Исследование процесса формирования зон разрушения в породном массиве при отработке смежных выемочных участков шахт

Abstract

В статье приведены исследования процесса формирования зон разрушения в породном массиве как фактора, влияющего на состояние геотехнологической системы «массив пород смежных выемочных участков – поддержание выработок». Установлены геомеханические закономерности формирования зон разрушения при отработке смежных выемочных участков: объемы нарушенных пород вокруг выработки и необходимая несущая способность средств крепления возрастают прямо пропорционально с глубиной, при этом устойчивость системы «крепь-массив» обратно пропорциональна весу разрушенных пород кровли; в процессе отработки смежных лав с увеличением расстояния от кровли пласта с 7 м до 60 м максимумы напряжений снижаются до двух раз при отработке первой лавы и до четырех раз – для смежных лав; как при отработке одной лавы, так и при отработке смежных лав объемы разрушений пород от деформаций растяжения преобладают над объемами разрушений от деформаций сдвига поскольку над горными выработками происходит зависание вышележащих пород, на которые первоначально действуют растягивающие силы, но суммарные объемы разрушенных пород при отработке первой лавы в 2-6 раз меньше, чем при отработке смежных лав; отработка смежной лавы вызывает резкое в 3-4 раза увеличение зон разрушений пород, интенсивность роста которых в дальнейшем снижается, при этом сохраняется большая скорость разрушения пород при эксплуатации смежных лав, чем при эксплуатации одной лавы. Полученные научные результаты используются для определения рациональных параметров систем разработки и повышения интенсивности работы горнодобывающих предприятий.

У статті наведено дослідження процесу формування зон руйнування в породному масиві як чинника, що впливає на стан геотехнологічної системи «масив порід суміжних виїмкових дільниць – підтримання виробок». Встановлено геомеханічні закономірності формування зон руйнування при відпрацюванні суміжних виїмкових дільниць: обсяги порушених порід навколо виробки і необхідна несуча здатність засобів кріплення зростають прямо пропорційно з глибиною, при цьому необхідна стійкість системи «кріплення-масив» обернено пропорційна вазі зруйнованих порід покрівлі; в процесі відпрацювання суміжних лав зі збільшенням відстані від покрівлі пласта з 7 м до 60 м максимуми напружень знижуються до двох разів при відпрацюванні першої лави і до чотирьох разів – для суміжних лав; як при відпрацюванні однієї лави, так і при відпрацюванні суміжних лав обсяги руйнувань порід від деформацій розтягування переважають над обсягами руйнувань від деформацій зсуву оскільки над гірничими виробками відбувається зависання верхніх порід, на які спочатку діють розтягують сили, але сумарні обсяги зруйнованих порід при відпрацюванні першої лави в 2-6 разів менше, ніж при відпрацюванні суміжних лав; відпрацювання суміжній лави викликає різке в 3-4 рази збільшення зон руйнувань порід, інтенсивність росту яких в подальшому знижується, при цьому зберігається більша швидкість руйнування порід при експлуатації суміжних лав, ніж при експлуатації однієї лави. Отримані наукові результати використовуються для визначення раціональних параметрів систем розробки і підвищення інтенсивності роботи гірничодобувних підприємств.

The article presents the study of caving zone formation considered as a factor affecting the state of geotechnological system "rocks of adjacent panels – roof supports". The following geomechanical regularities of caving zone formation while mining the adjacent panels are established: volumes of disturbed rocks around the mine workings and the needed load-bearing capacity of the roof supports increase in direct proportion to depth, though the needed stability of the system "roof support-rock massif" is inversely proportional to the weight of broken roof rocks; in the process of adjacent longwall mining, when distance from the coal seam roof increases from 7 m to 60 m, the stress maxima reduce twice when the first longwall is mined and reduce by four times when the adjacent longwalls are mined; in case of mining the first longwall as well as in case of mining adjacent longwalls, volumes of rocks broken by stretching strains predominate over the volumes of rocks broken by shear deformations because overlying rocks which are initially under the action of tensile forces, hang over the mine workings, though total volume of broken rocks in case of mining the first longwall is 2-6 times less than in case of mining the adjacent longwalls; mining of adjacent longwall causes a sharp, by 3-4 times, increase of zones with broken rocks, intensive growth of which is further decrease, and speed of the rock failure is higher when the adjacent longwalls are used than when one longwall is used. The obtained scientific results are used for determining rational parameters for mining methods and increasing intensity of mining enterprise work.