Введение к работе
Аістуальность работы. В 60-70-е і оды прошлого столе і ия в СССР ежеі одно проходилось только на угольных шахтах около 1000 км капитальных горных выработок. При этом, обследование большого количества выработок в Донецком бассейне показало, что из-за нерационального оконгуривания выработок при буровзрывном способе проходки имеются большие переборы пород и их чрезмерное разрушение. Отсюда - ухудшение условий работы крепи и большой объем ремонтных работ. Были случаи, когда капитальные горные выработки дважды перекреплялись еще в период строительства шахгы. Это сопровождалось большим перерасходом строительных материалов - бетона и, особенно. - металла.
Будучи руководителем треста Горловскуглсстрой и Республиканскою объединения «Укршахтострой» автор организовал выполнение комплекса научно-исследовательских работ с целью совершенствования юрно-капитальных работ (проведения и крепления выработок) на основе широкого использования имеющихся научных достижений и поиска оптимальных решений для каждого технологического процесса. Авюр привлек к выполнению этих работ ведущих ученых и специалистов страны, и сам принял в них непосредственное личное участие.
Главные результаты работ следующие. Разработка и широкое внедрение на угольных шахтах Донбасса способа контурного щадящею взрывания, который впервые был применен на шахтах, опасных по газ> и пыли. Впервые на угольных шахтах получила широкое внедрение набрызгбетонная крепь. Наконец, была разработана и внедрена новая, даже с точки зрения сегодняшних достижений горной науки, гибкая ресурсосберегающая технология применения крепи регулируемого сопротивления, идея которой принадлежит автору
В представленной диссертации обобщены научные труды и изобретения авіора в области проведения и крепления выработок почти т сорок лет. с 1967 г по 2004 г Разумеется, много трудов опубликовано в соавторстве Разрабоїка теоретических положений, математические расчеты принадлежат соавторам
іцатапі главным образом
Личный вклад автора заклю
в организации и выполпе-РОС И ' «Л.НЬНАЯ ний натурных инструмент »ны\ ваблюденр^^вклю тя разрабоїку и»меритель-
С -. ,>.і>рг МОбРК
пых устройств, установку замерных станций, организацию и осуществление пительных (иногда до года) наблюдений, анализ и обработку полученных ре-іу плаюв. Внедрение результатов автор также целиком взял на себя
В настоящее время трно-капитальные работы резко сократились, если не оказаіь - прекратились Однако, мы думаем, все понимаю і, что это явление временное В России ото, в какой то степени, «заслуга» шахтостроителей, полі отопивших в снос время достаточно запасов полезных ископаемых для разработки. 13 обозримом будущем ни наши ораны, ни мир в целом, не может обойтись без юлезных ископаемых. В России уже сегодня ак авизируются іорно-чапитальные работы в Концерне «Норильский Никель», проектируется подземный рудник «Мир» Компании «Алроса» Не обойтись и без упя.
Представленная работа не утраіила своей актуальности Накоплен большой фактический материал натурных наблюдений, который требует тальнейшего анализа и осмысления. Далеко не исчерпала себя идея крепи регулируемою сопротивления которая получила в иасюящее время в России дальнейшее развитие
Целью работы является научное обоснование и разрабоїка комплексной ресурсосберегающей технолоіии проведения и крепления капитальных юрных выработок в которой все іехнологические процессы, начиная с буровзрывных рабо і и кончая креплением, основанным на управлении несущей способностью крепи, при строительстве выработок в зависимости оі конкретных іорно-гсолоіических условий, взаимно дополняют друг друга, чю позволит повысить эффективное!ь и обеспечить безаварийность работ и эксплуатационную надежное іь выработок
Идея работы заключается в максимальном использовании законов деформирования и разрушения юрных пород в массиве и принципа регулирования несущей способности крепи на основе контроля смешений породной поверхности выработки для получения зффекіивньїх и экономичных инженерных решений по техно югии строительства капитальных горных выработок.
Методы исследования включают, главным образом натурные инсірумен-іальньїе наблюдения и их обработку с применением статистических меюдов и корреляционного анализа и обобщение наработанного опыта
Новые научные результаты, полученные лично соискателем:
Буровзрывные работы
В результате экснеримешальных взрывов и натурных наблюдений установлено новое явление: образование в массиве пород вокруї выработки при взрывных работах ранее неизвестных трещин, ориентированных почти параллельно кожуру сечения выработки Глубина распространения этих трещин вглубь массива, считая от линии оконтуривающих шпуров в 3-4 раза превышает глубину проникновения обычных радиальных трещин вокруг шпуров. Вновь обнаруженные трещины не являются локальными, а распространяются в массиве почти по всему периметру выработки, а іакже вдоль нее.
В резульїаіе опытно-промышленных взрывов установлена зависимость модуля наведенной ірещиноваюсіи пород от расстояния до оконтуривающих шпуров.
Разработан (совместно с П Я Тарановым и Е М Гарцуевым) метод контурною щадящего взрывания, с последующим окоптуриванием путем взрывания в оконтуривающих шпурах зарядов малого диаметра мощных ВВ и зарядов малого диаметра маломощных ВВ
Набрызг-бетонная крепь
- В результате натурных инструментальных наблюдений усіановлен эффект
упрочнения пород в результате применения набрызг-бетошюй крепи, характе
ризуемый коэффициентом эффективности Эффект упрочнения отсугсгвуст в
устойчивых породах (уН I (Тс < 0,2) и составляет около 20 % в породах
средней устойчивости (здесь ас предел прочности пород на сжатие).
Установлены корреляционные зависимосіи среднего радиуса зоны нсупругих деформаций вокруг выработки и смещений кровли выработки от параметра уН/ас.
Введено понятие критических смещений пород ограничивающих область применения набрызг-бетошюй крепи Установлено, что критические смещения кровли выработок при толщине набрызг-бетонного покрытия 20-50 мм являются практически постоянными и составляют (икр lb) 10 = 1,3 . где b -пролет выработки.
Крепь регулируемого сопротивления
На основании результатов внедрения набрызг-бетонной крепи предложено использовать понятие «критических смещений», как критерия необходимости ее усиления, и в развитие нот направления, выдвинута идея «крепи регулируемого сопротивления» охватывающей все возможные основные варианты комбинаций различных видов и типов крепи в горно-геологических устовиях Донбасса
Предложен криіерий и получены на основании натурных наблюдений эмпирические расчешые зависимости для определения величин сшпальных смещений кровли выработок для датчиков крепи регулируемою сопротивления, учитывающих конструкцию крепи, интенсивность смещений пород и способ проходки выработки.
Достоверность научных положений и выводов диссертационных исследований обеспечивается представительное і ью исследуемых совокупностей. Обьс-мы натурных инсгруметальных наблюдений содержат сотни и тысячи измерений Измерения, как правило дублировались а результаты измерений взаимно контролировались Полученные корреляционные зависимости характеризуются коіффициеніами корреляции с абсолютными значениями, превышающими 0.9. Получена удовлетворительная сходимость расчетных зависимостей с данными шахгиых инструментальных наблюдений (максимальное расхождение не превышает 25%) Достоверность подтверждается также положительным опытом внедрения результатов исследований в практику шахтного строительства.
Научное значение диссертационной работы заключается в научном обосновании и реализации нового подхода к выбору параметров технологии проходки и креп тения капитальных юрных выработок, основанном на четком (репли-руемом) их изменении в зависимости от конкретных юрно-геологических усто-вий породною массива, с >четом технологической совместности проходческих операций с изменяющимися конструктивными особенностями крепи на основе установленных закономерностей разрушения и деформирования пород вокруг капитальных горных выработок
Практическое значение и реализация работы. Разработан метод контурною щадящего вірьівания. впервые примененный на шахгах, опасных по газу и пыли. Впервые в угольной промышленности для крепления капитальных горных выработок применена набрызг-бетонная крепь. Разработан и внедрен на шахтах Донбасса метод крепления капитальных горных выработок крепью регулируемого сопротивления.
Результаты работы вктючены в нормативно-технические докуменіьі [14. 27, 28, 32], а также во Временное руководство по проектированию ресурсосберегающих конструкций крепи капитальных горных выработок на шахтах Кузнецкого угольного бассейна (ОАО "Росуголь" утверждена в 1997 г )
Рекомендации по креплению капитальных горных выработок приняты производственными обьедииениями «Артемуголь», «Артемшахтострой», «Вороши-ловірадшахтострой», «Ворошиловгралуголь», «Гор.човскуглеорой», «Калинин-уголь», «Краснодонуглестрой», «Краснодонуголь», «Оргтехшахтострой», «Шах-герскан і рацит», при конкретном проектировании и планировании горных работ.
Результаты диссертационных исследований внедрены на шахтах Донбасса: «Александр-Запад». «Ворошиловградская» № 1, «Игнатьевская». «Комсомолец Донбасса». «Кондратьевская Новая», «Красный Октябрь». «Суходольская Восточная», шахта им А Ф. Засядько, шахта им. Карла Маркса, шахта им. Румянцева
Апробация работы Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Неделе горняка (г Москва. 1999 - 2004 гг ); на Международной конференции «Проблемы іеомсханики и механики подземных сооружений» (і Тула 2003 г) на Научно-технических советах "Укршахтострой". "Краснодонуглестрой". "Краснодонуголь" (1987 - 1993 гг); на заседании круглою стола "Строительная геотехнология научно-технические проблемы освоения подземного пространства" (г Москва. 1998 г), на экспертных советах по шачгному строительству по программе "Уголь России" ОАО "Росуголь" (1994-1997 і г.); на sace-дании круглого стола "Научно-технические проблемы разработки экологически безопасных технологи строительства и эксплуатации подземных сооружений в сложных горно-геологических условиях" (г Москва. 1997 г.), на межвузовском
семинаре по проблеме "Освоение подземною просірансіва недр России и Украины" (і Краснодон, 1996 г); па Всесоюзной научной конференции "Разработка и внедрение средств комплексной механизации и автоматизации проведения іорных выработок" (і Рудный. 1987 р.): на Всесоюзном научно-техническом совещании «Совершенствование организации и іехноюіии проведения горизонтальных и нактанных горных вырабоюк» (г. Павлоград, 1983 г), на II Всесоюзной научной конференции «Проблемы механики подземных сооружений)/
0 Тула, 1982 г), на совместном Техническом совещании РО «Укршахіосірой»
и ПО «Шахтерскантрацит» (г. Донецк, 1984 г.); на Секции шах і ною и горноруд
ного строительства НТС Госсгроя СССР (і. Ворошиловград, 1982. 1985 гг ): на
совместном заседании Секции шахтного и горнорудного сіроительсіва НТС
1 осстроя СССР и Секции проектирования и шахтною строительства НТС Мин-
угленрома СССР (г Харьков. 1984 г.); на Региональной научно-іехнической
конференции "Совершенствование технологии, механизации и автоматизации
горных работ" (г. Тула, 1981 і ); на заседаниях Секции проектирования и шахт
ною сгроиге іьсгва Минуглепрома СССР (г Харьков, 1969 г )
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 80 рабої. Иі них главными являются 44 научные работы и изобретения
Авіор блаїодарит доктора технических наук профессора Картозия Б.А. за ценные консучыации и помощь при подготовке диссертации.
