За даними Міністерства енергетики видобуток вугілля на державних шахтах України попри війну зростає. Якщо протягом 2020-2022 років обсяг видобутку тривалий час стабільно зменшувався, то наприкінці 2023 року вдалося відновити і перевищити довоєнні показники. В перспективі – подальше зростання обсягів видобутку вугілля, значну частину якого продовжують видобувати в Донецькому басейні. За даними 2023 року з 30 вуглевидобувних підприємств, розташованих на підконтрольній українській владі території, 27 продовжують роботу.
В структурному відношенні кам’яновугільні відкладення Донецького басейну являють собою перешарування аргіліту, алевроліту та глинистих сланців (65-70%), пісковика (25-30%), вапняку (1%) і вугілля (1%). Більшість вугільних пластів у цьому районі відносяться до тонких, серед яких 65% мають кут залягання 00 -120.
Найбільші проблеми при відпрацюванні тонких пластів виникають тоді, коли над ними залягають важкі покрівлі, осадка яких може спричиняти інтенсивні зміщення порід навколо очисної та прилягаючих до неї підготовчих виробок. В таких випадках обвалення покрівлі може призвести до аварійних ситуацій, наприклад, зміщення та деформації стійок механізованого кріплення аж до посадки їх «нажорстко», відтиску вугілля та вивалів порід. Останнє найчастіше відбувається при наявності в покрівлі пласта пісковиків, глинистих сланців та аргілітів з потужністю шару понад 15 м.
Для запобігання небезпечним динамічним явищам необхідно достовірно оцінювати їх потенційну небезпеку та час настання. Руйнування порід відбувається різними способами від відділення безпосередньої покрівлі пласта услід за пересуванням кріплення до обвалення потужних шарів основної покрівлі на значній площі. Періодичність і інтенсивність осадок залежать від величини кроку обвалення покрівлі. Тому дослідження її поведінки в процесі посування вибою має ґрунтуватись на вивченні напружено-деформованого стану породного масиву в потенційно небезпечній області.
В даній роботі приведені результати застосування чисельного методу, запропонованого авторами в роботі [1]. Визначаються і аналізуються напруження в області породного масиву з виробками, утвореними в результаті підготовки та виймання вугільного пласта. Досліджувана тривимірна область містить очисний вибій, вироблений простір позаду вибою та незаймані породи попереду нього, а також порожнини, утворювані підготовчими і очисною виробками та ділянки ціликів або зруйнованих порід, що до них прилягають. Процес посування вибою моделювався покроковим зростанням відстані l від розрізної печі до лінії вибою. Припускалося, що посадка покрівлі відбувається тоді, коли висота зони зруйнованих порід Hp над вугільним пластом досягає потужності основної покрівлі H0. Відстань l=l*, на якій це відбувається, інтерпретується як очікуваний крок посадки покрівлі [2].
Вихідними даними для розрахунків послужили фізико-механічні властивості порід, характерних для шахт Центрального Донбасу. Характеристики навколишніх порід: модуль Юнга E=3,5*104 МПа, коефіцієнт Пуассона v=0,17, об’ємна вага v=2,5 т/м3; властивості вугілля Е1=3,2*103 МПа, v1=0,13; характеристики порід, що заповнюють вироблений простір: Е2=3,0*102 МПа, v2=0,06. Глибина залягання і потужність вугільного пласта Н=450м і h=1м. Потужність схильної до періодичних осадок покрівлі Н0=30м.
Навантаження на кріплення в лаві створюється вагою тієї частини порід, в якій напруження перевищують граничні. Границею міцності σn вважалося напруження, обчислене за пружним законом, яке відповідає границі остаточної міцності на три-ланковій діаграмі стиснення. Значенням напружень σ>σn відповідає ділянка діаграми, яка характеризує стадію руйнування матеріалу.
Для визначення зони зруйнованих порід застосовувався критерій [3], згідно якому
де σe– еквівалентне напруження, σ1, σ2, σ3 – головні напруження, Ψ=σp/σc – коефіцієнт крихкості порід, σp та σc – границі міцності на розтяг та стиск відповідно. Критерій застосовують для порід, у яких Ψ<0,5.
В процесі посування забою навантаження на механізоване кріплення обчислювалось як вага зруйнованих порід у покрівлі, віднесена до сумарної площі перекрить усіх секцій, габарити яких відповідають кріпленню комплексу МК-137.
На рис.1 показано змінення навантаження F на кріплення зі зростанням відстані від розрізної печі до вибою. Крива 1 показує розрахункові навантаження на секцію кріплення при довжині лави 152 м за відсутності охоронних споруд. Горизонтальна пряма F=Fn показує номінальне навантаження за технічними характеристиками кріплення. Необхідно відмітити, що крива 1 перетинає пряму F=Fn (тобто навантаження на кріплення перевищує допустиме) при l=l1, тобто раніше, ніж відбувається первинна осадка покрівлі ( l2 – передбачуване за розрахунками, l3 – спостережуване значення [4]). В даному прикладі, аби уникнути такої ситуації, застосували часткову закладку виробленого простору. Крива 2 у нижній частині малюнка показує значення навантаження F для варіанта управління покрівлею частковою закладкою смугами, перпендикулярними лінії забою. Щільність закладки забезпечує умови, за яких площа, що підтримується, становить 35% від загальної площі виробленого простору.
Список літератури:
1. Prykhodko, V.V., Ulanova, N.P. Modeling of stress-strain state of fractured rock mass nearby of conjugated workings. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2018, No 1. Р. 5-11. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-1/15
2. Vira Prykhodko, Nataliia Ulanova, Oleksandr Haidai & Dina Klymenko. Mathematical modeling of tight roof periodical falling // Ukrainian School of Mining Engineering : матеріали міжнар. наук.-практ. конф., (Berdyansk, Ukraine, September 4 - 8, 2018). http://ir.nmu.org.ua/handle/123456789/153431
3. Шашенко О.М., Пустовойтенко В.П., Сдвижкова О.О. Геомеханіка. К.: Новий друк, 2016. 560 с.
4. Knyaz’kov, O.V., Averin, G.A. & Bolotov A.P. Izmenenie polozheniya linii ochistnogo zaboya v prosnranstve kak metod pervichnoy posadki trudnoobrushayemoy krovli. Sbornik nauchnykh trudov Donetskogo gosudarstvennogo universiteta. 2007, No 25. Р. 101-105.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter