Встановлено закономірності впливу змінюваної у просторі реакції підсистеми "зміцнені породи-кріплення" на стійкість граничного стану знеміцнених порід зони граничної рівноваги та формування просторової епюри навантаження на кріплення від ваги порід зони нестійкої рівноваги, а також закономірності впливу просторової неоднорідності геометричних, механічних та силових параметрів підсистеми "зміцнені породи-кріплення" на її напружено-деформований стан. Виявлені закономірності у комплексі з розробленими критеріями оптимізації режимів взаємодії геомеханічної системи "масив-зміцнені породи-кріплення" є науковою основою для удосконалення конструктивно-технологічних схем зміцнення приконтурного масиву анкерами та сумішами, що твердіють. Створено алгоритм оптимізації режимів взаємодії системи "масив-зміцнені породи-кріплення", який враховує просторовий характер періодичних змін її геометричних, механічних та силових параметрів. Розроблено методи прогнозу проявів гірського тиску та розрахунку напружено-деформованого стану підсистеми "зміцнені породи-кріплення". Сформульовано новий у просторовому відношенні комплекс ресурсозберігаючих критеріїв рівноміцності підсистеми "зміцнені породи-кріплення" та її адаптації до характеру проявів гірського тиску. Створено групу нових методів розрахунку раціональних параметрів кріплень. Розроблено та апробовано нове тампонажне обладнання, елементи анкерного та рамно-анкерного кріплень.

  Скачати повний текст

Вперше встановлені залежності стану сполучень стовбурів від комплексу факторів впливу котрі враховують гірничо-геологічні, геомеханічні, гірничо-технічні умови охорони та підтримання. Вперше встановлено особливості та закономірності деформування масиву гірських порід в районах сполучень стовбурів на глибоких горизонтах за складних геомеханічних умов, а саме: розміри динамічних зон впливу, які утворюються у разі проведення та перекріплювання пристовбурових виробок на ділянках стовбурів стволів глибоких горизонтів за умов нестійких порід.

  Скачати повний текст

Досліджено проблему забезпечення стійкості гірничих виробок, закріплених анкерним кріпленням. Установлено нові особливості розвитку зони зруйнованих порід навколо виробки, що закріплена анкерним кріпленням. Установлено вплив схеми розташування анкерів у шароватому породному масиві на його навантажувально-деформаційну характеристику. Визначено кращу схему анкерування, застосування якої дозволяє досягати до 10 % відносних зсувів породно-анкерної конструкції зі збереженням її несучої здатності. Установлено закономірності зміни несучої здатності та відносних деформацій породно-анкерної конструкції залежно від міцності та потужності шарів що її складають, їх взаємного розташування, загальної товщини конструкції, щільності анкерування та ширини виробки. Розроблено методику розрахунку параметрів анкерних систем, за якою створювана конструкція розглядається як кріплення виробки, за цього враховується схема розташування анкерів.

  Скачати повний текст

Розвинуто уявлення стосовно закономірностей формування напружено-деформованого стану в масиві нестійких порід поблизу сполучень лав з виймальними штреками. Уперше розроблено та реалізовано у вигляді обчислювального експерименту тривимірну математичну модель поведінки шаруватого вуглепородного масиву, порушеного сполученням штрек - лава, у пружно-пластичній постановці задачі. Запропоновано новий кількісний критерій оцінки ефективності використання способів і засобів охорони зазначених сполучень в нестійких породах неглибоких шахт. Розроблено геомеханічно обгрунтований спосіб і механізовані засоби, що забезпечують ефективне підтримання покрівлі на сполученнях штрек - лава за умов нестійких порід.

  Скачати повний текст

Розвинуто уявлення про закономірності формування напружено-деформованого стану у вуглепородному масиві, зокрема в ньому виділено чотири характерні зони, розташовані уздовж лінії очисного вибою, симетричні щодо середини лави та являють собою чергування зон підвищених і знижених напружень. Показано, що у разі збільшення навантаження на очисний вибій зменшується імовірність вивалоутворення в покрівлі, збільшуються значення максимуму епюри опорного тиску й тиск на лавове кріплення, активізуються процеси здимання порід у лаві. Установлено, що паралельно лінії очисного вибою в покрівлі пласта формується область аномальних напружень, що змінюється за часом, місце розташування та величина якої визначається положенням і швидкістю переміщення робочого органа комбайна. Показано, що зі зростанням навантаження на очисний вибій зона впливу лави на систему кріплення - масив виймальних штреків зменшується, а область бічних порід, підданих конвергенції, збільшується, за цього характер розподілу тиску у покрівлі має два екстремуми: на сполученні лава - штрек і у зоні посадки покрівлі. Одержано новий розв'язок задачі визначення критичного кроку посадки покрівлі в лаві, за яким враховується шаруватість масиву, його структурна неоднорідність та фактор - швидкість оголення масиву.

  Скачати повний текст

Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності і технологічності кріплення вертикальних стовбурів вугільних шахт, які проходять у неоднорідних масивах порід. В роботі розвивається комплексний підхід отримання загальносистемного ефекту від диференційованого вибору кріплення стовбурів та послідовної чи сумісної реалізації регулятивних засобів в системі "кріплення стовбура - неоднорідний породний масив", які сукупно забезпечують демпфірування зміщень, зростання несучої здатності приконтурних порід та кріплення, в результаті чого забезпечується зниження величини і асиметрії навантажень на стовбур та підвищення його стійкості. З врахуванням структурної і міцнісної неоднорідності породного масиву та результатів дослідження закономірностей і особливостей взаємодії системи "кріплення стовбура - масив порід" розроблені науково-технічні принципи вибору і нові конструкції охоронних вантажонесучих систем, які забезпечують довготривалу стійкість шахтних стовбурів в складних гірничо-геологічних умовах. Основні результати роботи знайшли промислове застосування на вугільних шахтах, реалізовані в нормативно-технічних документах.

  Скачати повний текст

Досліджено проблему підвищення стійкості гірничих виробок за умов утворення зони зруйнованих порід. Розвинуто напрямок гірничої геомеханіки, заснований на управлінні геомеханічними процесами всередині зони зруйнованих порід за рахунок використання нового підходу до застосування технічних способів і засобів, які забезпечують зростання вантажонесучої здібності зруйнованих порід навколо підтримуючих виробок. Виявлено нові закономірності деформаційних процесів усередині зони зруйнованих порід за переміщення фронту руйнування в глибину масиву. На підставі встановлених особливостей і закономірностей розроблено нові способи охорони виробок, засновані на підвищенні несучої спроможності зруйнованих порід навколо підтримуючих виробок. Шахтні випробування розроблених способів показали, що їх застосування дозволяє зменшити зміщення породного контуру виробок у 1,8 рази, а швидкості зміщення з 2 - 5 мм/добу до 0 - 0,1 мм/добу.

  Скачати повний текст

Запропоновано концепцію поетапної автоматизації контролю, виконано ком'ютерне моделювання, розроблено програми автоматичної статистичної та спектральної обробки вихідної технологічної інформації за допомогою мікроконтролерів і персональної ЕОМ. Встановлено зв'язок між спектром сигналу реакції блокової або плоскопаралельної структури контрольованого геомеханічного об'єкта на збурювальний вплив ударної та спектрами виділених періодичних сигналів, що відповідають окремим стадіям розвитку коливального процесу, виявлено залежність між критичною частотою першої моди коливань у стадії переважання нормальних резонансних хвиль та технологічними параметрами закріпленоі виробки. Створено експериментальні зразки засобів автоматичного контролю стійкості масиву з застосуванням сучасної елементної бази, за допомогою яких виконано натурні дослідження за умов, коли масив складається скельними, осадовими породами та грунтом; визначено ділянки підвищенних навантажень навколо гірничих виробок та порожнини за оздобленням тунелю.

  Скачати повний текст

Обгрунтовано механізм формування активного навантаження на кріплення за умов високого та середнього метаморфізму. Встановлено закономірності напруженого стану кріплення, які враховують розмір ділянки активного навантаження, кут залягання вміщуючих порід, параметри реактивного опору. Виявлено особливості деформаційних процесів у покрівлі підготовчої виробки під час очисних робіт та їх вплив на кріплення штреку. Запропоновано нові конструкції та технологічні способи управління напруженим станом кріплення, які забезпечують підвищення стійкості гірничих виробок, зниження матеріальних та трудових витрат щодо їх підтримання.

  Скачати повний текст

Установлено залежності конвергенції вмісних порід від часу на різних ділянках високопродуктивної лави. Визначено, що у разі виконання процесів очисної виїмки вугілля прискорення конвергенції бічних порід є знакозмінним у момент пересування кріплення, а його абсолютні значення у середній частині та на кінцевих ділянках лави - різні. Обгрунтовано кількісний критерій оцінки довжини кінцевих ділянок високопродуктивних лав. З використанням цього критерію визначено довжину зон незадовільної взаємодії механізованого кріплення з покрівлею на кінцевих ділянках лав для розміщення у цих зонах спеціальних засобів кріплення. З'ясовано раціональні значення питомого опору кріплення для збереження суцільності порід покрівлі на кінцевих ділянках лави з високою швидкістю посування вибою, величина очікуваного річного економічного ефекту від впровадження нової технології виїмки вугілля механізованим комплексом зі спеціальним кріпленням на кінцевих ділянках складає 113,85 тис. грн. на одну лаву.

  Скачати повний текст

Встановлено закономірності взаємодії з бічними породами щитових кріплень й обгрунтувано їх кінематичні та силові параметри для підвищення технічного рівня й ефективності застосування на пластах із нестійкою покрівлею. Показано, що одним із основних факторів, які обумовлюють ефективність взаємодії кріплення з бічними породами, характер і рівні внутрішньосекційних навантажень, є вигляд і параметри траєкторії руху осі шарніра, що з'єднує перекриття з огородженням. Ця кінематична ознака і силові параметри визначають основні закономірності формування сил тертя за зовнішнім контуром секцій кріплення і внутрішньосекційних навантажень. Встановлено закономірності та особливості формування внутрішньосекційних навантажень і силової взаємодії з бічними породами секцій кріплення з різними виглядами траєкторії осі шарніра. Для кріплень із траєкторією, що має точки перегину, виявлено небезпечні стрибкоподібні зміни сил у системі "кріплення - бокові породи", що негативно впливають на стійкість покрівлі та надійність кріплення. Обгрунтовано метод підвищення технічного рівня щитових кріплень та ефективності їх застосування за умов нестійкої покрівлі.

  Скачати повний текст

Наведено дані досліджень про специфічні умови формування та особливості деформування гірничого масиву біля контуру гірничої виробки, встановлено їх залежність від навантажень рамної конструкції. Запропоновано функцію знеміцнення матеріалу граничної зони та визначено показники ефективного інтервалу варіювання необхідної величини робочого опору та конструктивної піддатливості нового кріплення. Розрахункові значення збігаються з результатами спеціальних шахтних експериментів. На підставі проведених лабораторних експериментів з деформування та руйнування крихкого середовища біля порожнини круглого перерізу за умов нерівнокомпонентного об'ємного стиснення визначено раціональну форму виробки та кріплення. Проаналізовано вплив складових рамного кріплення, замкових з'єднань, міжрамних зв'язків, матеріалу, типу спецпрофілю, як факторів, що забезпечують досягнення наданих параметрів робочої характеристики та їх стабільності. Запропоновано конструктивні та технологічні рішення, реалізовані в експериментальних і дослідних моделях.

  Скачати повний текст

Визначено види руйнувань та деформацій елементів кріплення. Здійснено моделювання виробок, закріплених анкерним кріпленням, на плоскому стенді з застосуванням еквівалентних матеріалів. Розроблено пружнопластичну числову математичну модель анкер - породний масив, що дозволяє встановити закономірності зміни напружено-деформованого стану неоднорідного приконтурного породного масиву. Доведено, що зміна кількості анкерів від 1 до 9 та довжини від 0,5 до 3 м не впливає на розміри зони непружних деформацій навколо виробки в разі закладення її на великих глибинах. Встановлено залежності зміни поперечного перерізу капітальних похилих виробок, пройдених в однорідному та неоднорідному породному масиві, від щільності анкерування та довжини анкерів, що дозволяє обирати раціональні параметри анкерного кріплення. Зроблено висновок, що розрахунковий економічний ефект від реалізації запропонованого методу кріплення виробок на шахті "Алмазна" складе 144 тис. грн.

  Скачати повний текст

Розроблено й обгрунтовано нову методику випробування та послідовного аналізу несучої спроможності анкерного кріплення та дворівневу схему посилення комбінованої охоронної системи за відпрацювання високонавантажених лав. Вперше доведено можливість кількісного оцінювання несучої спроможності анкерного кріплення з величини пластичної деформації анкерного опорного елемента, а також встановлено лінійну залежність між роботою пластичної деформації та величиною самої деформації. Вдосконалено уявлення про несиметричну деформацію перерізу підготовчої виробки, яка підтримується позаду лави в зоні активних зрушень комбінованою охоронною системою та забезпечує прямоточну схему провітрювання. Уточнено залежність роботи опору анкерів від відстані до лави, яка віддаляється й оптимальний діапазон жорсткості анкерного опорного елемента, в якому вона розсіює найбільший об'єм енергії гірського тиску.

  Скачати повний текст

З метою підвищення ефективності процесів зведення та ремонту кріплення запропоновано використовувати торкретбетон і технологію вибуху. Встановлено закономірність розльоту цементно-піщаної суміші під дією центрального вибуху. Визначено умови формування однорідного багатофазного потоку цементно-піщаної суміші в процесі зведення торкретбетонного кріплення вибуховим способом. Вперше розроблено методику визначення оптимальних швидкісних і просторових параметрів вибухового способу торкретбетонування. Наведено технологічні схеми реалізації даного способу в гірничих виробках. Проведено дослідно-промислову апробацію запропонованих заходів і визначено їх ефективність.

  Скачати повний текст

Обгрунтувано параметри забезпечення стійкості гірничих виробок вибуховим розвантаженням порід покрівлі за рахунок керування напруженим станом порід і створення ефективних умов взаємодії кріплення з масивом. Встановлено закономірності формування зони розвантаження навколо виробки. Методом скінченних елементів визначено закономірності розподілу напружень у разі розвантаження, а також закономірності зміни несучої здатності рамного кріплення гірничої виробки за різних схем навантаження залежно від зміни пасивного опору порід.

  Скачати повний текст

Вперше розкрито механізм силової взаємодії елементів системи "заповнювач - металева труба - стінки шпуру", що забезпечує досягнення високоефективного режиму постійного максимального опору трубчастого анкера ТА2 протягом усього періоду його піддатливості за умов роботи в слабких гірських породах. Створено нову методику розрахунку напружено-деформованого стану системи "трубчастий анкер ТА2 - стінки шпуру", що враховує реальну епюру розподілу зсувів породного масиву за довжиною анкера та вплив заповнювача на внутрішню поверхню металевої труби. Вперше сформульовано критерії оптимізації напружено-деформованого стану системи "трубчастий анкер ТА2 - стінки шпуру", на базі яких встановлено взаємозв'язки механічних і геометричних параметрів системи, що забезпечують максимальну реакцію анкера ТА2 у режимі піддатливості. Встановлено закономірності зміни механічних характеристик матеріалу заповнювача, що враховують процентний вміст портландцементу, який розширюється. Визначено залежності щодо вибору раціональних складів суміші, що твердіє, які забезпечують цілісність заповнювача протягом усього періоду роботи анкера ТА2.

  Скачати повний текст

Досліджено вплив залишкової намагніченості неферромагнітної речовини на прискорення процесів коагуляції цементних розчинів, які використовуються у разі струминного закріплення порід. Отримано закономірності зміни часу початку та кінця твердіння та в'язкості цементних розчинів, а також тривкості на одновісне стиснення та густини отриманого з них цементного каменю від розміру індукції магнітного поля та швидкості рідкого середовища в магнітному полі, що дозволяє визначити раціональні параметри магнітної обробки цементних розчинів, застосовуваних у струминній технології закріплення дисперсних порід. Встановлено закономірності впливу параметрів активізації в магнітному полі цементних розчинів та їх кількості в закріпленому елементі на його міцність.

  Скачати повний текст

Вперше експериментально встановлено логарифмічну залежність між часом тверднення штучного будівельного матеріалу та величиною стискаючого напруження, за якого відбуваєтсья утворення тріщин у матеріалі. З використанням даної залежності розроблено спосіб визначення напружень у литій смузі за натурних умов. Уточнено наукові уявлення про етапи зміни розподілу навантаження з урахуванням ступеня асиметрії на елементи рамного кріплення виробки залежно від відстані до лави. Вперше теоретично обгрунтовано підхід щодо зниження напружень у масиві, зокрема, у відпрацьованому просторі, шляхом використання комбінованої охоронної системи зростаючого опору у складі рамного й анкерного стяжного кріплення та литої смуги, що містить внутрішні розвантажувальні елементи.

  Скачати повний текст

Вирішено актуальне науково-технічне завдання підвищення стійкості підготовчих виробок залізорудних шахт Кривбасу. Проаналізовано витрати, пов'язані з підтримкою гірничих виробок, організовано та проведено в них натурні вимірювання конвергенції. Проведено лабораторні випробування основних вмісних порід і руди, в тому числі і за межею міцності. Проаналізовано існуючі теорії міцності. Методом скінченних елементів виконано моделювання процесу руйнування гірських порід в об'ємному напруженому стані та в одноосьовому за межею міцності. Розроблено алгоритм розв'язання пружнопластичної задачі з урахуванням можливості руйнування гірських порід за межею міцності. Для гірничо-геологічних умов ш. "Родіна" виконано геомеханічний аналіз умов підтримки підготовчих виробок з використанням удосконаленого алгоритму розрахунку. Виконано розрахунки параметрів анкерного кріплення для розглянутих умов.

  Скачати повний текст