Дослідження механізму підняття підошви гірничих виробок, що підтримуються за очисним вибоєм для повторного використання

Abstract

Повторне використання дільничних гірничих виробок є одним з основних трендів підземного видобутку вугільних пластів довгими очисними вибоями. Безціликові системи розробки використовуються все частіше за межами Європи, що поширює актуальність цього методу видобутку. Основним стримуючим фактором повторного використання виробок є складність забезпечення їхнього експлуатаційного стану за лавою. При цьому досі невирішеними частинами проблеми стійкості виробок є критичні підняття підошви і асиметричне навантаження системи кріплення. Вітчизняні і закордонні вчені присвячували свої дослідження проблемі підняття підошви гірничих виробок у різних гірничо-геологічних умовах протягом останніх ста років, що дало підстави для розроблення трьох концептуально різних механізмів підняття підошви. Однак у реальних умовах підняття підошви вкрай складно класифікувати за класичними механізмами, особливо у виїмкових панелях, що відпрацьовуються сучасною очисною технікою і виробках закріплених сучасними системами кріплення. Під час підтримання виробок за лавою різні фактори мають одночасний різноваговий вплив на підняття підошви. Це знижує ефективність наявних способів боротьби з підняттям підошви. Таким чином, ефективна протидія підняттю підошви можлива лише після вивчення механізму розвитку цього процесу в сучасних умовах. У зв’язку з цим у роботіпроведено дослідження напружено-деформованого стану гірських порід навколо штреку, що підтримується за лавою задля повторного використання. Основним методом дослідження є метод скінченних елементів, реалізований у програмному середовищі ANSYS. На основі проведеного чисельного моделювання досліджено механізм розвитку підняття підошви за очисним вибоєм. Запропонована гіпотеза еволюції підняття підошви, що формує підстави для створення ефективних способів боротьби з підняттям підошви в зазначених умовах. Reuse of gateroads is one of the main modern trends in underground longwall mining of coal seams. Pillarless mining techniques are more often used outside Europe, which extends the relevance of this mining method. The main restrictive factor of the gob-side entry retaining is the difficulty of ensuring gateroad’s stability. At the same time, the unresolved part of the problem of gateroads stability is still the dramatic floor heave and the asymmetric loading of the support system. Ukrainian and foreign scientists had been devoting their researches to the floor heave issue in various mining and geological conditions over the past hundred years. Based on this, three conceptually different floor heave mechanisms were developed. However, in-situ, it is extremely difficult to classify the floor heave cases according to classical mechanisms, especially in panels with modern mining equipment and gateroad support system. Vary factors have a simultaneous and unequal influence on the floor heave. This reduces the effectiveness of traditional floor heave control methods. Thus, effective floor heave control is possible only after studying the evolution mechanism of this process in modern conditions. In this regard, this work has conducted a study of the stress-strain state of surrounding rocks in the gob-side entry. The main research method is the finite element method, implemented in the ANSYS software. Based on the numerical simulation, the mechanism of the floor heave evolution in gob-side entry was investigated. A hypothesis of the floor heave evolution was proposed, which forms the basis for searching effective ways to control the floor heave in the specified engineering conditions.