Анотація до роботи:

Касьян С.І. Обґрунтування параметрів технології зміцнення покрівлі на сполученнях лав з виробками, що повторно використовуються. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.15.02 – Підземна розробка родовищ корисних копалин. – Донбаський державний технічний університет, Алчевськ, 2008.

Дисертація присвячена обґрунтуванню параметрів технології зміцнення покрівлі на сполученнях лав з виробками, що повторно використовуються. Проведено аналіз досліджень з питань зміцнення нестійких покрівель. Проаналізовано способи охорони прилеглих до лав виробок на шахтах Луганської області й ДВЕК, узагальнено параметри вивалів з покрівлі в лавах і сполученнях лав з виробками. Встановлено залежності деформації покрівлі від потужності пласта, міцності порід та глибини розробки на сполученнях лав з виробками, що повторно використовуються.

Чисельним методом скінченних елементів встановлено зони втрати стійкості, вивчено вплив засобів зміцнення покрівлі на напружено-деформований стан масиву порід навколо сполучень лав з виробками.

Розроблено нову технологію, три схеми зміцнення покрівлі на сполученнях лав з виробками, що повторно використовуються, та обґрунтовано необхідні параметри технології. Нову схема хімічного анкерування опробувано на шахті «Княгинінська» ДП «Донбасантрацит».

Основний зміст роботи відображений у 13 статтях та доповідях на міжнародних і вітчизняних науково-технічних конференціях та в одному патенті.

Дисертаційна робота є завершеною науково-дослідною роботою, у якій вирішене актуальне науково-практичне завдання, що полягає в обґрунтуванні параметрів технології зміцнення покрівлі на сполученнях лав з виробками, що повторно використовуються, з урахуванням напружено-деформованого стану покрівлі та міцнісних і деформаційних властивостей масиву порід, що забезпечує підвищення безпеки й ефективність роботи лав.

Основні наукові та практичні результати й висновки, що отримані під час виконання роботи:

1. Установлено, що на шахтах Луганської області й ДВЕК протяжність виробок, що повторно використовуються, становить 62720 м, або 37 % від протяжності всіх виробок, причому протяжність виробок, що повторно використовуються, з нестійкими покрівлями, які вимагають зміцнення, становить 23730 м. Підтримування виробок здійснюється наступними способами: технологічними ціликами (13,4 %); бутокострами (16,9 %); блоками залізобетонних тумб (6,7 %).

2. За результатами шахтних вимірювань під час виймання вугілля відбійними молотками в нішах встановлені кореляційні залежності деформацій покрівлі на сполученнях лав з виробками, що повторно використовуються. Перпендикулярно до лінії очисного вибою вона представлена показовою залежністю прямою від потужності пласта та оберненою від міцності порід на стиснення, а паралельно лінії очисного вибою залежність лінійна – пряма від глибини розробки та обернена від міцності порід на стиснення.

3. Середні значення відносних деформацій покрівлі на сполученнях лав з виробками, що повторно використовуються, під час виймання вугілля відбійними молотками становлять: = 0,17010^-3, _|| = 0,10510^-3, що на порядок більше, ніж під час виймання вугілля комбайном.

4. Отримана емпірична залежність для визначення відстані між анкерами, яка відрізняється тим, що в ній врахована зона впливу анкера та кількість прогонів тришарнірної арки від 2 до 4, що дозволить збільшити відстань між анкерами без зниження надійності зміцнення та зменшити витрати на матеріали.

5. Розроблений спосіб анкерування безпосередньої покрівлі від обвалення, який відрізняється тим, що в місці нестійкої покрівлі над вугільним пластом у напрямі перпендикулярно до осі виробки бурять шпур і вставляють у нього анкер, анкери закріплюють по всій довжині шпурів скріпляючою речовиною, кінці анкерів, що виступають, з’єднують стяжками з металевою плитою, приклеєною до стояка (верхняка) аркового кріплення виробки або на бічну поверхню виробки до необваленого шару порід швидкозатверджуючим синтетичним клеєм, яка порівняно з існуючими способами, дозволяє спростити технологію, зменшити трудомісткість виконання робіт і витрати матеріалу.

6. Установлено, що зусилля в стяжці анкерного кріплення залежать від потужності шару нестійких порід та їхнього модуля пружності, при цьому зі збільшенням потужності шару до 1,0 м зусилля зростають, а далі знижуються, що дозволяє визначити параметри анкерного кріплення за запропонованою технологією.

7. Розроблено три схеми анкерування: завчасне анкерування, оперативне анкерування й анкерування над піччю. Параметри технології зміцнення покрівлі на сполученнях лав з виробками, що повторно використовуються, наступні: відстань між анкерами залежно від інтенсивності тріщинуватості покрівлі за безнішового виймання вугілля з урахуванням відстані між рамами аркового кріплення від 0,8 м до 1,0 м, а в нішах та над вентиляційною піччю від 0,75 м до 1,95 м; мінімальний діаметр анкера 19 мм; мінімальна площа перетину стяжки – 180 мм²; мінімальна площа приклеювання плити до стояка або до бічної поверхні покрівлі – 0,016 м².

8. Нова схема анкерування була опробувана під час зміцнення покрівлі на сполученні 1-го східного уклону з 1-ю біс східною лавою пласта k₇^н шахти «Княгинінська» ДП «Донбасантрацит»; після зміцнення покрівля була стійка і не обвалювалась.

9. Розроблена методика застосування технології комбінованого зміцнення покрівлі в очисних вибоях реалізована у вигляді методичних вказівок для шахт ДП «Луганськвугілля».

10. Можливий економічний ефект від застосування нової схеми зміцнення покрівлі на сполученнях лав з виробками, що повторно використовуються на 12 пластах ДП «Ровенькиантрацит», «Луганськвугілля», «Донбасантрацит» та ДВЕК становить 886 тис. грн.

Основні положення й результати дисертації опубліковані в наступних роботах:

1. Касьян С.И. Исследование влияния горно-геологических факторов на деформацию кровли в лавах / С.И. Касьян, О.Л. Кизияров // Сб. науч. тр. – Алчевск: ДГМИ. – 2003. – Вып. №17. – С. 206-212.

2. Клишин Н.К. Деформации кровли в лавах / Н.К. Клишин, К.З. Склепович, С.И. Касьян, О.Л. Кизияров // Уголь Украины: – 2004. – №1. – С. 16-18.

3. Клишин Н.К. Пустотность трещиноватого массива пород на сопряжении лавы с выработкой / Н.К. Клишин, К.З. Склепович, С.И. Касьян, О.Л. Кизияров, А.В. Тоцкий // Сб. науч. тр. – Алчевск: ДГМИ. – 2004. – Вып. №18. – С. 12-20.

4. Касьян С.И. Исследование напряжено-деформированного состояния массива горных пород вокруг повторно используемой выработки / С.И. Касьян // Сб. науч. тр. – Алчевск: ДГМИ. – 2005. – Вып. №19. – С. 123-131.

5. Клишин Н.К. Морфология неустойчивой кровли в лавах / Н.К. Клишин, С.И. Касьян, В.Ф. Пунтус // Сб. науч. тр. – Алчевск: ДонГТУ. – 2005. – Вып. №20. – С. 132-139.

6. Касьян С.И. Исследование напряжённо-деформированного состояния массива горных пород вокруг подготовительной выработки от влияния двух лав / С.И. Касьян // Сб. науч. тр. – Алчевск: ДонГТУ. – 2006. – Вып. №21. – С. 30-40.

7. Касьян С.И. Исследование влияния способов упрочнения горных пород на состояние кровли в окрестности сопряжения повторно используемой выработки с лавой / С.И. Касьян // Сб. науч. тр. – Алчевск: ДонГТУ. – 2006. – Вып. №22. – С. 76-80.

8. Клишин Н.К. Геомеханическое обоснование комбинированных технологий упрочнения кровли в лавах / Н.К. Клишин, К.З. Склепович, С.И. Касьян, О.Л. Кизияров // Сб. науч. тр. – Алчевск: ДонГТУ. – 2007. – Вып. №23. – С. 32-38.

9. Касьян С.И. Деформации кровли на сопряжениях лав с повторно используемыми выработками / Касьян С.И. // Сб. науч. тр. – Алчевск: ДонГТУ. – 2007. – Вып. №25. – С. 116 - 122.

10. Клишин Н.К. Геомеханическое обеспечение очистных работ в сложных условиях / Н.К. Клишин, К.З. Склепович, С.И. Касьян, О.Л. Кизияров // Сб. науч. тр. – Алчевск: ДонГТУ. – 2008. – Вып. №26. – С. 16-23.

11. Пат. 22615 Україна, МПК(2006) Е 21 D 20/00. Спосіб зміцнення безпосередньої покрівлі від обвалювання / Клішин М.К., Касьян С.І., Кізіяров О.Л., Склепович К.З.; власник Донбаський державний технічний університет – № u200612763; Заявл.04.12.06; Опубл. 25.04.07.

12. Клишин Н.К. Деформации кровли в лавах на шахтах Донбасса / Клишин Н.К., Касьян С.И., Кизияров О.Л. // Материали за V международна научна практична конференция «Ставайки съвременна наука – 2007». Том 9. Технологии. Здание и архитектура. (София, «Бял ГРАД-БГ» ООД, 1-15 октомври 2007 година). – София, 2007. – С. 67-70.

13. Клишин Н.К. Анализ напряженно-деформированного состояния массива горных пород в окрестности лавы при разных способах упрочнения кровли / Н.К. Клишин, С.И. Касьян, О.Л. Кизияров // Материали за III международна научна практична конференция «Умение и нововъведения – 2007». Том 10. Технологии. (София, «Бял ГРАД-БГ» ООД, 16-31 октомври 2007 година). – София, 2007. – С. 81-83.

14. Клишин Н.К. Обоснование параметров химического анкерования неустойчивой кровли в лавах / Н.К. Клишин, К.З. Склепович, С.И. Касьян, О.Л. Кизияров // Materialy II miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Perspektywiczne opracowania nauki i techniki – 2007». Тym 10. Techniczne nauki. (Przemysl, «Nauka i studia», 16-30 listopada 2007 roku). – Przemysl, 2007. – С. 101-105.

Внесок автора в роботи, опубліковані в співавторстві:

[1, 2, 12] – виконання шахтних вимірів, встановлення закономірностей деформацій покрівлі від гірсько-геологічних чинників на сполученнях лав з транспортними та вентиляційними виробками; [3] – виконання шахтних вимірів пустотності масиву, отримання закономірностей тріщинуватості від гірсько-геологічних чинників; тріщинуватості та інтенсивності сейсмоакустичних хвиль від пустотності; [5] – збір даних геологічних служб шахт про протяжність та висоту вивалів; [8, 9, 14] – розроблення способу зміцнення нестійкої покрівлі від обвалення; [11, 13] – складання та вирішення задач чисельним методом скінченних елементів, аналіз напружено-деформованого стану покрівлі.