Введение к работе
Актуальность. Несовершенство техники и технологии добычи угля в 30 - 60-х годах обусловило большой процент потерь угля при
отработке мощных пологих пластов в Карагандинском бассейне.... Уве-
личёнйе глубины разработки, ухудшение горно-геологической обстановки, а, следовательно, увеличение себестоимости угля,заставило по-новому оценить ранее оставленные запасы, которые сосредоточены в охранных целиках и частично отработанных мощных пластах угля (кг. К7 . кю, кі2>. Институтом "Карагандагипрошахт" совместно с КаэНИИБГП, КапНИИуголь и Казахским филиалом ВНИМИ в 19Р6 году была доказана целесообразность вскрытия и отработки оставленных запасов угля по пластам кю и кіг, обоснованняа не только сокращением потерь дефицитных коксующихся углей, но и экономический показателями. Отработке оставшихся запасов угля на полях погашенных шахт предшествует подготовка шахтного поля. т.е. проведение подготовительных : выемочных выработок, которые в этом случае должны располагаться в обрушенных и уплотненных породах.
Непременным условием для успешной отработки этих запасов является, помимо прочего, решение проблем горного давления в выработках, пройденных в обрушенных породах и в оставленных при первичной отработке целиках.
Исследования, проводившиеся в условиях иахт Караганды по устойчивости нарезных выработок, расположенных в обрученных и уплотненных породах, имели своей целью выяснить возможность отработки оставшихся запасов угля. Детальных исследований особенностей проведения и поддержания выработок в обрушенных и уплотненных породах не проводилось. Отсутствуют также надежные методы расчета нагрузки на крепь в этих условиях. Все это определяет необходимость исследования закономерностей проявлений горного давления в выработках, пройденных в обрушенных и уплотненных породах для специфических условий карагандинских шахт.
Данное направление исследований имеет особенно важное значение в настоящее время в связи с началом осуществления проекта, разработанного институтом " Карагандагипрошахт", по вскрытию и подготовке гор. 310 разведочно-эксплуатационного участка отработки запасов, оставленных в недрах шахты "Кировская" П.О."Караган-дауголь". Обішле запасы горной массы по пластам кю и к\г на площади погашенных шахт (площадь поля составляет 20.0 кв.км) в пре-
- 4 -делах Промышленного участка в контуре горных работ, рекомендуемые к отработке на действующих шахтах, составляют 53017 тыс.тонн.
Работа является составнсй частью исследований, выполненных кафедрой Шахтного и подземного строительства Карагандинского политехнического института (.номер гос. регистрации 01880043916).
Целью работы является установление основных закономерностей формирования горного давления на крепь подготовительных выработок при отработке оставленных после частичной выемки мощных пологих пластов угля в условиях Карагандинского угольного бассейна и разработка на их основе рекомендаций по креплению этих выработок.
Идея работы заключается ь.научном обосновании механизма влияния специфических особенностей строения подработанного массива, степени его нарушенности на устойчивость выработки, расположенной в обрушенной и уплотненной толще.
Задачи исг ледований:
методами натурных наблюдений установить закономерности проявлений горного давления в подготовительных выработках при подготовке и повторной отработке мощных угольных пластов;
разработать математическую модель, адекватно отображающую геомеханические процессы, происходящие" в массиве вокруг вырабо-
ток, расположенных в обрушенных и уплотненных породах;
- исследовать закономерности механических процессов, проис
ходящих в окрестности выработок, расположенных в условиях подра
ботанного массива методом математического моделирования.
Методы исследования: визуальные наблюдения и инструментачь-ные замеры в шахтных условиях, численное моделирование на ПЭВМ, основанное на использовгнии методов теории упругости (в частности, метода граничных элементов) и предельного равновесия, обработка результатов исследований методами математической статистики.
Основные научные положения,\ выносимые на защиту, и их новизна:
особенностью Проя лений горного давления в одиночных подготовительных выработках, пройденных в обрушенных и уплотненных породам, является увеличение смещений контура (по сравнению с выработками, расположенными в негзрушенном массиве) преимущественно со стороны боков выработки;
характер влияния очистных работ на проявления горного давления аналогичен этому влиянию в ненарушенных породах, однако величина дополнительных смещений значительно меньше, чем при пер-
.-5-
вичной отработке; . <,'
- разработанная математическая модель процесса вторичного
разрушения массива вокруг подготовительных выработок позволяет
дать научнее объяснение проявлений горного давления в выработках;
- зона вторичного разрушения вокруг.выработки имеет"овальную
__форму, вытянутую вдоль напластоьан"я пород, причем степень оваль
ности уменьшается с увеличением соотношения їН/бсж за счет роста
гоїш в кровле;
- наличие слоя прочных пород в кровле выработки ограничивает
распространение зоны вторичного разрушения в кровле.
Достоверность подученных результатон обеслечена: достаточным объемом шахтных визуальных и инструментальных наблюдений за особенностями проявлений горного давления в выработках (6"выработок, 39 замерных станций, 1.1 тью.замеров), применением апробированных математических методов для численного моделирования процессов, происходящих в окрестности горных выработок, удовлетворительной сходимостью расчетных результатов с результатами натурных наблюдений.
Научное значение работы заключается в раскрытии механизма вторичного разрушения массива вокруг выработки в зависимости от структуры подработанной толгал; создании методики определения нагрузки на крепь методом численного моделирования с учетом изменения прочностных свойств пород при первичной отработке.
Практическое значение работы заключается в возможности использования результатов исследований для определения параметров крепления выработок, расположенных в обрушенных и уплотненных породах, с учетом конкретной горно-геологической обстановки и степени нарушенностг массива для условий повторной отработки мощных пологих пластов на шахтах Карагандинского бассейна.
Реализация выводов и рекомендаций. Разрабс "анная методика
определения нагрузки иг. крепь была использована при составлении паспорта крепления вентиляционного бремсберга пласта кю шахты " Кировская " И, о. "Карагандауголь". При этом обеспечено его о зремонтное поддержание. Это позволило при . увеличенном шаге крепи'и уменьшенных затратах на проведение данной выработки обеспечить реальный экономический эффект 27.9 тыс. рублей (в црнчх 1991 г.).
АЩ'об^НУІЗ ,pfi.0"Tyii основные результаты работы обсуждались и получили ояобррние и.ч научно технической конференции "Разработка
- 6 -ноеы.х и совершенствование существующих средств и способов безопасной выемки угля в усложняющихся условиях" (Караганда,1991), на XII Всесоюзном семинаре по исследованию горного давления и охране капитальных,и подготовительных выработок (Алма-Ата,1990), на технических советах шахт "Кировская" и "Северная" П. О. "Карагаидау-голь" с участием представителей проектного института "Караганда-гипрошахт", на Перзой Международной конференции "Проблемы развития угольной промышленности Республики Казахстан" (Караганда 1993) , научных конференциях Карагандинского пглитехнического института (1990-1993 г.г.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 печатных научных трудах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав , заключения, списка литературы из 109 наименований и содержит 173 стр. машинописного текста, 55 рисунков, 5 таблиц и приложения.
