Анотація до роботи:

Левченко Г.В. „Розробка способу підвищення стійкості виробок шляхом формування армованих породобетонних конструкцій розчинами, що розширюються”. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.11 – Фізичні процеси гірничого виробництва. Інститут геотехнічної механіки ім. М.С.Полякова НАН України, Дніпропетровськ, 2007.

Дисертація присвячена обґрунтуванню параметрів способу та розробці на його основі технології підвищення стійкості виробок шляхом утворення армованих породобетонних конструкцій в умовах слабометаморфізованих вміщуючих порід.

Вирішення поставленої задачі досягається шляхом вирішення наступних задач:

- Розробка ефективних самонапружуючих будівельних сумішей на основі портландцементу з розширюючими добавками фосфогіпсо-вапнистих спіків для тампонажу приконтурних порід і дослідження фізико-механічних властивостей тампонажного каменю.

- Обґрунтування методики та дослідження в умовах шахт Західного Донбасу процесів взаємодії армованих породобетонних конструкцій і базового кріплення.

- Розробка математичної моделі та творення узагальненого методу розрахунку параметрів напружено-деформованого стану породобетонних конструкцій.

- Обґрунтування параметрів і розробка технології утворення армованих породобетонних конструкцій, суттєво покращуючи роботу базового кріплення в процесі експлуатації підземних гірничих виробок.

У результаті проведеного комплексу теоретичних і експериментальних досліджень установлено:

- Використання будівельних сумішей на основі портландцементу з розширюючими добавками фосфогіпсо-вапнистих спіків суттєво покращує якість омонолічування порушених порід контуру виробки, заповнюючи за рахунок розширення суміші всі розломи та тріщини.

- Використання запропонованих розширюючих і самонапружуючих ін’єкційних розчинів в середньому на 30 % підвищує коефіцієнт зчеплення між породами та розчином, в результаті чого переміщення крівлі-підошви та боків виробки в 1,2-1,5 рази менше переміщень контуру, затампонованого розчином на основі бездобавочного портландцементу.

Показано, що в умовах слабометаморфізованих вуглепородних порід західного Донбасу зміцнення приконтурної зони виробки необхідно проводити безпосередньо вслід за посуванням забою з тим, щоб створювати умови для самозаклинювання порушених приконтурних порід.

Результати проведених експериментальних досліджень в умовах шахт Західного Донбасу свідчать про те, що анкерне кріплення та тампонаж контуру виробки будівельною сумішшю на основі портландцементу з розширюючими добавками фосфогіпсо-вапнистих спіків в середньому на 58 % зменшує переміщення крівлі та боків виробки.

Доведено, що використання самонапружуючих тампонажних розчинів, застосування анкерного кріплення та нагнітання тампонажного розчину в вертикальні свердловини під тиском до 6 МПа забезпечує перехід приконтурного масиву в режим узагальненого стискання, що суттєво підвищує стійкість виробок.

Результати розробок впроваджено на шахті „Ювілейна” ВАТ „Павлоградвугілля” та Дніпропетровському метрополітені при проведенні гірничих виробок і перегонних тунелів з економічним ефектом відповідно 245,3 та 345,2 грн. на 1 пог. м. підземної виробки.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішена актуальна науково-прикладна задача підвищення стійкості гірничих виробок шляхом утворення армованих породобетонних конструкцій в умовах слабометаморфізованих вуглевміщуючих порід розчинами, що розширюються.

Основні підсумкові наукові та практичні результати роботи полягають у наступному:

1. Встановлено, що використання розроблених самонапружуючих будівельних сумішей на основі портландцементу з розширюючими добавками фосфогіпсо-вапнистих спіків забезпечує підвищення в 1,2 рази механічних характеристик тампонажного каменю та збільшення в середньому на 30 % коефіцієнту щеплення між породами та розчином, що уможливило більш повний між блоковий контакт порушених породних елементів, в результаті чого збільшується ефект само заклинювання приконтурних порід.

2. Доведено, що найбільш раціональними для досягнення ефекту самонапруження являються будівельні суміші з вмістом фосфогіпсо-вапнистих спіків в кількості 7,5 % при нагнітанні тампонажного розчину в вертикальні свердловини під тиском до 5 МПа.

3. Встановлено закономірності зміни напружено-деформованого стану масиву в залежності від способу зміцнення приконтурних порід.

4. Для умов шахт Західного Донбасу визначено параметри способу та розроблено технологію утворення вантажо-несучих армованих систем. Пріоритет зазначеного способу захищено патентом України на „Спосіб утворення армованої породобетонної оболонки”.

5. В результаті експериментальних випробувань способу в умовах шахти „Ювілейна” ВАТ „Павлоградвугілля” та у виробках Дніпропетровського метрополітену встановлено, що:

5.1. Тиск на кріплення з підкріпленим контуром в шість разів менше ніж тиск на кріплення без зміцнення приконтурних порід.

5.2. При непідкріпленому контурі виробки має місце стрибкоподібне проковзування елементів піддатливого кріплення в замках, а при зміцненому контурі проковзування в замках не спостерігалось: тиск зростає плавно із швидкістю в 2 рази меншою ніж швидкість зростання тиску при непідкріпленому контурі.

5.3. Зміцнення порушених приконтурних порід будівельною сумішшю на основі портландцементу з розширюючими добавками фосфогіпсо-вапнистих спіків зменшує переміщення крівлі та боків в середньому на 58 %.

5.4. При збільшенні тиску ін’єкційного розчину в вертикальних свердловинах спостерігалось зменшення переміщень крівлі та боків більш як в 2,5 рази.

6. Економічний ефект в результаті використання запропонованого способу зміцнення магістральних підготовчих виробок на шахті „Ювілейна” ВАТ „Павлоградвугілля” склав 245,3 грн. на 1 пог. м виробки, а при проведенні та підтриманні перегінних тунелів Дніпропетровського метрополітену – 345,2 грн. на 1 пог. м.

Публікації автора:

1. Колесников В.Г., Левченко Г.В. Кинетика и механизм разрушения пород вблизи обнажений // Геотехн. механика. – № 21. – 2000. – С. 83-86.

2. Колесников В.Г., Левченко Г.В. Кинетика разрушения пород в приконтурной области // Геотехн. механика. – № 27. – 2001. – С. 36-41.

3. Левченко Г.В. Устойчивость выработок в условиях разрушающих пород при ограниченном его развитии // Геотехническая механика. - Днепропетровск. – 2002. – Вып. 30. – С. 131-134.

4. В.Г.Колесников, В.Г.Перепелица, Г.В.Левченко. Аналитические исследования устойчивости выработок при тампонаже закрепного пространства // Геотехническая механика. – Днепропетровск: ИГТМ НАНУ.- 2002. - № 40. – С. 31-34.

5. Перепелица В.Г., Коломиец А.Н., Левченко Г.В. Расчет породобетонной оболочки, образующейся при тампонаже приконтурной зоны выработки // Геотехническая механика. – Днепропетровск: ИГТМ НАНУ.- 2003. - № 42. – С. 130-135.

6. Перепелица В.Г., Коломиец А.Н., Левченко Г.В. Решение контактной задачи о взаимодействии шахтной крепи и тампонажной оболочки // Известия Донецкого горного института. - № 1. – 2003. - С. 74-78.

7. Перепелица В.Г., Коломиец А.Н., Левченко Г.В. Деформация тампонажной оболочки с подкрепляющими элементами // Геотехническая механика. – Днепропетровск: ИГТМ НАНУ.- 2003. - № 44. – С. 186-195.

8. Патент України на винахід № 66494 А. Спосіб утворення армованої породобетонної оболонки. Автори: В.Г.Перепелиця, О.М.Коломієць, Г.В.Левченко. Опубл. 17.05.2004, Бюл. №5.

9. Перепелица В.Г., Коломиец А.Н., Левченко Г.В. Оценка особенностей расширяющих составов при формировании тампонажного камня // Геотехническая механика. – Днепропетровск: ИГТМ НАНУ.- 2004. - № 48. – С. 142-148.

10. Левченко Г.В. Об одном подходе к исследованию напряженно-деформированного состояния затампонированного контура выработки, подкрепленного анкерной крепью // Геотехническая механика. – Днепропетровск: ИГТМ НАНУ.- 2005 - № 55. – С. 216-229.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві [1, 2, 4-9] полягає в визначенні цілі, формуванню задач досліджень і наукових положень, виборі методів досліджень, проведенні лабораторних і шахтних інструментальних досліджень, а також в розробці чисельно-аналітичного методу розрахунку поля напружень і деформацій породного контуру виробки, що змінюється безпосередньо за просуванням забою виробки. По шукачем розроблена технологічна схема способу зміцнення приконтурних робіт, здійснена її апробація та впровадження в умовах виробництва.