Анотація до роботи:

Кулібаба С.Б. Маркшейдерське забезпечення охорони вертикальних стволів вугільних шахт Донбасу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.01 – "Маркшейдерія" – Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2004.

Дисертація присвячена актуальній науково-прикладній проблемі оптимізації охорони вертикальних шахтних стволів від впливу очисних виробок з метою підвищення безпеки їх експлуатації та максимального виймання консервовуваних у запобіжних приствольних ціликах запасів вугілля. На основі обстеження стану вертикальних стволів шахт Донбасу проаналізовано й узагальнено умови їх охорони в різних гірничо-геологічних умовах, систематизовано усі можливі причини порушень і деформацій їхнього кріплення й армування. Виявлено фактори, що впливають на стан стволів; установлено залежності ступеня їхньої порушеності від параметрів очисних виробок і запропоновано новий спосіб побудування запобіжних ціликів. Досліджено характер зрушення масиву гірських порід над очисною виробкою, встановлено нові його закономірності, і на цій основі розроблено методику прогнозу зрушень і деформацій масиву гірських порід. Обґрунтовано методи раціонального виймання вугілля із надр у зонах впливу на вертикальні шахтні стволи і технічні свердловини. Рекомендовано чотири основні способи виймання запасів вугілля з приствольних ціликів, ефективність яких підтверджена експериментально. Розроблено структурно-логічну схему реалізації способів підробки вертикальних стволів.

У дисертаційній роботі дане нове вирішення актуальної наукової і практичної проблеми, що полягає у встановленні закономірностей зрушення і деформування приствольного масиву гірських порід під впливом очисних виробок з метою створення оптимальних заходів охорони вертикальних шахтних стволів, що забезпечують їхній задовільний стан у різних гірничо-геологічних умовах Донбасу.

Основні наукові і прикладні результати роботи полягають у такому:

1. Аналіз результатів обстеження вертикальних стволів шахт Донбасу дозволив установити, що значна їхня частина (близько 40 %) має чи мала порушення кріплення й армування під впливом таких факторів: очисні виробки (зрушення гірських порід, активізація процесу зрушення; тимчасовий і залишковий опорний тиск, активізація опорного тиску); виробки, що сполучаються зі стволом (ослаблення породного масиву виробками, переміщення порід через незадовільне підтримання виробок); несприятливі геологічні і гідрогеологічні умови (тектонічні порушення; слабкі породи, схильні до здимання і розмокання; складна гідрогеологія ділянки і т.п.); агресивний вплив водно-повітряного середовища на кріплення і армування (агресивні підземні води, атмосфера, обмерзання і т.п.); порушення технології проведення, кріплення і підтримання стволів, незадовільна якість кріплення. Більш ніж у половині випадків причиною цих порушень був вплив очисних робіт.

2. Встановлено, що при проведенні очисних виробок по периферії запобіжного приствольного цілика їхній сумарний вплив на охоронюваний ствол, який перетинає розроблюваний пласт, може характеризуватися параметром, що виражає відносну далекість границь очисних робіт від осі ствола в головних перетинах мульди зсунення. Визначено вид і параметри емпіричних залежностей, що дозволяють прогнозувати ступінь порушеності стволів залежно від обсягу й умов оконтурювання запобіжних ціликів очисними виробками на шахтах Донбасу.

3. Ступінь впливу на ствол очисних виробок, проведених у пластах, що залягають під зумпфом ствола, характеризується повнотою відпрацювання запобіжного цілика і кратністю підробки зумпфа. Встановлено емпіричні залежності ступеня порушеності підроблюваних стволів від зазначених параметрів.

4. Доведено, що кріплення технічних свердловин піддається меншому впливу очисних виробок, ніж кріплення вертикальних стволів в однакових умовах масиву гірських порід, що зрушується. Це може бути пояснено різним ступенем взаємодії цих гірничих виробок із вміщувальними породами, що є наслідком таких факторів, як спосіб проходки, вид кріплення, розходження в діаметрах стволів і свердловин. Встановлено область безпечного ведення очисних робіт у зоні впливу на технічні свердловини.

5. Показано, що кінцеві деформації підробленого ствола, які фіксуються після загасання процесу зрушення масиву гірських порід, не повною мірою визначають ступінь порушеності його кріплення. Встановлено, що ступінь порушеності кріплення ствола залежить від інтенсивності протікання процесу зрушень і динамічних деформацій, що виникають у масиві над очисним вибоєм, що рухається, і зростає при збільшенні швидкості його посування при підробці.

6. На основі аналізу стану вертикальних шахтних стволів визначені основні параметри, які необхідно враховувати при побудуванні запобіжних приствольних ціликів – фізико-механічні властивості гірських порід, наявність старих очисних виробок і розривних тектонічних порушень в приствольному масиві. Розроблено методику оптимізації розмірів ціликів з використанням інтегральної оцінки умов приствольного масиву гірських порід.

7. Узагальнення результатів натурних спостережень дозволило установити такі закономірності в розвитку процесу зрушення масиву гірських порід і земної поверхні:

зрушення масиву гірських порід у зоні повних зрушень носить нелінійний характер; поблизу склепіння зони повних зрушень, де відбувається перехід від рівнобіжного переміщення породних шарів, притаманного цій зоні, до їх зависання в зонах перегинів і неповних зрушень, можливо деяке збільшення деформацій розтягання по нормалі до нашарування;

крайній кут зрушення в напрямку простягання пласта в кам'яновугільних районах Донбасу складає 60⁰, а в антрацитових – 72⁰;

весь процес зрушення масиву гірських порід над очисним вибоєм, що рухається, можна розбити на три стадії – початкову, активну і загасання; у першій і третій стадіях зрушення масиву відбувається консолідовано і практично синхронно; у другій стадії середня швидкість поширення зрушення в масиві знизу нагору по вертикалі мінімальна;

швидкість поширення процесу зрушення в масиві збільшується при видаленні від розроблюваного пласта до земної поверхні і носить дискретний характер; нерівномірність її викликана зависанням породних шарів над виробленим простором і найбільш яскраво виражена в нижніх підроблюваних ділянках масиву; при наближенні до земної поверхні вплив структурних особливостей масиву і міцносних властивостей складаючих його породних шарів на дискретний характер швидкості поширення процесу зрушення слабшає.

8. На основі встановлених закономірностей розроблено методику розрахунку зрушень масиву гірських порід, що дозволяє прогнозувати його деформації по осі вертикального ствола і дає можливість приймати обґрунтоване рішення про припустимість підробки.

9. Розроблено і систематизовано методи раціонального виймання запасів вугілля з надр у зонах впливу на вертикальні гірничі виробки. Експериментальні підробки вертикальних шахтних стволів і технічних свердловин показали реальність істотного скорочення втрат вугілля в надрах шляхом ефективного відпрацьовування його запасів із запобіжних приствольних ціликів.

10. За результатами досліджень розроблено більш 100 рекомендацій з охорони і підробки шахтних стволів і технічних свердловин на шахтах 20 виробничих об'єднань Донбасу. Тільки за період з 1987 р. результати досліджень були впроваджені на 33 виїмкових дільницях 15 шахт Донбасу, де було розконсервовано з ціликів більш 3,2 млн. т вугілля. Підтверджений економічний ефект від упровадження результатів роботи в ДП "Краснодонвугілля" і "Донецьквугілля" складає 484,5 тис. руб. у цінах 1988-1989 рр. Крім того, отримані результати впроваджені шляхом включення складовою частиною в галузеві нормативно-методичні документи: "Тимчасові технічні умови по охороні споруд і природних об'єктів від впливу підземних гірничих розробок", "Розташування, охорона і підтримання гірничих виробок при відпрацьовуванні вугільних пластів на шахтах. Методичні вказівки", "Правила підробки будівель, споруд і природних об'єктів при видобуванні вугілля підземним способом. Галузевий стандарт України".