обработке измеренных в натурных условиях нагрузок, что является особенно актуальным при строительстве и эксплуатации стволов в тектонически активных районах Среди методов получения информации о начальном поле напряжений в массиве пород вокруг капитальных выработок следует выделить группу экспериментально-аналитических методов, в основе которых лежат решения соответствующих задач механики подземных сооружений в обратной постановке. Общий путь решения обратных задач для определения начального напряженного состояния массива пород был предложен С. Н. Поповым и получил дальнейшее развитие в работах H.H. Фотиевой для выработок произвольной формы поперечного сечения (с одной осью симметрии) и Н.С. Булычева, И.И. Савина для многослойных круглых конструкций вертикальных шахтных стволов.

Применительно к вертикальным шахтным стволам, сооружаемым вне зоны влияния очистных работ, результаты, полученные в процессе проведения измерительного эксперимента, являются основой для реализации обратного решения, в ходе которого по результатам измерения напряжений, деформаций или перемещений в крепи определяются характеристики начального расчетного поля в массиве пород. С этой целью используется экспериментально-аналитический подход к расчету многослойной крепи ствола с позиций схемы контактного взаимодействия крепи с массивом пород, в которой крепь и массив рассматриваются как элементы единой деформируемой системы. В качестве модели используется математическая модель напряженно-деформированного состояния многослойной крепи с применением метода коэффициентов передачи нагрузок. Применение такого подхода позволяет произвести оценку фактического напряженно-деформированного состояния крепи по результатам измерения произвольных компонент напряжений или деформаций.

В процессе отработки околоствольных предохранительных целиков, в зависимости от принятой технологии, происходит существенное перераспределение напряжений в окружающем ствол массиве пород. Анализ напряжений и

деформаций в крепи стволов, подверженных влиянию очистных работ, позволяет сделать вывод о качественном изменении полей напряжений (рис. 4). а) б)

Рис. 4. Характер распределения нормальных радиальных напряжений (нагрузок на крепь) для стволов, находящихся вне зоны влияния очистных работ (а) и в зоне влияния очистных работ (б)

Предполагается, что на контактах смежных слоев многослойной крепи и крепи и окружающего массива пород существует «полный контакт». Целью расчета является восстановление полной картины напряженного - деформированного состояния в общем случае неоднородной (многослойной) круглой крепи вертикального ствола при нескольких измеренных (заданных) значениях нормальных радиальных напряжений на контакте крепи с массивом пород.

Для точного решения поставленной задачи необходимо иметь четыре значения измеренных нагрузок.

При характерном распределении нагрузок по внешнему контуру крепи (см. рис. 4), его можно представить в виде ряда:

°"г = Рцр) + Рцр)-совв + р'^ в+рАр) соьгв (2)

гДе:р0(/1),/>1(/|),р[( - неизвестные составляющие фактического нормаль-

ного радиального напряжения, формирующегося на внешнем контуре многослойной крепи.

Угол в в ряде (2) отсчитывается от направления оси х против хода часовой стрелки. В общем случае первоначально выбранные оси координат могут

не совпадать с направлением действия главных напряжений в массиве пород и отличаться от него на \roi а

В том случае, если в произвольных точках внешнего конт>ра многослойной крепи при углах в, бы ш полечены (измерены) к значений нормальных радиальных напряжений с/,, то обработка результатов измерений выполняется в следующей последовательности.

Значения q, разлагаются в тригонометрические ряды Фурье для вычисления которых заменяются интегралы в формулах Эйлера суммированием по правилу трапеций (формулы Бесселя), в результате чего получаем:

1 W i к ж . 1 . i k n ...

Р* =-■ 2>,-cos-;/>*=-•£ í/"sin-> (3>

Я ,=0 п п |„о и

где: /=0, 1, ... , 2и - 1 - число точек, в которых измерялась нагрузка; А=0, 1 -порядковый номер коэффициента Фурье.

Заметим, что при определении коэффициентов Фурье по формулам (3) необходимо, чтобы число измерений было четно и проводилось с равным промежутком. Члены фиктивного ряда аг можно записать в виде:

<Уг=р0+ р, -COS0 + р\ + рг cosW. (4)

Если заданы значения q, при углах в,, то члены ряда (4) определяются по формулам:

к 0.5« 0.5« 0.51 0.5«

к к к к

В дальнейшем члены ряда (4) будем считать известными и полностью определяемыми выражениями (5), за исключением частных случаев, описанных ниже.

Заметим, что измеренные (заданные) значения </, могут быть записаны с использованием как ряда (2), так и ряда (4). Дальнейшее решение приводит нас к системе, в которой существует 5 неизвестных, а именно />„,„>, Р,{р>, р'Цр),

Piint и Угол а ■ Значения />„, p¡, р\, р2 считаем известными.

Выделив из системы два характерных уравнения, объединим их в новую систему.

/>, ы соз а-/>;ы к») <* = />,; Р\(р) а + р'цр) е05аг = р\ •

Эта система состоит из двух уравнений с тремя неизвестными: рЦр), Рцр) и Угол а > значит система (6) не доопределена. Для того, чтобы решить эту

систему, мы должны задаться значением одной из неизвестных величин, т.е. должны ввести в расчет еще одно дополнительное условие. Таких условий может быть три (по числу неизвестных). Рассмотрим эти условия.

Условие № 1. Полагаем, что эпюра реальных контактных напряжений аг, сформировавшаяся на внешнем контуре многослойной крепи имеет хотя бы одну ось симметрии. В этом случае можно положить: р'Нр) - 0.

Условие № 2. Полагаем, что эпюра реальных контактных напряжений сг,, сформировавшаяся на внешнем контуре многослойной крепи имеет одну ось симметрии (частный случай условия № 1). В этом случае можно положить: />!«„= 0.

Условие № 3. Предположим, что известно направление осей главных напряжений в массиве горных пород относительно которых производились измерения напряжений сг,, т.е. известно значение угла а.

В том случае, если количество измерений равно четырем, то любые ошибки измерений полностью входят в результаты расчетов. Для получения качественной картины распределения напряжений в крепи ствола необходимо получение большего количества измерений при увеличении точности самих измерений.

В этом случае обработка результатов натурных измерений производится следующим образом.

Значения ql (/ = 1, 2, ..., я) разлагаются в тригонометрические ряды Фурье, для вычисления коэффициентов которых необходимо решить линейную

систем), состоянию из п алгебраических уравнений После определения по реккурентным выражениям коэффициентов Фурье эпюра нагрузки а, аппроксимируется тригонометрическим полиномом вида'

tf(0) = —cos9 + р\ sin9) + ^ eosпв. (7)

2 t-i 2

Затем расчет сводится к вычислению по формуле (7) значений </,, q2, q}, q4 при углах 0, =0"; 0г =90°; в, =180"; 6t =270°, которые в дальнейшем считаем известными. После этого расчет ведется по формулам и в последовательности, изложенной выше для четырех измерений.

На основании установленных закономерностей распределения нормальных радиальных напряжений а, по внешнему контуру многослойной крепи ствола, определяются контактные касательные напряжения, которые описываются рядом следующего вида:

q = qnp) • sin в + q'Hp) ■ cos0 + q1{p] ■ eos 20. (8)

Для определения составляющих контактных касательных напряжений используется условие равновесия, в соответствии с которым получим:

Чцр)=Рц,)> Яцр)=-Р'цру (9)

Для определения величины q1{ необходимо рассмотреть напряженно -

деформированное состояние многослойной крепи, расположенной в тектоническом поле начальных напряжений. Величина главных тектонических напряжений, приложенных на бесконечности под углом 90° друг к другу, соответственно составит а'/V, и aN2. Здесь а - корректирующий множитель. Величины напряжений на внешнем контуре многослойной крепи с величинами главных тектонических напряжений связаны соотношением:

- а' ~а • Nj к

Чцр) ~ , 'Л:|(п>-

Здесь Af,I( - коэффициент передачи неравномерной составляющей нагр\зок через бесконечный слой, моделирующий массив пород.

Определение коэффициентов передачи нагрузок и расчет напряжений и усилий в элементах многослойной крепи ствола осуществляется с использованием схемы контактного взаимодействия крепи с массивом пород на основе метода расчета подземных сооружений, предложенного проф. Булычевым Н.С.

Современный уровень научных и инженерно-технических знаний об армировании вертикальных стволов и передовой опыт технологии армирования накоплен в результате работ, исследований и внедрений, проведенных крупными отечественными учеными и инженерами.

Значительный вклад в исследование процессов взаимодействия движущихся подъемных сосудов с жесткой армировкой, а также расчет и проектирование ее конструкций внесен работами И.В. Баклашова, Н.Г. Гаркуши, В.И. Дворникова, O.A. Залесова, A.A. Храмова и других ученых, труды которых явились научно-методической основой создания методики расчета жестких армировок вертикальных стволов.

Вопросы разработки рациональных конструкций жесткой армировки и создания теории их расчета изучены в работах Н.Г. Гаркуши, И.Г. Горенц-вейга, И.Б. Доржинкевича, В.В. Левита, Е.В. Петренко, И.С. Стоева, Н.К. Шаф-ранова, Ф.И. Ягодкина и др.

В работах указанных выше авторов и нормативных материалах рассматривалась жесткая армировка стволов, находящихся вне зон проявлений горного давления. Проблемы зашиты армировки в сложных горно-геологических условиях оставались неизученными

Вопросам охраны и защиты крепи и армировки вертикальных стволов в условиях деформирующегося околоствольного массива посвящены труды В А. Борисовна, А.Е. Гавруцкого, A.M. Козела, В.К. Куриленко, В.А. Прагера A.A. Репко и др. Ими исследованы причины нарушений крепи и армировки, определены параметры деформаций и их характер.

На основе -этих исследовании институтами ВНИМИ, ВНИИОМШС, Кривбасспроект, Южгипрошахт разработаны нормативные документы, регламентирующие меры зашиты армировки вертикальных стволов

В основу всех известных технических решений по конструктивной защите армировки вертикальных стволов положен принцип компенсации деформаций в системе с сохранением опирания армировки на крепь, т.е. связь в системе "крепь - армировка" остается неразрывной.

Однако известные способы защиты армировки вертикальных стволов от влияния деформирующейся крепи имеют ряд существенных недостатков:

компенсирующие конструкции требуют принудительной регулировки, что крайне затруднено в условиях эксплуатируемого ствола;

они не обеспечивают надежной защиты армировки в случаях, если фактические деформации превышают допустимые конструкцией компенсаторов величины податливости, векторы возникающих усилий не совпадают с направлением податливости конструкции, когда происходит потеря устойчивости крепи и заделки расстрелов.

В связи с этим обеспечение работоспособности армировки достигается разрывом связи в системе "крепь - армировка" на участке деформирующейся крепи путем устройства пространственных конструкций с опиранием вне зоны нарушений.

Предлагаемое решение может быть выполнено в зависимости от интенсивности работы подъема и протяженности (высоты) участка в двух исполнениях: в виде плоскопараллельных рам или пространственных конструкций.

Конструкция в виде плоскопараллельных рам (рис.5) состоит из опорных расстрелов 1, устанавливаемых вне нарушенного участка ствола, вертикальных стоек 2, предназначенных для опирания промежуточных расстрелов 3. К промежуточным расстрелам крепятся проводники 4 Расположение промежуточных расстрелов совпадает с расположением расстрелов в обычных ярусах армировки. Шаг армировки сохраняется. Высота пространственной конструкции

кратна шагу армировки.

Пространственная конструкция (рис. 6) состоит из аналогичных плоских рам с дополнительными связями 5, повышающими жесткость и устойчивость конструкции в целом. Принципиальные схемы предлагаемых пространственных конструкций разработаны применительно к типовому ряду сечений и ар-мировок вертикальных стволов.

Рис. 5. Схема конструкции арми- Рис- 6- Схема пространственной

ровки с опиранием вне участка конструкции армировки ствола с

деформирующегося массива в ви- опиранием вне участка деформи-

де плоскопараллельных рам рующегося массива

Для определения области применения пространственных конструкций армировки с различными параметрами была разработана конечно-элементная модель (рис. 7) и установлены закономерности изменения величины прогиба среднего яруса конструкции от ее высоты, типоразмера и скорости движения подъемного сосуда.

пространственной конструкции армировки

Расчет прогиба среднего яруса пространственной конструкции производится для подъемных сосудов, движущихся со скоростью от 0 до 12 м/с с шагом 1м/с при высоте пространственной конструкции от 12,5 м до 31,25 м.

Для полученных значений величин прогиба подобраны аппроксимирующие выражения зависимости прогибов конструкции С от скорости движения подъемных сосудов V и высоты конструкции армировки Н.

На основе существующих нормативных документов по расчету и проектированию жесткой армировки вертикальных стволов шахт разработаны методические основы расчета пространственной конструкции армировки, отличительной особенностью которой является опирание расстрелов на вертикальные стойки, допускающие перемещение в направлении приложения нагрузки.

Алгоритм расчета пространственной конструкции армировки на участках деформирующегося породного массива включает в себя расчет параметров жесткости опорных и промежуточных расстрелов, а также напряжений в элементах армировки и прогибов проводников.

Анализ полученных зависимостей показал, что величины прогибов среднего яруса конструкции в виде плоскопараллельной рамы до определенных значений скорости движения клетей и высоты конструкции не превышают величины максимального прогиба [с]=0,015 м. Для большинства клетей это значение скорости составляет в среднем 4-5 м/с, а высоты конструкции - 12,5 м. С такой скоростью клети движутся на участках конечных сопряжений вертикальных стволов с приствольными выработками, высота которых достигает 10-12 м. Прогибы армировки на таких участках позволяют применять конструкции армировки в виде плоскопараллельных рам. На протяженной части стволов скорость движения подъемных сосудов достигает 10-12 м/с, а высота нарушенных участков - 20-30 м. В этих случаях происходит превышение величины максимального прогиба и тогда для обеспечения безремонтной эксплуатации армировки на участках деформирующегося породного массива, расположенных в протяженной части стволов, уже необходимо устраивать пространственные конструкции армировки с межрамными связями.

Для возведения пространственной конструкции армировки разработана технологическая схема (рис. 8), предусматривающая основные процессы монтажа армировки на участках деформирующегося породного массива: бурение лунок, установка верхних опорных расстрелов (см. рис. 8, а), сбалчивание вертикальных стоек (см. рис. 8, б), установка промежуточных расстрелов (см. рис. 8, в), навеска проводников (см. рис. 8, г).

Для экономической оценки разработанной технологии армирования вертикальных стволов на участках деформирующегося массива были рассчитаны величины трудозатрат, материалоемкости и стоимости возведения 1 м пространственной конструкции армировки в зависимости от ее высоты. Высота конструкции принималась от 6,25 м до 31,25 м с интервалом в 3,125 м.

конструкции армировки

Анализ полученных данных показывает, что с увеличением высоты деформирующегося участка ствола уменьшаются величины удельных трудозатрат, материалоемкости и стоимости возведения предложенной конструкции армировки.

Удельная трудоемкость возведения пространственной конструкции армировки меньше, чем у традиционной армировки, и с увеличением ее высоты снижается. Это достигается за счет сокращения числа устанавливаемых в крепи ствола расстрелов. Но удельные материалоемкость и стоимость пространственной конструкции армировки выше, чем соответствующие показатели традиционной армировки. При этом следует учитывать то, что при ремонте нарушенной армировки на участках деформирующегося массива приходиться затрачивать средства и материальные ресурсы, стоимость которых равна капитальным затратам на армирование.

Сокращение удельной материалоемкости составит не менее 0,257 т/м; удельной себестоимости 1,244 тыс. руб/м в ценах 1998 г.

Промышленная проверка технологии армирования вертикальных стволов на участках деформирующегося породного массива была осуществлена в марте 1997 г. на шахте им. Стаханова ГХК "Селидовуголь".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертационная работа является научным квалификационным трудом, в котором на основании выполненных автором исследований дано научно обоснованное техническое и технологическое решение актуальной проблемы обоснования комплекса способов и средств отработки околоствольных целиков короткими очистными забоями и сохранения эксплуатационной надежности и ресурса крепи и армировки шахтных стволов, обеспечивающих снижение материальных затрат на периоде строительства горного предприятия.

Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Анализ способов и методов отработки околоствольных целиков показал, что наибольший эффект может быть достигнут при использовании систем разработки короткими очистными забоями. При этом выявлено, что существующие экспериментально-аналитические методы по определению сдвижений и деформаций околоствольных массивов не обладают необходимой степенью универсальности, обеспечивающей корректное обоснование рациональных параметров отработки целиков с учетом их влияния на состояние крепи и армировки шахтных стволов.

2. С учетом ориентации на комплекс выработок околоствольных дворов и их функциональное назначение на базе камерных и камерно-столбовых систем, а также систем разработки короткими столбами предложены принципиальные технологические схемы очистных работ, позволяющие производить эффективную и безопасную отработку околоствольных целиков в различных горногеологических и горнотехнических условиях и обеспечивающие максимальное

снижение материальных затрат на периоде строительства шахты и ввода ее в эксплуатацию.

3. Разработан метод обоснования параметров подготовки выемочных участков в пределах околоствольных целиков, учитывающий габариты и конфигурацию околоствольных дворов, размеры околоствольных и предохранительных целиков в зависимости от условий залегания угольных пластов и характеристик вмещающих пород.

4. На основе численного моделирования напряженно-деформированного состояния вмещающих пород вокруг шахтных стволов получены закономерности изменения параметров влияния очистной выемки на состояние вмещающих массивов и крепи шахтных стволов с учетом глубины, деформационных свойств и мощности пород основной и непосредственной кровли, характеристик угольного пласта и закладочных массивов.

5. Получено аналитическое решение плоской контактной задачи теории упругости для среды с круговым вырезом, подкрепленным в общем случае неоднородным (многослойным) кольцом, моделирующей массив пород с закрепленной выработкой и имеющей напряженное состояние, вызванное совместным действием гравитационных или тектонических сил и напряжений, возникающих под влиянием очистных работ при отработке околоствольных целиков. Задача решается в обратной постановке и заключается в оценке фактического напряженно-деформированного состояния крепи ствола и вмещающего массива пород по результатам натурных измерений напряжений или деформаций в элементах многослойной крепи ствола.

6. Разработан метод диагностики напряженно-деформированного состояния крепи вертикальных шахтных стволов и вмещающего массива пород при отработке околоствольных целиков, позволяющий по результатам натурных измерений нагрузок на крепь, напряжений или деформаций в элементах крепи производить оценку фактической несущей способности крепи.

7. Разработаны алгоритм и программа обработки результатов натурных измерений нормальных радиальных и тангенциальных напряжений и (или) деформаций, выполненных в произвольных точках многослойной крепи вертикальных шахтных стволов, подверженных влиянию отработки околоствольных целиков.

8. На основе разработанной конечно-элементной модели армировки вертикальных стволов созданы методические основы проектирования пространственных конструкций армировки и технологии армирования стволов на участках деформирующего породного массива, обеспечивающих безремонтную эксплуатацию шахтных стволов.

9. Установлены зависимости металлоемкости конструкций, трудоемкости и стоимости армирования от высоты армировки, скорости и массы движущихся сосудов.

10. Промышленная проверка технологии армирования вертикальных стволов на участках деформирующегося породного массива была осуществлена в марте 1997 г. на шахте им. Стаханова ГХК "Селидовуголь".

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Лунов Э.П., Страданченко С.Г.. Причины нарушения крепи вертикального ствола// Совершенствование разработки угольных месторождений: Сб. науч. тр. - Шахты: Ростовское научно-производственное изд-во "Недра", 1994.-С. 198-202.

2. Ягодкин Ф.И., Страданченко С.Г., Прокопов А.Ю.. Защита армировки вертикальных стволов от влияния сложных горно-геологических условий// Научно-технические проблемы строительства и охраны горных выработок: Сб. науч. тр./ Новочерк. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: НГТУ, 1996. - С. 18-24.

3. Страданченко С.Г. Защита жесткой армировки вертикальных стволов на участках активного горного давления// Научно-технические проблемы разработки месторождений, строительства и охраны горных выработок: Межвуз.

сб. науч. тр. / Новочерк. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: НГТУ, 1997 . - С. 229 -234.

4. Страданченко С.Г.. Способ защиты жесткой армировки вертикальных стволов шахт на участках деформирующегося массива// Научно-технические проблемы разработки месторождений, строительства и охраны горных выработок: Межвуз. сб. науч. тр. / Новочерк. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: НГТУ, 1997.-С. 234-239.

5. Рудин A.M., Страданченко С.Г. Расчет армировки вертикальных стволов шахт на участках деформирующегося массива// Научно-технические проблемы строительства вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок: Сб. науч. тр. - Новочеркасск: НГТУ, 1998. -С. 63-73.

6. Мартыненко И.А., Прокопов А.Ю., Страданченко С.Г. Новый способ защиты крепи вертикальных стволов в сложных горно- и гидрогеологических условиях// Экология, безопасность и эффективность производства: Сб. науч. и научно-метод. тр. - Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1998. - С. 202-206.

7. Мартыненко И.А., Прокопов А.Ю., Страданченко С.Г. Крепление вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях// Экология, безопасность и эффективность производства: Сб. науч. и научно-метод. тр. - Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1998. - С. 211-221.

8. Прокопов А.Ю., Мартыненко И.А., Страданченко С.Г. Технология армирования вертикальных стволов шахт на участках деформированного породного массива// Перспективы развития горных технологий в начале третьего тысячелетия: Сб. науч. тр. - Алчевск: ДГМИ, 1999. - С. 201-206.

9. Прокопов А.Ю., Страданченко С.Г. Определение рациональных параметров безрасстрельных схем и конструкций армировки вертикальных стволов шахт// Перспективы развития горных технологий в начале третьего тысячелетия: Сб. науч. тр. - Алчевск: ДГМИ, 1999. - С. 206-211.

10. Прокопов А.Ю., Греков B.C., Страданченко С.Г. Оптимизация рецептурного состава композиции для устройства узлов податливости в крепи вертикальных стволов// Научно-технические проблемы разработки твердых полезных ископаемых юга России: Сб. научн. работ и докладов конференции. -Шахты: Изд. ЮРО АГН, 1999. - С. 98-103.

11. Страданченко С.Г., Ягодкин Ф.И. Возведение армировки вертикальных стволов на участках деформирующегося массива// Научно-технические проблемы разработки твердых полезных ископаемых юга России: Сб. научн. работ и докладов конференции. - Шахты: Изд. ЮРО АГН, 1999. - С. 78-81.

12. Малышев М.А., Страданченко С.Г. К вопросу отработки околоствольных предохранительных целиков// Научно-технические проблемы шахтного строительства: Сб. науч. тр. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. - С. 111-120.

13. Малышев М.А., Страданченко С.Г., Сыркин С.П. Современные проблемы строительства вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях// Научно-технические проблемы шахтного строительства: Сб. науч. тр. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. - С. 183-185.

14. Малышев М.А., Страданченко С.Г. Проблемы охраны вертикальных стволов в условиях отработки околоствольных предохранительных целиков// Совершенствование проектирования и строительства угольных шахт: Сб. науч. тр. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. - С. 143-148.

15. Голодов М.А., Страданченко С.Г. Анализ причин нарушения крепи и армировки вертикальных шахтных стволов и возможные методы их предот-вращения//Совершенствование проектирования и строительства угольных шахт: Сб. науч. тр. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. - С. 164-168.

16. Нечаенко В.И., Прокопов А.Ю., Страданченко С.Г. Параметры крепи вертикальных стволов на участках геологических нарушений// Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГТУ, 2002. - №9. - С. 232-233.

17. Шахтное и подземное строительство. 4.2. Технология строительства вертикальных стволов/ И.А. Мартыненко, П.С. Сыркин, А.Ю. Прокопов, С.Г.

Страданченеко: Учеб. пособие. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. - 260 с.

18. Шахтное и подземное строительство. Проектирование и строительство горных предприятий/ П.С. Сыркин, И.А. Мартыненко, В.М. Удовиченко, А.Ю. Прокопов, С.Г. Страданченеко: Учеб. пособие. - Новочеркасск: ЮРГТУ,

2002. - 522 с.

19. Шахтное и подземное строительство. Технология строительства горизонтальных и наклонных выработок/ П.С. Сыркин, И.А. Мартыненко, М.С. Данилкин, А.Ю. Прокопов, С.Г. Страданченеко: Учеб. пособие. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2002. - 430 с.

20. Савин И.И., Страданченко С.Г. Анализ причин нарушения крепи и армировки вертикальных шахтных стволов// Изв. ТулГУ. Серия «Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов». Часть 2.- Тула: ТулГУ, 2002.-С. 182-186.

21. В.И. Сарычев, С.Г. Страданченко. Геотехнологические аспекты отработки околоствольных целиков на стадии строительства шахты// Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: Материалы 1-ой Международной конференции по про-блемем горной промышленности строительства и энергетики/ ТулГУ. - Тула. -

2003.-Том 1.-С. 111-118.

22. В.И. Сарычев, С.Г. Страданченко. Обоснование комплекса технологических решений по отработке комплекса околоствольных целиков// Изв. ТулГУ. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Вып. 1. - Тула: ТулГУ, 2003. - С. 255-263.

И и ЛИЦ. ЛР№ 020300 от 12.02.97 Подписано в печать Формат бумаги 60x84 '/,6 Бумага офсетная Усл-печ л Л, Я, Уч -изд. л О Тираж Юо экз Заказ ,

Тульский государственный университет 300600, г Тула, просп.Ленина, 92

Отпечатано в редакииоино-издитет>С1.ом пет ре ]>льского государственного унивгреше!» 300600. г Тула, ул Болдина, 151

РНБ Русский фонд

2006-4 33846

Содержание диссертации, доктора технических наук, Страданченко, Сергей Георгиевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1. Общая характеристика потерь угля в околоствольных целиках и целесообразность их отработки.

1.2. Геотехнологические аспекты отработки околоствольных целиков на стадии строительства шахты.

1.3. Анализ современных исследований в области защиты армировки.

Краткие выводы по главе 1.

2. ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

ОТРАБОТКИ ОКОЛОСТВОЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ.

2.1. Обоснование отработки околоствольных целиков короткими очистными забоями на стадии строительства шахты.

2.2. Обоснование геометрических параметров участков отработки околоствольных целиков.

2.3. Технологические схемы выемки целиков на основе систем разработки короткими очистными забоями.

2.3.1. Выбор способа и средств закладки выработанных пространств.

2.3.2. Технологические схемы на базе камерной системы разработки.

2.3.3. Технологические схемы на базе камерно-столбовой системы разработки.

2.3.4. Технологические схемы на базе системы разработки короткими столбами.

2.4. Области рационального применения систем разработки короткими очистными забоями.

Краткие выводы по главе 2.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ВЛИЯНИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ НА ШАХТНЫЕ СТВОЛЫ.

3.1. Методы оценки влияния очистных работ на условия поддержания шахтных стволов.

3.2. Обоснование расчетных схем.

3.3. Моделирование напряженного состояния вмещающих пород под влиянием очистной выемки.

Краткие выводы по главе 3.

4. РЕШЕНИЕ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ РАСЧЕТА КРЕПИ СТРОЯЩИХСЯ И ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ СТВОЛОВ

ШАХТ.

4.1. Постановка и общий путь решения обратных задач расчета крепи стволов, находящихся вне зоны влияния очистных работ.

4.2. Постановка и общий путь решения обратных задач расчета крепи стволов, находящихся в зоне влияния очистных работ.

4.3. Определение напряженного - деформированного состояния многослойной крепи и окружающего массива пород по результатам замера радиальных напряжений.

4.3.1. Определение напряженного — деформированного состояния многослойной крепи по результатам измерений нормальных радиальных напряжений на внешнем контуре крепи.

4.3.2. Определение напряженного - деформированного состояния многослойной крепи по результатам измерений радиальных напряжений на внешнем контуре промежуточного слоя многослойной крепи.

4.4. Определение напряженного - деформированного состояния многослойной крепи и окружающего массива пород по результатам замера нормальных тангенциальных напряжений.

4.4.1. Определение напряженного - деформированного состояния многослойной крепи по результатам измерений нормальных тангенциальных напряжений на внешнем контуре крепи.

4.4.2. Определение напряженного-деформированного состояния многослойной крепи по результатам измерений нормальных тангенциальных напряжений на внешнем контуре промежуточного слоя многослойной крепи.

4.5. Алгоритм и программа расчета многослойных крепей ствола по результатам натурных измерений.

Краткие выводы по главе 4.

5. АРМИРОВАНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ШАХТ НА

УЧАСТКАХ ДЕФОРМИРУЮЩЕГОСЯ ПОРОДНОГО

МАССИВА.

5.1. Обоснование и разработка схем армирования вертикальных стволов шахт на участках деформирующегося породного массива.

5.2. Исследование напряженно-деформированного состояния пространственной конструкции армировки вертикальных стволов на участках деформирующегося породного массива.

5.3. Определение области применения пространственных конструкций армировки.

5.4. Разработка методических основ расчета пространственной конструкции армировки вертикальных стволов шахт на участках деформирующегося породного массива.

5.4.1. Постановка задачи.

5.4.2. Определение параметров жесткости.

5.4.3. Определение силовых параметров.

5.4.4. Расчет из условия ограничения прогиба проводников.

5.5. технология армирования вертикальных стволов шахт на участках деформирующегося породного массива.

5.6. Экономическая оценка разработанной технологии.

Краткие выводы по главе 5.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование отработки околоствольных целиков короткими очистными забоями при сохранении безаварийной эксплуатации шахтных стволов"

Уровень потерь угля является одним из главных критериев качества проектируемой технологической схемы шахты. Общеизвестно, что при определении потерь последние могут характеризоваться как безвозвратные (забалансовые), проектные и сверхпроектные (ненормированные). Если первый вид потерь связан с объективными показателями, характеризующими качество и мощность принимаемых к отработке угольных пластов, а последний предопределяется стохастическими причинами, возникающими в процессе эксплуатации месторождения, то проектные потери нормируются регламентирующими документами и при достаточном обосновании могут быть уменьшены.

Необходимо отметить, что существующие нормы потерь на угледобывающих предприятиях возросли настолько, что коэффициент извлечения запасов месторождения снизился в отдельных бассейнах до 0,7-0,6, и с переходом на более глубокие горизонты ожидается рост потерь до 50 %. К одной из главных причин можно отнести влияние горного давления, проявляющееся при очистной выемке в увеличении зон опорного давления и его воздействии на капитальные и подготовительные выработки, что приводит к росту размеров предохранительных целиков.

В общей структуре проектных потерь максимальные объемы приходятся на потери в околоствольных целиках, размеры которых находятся в зависимости от глубины заложения ствола, параметров деформирования и разрушения пород в пределах мульды сдвижения, характеризуемых углами сдвижения, угла падения пласта, количества принятых к отработке пластов. Так, например, только на шахтах Российского Донбасса в околоствольных целиках сконцентрировано около 60 млн. т угля, что более чем в 4 раза превышает общую добычу, которая в 1997 году составила всего 13.3 млн. т. При этом данные запасы являются практически подготовленными к выемке.

Потери в околоствольных целиках в пределах границ шахтного поля существенно зависят и от систем вскрытия и подготовки, на основании которых принимаются схема расположения стволов и их количество, а границы предохранительных целиков для вертикальных шахтных стволов определяются от границ охраняемой площади, включающей копры, надшахтные здания, здания'подъемных машин и берму. Анализ существующих нормативных документов по определению контуров предохранительных целиков показал, что при разработке наклонных пластов на глубине около 1000 м потери угля только по площади могут достигать 820-1100 тыс. м .

Неполная выемка запасов ведет к значительному прямому экономическому ущербу, заключающемуся в увеличении затрат на 1 т извлекаемых запасов за счет роста непроизводительных затрат на геолого-разведочные работы, проектирование и строительство шахты, проведение и поддержание горных выработок и др. Отсюда, в общей совокупности технологических решений по извлечению ограниченных запасов в предохранительных целиках, вопросы отработки околоствольных целиков на периоде строительства шахты являются весьма актуальными. При этом была выявлена целесообразность применения короткозабойных технологий, отличающихся оперативной адаптацией к конкретным геотехнологическим условиям.

Особую важность здесь приобретают вопросы геомеханической оценки влияния отработки целиков на состояние крепи и армировки шахтных стволов. Существующие методы исследований проявлений горного давления вокруг очистных выработок и практически полное отсутствие опыта отработки околоствольных целиков короткими очистными забоями не позволяют дать полноценную характеристику фактического напряженно-деформированного состояния вмещающих пород, а также надежности и ресурса эксплуатации крепи и армировки ствола, в связи с чем актуальность работы усугубляется необходимостью проведения комплексных теоретических исследований, направленных на изучение закономерностей влияния очистной выемки на состояние околоствольных массивов и формирование нагрузок на крепь вертикальных шахтных стволов, одной из важнейших составляющей которых является система мониторинга за напряженно-деформированным состоянием крепи и армировки стволов.

Целью работы является геомеханическое и геотехнологическое обоснование комплекса технико-технологических решений по отработке околоствольных целиков короткими очистными забоями, а также по сохранению эксплуатационной надежности и ресурса крепи и армировки шахтных стволов, обеспечивающих снижение материальных затрат на периоде строительства горного предприятия по подземной добыче полезных ископаемых.

Основная идея работы заключается в применении короткозабойных технологий для отработки околоствольных целиков на периоде строительства шахты. При этом для обоснования эффективных технико-технологических решений по отработке околоствольных целиков и безопасной эксплуатации шахтных стволов используются: численное моделирование напряженно-деформированное состояния геомеханических систем при ведении очистной выемки короткими забоями; методы теории информации и надежности при оперативном мониторинге состояния крепи и армировки шахтных стволов; идея применения пространственных конструкций с разрывом связей в системе «крепь-армировка» на участках с деформирующейся крепью.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна: установлено, что применение традиционных технологий для отработки околоствольных целиков в целях снижения непроизводительных затрат на периоде строительства горного предприятия не представляется возможным; из анализа опыта отработки охранных целиков, сопоставления организации и механизации работ по добыче и подготовке выемочных участков, сравнения технико-экономических показателей работы очистных забоев и оценки пространственно-планировочных решений выявлена целесообразность применения короткозабойных технологий, отличающихся однотипностью и маневренностью оборудования как для подготовительных, так и для очистных забоев, высокой степенью адаптации к изменяющимся горно-геологическим условиям и низкими эксплуатационными затратами; на базе камерных, камерно-столбовых систем и систем короткими столбами разработаны принципиальные технологические схемы ведения очистных работ с закладкой выработанных пространств, адаптированные к комплексу околоствольных выработок и выработок главных направлений и их функциональному назначению и позволяющие производить эффективную и безопасную отработку околоствольных целиков в различных горногеологических условиях при обеспечении безаварийной эксплуатации шахтных стволов; на основе численного моделирования напряженно-деформированного состояния вмещающих пород выявлены закономерности развития геомеханических процессов в околоствольных массивах, позволяющие осуществлять количественную оценку изменения параметров опорного давления и его влияния на состояние шахтных стволов в зависимости от глубины разработки, деформационных свойств и мощности пород основной и непосредственной кровли, характеристик угольного пласта и закладочных материалов, обеспечивая обоснованный выбор параметров систем разработки короткими очистными забоями; разработан экспериментально-аналитический метод диагностики напряженно-деформированного состояния крепи вертикальных шахтных стволов и вмещающего массива пород и оценки фактической несущей способности крепи при отработке околоствольных предохранительных целиков, позволяющий обоснованно применять конструктивные и технологические решения по' креплению и армированию вертикальных шахтных стволов; разработаны методические основы проектирования пространственных конструкций армировки и технологии армирования стволов на участках деформирующегося породного массива, обеспечивающие безремонтную эксплуатацию армировки вертикальных стволов с учетом динамических нагрузок от действия подъемных сосудов.

Научное значение работы заключается: в геомеханической оценке состояния массивов вокруг шахтных стволов при отработке околоствольных целиков короткими очистными забоями в зависимости от широкого диапазона горно-геологических и горнотехнических факторов, в разработке метода обработки результатов натурных измерений напряжений в крепи вертикальных шахтных стволов, подверженных влиянию отработки околоствольных предохранительных целиков, позволяющего оценить фактическое напряженно-деформированное состояние крепи и вмещающего массива пород. в выявлении закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния крепи и пространственных конструкций арми-ровки шахтных стволов при их подработке с учетом схемы армировки и динамики влияния подъемных сосудов.

Практическое значение работы состоит: в разработке технологических схем ведения очистных работ на базе камерных, камерно-столбовых систем и систем короткими столбами с закладкой выработанных пространств с учетом адаптации их к комплексу околоствольных выработок; в разработке метода обоснования параметров подготовки выемочных участков в пределах околоствольных целиков; в разработке алгоритма и программы обработки результатов натурных измерений нормальных радиальных и тангенциальных напряжений или деформаций, выполненных в произвольных точках многослойной крепи вертикальных шахтных стволов, подверженных влиянию отработки предохранительных околоствольных целиков; в создании методических основ проектирования пространственных конструкций армировки и технологии армирования стволов на участках деформирующего породного массива, обеспечивающих безремонтную эксплуатацию шахтных стволов.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Страданченко, Сергей Георгиевич

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Лунов Э.П., Страданченко С.Г. Причины нарушения крепи вертикального ствола// Совершенствование разработки угольных месторождений: Сб. науч. тр. — Шахты: Ростовское научно-производственное изд-во "Недра", 1994.-С. 198-202.

2. Ягодкин Ф.И., Страданченко С.Г., Прокопов А.Ю.'. Защита армировки вертикальных стволов от влияния сложных горно-геологических условий// Научно-технические проблемы строительства и охраны горных выработок: Сб. науч. тр./ Новочерк. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: НГТУ, 1996.-С. 18-24.

4. Страданченко С.Г. Способ защиты жесткой армировки вертикальных стволов шахт на участках деформирующегося массива// Научно-технические проблемы разработки месторождений, строительства и охраны горных выработок: Межвуз. сб. науч. тр. / Новочерк. гос. техн. ун-т. -Новочеркасск: НГТУ, 1997. - С. 234 - 239.

5. Рудин A.M., Страданченко С.Г. Расчет армировки вертикальных стволов шахт на участках деформирующегося массива// Научно-технические проблемы строительства вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок: Сб. науч. тр. — Новочеркасск: НГТУ, 1998.-С. 63-73.

6. Мартыненко H.A., Прокопов А.Ю., Страданченко С.Г. Новый способ защиты крепи вертикальных стволов в сложных горно- и гидрогеологических условиях// Экология, безопасность и эффективность производства: Сб. науч. и научно-метод. тр. - Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1998. -С. 202-206.

7. Мартыненко И.А., Прокопов А.Ю., Страданченко С.Г. Крепление вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях// Экология, безопасность и эффективность производства: Сб. науч. и научно-метод. тр. -Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1998. - С. 211-221.

8. Прокопов А.Ю., Мартыненко H.A., Страданченко С.Г. Технология армирования вертикальных стволов шахт на участках деформированного породного массива// Перспективы развития горных технологий в начале третьего тысячелетия: Сб. науч. тр. - Алчевск: ДГМИ, 1999. - С. 201-206.

10. Прокопов А.Ю., Греков B.C., Страданченко С.Г. Оптимизация рецептурного состава композиции для устройства узлов податливости в крепи вертикальных стволов// Научно-технические проблемы разработки твердых полезных ископаемых юга России: Сб. научн. работ и докладов конференции. - Шахты: Изд. ЮРО АГН, 1999. - С. 98-103.

1999.-С. 78-81.

2000.-С. 111-120.

13. Малышев М.А., Страданченко С.Г., Сыркин С.П. Современные проблемы строительства вертикальных стволов в сложных горногеологических условиях// Научно-технические проблемы шахтного строительства: Сб. науч. тр. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. - С. 183-185.

15. Голодов М.А., Страданченко С.Г. Анализ причин нарушения крепи и армировки вертикальных шахтных стволов и возможные методы их предотвращения//Совершенствование проектирования и строительства угольных шахт: Сб. науч. тр. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. - С. 164-168.

17. Шахтное и подземное строительство. 4.2. Технология строительства вертикальных стволов/ И.А. Мартыненко, П.С. Сыркин, А.Ю. Прокопов, С.Г. Страданченеко: Учеб. пособие. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001.-260 с.

19. Шахтное и подземное строительство. Технология строительства горизонтальных и наклонных выработок/ П.С. Сыркин, И.А. Мартыненко, М.С. Данилкин, А.Ю. Прокопов, С.Г. Страданченеко: Учеб. пособие. -Новочеркасск: ЮРГТУ, 2002. - 430 с.

21. В.И. Сарычев, С.Г. Страданченко. Геотехнологические аспекты отработки околоствольных целиков на стадии строительства шахты// Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: Материалы 1-ой Международной конференции по проблемем горной промышленности строительства и энергетики. 27 октября - 1 ноября 2003 г./ ТулГУ. - Тула. -Том 1.-С. 111-118.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Страданченко, Сергей Георгиевич, Тула

1. Акимов А.Г., Козел A.M. Защита вертикальных стволов шахт от влияния очистных работ. - М.: Недра, 1969. — 129 с.

2. Акимов А.Г., Хакимов Х.Х. Обеспечение безопасной эксплуатации шахтных стволов. М.: Недра, 1988. - 216 с.

3. Баклашов И.В. Долговечность жесткой армировки стволов по условию накопления усталостных повреждений // Шахтное строительство 1971, № 6. - С. 25 - 26.

4. Баклашов И.В. Расчет армировки вертикальных стволов шахт по предельным состояниям. М.: Недра, 1968. - 135 с.

5. Баклашов И.В. Расчет, конструирование и монтаж армировки стволов шахт. М.: Недра, 1973. - 248 с.

6. Баклашов И.В., Крупнин Ю.Г. Эксплуатационные параметры прогрессивных конструкций жесткой армировки// Шахтное строительство. — 1981.-№ 8.-С. 7-8.

7. Беляев Е.В. Теория подрабатываемого массива горных пород. М.: Наука, 1987. - 176 с.

8. Борецкий М. Опыт польской угольной промышленности в области выемки угля из охранных целиков/ Доклад на V международном горном конгрессе. М.: Внешторгиздат, 1967. - 16 с.

9. Борисов A.A. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980. -360 с.

10. Борисовец В.А., Козел A.M., Ревзюк Е.Б. Облегченные крепи для вертикальных стволов шахт: Обзор, инф. / ЦНИЭИуголь М., 1972.

11. Борщ-Компониец В.И. Механика горных пород, массивов и горное давление. М.: Изд. МГИ, 1968. - 484 с.

12. Булычев Н. С. Механика подземных сооружений: Учеб. для вузов. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1994. - 382 с.

13. Бурчаков A.C., Гринько Н.К., Ковальчук А.Б. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых. М.: Недра. 1978. - 536 с.

14. Бурчаков A.C., Гринько Н.К., Черняк И.Л. Процессы подземных горных работ: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1982. - 423 с.

15. Воронцов Г.В., Резниченко А.И., Нечаев Л.Б. Расчет напряженно-деформированного состояния конструкций по методу конечных элементов. — Новочеркасск: НГТУ, 1994. 119 с.

16. Временные указания по проектированию, строительству и эксплуатации крепи и армировки вертикальных стволов угольных шахт в условиях влияния очистных работ. Л.: ВНИМИ, 1972. - 188 с.

17. Выемка предохранительных целиков под вертикальные стволы шахт: Экспресс-информация// Е.М. Удеев, A.B. Шиптенко, В.Н. Шевченко, Г.А. Фастов/ ЦНИЭИуголь. М., 1978. - 31 с.

18. Гавруцкий А.Е., Мусиенко В.Д. Аппаратурный контроль геометрических параметров армировки стволов в условиях значительных перемещений породного массива// Шахтное строительство. 1980. - № 7 - С. 24 - 27.

19. Гавруцкий А.Е., Назарчук М.Н., Мусиенко В.Д. и др. Состояние армировки шахтных стволов Запорожского железорудного комбината// Шахтное строительство. — 1978. № 3. - С. 21.

20. Гаркуша Н.Г. Исследование движения подъемных сосудов в проводниках жесткой армировки и расчет рациональных параметров системы "сосуд армировка": Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -Днепропетровск -1970. - 310 с.

21. Гаркуша Н.Г., Дворников В.И. О необходимости совершенствования конструкций подъемных сосудов и армировки стволов// Шахтное строительство. 1970.- №3. - С. 10 - 14.

22. Гаркуша Н.Г., Храмов A.A. Армировка с проводниками открытого профиля// Шахтное строительство .- 1988 №3. - С. 20 - 23.

23. Гаркуша Н.Г., Храмов A.A. Шире применять прогрессивные конструкции жестких армировок стволов//Шахтное строительство. —1987. -№6. — С. 14-18.

24. Гаркуша Н.Г., Храмов A.A., Кладов В.М. О горизонтальных нагрузках на проводники жестких армировок в искривленных стволах// Исследование, разработка и эксплуатация шахтных стационарных установок — Донецк: ВНИИГМ им. М.М. Федорова, 1981. С. 3 - 8.

25. Гаркуша Н.Г., Храмов A.A., Кладов В.М. Определение жесткости консольных расстрелов армировки шахтного ствола//Вопросы разработки шахтных стационарных установок. Донецк, 1982. - С. 112 - 118.

26. Горенцвейг И.Г. Новые схемы и конструкции жестких армировок клетевых вертикальных стволов// Шахтное строительство — 1983.- № 4. — С. 4 -8.

27. Горенцвейг И.Г. Прогрессивные конструкции армировок скиповых вертикальных стволов// Уголь. 1984 - № 4. - С. 22 - 25.

28. Горное дело. Энциклопедический справочник. Т.5. М.: Углетехиз-дат, 1958.-448 с.

29. Дворников В.И. О расчете расстрелов жесткой армировки стволов на вертикальные нагрузки/ЯПахтное строительство. 1988.-№ 3. - С. 12-13.

30. Димов А.И., Дерюгин Э.В., Смирнов В.А. Приспособление крепи стволов шахт Донбасса к влиянию очистных работ. JL: изд. ВНИМИ, 1970. -Сб. 79 .-С. 18-29.

31. Доржинкевич И.Б. Новые технические решения по армировке стволов шахт Криворожского бассейна// Шахтное строительство. 1962-№ 11.— С. 16-18.

32. Доржинкевич И.Б. Основные технические направления в проектировании оборудования стволов шахт по генеральной реконструкции Крив-басса// Уголь Украины. 1961- № 2. - С. 4 - 12.

33. Доржинкевич И.Б. Совершенствование армировки глубоких стволов шахт. М.: Недра, 1970. - 211 с.

34. Дробышев В.Ф. К вопросу проектирования крепи вертикальных стволов, работающих в режиме вертикальной деформации // Проектирование и строительство угольных предприятий — 1965. № 7. — С. 62 — 68.

35. Друцко В.П., Зинченко В.Я., Коган В.Г., Прагер В.А. Восстановление крепи действующих стволов шахт без прекращения их эксплуатации: Об-зор.инф. / ЦНИЭИуголь, ЦБНТИ Минуглепрома УССР М., 1985.- Вып. 9. -С. 53.

36. Задачник по подземной разработке угольных месторождений. Учебное пособие для вузов/ К.Ф. Сапицкий, Д.В. Дорохов, М.П. Зборщик, В.Ф. Андрушко. М.: Недра, 1981. - 311 с.

37. Закладочные работы в шахтах: Справочник/ Под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыгалова. М.: Недра, 1989. - 400 с.

38. Залесов O.A. Армировка вертикальных стволов и ее исследования на электронных моделирующих установках. М.: Недра, 1966. - С. 214.

39. Итоги работы угольной промышленности России за 1997 год// Уголь, 1998.-№3.-С.51-61.

40. Карабак В.А. К вопросу отработки запасов под северным вентиляционным стволом на шахте 9/15 треста «Анжероуголь»// Сб. науч. трудов. Вып. 2/ Кемеровский горный институт. Кемерово, 1956. - С. 84-99.

41. Каретников В.Н., Сарычев В.И. Геомеханическое обоснование параметров систем разработки угольных пластов под охраняемыми объектами// Горный вестник. 1996. - № 3. - С. 21-24.

42. Каретников В.Н., Сарычев В.И. Технологические схемы отработки пологих угольных пластов парными камерами// Симпозиум "Неделя горняка 98": Горный информационно-аналитический бюллетень/ МГГУ. - М., 1998. -Вып. 4.-С. 121-123.

43. Кладов В.М., Куриленко В.К., Мавроди П.И., Ягодкин Ф.И. Анкер-Щ ное крепление расстрельных балок к крепи ствола// Проблемные задачи совершенствования стационарных шахтных установок. Донецк, 1988. - С. 30 -43.

44. Кожаков Е., Хан В.М., Петров H.A. Выемка целиков на шахте им. Костенко комбината Карагандауголь// Технология и экономика угледобычи: Сб. науч. трудов. М.: Недра, 1965. - № 10. - С.25-27.

45. Козел A.M. Выбор и проектирование крепи вертикальных шахтных стволов// Шахтное строительство. 1988. - № 1. - С. 16 - 19.

46. Козел A.M. Научные основы выбора и расчета крепи вертикальных стволов угольных шахт при влиянии очистных работ: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. JL, 1988.

47. Козел A.M., Борисовец В.А., Мельников О.И., Репко A.A., Димов А.И. О состоянии эксплуатируемых стволов шахт Донецкого бассейна. — Л.: изд. ВНИМИ, 1971.- Сб. 82 С. 144 - 154.

48. Козел A.M., Борисовец В.А., Репко A.A. Горное давление и способы поддержания вертикальных стволов. -М.: Недра, 1976.-293 с.

49. Козел A.M., Борисовец В.А., Репко A.A. Горное давление и способы поддержания вертикальных стволов. М.: Недра, 1976. - 293 с.

50. Козел A.M., Дробышев В.Ф. Взаимодействие крепи вертикальных стволов с породами в сложных условиях// Горная геомеханика Л., 1988. —1. С. 34-39.

51. Козел A.M., Иевлев Г.А., Тютерев A.C., Андреюк М.А. Напряжения в крепи ствола с осадочными швами// Прогноз геомеханических процессов и управление горным давлением на шахтах. Л., 1985. - С. 3 — 5.

52. Козел A.M., Хусид М.Б. Влияние деформаций массива на состояние расстрелов и крепи ствола//Шахтное строительство. 1971 — № 2. — С. 14-16.

53. Компенсатор осевого смещения коробчатых проводников жесткой армировки стволов шахт. Гавруцкий А.Е., Мусиенко В.Д., Гирик А.Г., От-ришко Н.И. ;Н.-и. горноруд. ин т. A.c. 1330319, СССР. -Бюл. 30, 1987.

54. Корнилков В.Н. Опыт выемки околоствольных целиков// Труды Свердловского горного института. Вопросы геологии и горного дела. Вып. XXXIII Свердловск, 1959. - С. 152-170.

55. Косков И.Г., Прагер В.А. Восстановление крепи и армировки вертикальных шахтных стволов// Строительство стволов шахт и рудников. — М., 1991.-С. 458-476.

56. Краткий справочник горного инженера угольной шахты. Под. общ. ред. A.C. Бурчакова и Ф.Ф. Кузюкова. М.: Недра, 1982. - 454 с.

57. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений. Пер. с нем. под ред. P.A. Муллера и И.А. Петухова. М.: Недра, 1978.-494 с.

58. Крашкин И.С., Брайцев A.B., Шатиров C.B. Оценка целесообразности внедрения камерно-столбовой системы разработки на шахтах Российской Федерации// Уголь. 1998. - № 3.- С. 21-25.

59. Кулешов В.М., Южанин H.A., Кулибаба С.Б., Дрибан В.А. Охрана и поддержание глубоких вертикальных стволов в Донбассе: Обзор, инф. / ЦНИЭИуголь М., 1987.-Вып. 14.-31 с.

60. Курленя М. В., Попов С. Н. Теоретические основы определения напряжений в горных породах. Новосибирск: Наука, 1983. - 97 с.

61. Левит В.В. Разработка и обоснование технологии и параметров армирования вертикальных стволов с применением расстрелов на анкерах:

62. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Днепропетровск. — Государственная горная академия Украины — 1993 — 166 с.

63. Линник Ю. В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений. М.: Физматгиз, 1962. - 352 с.

64. Машины и оборудование для угольных шахт: Справочник/ Под ред. В.Н. Хорина. М.: Недра, 1987. - 424 с.

65. Методика расчета жестких армировок вертикальных стволов шахт-ВНИИГМ им. М.М. Федорова-Донецк, 1985. 160 с.

66. Моделирование проявлений горного давления/ Г.Н. Кузнецов, М.Н. Будько, Ю.И. Васильев, М.Ф. Шклярский, Г.Г. Юревич. Л.: Недра, 1968.

67. Нигматуллин B.C. Производственные исследования в стволах центральной группы Запорожского ЖРК// Шахтное строительство. 1984.—№ 10 .-С. 8- 10.

68. Нигматуллин B.C., Малтыз Ю.П., Мусиенко В.Д. Экспериментальные исследования нагрузок, воздействующих на центральные расстрелы стволов// Шахтное строительство. 1986. - № 5. - С. 17 - 19.

69. Оборудование вертикального шахтного ствола. Куриленко В.К., Соломенцев А.И., Шкарупа А.П.; ВНИИ горн. мех. A.c. 1382961, СССР. -Бюл. 11, 1988.

70. Отришко Н.Е., Мусиенко В.Д., Чаер Г.Х., Кучерявый Б.Г. Ремонт армировки стволов, расположенных в зоне сдвижения породного массива// Шахтное строительство. 1988. - № 5. - С. 25 - 26.

71. Петренко Е.В., Свирский Ю.И. Эффективные конструкции крепи и армировки шахтных стволов //Шахтное строительство-1988 -№ 1.-С. 7— 10.

72. Попов С. Н. Об использовании численных и статистических методов при определении исходного напряженного состояния массива горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -1977.-№8.-С. 113-116.

73. Пособие по проектированию и монтажу жесткой армировки вертикальных стволов шахт и рудников. СНиП П-94-80. М.: Недра, 1989. - 160 с.

74. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях/ Мин* углепром СССР. М.: Недра, 1981. - 288 с.

75. Проектирование предприятий с подземным способом добычи полезных ископаемых: Справочник/ A.C. Бурчаков, A.C. Малкин, В.М. Еремеев и др. М.: Недра, 1991. - 399 с.

76. Проектирование предприятий с подземным способом добычи полезных ископаемых: Справочник/ A.C. Бурчаков, A.C. Малкин, В.М. Еремеев и др. М.: Недра, 1991.-399 с.

77. Разработка угольных месторождений короткими очистными забоями/ А.П. Судоплатов, В.Ф. Парусимов, JI.H. Гапанович, A.B. Стариков, А.П. Сахаров. М.: Госгортехиздат, 1962. - 304 с.

78. Репко A.A. Особенности деформации бетонной крепи вертикальных стволов// Шахтное строительство. 1987. — №1. — С. 15 - 16.

79. Руководство по проектированию вертикальных стволов шахт с коробчатыми проводниками. Часть 1. Методические указания. Кривой Рог, Криворожский горнорудный институт, 1989. — 116 с.

80. Руппенейт K.B. Некоторые вопросы механики горных пород. М.: Недра, 1954.- 384 с.

81. Савенко Ю.Ф., Фрумкин P.A., Тищенко В.А. Разработка мощных угольных пластов: Пособие по програм. обучению. Тула: Изд. ТулПИ, 1983. -91 с.

82. Савин И. И. Разработка информационной системы мониторинга в вертикальных шахтных стволах на основе решения обратных задач механики подземных сооружений: Дис. . докт. техн. наук. Тула, 1998. - 256 с.

83. Сапицкий К.Ф., Дорохов Д.В., Якушевский А.Ю. Технология, механизация и автоматизация производственных процессов при подземной разработке пологих месторождений. М.: Недра, 1974.

84. Сарычев В.И. Геомеханическое обоснование параметров систем разработки короткими забоями пологих угольных пластов средней мощности: Автореф. дис.д-ра техн. наук/ ТулГУ. Тула, 2000. - 44 с.

85. Сарычев В.И. Геомеханическое обоснование параметров систем разработки короткими забоями пологих угольных пластов средней мощности: Дисс.д-ра техн. наук/ ТулГУ. Тула, 2000. - 284 с.

86. Сарычев В.И. Разработка принципиальных технологических схем очистных работ с расширением камер// Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб. науч. трудов/ ТулГУ. Тула, 2002. -4.2.-С. 17-22.

87. Сарычев В.И., Коновалов О.В., Копылов А.Б., Алешин A.A. Сравнительная оценка энерговооруженности технологий ведения очистных работ// Международная научно-техническая конференция «Энергосбережение-98»: Тез. докл./ ТулГУ. Тула, 1998. - С. 59-60.

88. Сидорчук В.К., Сарычев В.И., Шундулиди И.А. Гибкие технологии подземной разработки пологих угольных пластов. Тула: Изд. ТулГУ, 2001. -152 с.

89. Слесарев В.Д. Механика горных пород. М.: Углетехиздат, 1948.303 с.

90. Способы охраны вертикальных шахтных стволов на больших глубинах: Обзор, инф. / ЦНИЭИуголь М. - 1973. - 35 с.

91. Страданченко С.Г., Малышев М.А. Проблемы охраны вертикальных стволов в условиях отработки околоствольных предохранительных целиков// С. 143-148.

92. Страданченко С.Г., Малышев М.А. К вопросу отработки околоствольных предохранительных целиков// -С. 111-120.

93. Стоев И.С. Технологические схемы армирования вертикальных стволов и их эффективность. М.: Недра, 1971. — 59 с.

94. Технологические схемы армирования вертикальных стволов. — Харьков, ВНИИОМШС, 1981. 187 с.

95. Технология проходки вертикальных стволов. Унифицированные технические решения. 12-13-056. МУП СССР. Донгипрооргшахтострой. Донецк, 1986.

96. Трубецкой К.Н., Бронников Д.М., Кузнецов C.B., Трофимов В.А. Методологические основы расчета разделительных целиков и определение удароопасных ситуаций при разработке пластообразных залежей// Горный вестник. 1995. - № 4. - С. 12-21.

97. Типовые материалы для проектирования 401-011-87-89. Сечения и армировка вертикальных стволов с жесткими проводниками. -Южгипрошахт, 1989.

98. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. Л.: Недра, 1989. - 248 с.

99. Тюрин K.M., Сычев A.C., Прагер В.А., Зинченко В.Я. Обеспечение податливости крепи стволов, подверженных влиянию очистных работ. — М.: изд. ИГД им. A.A. Скочинского, 1972. Труды ВНИИОМШС.- Вып. 21. - С. 66-76.

100. Узел вертикальной податливости крепи шахтных стволов. Борисо-вец В.А., Басинский Ю.М., Морозов М.П., Иванов Е.А.; ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. A.c. 1283397, СССР.-Бюл. 2, 1987.

101. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР/ Минуглепром СССР, ВНИМИ. Л., 1986.-222 с.

102. Устройство для соединения расстрела с крепью шахтного ствола. Гаркуша Н.Г., Храмов A.A., Куриленко В.К., Новик Е.Б., Ляхнович В.П.; Доfнец. политехи, ин -т, Донец, трест Донецкшахтопроходка. A.c. 1247546, СССР Бюл. 28, 1986.

103. Филатов H.A., Репко A.A., Южанин H.A. Особенности деформирования крепи сопряжений стволов глубоких шахт// Методы изучения и способы управления горным давлением в подземных выработках.—JI.: ВНИМИ, 1987.-С. 84-89.

104. Фисенко Г.Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок. М.: Недра, 1976. - 272 с.

105. Фотиева Н. Н., Булычев Н. С. Косвенный способ определения напряжений в массиве пород на основе измерений давлений на крепь горных выработок // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1980.-№ 5.-С. 111-115.

106. Фотиева Н. Н., Булычев Н. С. Обработка результатов натурных исследование давления пород на крепь и расчет крепи по измеренным нагрузкам // Устойчивость и крепление горных выработок: Межвузовский сб. Л.: ЛГИ, 1978. №5. С. 100-103.

107. Чу пика А.Н., Прагер В. А., Зинченко В.Я., Южанин И. А. Ремонт крепи вертикальных стволов на шахтах объединения Донецкуголь// Уголь Украины. 1989. - № 11. - С. 27 - 29.

108. Шафранов Н.К. Технология армирования вертикальных стволов шахт. М.: Недра, 1984. - 240 с.

109. Шевяков Л.Д. Разработка месторождений полезных ископаемых. -М.: Госгортехиздат, 1963. 728 с.

110. Ягодкин Ф.И. Научно-методические основы проектирования ресурсосберегающих технологий строительств глубоких вентиляционных стволов: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. МГИ. М.- 1990.- 160 с.

111. Ягодкин Ф.И. Пути совершенствования жесткой армировки.

112. W ЦБНТИ МУЛ СССР 1990.- С. 7 - 12.

113. Ягодкин Ф.И., Белан Ю.Г., Горенцвейг И.Г., Лапко А.Н. Армирование вертикальных стволов// Строительство стволов шахт и рудников. — М., 1991.-С. 90-116.

114. Ягодкин Ф.И., Вестфаль Г.О. Эффективная технология армирования вертикальных стволов// Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности. — М.: ЦНИЭИуголь, 1980 — Вып. 8. — С. 18-30.

115. Яцких В.Г., Спектор Л.А., Кучерявый А.Г. Горные машины и комплексы. М.: Недра, 1984. - 400 с.

116. Bulychev N.S., Savin I.I. Technique of field measurement interpretation in erecting underground openings of round section // Proc. Of the 2nd Int. Symp. On Field Measurements in Geomechanics. Kobe, 1987. - P. 1225-1230.

117. Savin I. Information Characteristics of Results of full Scale Measurements of Displacements in Shaft Support // Proc. of Int. Symp. on Rock Support. Lillehammer, Norway, 1997. P. 322 - 328.

Информация о работе

Страданченко, Сергей Георгиевич
доктора технических наук
Тула, 2003
ВАК 25.00.22

Диссертация

Обоснование отработки околоствольных целиков короткими очистными забоями при сохранении безаварийной эксплуатации шахтных стволов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы