CC BY
67
УДК 622.281(574.32) © В.Ф. Демин, В.С. Портнов, Т.В. Демина, А.Е. Жумабекова, 2019
Исследование деформированного состояния приконтурного углепородного массива вокруг горной выработки с анкерным креплением
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-7-72-77
ДЕМИН Владимир Федорович
Доктор техн. наук, профессор кафедры
«Разработка месторождений
полезных ископаемых» КарГТУ,
академик МАИН, иностранный член АГН (Россия),
100027, г. Караганда, Республика Казахстан,
тел.: +7 (7212) 56-26-19,
e-mail: [email protected]
ПОРТНОВ Василий Сергеевич
Доктор техн. наук, профессор кафедры
«Геология и разведка месторождений
полезных ископаемых» КарГТУ,
иностранный член АГН (Россия),
100027, г. Караганда, Республика Казахстан,
тел.: +7 (7212) 56-78-62,
e-mail: [email protected]
ДЕМИНА Татьяна Владимировна
Канд. техн. наук, доцент кафедры «Рудничной аэрологии и охраны труда» КарГТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: [email protected]
ЖУМАБЕКОВА Айла Ермековна
PhD докторант специальности «Горное дело» КарГТУ,
100027, г. Караганда, Республика Казахстан, тел.: +7 (701) 735-21-73, e-mail: [email protected]
Выявлены закономерности динамики напряженно-деформированного состояния углепородных массивов (смещений, напряжений, зон трещинообразования) в зависимости от горнотехнологических условий эксплуатации, что позволяет определять обоснованные параметры крепления для повышения устойчивости подготовительных горных выработок. Определены неустойчивые области во вмещающих породах и динамика зон распространения активного трещинообразования впереди фронта проводимых выработок, что позволит разрабатывать новые и совершенствовать существующие технологии эффективного и безопасного крепления приконтурных пород при проведении горных выработок на пологих и наклонных угольных пластах, адаптивных к изменяющимся горно-геологическим и горнотехническим условиям разработки. Ключевые слова: технология ведения подземных работ, приконтурные породы, экспериментальные исследования, горные выработки, параметры крепления, геомеханические процессы, анкерная крепь, технологические схемы, численное моделирование, напряженно-деформированное состояние.
АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ
Ведение горных работ на двух и более добычных участках требует ускоренной и своевременной подготовки фронта очистных работ с интенсивной технологией проведения подготовительных выработок, затрат на их ремонт как до, так и после ввода в эксплуатацию. Металло-арочные крепи достаточно дороги, и многие из них нетехнологичны, что сказывается на скорости установки и условиях их поддержания.
С увеличением глубины подземной разработки угольных месторождений одной из проблем, требующей решения, является обеспечение устойчивости горных выработок. На шахтах Карагандинского бассейна применяются металлические податливые крепи арочного типа и в небольшом объеме анкерное крепление. Затраты на проведение и крепление 1 м выработки с применением арочной крепи составляют 12-16 тыс. руб., расход металлопроката - 0,3-1 т, при этом доля на поддержание составляет не менее 10-15%. На 1 млн т угля при принятых системах разработки требуется проведение 5-5,5 км горных выработок, что требует существенных затрат на подготовку выемочных участков [1, 2, 3, 4, 5].
Протяженность вскрывающих и подготовительных выработок в Карагандинском бассейне, не соответствующих
паспорту их поддержания, составляет 93 из 670 км, из них большая часть выработок не соответствует по сечению -62%, по высоте и зазорам - по 19%. Особенно высока дефектность выработок по профилю откаточных путей (25% выработок), что является следствием пучения пород почвы выработок.
Наиболее подвержены влиянию горного давления пластовые выработки. Потери площади их поперечного сечения достигают 60-70%, поэтому ежегодно более 20% выработок ремонтируется и перекрепляется. Доля затрат на проведение, крепление и поддержание выработок достигает 15-20% от себестоимости добычи угля. Ремонтом горных выработок занимаются более 10% численности подземных рабочих.
Из опыта применения профилей большего типоразмера и увеличения плотности установки металлоарочной податливой рамной крепи (МРК) установлено, что при значительном увеличении металлоемкости выработок и, соответственно, трудоемкости возведения металлорамной крепи общий эффект получается незначительным. Практика эксплуатации МРК выявила ряд серьезных недостатков, которые приводят к значительным деформациям выработок: выполаживанию верхняков, выдавливанию в полость сечения боковых ножек, выходу из строя замковых соединений при незначительной реализации податливости крепи [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12].
Условия поддержания выработок с различными видами крепления в зоне влияния очистных работ исследованы на примере конвейерного промежуточного штрека № 50к10-з шахты им. Костенко Карагандинского угольного бассейна. Вынимаемая мощность пласта к10 на западном крыле шахты составляет 3,7-4 м. Непосредственная кровля изменяется по простиранию от 3 до 7 м и представлена аргиллитами. Основная кровля сложена слаботрещиноватыми песчаниками мощностью 24-32 м. Максимальная величина подду-тия почвы после двух лет поддержания выработки составила 0,55 м. Для обеспечения необходимого сечения впереди лавы на расстоянии 50-80 м производилась подрывка штрека на высоту 0,5-0,6 м. Наиболее благоприятные условия поддержания состояния конвейерного промежуточного штрека № 50к10-з в зоне, подверженной влиянию очистных работ, обеспечены на участке протяженностью 50 м полуарочной формы, закрепленной смешанной крепью (анкеры в сочетании с МРК) с плотностью 1,33 рамы/ погонный метр. Для этого участка выработки характерны изменения в состоянии крепи: деформация верхняка и его порыв по линиям прогонов - 60%; деформация составных стоек в вертикальной плоскости - 1,5%; отклонение стоек трения от вертикального положения, преимущественно по линии первого от очистного забоя прогона - 70%.
Из анализа и обобщения состояния обследования выработок шахт Карагандинского бассейна установлено, что на стадии проходки примерно в 25-30% из них происходят опасные деформации и потеря устойчивости породных обнажений. При эксплуатации повышенные деформации характерны для 40% выработок, расположенных вне зоны влияния очистных работ, и 60% - при нахождении их в зоне влияния очистных работ. Основной причиной ухудшения состояния подготовительных выработок является снижение отношения прочности пород к геостатическому давлению с ростом глубины горных работ.
Потеря устойчивости породных обнажений приводит к снижению скорости проведения выработок на 40-45% и увеличению расхода крепежных материалов. Также 3540% несчастных случаев при горно-подготовительных работах обусловлены потерей устойчивости породных обнажений и обрушением пород кровли и боков выработок. Работы по заделке вывалов пород в выработках довольно трудоемки и связаны с дополнительным расходом крепежных и других материалов. Из этого следует, что конструктивная модернизация самой крепи и технологии ее установки не может обеспечить существенное повышение устойчивости выработок, снизить затраты на их поддержание и увеличить добычу углей при безопасном ведении горных работ.
Повышение эффективности использования прогрессивной технологии анкерного крепления возможно при детальном изучении особенностей деформирования породного массива вокруг подготовительных выработок с анкерным креплением при различных углах падения пласта и глубине анкерования, обосновании параметров анкерной крепи и определении рациональной области ее использования.
Анкерная система крепит породу, ограничивая деформации кровли и за счет горизонтального напряжения, удерживает кровлю, не давая ей обрушаться. Предельно возможная относительная деформация кровли горной выработки, закрепленной анкерами, не должна превышать 2%, сверх этой величины кровли обычно обрушаются.
Границами применения анкерного крепления как самостоятельного вида крепи являются горизонтальные и наклонные подземные горные выработки и их сопряжения при следующих горно-геологических и горнотехнических условиях угольных шахт:
- максимальная расчетная ширина выработки - не более 12 м;
- поддерживаемые в ненадработанном и неподрабо-танном массивах на расстояниях, соответственно, больше ширины выработки и двенадцати мощностей пласта;
- при отношении глубины проведения горной выработки или сопряжения от дневной поверхности Н (м) к расчетному сопротивлению пород и угля в кровле на одноосное сжатие Кск (Мпа) - не более 25, при величине отношения от 25 до 30 крепление выработок и сопряжений необходимо осуществлять по двухуровневой схеме с применением анкеров глубокого заложения;
- прочность на одноосное сжатие оставляемой угольной пачки в кровле горной выработки или сопряжения -не менее 6 МПа.
Самостоятельная анкерная крепь не применяется при проведении горных выработок в особо сложных горногеологических условиях: в зонах повышенного горного давления (ПГД) под и над целиками и краевыми частями на сближенных пластах в зонах разрывных геологических нарушений с дроблеными и обводненными (капеж, струи и другое) породами; при наличии выветренных, пластичных вмещающих пород.
Анкерная крепь применяется в сочетании с металлоа-рочной крепью (комбинированная крепь) в выработках, в кровле которых залегают неустойчивые породы (сопротивление пород сжатию Як < 30 МПа). Данная крепь применяется только в сочетании с другими видами крепи. При
этом анкеры в сочетании с металлическими подхватами,
решетчатыми и деревянными затяжками применяются для
крепления кровли выработки с прочностью углей и пород
на сжатие Я соответственно не менее 10 и 25 МПа, а такс
же боков выработки с прочностью углей и пород на сжатие не менее 6 и 20 МПа.
При смещениях кровли выработок 50-100 мм и более анкерную крепь используют в комбинации с поддерживающими крепями (металлоарочной податливой рамной арочной трехзвенной крепью из спецпрофиля с несущей способностью в податливом режиме 140-220 кН и в жестком - 260-350 кН с податливостью 0,3 м). Упрочняя массив горных пород, вмещающий выработку, анкерная крепь существенно уменьшает смещения породного контура, позволяет облегчить и удешевить конструкцию основной поддерживающей крепи и повысить надежность эксплуатационного состояния подземного сооружения. В сочетании с рамной крепью анкерная позволяет уменьшить в пределах до 1,5-2 раза плотность установки рам.
Величина применения технологии анкерного крепления горных выработок в 2017 г. на шахтах Карагандинского бассейна достигла 24%, а при комбинированном (метал-лоарочная податливая и анкерная) - 47%. Для роста объемов использования технологии анкерного крепления (до 80%) необходима оценка ее применения от условий эксплуатации, разработки типовых эффективных технологий проведения и поддержания выработок.
Усложнение горно-геологических условий связано с вовлечением в отработку участков и целых месторождений со сложной тектоникой, увеличением глубины разработки, проявлением опасных динамических воздействий горного давления, что обуславливает необходимость совершенствования методов, систем, способов и средств крепления горных выработок, а также улучшения качества материалов, используемых при креплении.
Анкерная крепь обладает определенными преимуществами по сравнению с металлической крепью. При ее применении в работу вовлекается приконтурная часть массива горных пород за счет укрепляющего воздействия анкеров. Это дает экономию на один метр выработки 0,35-0,6 т металла и 3-5 тыс. руб. в прямых нормируемых затратах.
Одним из прогрессивных и экономичных видов анкерной крепи является крепь, которая относится к крепям бесподпорного типа и по сравнению с подпорными конструкциями имеет ряд преимуществ, среди них:
- повышение безопасности ведения горных работ, так как она лучше любой другой крепи противостоит взрывным работам и при аварийных ситуациях (газодинамических явлениях, взрывах газа и угольной пыли) может устанавливаться в забое как временная или с промежуточными функциями поддерживающего характера;
- обладает потенциальными возможностями для полной механизации процесса крепления, требует меньшего расхода крепежных материалов и затрат на их доставку;
- позволяет уменьшить сечение горной выработки на 18-25%.
Важным преимуществом анкерной крепи является также возможность приблизить площадь сечения выработки в свету к площади в проходке (разница - 6,6-12,5%, тогда как при рамных крепях - 28-46%). Применение анкерной крепи позволяет значительно увеличить производительность труда и скорость про ведения в ы ра бото к (30-40%), снизить затраты на проведение выработок (50-60%) и уменьшить затраты по подготовке очистных забоев на 70%, сократить расход и уменьшить стоимость крепежных материалов, затраты на ремонт и поддержание горных выработок, улучшить состояние выработок.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является разработка технологических схем проведения подготовительных выработок угольных шахт с использованием анкерного крепления в сложных горно-геологических условиях.
Исследования напряженно-деформированного состояния пород (НДСП) в горных выработках и закономерностей поведения примыкающих к ним массивов пород позволят оптимизировать параметры технологических схем подготовительных работ с обеспечением эффективности функционирования горного производства.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ.
АНАЛИТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НДСП
Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния массива вокруг действующей выемочной выработки выполнено с применением численного метода конечных элементов для условий пластовой конвейерной выработки пласта к10 шахты им. Костенко Карагандинского угольного бассейна при глубине разработки 400 м и мощности пласта 3,8 м. Решение осуществляется в упругой постановке вследствие сравнительно непродолжительного времени деформирова-
а ст МПа 12
( —
/ г Г
б
стх,
МПа 60
55
10
20
30
а, град
—»У1
±
в
т ,
х>
МПа 45
35 25 15
/1
^ 2 ,
► 3
_✓—1 г —
20
30
а, град
10
20
30
а, град
Рис. 1. Изменения максимальных напряжений в массиве горных пород при анкерном креплении горных выработок различной формы сечения в зависимости от угла залегания пласта: а - нормальные, б - продольные, в - касательные напряжения горных пород; 1 - арочная, 2 - прямоугольная, 3 - полигональная формы анкерной крепи
Рис. 2. Годографы вектора максимального напряжения (ау) в зависимости от угла залегания пласта при различной форме сечения горных выработок: а - арочная, б - прямоугольная, в - полигональная формы поперечного сечения горных выработок
ния горных пород в окрестности подготовительного забоя при его подвигании.
Исследования проведены с использованием программного комплекса ANSYS для оценки влияния горногеологических факторов на условия эксплуатации крепей горных выработок. Оценено влияние формы сечения горной выработки и угла залегания угольного пласта по падению на величину возникающих максимальных напряжений в массиве горных пород при креплении выработки анкерной крепью.
Приведенные на рис. 1 результаты расчетов составляющих напряжений: су - нормальная и сх - продольная составляющие в осях координатах, гдехсовпадаетс плоскостью выработки, а у - ортогонально ей, свидетельствуют о том, что для арочной, прямоугольной и полигональной крепей нормальная (см.рис. 1, а), продольная (см.рис. 1, б) и касательная составляющие (см. рис. 1, в) растут от угла залегания пласта по падению в пределах, составляющих его изменение от 10 до 40°. Для всех форм сечения значения сх и сху в десятки раз выше сту при тех же х, причем для арочной формы характерны высокие сх и су, то же самое для сху (касательная составляющая напряжений).
На рис. 2 приведены годографы вектора механического напряжения (траектория, описываемая концом вектора сху при изменении угла падения пласта). Там же, уже между вектором сху и осью Х, сх является коэффициентом бокового распора, который при прямоугольной и арочной крепи изменяется в широких пределах по сравнению с полигональной.
Максимальные напряжения значительно выше для арочной и прямоугольной крепей по сравнению с крепями с полигональной формой поперечного сечения в поддерживаемых выработках по величине и по изменению коэффициента бокового распора.
Плоскости расслоения пород совпадают с касательной к годографу, что дает основание рекомендовать установку анкеров с учетом этого фактора, то есть анкера должны располагаться ортогонально плоскости расслоения.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о предпочтительности применения при разработке пласта к10 шахты им. Костенко Карагандинского угольного бассейна выемочных выработок прямоугольной формы сечения с анкерным креплением вмещающих пород.
Исследования напряженно-деформированного состояния вмещающих пород в зависимости от мощности слоя легкообрушающихся пород при разной длине их анкери-рования выполнены на примере горной выработки трапециевидной формы поперечного сечения при следующих параметрах: угол залегания пласта - 15°, мощность пласта - 3,8 м, глубина разработки - 400 м, площадь сечения выработки - 15,5 м2, диаметр анкера - 0,0218 м.
Рассматривая нормальные составляющие напряжений сусж (сжатие) и сур (растяжение) на рис. 3, а, отмечаются линейные зависимости от мощности слоя и длины анкеро-вания (Ь), причем обе составляющие растут по абсолютной величине. Обратные закономерности характерны для поперечных схсж и схрсоставляющих (см.рис. 3, б), причем в интервале глубин анкерования от 1,5 до 4,5 м отмечено уменьшение абсолютных значений с/ . Причиной тому может быть перераспределение напряжений, характерное для выработок с полигональным, в том числе и прямоугольным (см. рис. 1,2) сечениями.
Перегибы графиков касательных, составляющих т^ и ту свидетельствуют о резком изменении напряжений в слоях, мощность которых сопоставима с длиной анкера. При этом, как показали ранее проведенные исследования [13, 14, 15, 16], увеличение диаметра шпуров (до 0,05 м) приводит к двукратному росту напряжений во всем диапазоне анкерования.
Исследования изменения газоносности угля по глубине пробуренной скважины и изотермы сорбции для угольных пластов в зависимости от давления газа в массиве (горного давления), для условий промежуточного штрека № 33к10-с в 65 м от монтажной камеры в нисходящую сторону по конвейерному штреку площадью сечения 15 м2: общая газоносность - 19,3 м3/т, газоносность при давлении 1 бар - 2,8 м3/т, объем десорбирумого газа - 16,5 м3/т. Эксперименты выполнены вдоль протяженной выработки для определения зоны действующего опорного давления вокруг контура от подготовительной выработки вглубь массива, которая в интенсивной зоне составила 4 м. Изменения изотермы сорбции, где для условий вентиляционного бремсберга 4.04д6-1з площадью сечения 15 м2 при длине тупика 179 м вглубь забоя показали, что общая газоносность составила 19,4 м3/т, газоносность при давлении 1 бар - 2,3 м3/т, объем десорбирумого газа - 17,1 м3/т.
Выявленные закономерности изменения напряженно-деформированного состояния угля породных массивов (смещений, напряжений, зон трещинообразования) в за-
б
стР МПа
ст , МПа 20
18
16
14 -105
-125
-135
Ь
стхсж, МхПа
87,5
85
82,5
80 -34
стР, МПха
Ь
22
1,5
3.0
4,5
т р, МПа Ь
1,5
3.0
4.5
Рис. 3. Распределение напряжений в приконтурных горных породах подготовительной выработки в зависимости от длины анкерования и мощности слоя ослабленных пород: а - нормальные, б - поперечные, в - касательные напряжения горных пород; 1,2,3 - мощность слоя ослабленных пород соответственно 1; 3,5; 5 м
а
висимости от основных горно-геологических и горнотехнических факторов позволят в конкретных условиях эксплуатации устанавливать оптимальные параметры крепления для повышения устойчивости подготовительных горных выработок. Это позволит разрабатывать новые и совершенствовать существующие технологии эффективного и безопасного крепления приконтурных пород при проведении горных выработок на пологих и наклонных угольных пластах, адаптивные к изменяющимся горногеологических и горнотехническим условиям эксплуатации.
На основе комплекса аналитических и экспериментальных исследований установлены закономерности изменения динамики деформационных процессов углепородно-го массива вокруг выработок. Определены закономерности формирования активного трещинообразования впереди забоя (до 3-5 м) и по бокам (5,0-7,5 м) проводимых выработок.
Разработаны рекомендации по применению технологии анкерного крепления выемочных выработок для обеспечения их устойчивости и снижения затрат на эксплуатацию.
ВЫВОДЫ
Выполненный комплекс аналитических и экспериментальных исследований позволил установить динамику развития деформационных процессов в углепородном массиве вокруг выработок. Определены неустойчивые области во вмещающих породах и динамика зон распространения активного трещинообразования как впереди фронта проводимой выработки (до 3-5 м), так по ее бокам (до 5,0-7,5 м), что позволяет управлять ходом геомеханических процессов в приконтурном массиве выработки и воздействовать на него для преодаления нежелательных проявлений горного давления и обеспечения устойчивости поддерживаемых выработок.
Исследованы напряженно-деформированное состояние, проявления горного давления, условия поддержания выработок в зависимости от горнотехнических и технологических параметров. Исследования позволили установить степень их влияния на эффективность применения анкерного крепления выемочных выработок и обоснованно применять технологические схемы крепления для обеспечения устойчивости горных выработок и снижения затрат на их проведение и поддержание.
Список литературы
1. Вылегжанин В.Н., Егоров П.В., Мурашев В.И. Структурные модели горного массива в механизме геомеханических процессов. Новосибирск: Наука, 1990. 295 с.
2. Судариков А.Е. Основы механики подземных сооружений: Учебн. пособие. Караганда: КарГТУ, 2003. 74 с.
3. Черняк И.Л., Бурчаков Ю.И. Управление горным давлением в подготовительных выработках глубоких шахт. М.: Недра, 1984. 304 с.
4. Анкерная крепь: Справочник / А.П. Широков, В.А. Лидер, М.А. Дзауров и др. М.: Недра, 1990. 205 с.
5. Цай Б.Н. Термоактивационная природа прочности горных пород. Караганда: КарГТУ, 2007. 204 с.
6. Обоснование и выбор технологии проведения, способов крепления и поддержания горных выработок в неустойчивых горных породах глубоких горизонтов Холбин-ского рудника / В.А. Еременко, В.Н. Лучников, М.П. Сэнди и др. // Горный журнал. 2013. № 7. С. 59-67.
7. Кузьмин С.В., Сальвассер И.А., Мешков С.А. Механизм развития пучения пород почвы и способы борьбы с ним // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. № 3. С. 120-126.
8. Неробиш А. Развитие использования болтов в польских угольных шахтах // Журнал горных наук. 2011. № 47 (6). С. 751-760.
9. Пивняк Г.Г., Бондаренко В.И., Ковалевская И.А. Добыча полезных ископаемых / Кн. А.А. Балкема CRC Press является следствием деятельности Taylor & Francis Group в сфере информационного бизнеса. Лондон, 371 с.
10. Грицко Г.И., Цыцаркин В.Н. Определение напряженно-деформированного состояния массива вокруг протяженных пластовых выработок экспериментально-аналитическим методом // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1995. № 6. С.18-21.
11. Курленя М.В., Барышников В.Д., Гахова Л.Н. Развитие экспериментально-аналитического метода оценки
устойчивости горных выработок // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2012. № 4. С. 20-28.
12. Balkema А.А. Mining with Backfill / Ed. S. Grauholm. Sweden, Rotterdam. Luleo University of Technology, 1983.
13. Демин В.Ф., Баймульдин М.М., Демина Т.В. Повышение устойчивости выработок угольных пластов. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. 420 с.
14. Эффективность использования геомеханической системы «горный массив - анкерное крепление» для повышения устойчивости горных выработок / В.Ф. Демин, Т.В. Демина, В.В. Яворский и др. // Уголь. 2014. № 2. С. 18-22. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/022014.pdf (дата обращения: 15.06.2019).
MINERALS RESOURCES
UDC 622.281(574.32) © V.F. Demin, V.S. Portnov, T.V. Demina, A.Ye. Zhumabekova, 2019
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 7, pp. 72-77
Title
studying stress-strain state of border carbon massif around mine working with roof bolting
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-7-72-77 Authors
Demin V.F.1, Portnov V.S.1, Demina T.V.', Zhumabekova A.Ye.1 ' Karaganda State Technical University, Karaganda, 100027, Republic of Kazakhstan
Authors' Information
Demin V.F., Doctor of Engineering Sciences, Professor of the Development of mineral deposits department, academician of IAIN, a foreign member of Academy Mining Sciences (Russia), tel.: +7 (7212) 56-26-19, e-mail: [email protected]
Portnov V.S., Doctor of Engineering Sciences, Professor of the Geology and exploration of mineral deposits department, a foreign member of Academy Mining Sciences (Russia), tel.: +7 (7212) 56-78-62, e-mail: [email protected] demina T.V., PhD (Engineering), Associate Professor of the Mine aerology and labour safety department, e-mail: [email protected] Zhumabekova A.Ye., PhD doctoral student of specialty "Mining", tel.: +7 (701) 735-21-73, e-mail: [email protected]
Abstract
There have been revealed the regularities of the stress-strain state of coal-rock massifs (displacements, stresses, fracture zones) depending on mining and technological operating conditions, which makes it possible to determine the justified supporting parameters for increasing stability of the development mine workings. There have been identified unstable zones in enclosing rocks and the dynamics of active cracking zones ahead of the front of the driven working, which will allow developing new and improving the existing technologies of efficient and safe supporting the border rocks when driving mine workings on shallow and inclined coal seams adaptive to changing mining, geological and technical conditions of the development.
Keywords
Underground mining technology, Border rocks, Experimental studies, Mine workings, Anchoring parameters, Geomechanical processes, Roof bolting, Technological patterns, Numerical modeling, Stress-strain state.
References
1. Vylegzhanin V.N., Egorov P.V. & Murashev V.I. Strukturnye modeli gornogo massiva v mekhanizme geomekhanicheskih processov [Structural models of rock mass in the mechanism of geomechanical processes]. Novosibirsk, Science, 1990, 295 p.
2. Sudarikov A.E. Osnovy mekhaniki podzemnyh sooruzheniy: Uchebnnoe posobie [Fundamentals of underground structures: Educational. Allowance]. Karaganda, KarSTU Publ., 2003, 74 p.
3. Chernyak I.L. & Burchakov Yu.I. Upravlenie gornym davleniem v podgotovitel-nyh vyrabotkah glubokih shaht [Management of rock pressure in the preparatory workings of deep mines]. Moscow, Nedra Publ., 1984, 304 p.
4. Shirokov A.P., Leader V.A., Dzaurov M.A. et al. Ankernaya krep': Spravochnik [Anchoring: Handbook], Moscow, Nedra Publ., 1990, 205 p.
5. Tsai B.N. Termoaktivacionnaya priroda prochnosti gornyh porod [Thermal activation nature of rock strength]. Karaganda, KarSTU, 2007, 204 p.
6. Eremenko V.A., Louchnikov V.N., Sandy M.P., Mikin D.A. & Milsin E.A. Obosno-vanie i vybor tekhnologii provedeniya, sposobov krepleniya i podderzhaniya gornyh vyrabotok v neustoychivyh gornyh porodah glubokih gorizontov Holbinskogo rudnika [Selection and basis of mine working driving and excavation support in unstable rocks at deep levels of Kholbinsky Mine]. Gornyi Zhurnal - Mining Jornal, 2013, No. 7, pp. 59-67.
7. Kuzmin S.V., Salvasser I.A. & Meshkov S.A. Mekhanizm razvitiya pucheniya porod pochvy i sposoby borby s nim [Mechanism of rock heaving developing and it ways to fighting "SUEK-Kuzbass" JSC]. Gorny Informatsionno-Analit-icheskiy Byulleten (nauchno-teknicheskii zhurnal) - Mining Informational and Analytical Bulletin (scientific and technical journal), 2014, No. 3, pp. 120-126.
8. Nierobisz A. Development of roof bolting use in Polish coal mines. Journal of mining science, 2011, Vol. 47, Issue 6, pp. 751-760.
9. Pivnyak G.G., Bondarenko V.I. & Kovalevska I.A. Mining of mineral deposits: Book Balkema A.A. CRC Press is an imprint of the Taylor & Francis Group an information business, London, 371 p.
10. Gritsko G.I. & Tsycarkin V.N. Opredelenie napryazhenno-deformirovanno-go sostoyaniya massiva vokrug protyazhennyh plastovyh vyrabotok eksper-imentalno-analiticheskim metodom [Determining stress-strain state of the massif around the extended reservoir workings by experimental-analytical method]. Fiziko-tekhnicheskiye problemy razrabotki poleznykh iskopayemykh -Journal of Mining Science, 1995, No. 6, pp. 18-21.
11. Kurlenya M.V., Baryshnikov V.D. & Gakhova L.N. Razvitie eksperimentalno-analiticheskogo metoda ocenki ustoychivosti gornyh vyrabotok [Developing experimental-analytical method for assessing stability of mine workings]. Fiziko-tekhnicheskiye problemy razrabotki poleznykh iskopayemykh - Journal of Mining Science, 2012, No. 4, pp. 20-28.
12. Balkema A.A. (1983). Mining with Backfill, Edited by S. Grauholm, Luleo University of Technology, Sweden, Rotterdam.
13. Demin V.F., Baymuldin M.M & Demina T.V. Improving the sustainability of coal seams (monograph). LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014, 420 p.
14. Demin V.F., Demina T.V., Yavorsky V.V. et al. Effektivnost' ispolzovaniya geomekhanicheskoy sistemy"gornyi massiv-ankernoe kreplenie" dlya povy-sheniya ustoychivosti gornyh vyrabotok [Efficiency of use of the geomechanical "massif mass - roof bolting" system in order to improve stability of mine workings]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2014, No. 2, pp. 18-22. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/022014.pdf (accessed 15.06.2019).
