Введение к работе
А&'ШШШШг.ЛЛЗйдЛШ' Основой развития подземной разработ-кя угольных месторождений является создание бээопэоннх и производительных технологий очистной выемки угля. Одно ИЗ Нб'трЭРЛв-ний, позволяйте решить ату технологическую проблему, связано с
"пГ'^їпнсіЯсм ззгладет выработанного пространства, особинно в:
сложных горао-геологнчесісіх условиях.
Закладка взд» Ътанного пространства зачастую является бДИН-СТБеШШМ ТОХШІКС—ЗК0Н0Г,ШЧЄСКЛ ОПрйВДОННЫМ СПССГІОМ й<ЙЄКТЕВЬОГО
управления рчєи'Деяснш породами, обеспечивающим охрану поверхностных соорукоки:! и окру на ще ft среди, наиболее полно? извлечение угля, а такго возможность утилизация отходов г-рнодобывакади" промышленности. По имеющимся оценкам, только при разработке Про— коіії.пиоііо-іііісіі«сіі.с:іс>гс :.:ссг"сг-Д?'!^*я нч менее двух третей запасов угля, из коюрых оісола одного глллтгчрдг? торн «отеплено в целиках, следует добывать с закладкой выработанного пространства. Однако в России объем добычи угля с закладі: - остается незначительным и даке при разработке Прокопьевске—Киселевского мзеторо-адеяия не превышает 5 %, Вместе с тем опыт применения систем-разработки с закладкой в Польше, Франции, Китае и ряде других стран показывает их высокую эффективность.
К серозным причинам. о.лещацузгЕзпл ппрокое пепользозашде за-гслэдки выработанного просгра.чои-ла, слегает отирстн, с одной стороны, недостаточность объемов капитальных влолапий в развитие закладочного хозяйства, техники и тс-хяочопег очистной выемки угля и природоохранных :.^ропрчятип, а с другой стороны, отсутствие перспективных прогнозов и обоснованных ракомендагдаі по управлении физико-техническими процессами в очистном забое, который слукклк бы бзз^й для создания современных технологий. Поэтому проблема прогнозирования и управления фильтрационными гео~ механическими и газодинамическими процессаші в очистном забое при выемке пластов с закладкой" пре 'ставляотся актуальной"
Решение донної! пробло:.. , изложенное з диесс сии, входило в планы исследований региональной програгллы "Охрана природи индустриальных пайопов Сибири на приичне Кузбасса" и в подппограм-"" "У го лі, Кугіблсса" комплексной прі-і-рамми "Сибирь".
техшічсс:іх процессов и обоснование рекомендаций по их управ-лешло црп очистной г:о.\же угля с закладкой выработанного пространства.
Ш&0Д!ШЯ..Ш1ЙЯ Работы заключается в теоретическом оОобщз-5П1Ч к г.юделцровашіг-фїізичесішх процессов, пронеходших при очистной ей..же угля с закладной, на осново выдел:лил оцродоляюдих физико-технических факторов и закономерностей.
разработать модель численных экспериментов по формирований ззклйдсчішх массивов и наследовать их структурные к физико-тахпическио параметри;
описать процессы массопереноса ^.оды н взвесей в закладочном массиве;
разработать математическую модель геомехапических процессов з окрестности очистной выработки с заг-.адкой и оценить устойчивость угольного и закладочного массивов;
построить математическую модель газодинамических процессов я газовыделепиа в очистной забой с учетом компрессионных свойств закладочных массивов;
разработать штекерные методы расчета физико-технических процессов и обосновать рекомендации пс формированию закладочных массивов, управлению горным давлением к газоваделением з очист-н:-.л забои.
анализ и обобщение результатов'эксперимзн члъных и тео-рзтических исследовании физических процессов при выемке угля с закладкой;
статистическое, аналитическое и числрчноо моделирование формирования закла-очных эссивоь, и:: структурных и физико-технических napa^jTpoE, а также фильтрационных, геомаханических и га; дашамических процессов;
Н: "УРПНе ЭКСШРИМеНТЫ И ОГГЫТНО-ПРОМЫШЛВННЫб провтки
рекомендаций по управлению физико-техническими процессами.
Й8ЭД.Ч^Л&&&ЭДШ# представленные к пащите:
- процесс фс мяполанЕЯ &акладо1г"ых массивов адакьэтно- по
йнзчєнпл структурам:: л физико-технических параметров модели-
?уеася как случайная,, кьаг-цкпамичоская, устойчивая укладзіа
частиц тзровоч формп и заданного гра. улометрпческого состава j
ькрабоїаньом грсстсиютвс;
- шреноо воды и взвешенных частиц может быть русловим,
по поверхности массива, и фильтрационным, внутри шссива, что
определяется критичеакнми значениями коэффициента Фильтрации;
фильтрационное течение молено рассматривать как одномерную ли
нейную безнапорную фильтрации с фильтрованием взвешенных час
тиц, содержание которых убывает го экспоненциальной зависимос
ти ої_ пуги о показателем фильтрования, определявшимся соотноше —
яиями размеров взвешенных частиц и загслаяочпого массива;
распределение горного давления, развитие сыещошй боковых пород и устойчивость краевых частей и целиков адекватно описываются с учетом линейной деформируемости и возможности обрушения пород кроили, запредельного деформирования угля, нелинейности комцресспопной диаграммы и структуры закладочного массива;
.распределение газового давления в пласте, невышшаемом угольном массиве и плаптах-опутниках адекватно определяется газодинамическими рярпмотп»»?" скстег*н, в тэгяо ког.щрессиопнні.сі характеристикам закладочного массива, деформационными и прочноозу-ными параметрами угольных пластов;
величина усадки закладочных материалы, оказывает неоднозначное влияние на инициирование динамических проявлений горного давления; уменьшение усадки предотвращает возможность возникновения горных ударов, но при больших скоростях подвигания очистных работ может способствовать инициировании внезапных выбросов угля ч газа.
^<ігШті0^^ЛШЯ.ЩІ^Л9А0Г^іУй подтверждается:
построением математических моделей на основе современных представлений о физических процессах при выемке угля с закладкой;
использованием методов механики горных пород, деформированного твердого тела, механики вндкости и газа и математической статистики;
сходимостью (в пределах точности експериментальних результатов) расчетных значений структурных и Физико-технических параметров закладочные ьаосивов, смещений кровли, интенсивности газовыдоления в очистной забой, а также подтверждением оценок устойчивости краевых частой пластов и целиков результатами
ТУПО V «*т*|і>тг
- і;о."ожитслміц:.'.:. ууй;:л; -:?. т;і." натурных эпытчо-промышленных
экспериментов по формированию закладочных массивов в шахтных условное.
НахЛЯЗЯЛоЛЇІЗйа выполненных исследований состоит в:
методо численного моделирования формирования закладочных массивов и расчета их структурных и фНЕИко-тахяиуеских параметров;
штештической модели геомеханичзского состояния вмещающих пород, угольного пласта и закладочного массива, учитывающей возможность обрушения пород кровли, запредельное деформирование угля, а также компрессионные свойстве н структуру закладочного . пассива;
. - теоретической подтверждении экспоненциальной зависимости содержания взвешенных частиц от длины фильгрлаип и установленной зависимости показателя фильтрования от размеров взвеиешшх частіш; и закладочного массива;
'- экспериментально-аналитической модели распределения газового давления в пласте и газовыделения в очистной забой, учиты-вакий деформационные и прочностные свойства угля и компрессионные свойства закладочного масоива;
- оценке влияния усадки закладочного массива на устойчивость
краевых частей и целикоз, а также на инициирование горных ударов
и внезапных выбросов угля и газа.
. 1ШиЖШЖ^Ш10!1&-ЖОзт состоит в разработке инженер-них методик расчета структурных и физико-технических параметров закладочных массивов, проявлений горного давления и интенсивнос-та газоваделекия в очистные забои, которые позволяют выбирать составы закладочных массивов с заданные фильтрационными, фильтрующими и компрессионными свойствами, прогнозировать развитие смещений боковых пород, оценить устойчивость целиков и краевых частей пластов, а такго спргделить уровень газовидсления в очистные забои; в практических рекомендациях по выбору закладочных материалов и структур закладочных тласеивов для эффективного управления очистков шахтных вод, горным давлением и газовыделением для условий разработки Црокопьеаско-Киселевского ыесторозденяя.
&ВШ$1ЛВД8Я-383Ш1 состоит в построении математических мс-
дглв? формирования закладочных массивов, процесса фильтрования, а также фильтрационных, геокехзнических и газодинамических процессов; в разработке методов расчета структурных и Фязиг.о-техни-
ческих параметров закладочных массивов, напряженно-деформиро-ванного состояния вмещаотах пород, угольного и закладочного массивов о оценкой устойчивости краевых частей пластов и целиков, параметров распределения газового давления в угольных пластах и иптзяснгности гэзовыделения в очистные забои? в оценке управлония динамическими проявлениями горного давления. —-— Построение-физических моделей и разработка практичеоклх_ рекомендаций при исследовании геокеханических процессов л процессов формирования закладочных массивов проведена совместно с членом-корреспондентом АЕН РФ, д.т.н., профессором Ю.А.Ршхко-вым, при исследовании процоссов фильтрования и фильтрации о д.т.н., профессором Ю.В.Лесиным, при исследовании'газодинамических процессов - с к.т.н., доцентом" А.В.Карасевым и к.ф.-м.п., доцентом В.М.Волковым. Программы расчета структурных и физико-технических параметров закладочных массивов разработаны аспирантом Н.Б.Карпенко. Экспериментальные исследования выполнены совместно с к.т.н., доцентами А.Н.Волковым, В.Н.Орловым и Л.С. Скрыпником. Автор благодарит их всех за совместную плодотворную работу.
ЇШШШЖЛШШШ&ишвШ осуществлена в четырех нормативно-технических документах: "Временное руководство по использованию синтетических флокулянтов для очистки воды и удержания мелких частиц в закладочном массиве при гидравлическом способе закладки", утвержденное производственны!.? объедпнонием "Проколъевскугодь" (1977 г.), "Методическое руководство по возведению мвпдугоризолтных изоляционных полос из твердещвй закладки при разработке мощных крутых пластов Прокопьевске—Киселевского месторождения Кузбасса", утвержденное ГДУТІ СССР (1981 г.1 "Методические указания по очистке промышленных сточных вод угледобывающих предприятий от взвешенных веществ в фильтрах из скальных пород", утверждеьныо МУР. СССР (I9S5 г.), "Методические указания по расчету газовцдоленпя в очистные забои при разработка мощных крутых пластов Кузбасса с закладкой", утвержден-ные ШО "Кузбассуголь" (198? г.), а такие в учебном пособии "Структура и свойства закладочных массивов", которое используется в учебном процессе.
А^офЛіІях^бЩі- Основные результаты диссертации докладывались ка региональных паучио-коордалацпопьых созещаниях по
горному язвлению (Новосибирск, 1974, 1976 гг.)» на Всесоюзном семинаре по измерению напряжений.в кассиве горных пород (Новосибирск, 1975), на Всесоюзных семинарах "Аналитические методы и применение ЭВМ в механике горных пород" (Новосибирск, 1982, 1985, 1991 гг.), на Всесоюзных конференциях по механике горных пород (Фрунзе, 1978; Днепропетровск, 1981 г.), на Всесоюзном симпозиуме "Современные проблемы прогнозирования, контроля качества воды водоемов и озонирования" (Таллин, 1985 г.), но Всесоюзной научно-технической конференции "Основные направления развития водоснабжения, водоотведвния, очистки природных и сточных вод и обработки осадков" (Харьков, 1986 г.), на Всесоюзных научных конференциях вузов СССР по физике горных пород и процессов (Москва, 1987, 1991 гг.), на Международном конгрессе по маркшейдерскому деду (Ленинград, 1988 г.), на Международном семинаре по механике горных пород, горному давлению и управлению состоянием массива горных пород в угольных шахтах КНР и СССР (Тайань Шаньдун, Китай, 1991 г.).
Ш&ЯИШЯШл. Основное содержание диссертации опубликовано в монографии и 24 печатных работах.
С, труїщрд.и.,рбъем, рдботы.' Диссертация состоит из введения, 8 глав и заключения, .изложена на 230 страницах, содержит 23 таблицы, 43 иллюстрации, список литературы ЮІ59 наименований.