Розвиток наукових основ обвалюваності пород і запобігання травма-тизму в очисних виробках вугільних шахт (автореферат)

МІНІСТЕРСТВО ВУГІЛЬНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ МАКІЇВСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ

З БЕЗПЕКИ РОБІТ У ГІРНИЧІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

(МакНДІ)

КУЗЬМЕНКО Микола Семенович

УДК 622.8.00:658.382.2

Розвиток наукових основ обвалюваності пород і запобігання травматизму в
очисних виробках вугільних шахт

Спеціальність 05.26.01 — „Охорона праці”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Макіївка-2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному Макіївському науково-дослідному інституті з
безпеки робіт у гірничій промисловості Міністерства вугільної
промисловості України та Донецькому науково-дослідному вугільному
інституті Міністерства вугільної промисловості України.

Науковий консультант — доктор технічних наук, с.н.с.

Медведєв Едуард Миколайович, Макіївський економіко-гуманітарний інститут
Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедрою “Екологія і
безпека життєдіяльності”.

Офіційні опоненти:

— доктор технічних наук, с.н.с.

Кудінов Юрій Васильович, Державний Макіївський науково-дослідний
інститут з безпеки робіт у гірничій промисловості Міністерства вугільної
промисловості України, заступник директора;

— доктор технічних наук, професор

Подкопаєв Сергій Вікторович, Донецький національний технічний
університет Міністерства освіти та науки України, завідувач кафедрою
„Гірнича геомеханіка”;

— доктор технічних наук, професор

Антощенко Микола Іванович, Донбаський державний технічний університет
Міністерства освіти і науки України, професор кафедри охорони праці і
навколишнього середовища.

Захист відбудеться “19” жовтня 2007 р. о 1300 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 12.834.01 при Державному Макіївському
науково-дослідному інституті з безпеки робіт у гірничій промисловості
(МакНДІ) за адресою: 86108, м. Макіївка Донецької обл., вул. Лихачова,
60.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного Макіївського
науково-дослідного інституту з безпеки робіт у гірничій промисловості
за адресою: 86108, м. Макіївка Донецької обл., вул. Лихачова, 60.

Автореферат розісланий “14” серпня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 12.834.01

к.т.н., с.н.с. В.Р. Алаб’єв

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Незважаючи на загальну тенденцію до зниження
смертельного травматизму, показник його частоти на 1 млн. тонн видобутку
вугілля складає 2,02, що на порядок перевищує аналогічний показник в
передових вуглевидобувних країнах.

Найбільший смертельний травматизм має місце в очисних вибоях від
обвалювань пород (46,3%), особливо у вибоях з індивідуальним кріпленням
на дільницях вигину конвеєра і на сполученнях лав з прилеглими виробками
(72,6%). Близько 30 % очисних вибоїв, які розробляють тонкі пласти з
великою кількістю геологічних порушень, найближчі 10-20 років
залишатимуться з індивідуальним кріпленням, де травматизм від обвалювань
пород в 10-12 разів вищий, ніж в комплексно-механізованих лавах.

Виробничий травматизм від обвалів і обвалювань спричиняє не тільки
непоправні соціальні втрати, але й істотні економічні збитки (близько
100 млн. грн. на рік без урахування втрат вуглевидобутку). В зв’язку з
цим істотне зниження травматизму від обвалів і обвалювань залишається
надто важливою проблемою для вугільної промисловості.

Недостатня вивченість геомеханічних процесів у вуглевміщуючих бічних
породах також не дозволяє знайти ефективні засоби запобігання
обвалюванням пород. Тому дослідження причин, динаміки і закономірностей
тріщиноутворення у вуглевміщуючих породах, що безпосередньо впливають на
травматизм від обвалювання пород, розробка безпечних засобів і способів
кріплення очисних вибоїв є актуальною науково-технічною проблемою,
вирішенню якої присвячена дисертація.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну
роботу виконано відповідно до основних напрямків діяльності МакНДІ в
рамках, затверджених Постановами Кабінету Міністрів України від 06.07.02
№ 939 “Програми підвищення безпеки праці на вугільних шахтах” на
2002-2005 рр. та від 18.02.04 №186 “Про внесення змін до Програми
підвищення безпеки праці на вугільних шахтах”, а також цільових
галузевих програм щодо вдосконалювання технології очисних робіт.

В рамках указаних програм у МакНДІ було виконано наступні
науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи.

“Розроблення доповнення (розділ) у нову редакцію “Інструкції з
безпечного ведення робіт на пластах, схильних до газодинамічних явищ”, в
частині виконання комплексу заходів безпеки при відпрацьовуванні ціликів
вугілля в зонах опорного гірського тиску і підвищеного газовиділення №
ДР 0102U002874, 2001-2002 рр.); “Розроблення рекомендацій щодо
впровадження передового вітчизняного і світового досвіду із створення
безпечних умов праці, запобігання виробничому травматизму і професійним
захворюванням на діючих підприємствах” (№ ДР 0102U007395, 2003 р.);
“Розроблення концепції підвищення рівня охорони праці на вугільних
шахтах України” (№ ДР 0104U010322, 2004 р.); “Розроблення та
затвердження нової редакції Правил безпеки у вугільних шахтах з
урахуванням вимог європейських норм” (№ ДР 0104U010326, 2006 р.);
“Проведення аналізу травматизму, профзахворюваності й аварійності та
розроблення заходів із запобігання нещасним випадкам, профзахворюванням
та аваріям у вугільній промисловості України” (№ ДР 0104U010324, 2006
р.) та ін.

У дисертації використані результати науково-дослідних робіт, які
виконано здобувачем під час роботи в ДонВУГІ та ДонФТІ НАН України:
“Розробити ТЗ на створення металевих шарнірних верхняків для стояків
опором 300 кН” (№ ДР 79027131, 1979 р.); “Вивчити вплив на
вивалооутворення швидкості посування і зупинки вибоїв, ступеня суміщення
в просторі і напрямку робіт з виїмки вугілля, посадки покрівлі та
установки постійного кріплення” (№ ДР 76068448, 1980 р.); “Розробити
типові паспорти управління покрівлею і кріплення очисних вибоїв” (№ ДР
01830043743, 1984 р.); “Здійснити науково-технічне забезпечення
серійного виробництва індивідуального кріплення та вдосконалення їх
конструкцій в установі УЯ 64/6” (№ ДР 1890038192, 1990 р.); “Розробка ТЗ
на верхняк ВК” (№ ДР 01860051844, 1992 г.); “Геомеханічне
обґрунтування параметрів технологічних схем і процесів кріплення очисних
вибоїв з індивідуальним кріпленням” (№ 17-96, 1996 р.);
“Науково-технічне забезпечення створення, виготовлення і випробування
верхняків ВЛ і кріплення КВК” (№ 1-00, 2000 р.) і ін.

При виконанні зазначених робіт автор брав участь як керівник,
відповідальний виконавець і виконавець.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розвиток наукових основ
прояву порушень пород, що вміщують вугільний пласт і розробка способів і
засобів запобігання травматизму від обвалів і обвалювань в очисних
виробках.

Для досягнення поставленої мети потрібно було вирішити наступні задачі:

— дослідити вплив гірничотехнічних і гірничо-геологічних факторів на
рівень травматизму від обвалювань пород;

— вивчити вплив міцнісних властивостей гірських пород на прояв
порушеності і обвалювань;

— встановити зміни фізико-механічних властивостей гірських пород від їх
зруйновності, текстури і метаморфізму;

— дослідити напружено-деформований стан покрівлі очисного вибою з
урахуванням анізотропії пород;

— визначити вплив техніко-технологічних факторів на прояв травматизму
від обвалювань пород;

— обґрунтувати технічні вимоги до способів і засобів запобігання
травматизму від обвалювань пород в очисних вибоях;

— розробити і впровадити ефективні способи і засоби підвищення безпеки
та надійності запобігання травматизму від обвалювань пород.

Об’єкт дослідження – процес зрушування покрівлі вугільного пласта в
очисних гірничих виробках.

Предмет дослідження – закономірності формування зон руйнування покрівлі
пластів і обвалювань пород залежно від гірничо-геологічних і
гірничотехнічних факторів.

Методи дослідження. При виконанні дисертаційної роботи використовувався
комплексний метод досліджень, який включає: аналіз і узагальнення раніше
виконаних досліджень порушеності і обвалювань пород; системний аналіз
щодо встановлення причинно-слідчих зв’язків між діючими факторами в
очисних виробках і їх проявами; дисперсійний і регресійний математичний
аналіз впливу різних факторів на показники травматизму від обвалювань
пород; методи математичного і фізичного моделювання зміни
напружено-деформованого стану пород покрівлі вугільного пласта під час
виїмки вугілля; експериментальні дослідження закономірності виникнення
травмонебезпечних ситуацій залежно від способів і засобів запобігання
обвалюванням, які вживаються; промислові випробування і впровадження
розроблених техніко-технологічних рішень щодо запобігання травматизму
від обвалювань.

Ідея роботи полягає в розкритті особливостей процесів обвалюваності
вуглевміщуючих пород і використання отриманих результатів для створення
способів і засобів запобігання травматизму в очисних виробках.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розвитку наукових основ
обвалюваності гірських пород з урахуванням їх анізотропії та ступеня
метаморфізму, що вперше дозволили визначити чисельні значення напруги в
породах покрівлі привибійного простору і розрахувати протяжність зон
опорного тиску попереду лінії очисного вибою, в обґрунтуванні технічних
вимог до засобів і способів запобігання травматизму від обвалів і
обвалювань.

Основні наукові положення, що виносяться на захист і їх новизна.

1. Порушеність покрівлі вугільного пласта тріщинами і обвалювання пород
обумовлюються перерозподілом напружено-деформованого стану гірського
масиву. Значення величин напруги і їх місцерозташування змінюється в
широких границях залежно від літотипів пород і їх анізотропії. Шляхом
визначення цих величин вперше встановлено, що при заляганні в покрівлі
пласта аргіліту та алевроліту максимум зсувних напруг в породах
знаходиться на відстані 5-10 м вище пласта та 7-13 м попереду вибою, а
величини напруг перевищують границю міцності пород, що приводить до їх
зрушень і обвалювань. Це дозволило визначати допустимі площі оголень
покрівлі під час виїмки вугілля.

2. На відміну від уявлень про механізм руйнування вуглевміщуючого
масиву, що були раніше, встановлено, що при породах покрівлі з високою
анізотропією в глибоких шахтах горизонтальні напруги більш вертикальних.
У разі перевищення границі міцності пород вони створюють передумови щодо
трішиноутворення й обвалення нижніх пластів покрівлі, що призводить до
підвищеня травматизму та обумовлює необхідність кріплення привибійного
простору з мінімальною відстанню від місця виїмки вугілля.

3. Особливістю поведінки вуглевміщуючого масиву пород під час
відпрацьовування ціликів вугілля є перехід масиву в гранично-напружений
стан при ширині цілика, яка дорівнює ширині зони опорного тиску
(Lц=?зоп), що на порядок перевищує раніше встановлені величини (0,1? —
0,4 ?). При цьому стан покрівлі погіршується, а відстань до місця
ослаблення міжшарових контактів зменшується в 9-15 разів.

Дані обставини вказують на необхідність застосування додаткових заходів
щодо запобігання обвалам за шириною цілика вугілля рівній ширині зони
опорного тиску.

4. Розроблено методи визначення дії різних факторів (літотипу пород,
потужності покрівлі, глибини ведення робіт, порушень правил безпеки) на
обвалюваність вміщуючих вугільний пласт пород, шляхом установлення виду
розподілу обвалюваності пород і визначення параметрів розподілу за
функцією від діючих факторів. Для умов обвалювання гірських пород ці
методи застосовано вперше і вони дозволяють прогнозувати ймовірність
травмування залежно від зазначених факторів.

5. Встановлено залежності між геомеханічними і технологічними
параметрами схем кріплення за різними літотипами покрівлі з
використанням методу кореляційного аналізу, що дозволило вперше
встановити ступінь впливу цих факторів (швидкості посування вибою,
технології виїмки вугілля, параметрів схем кріплення лав, темпів
кріплення, швидкості подачі комбайна, організації робіт) на
обвалюваність вміщуючих пород і розробити вимоги до нових способів і
засобів запобігання травматизму від їх впливу.

Вірогідність і обґрунтованість наукових положень, висновків і
рекомендацій підтверджена: статистично значущим обсягом даних про
травматизм за травмуючим фактором, „обвалювання й обвали породи
вугілля” й експериментальних даних; представницьким обсягом шахтних
досліджень обвалювань пород за різними гірничо-геологічними і
гірничотехнічними умовами ведення очисних робіт; відповідністю
встановлених закономірностей перерозподілу напружено-деформованого стану
масиву сучасним уявленням про природу й механізм геомеханічних процесів
у вуглевміщуючому масиві навколо очисних виробок; задовільною збіжністю
результатів теоретичних й експериментальних досліджень; позитивними
результатами впровадження засобів і способів запобігання обвалюванням в
очисних виробках шахт, які розроблено на підставі наукових досліджень.

Практичне значення отриманих результатів. Результати роботи використано
при розробці вимог до засобів і способів запобігання обвалюванням пород
в очисних виробках, обладнаних індивідуальним кріпленням.

Результати теоретичних досліджень дозволили розробити методи визначення
ступеня впливу різних факторів (типу будови покрівлі, потужності
покрівлі, глибини ведення гірничих робіт, кількості порушень ПБ) на
обвалюваність пород і здійснити прогноз можливого травматизму від цих
факторів. На підставі виконаної роботи було розроблено й впроваджено на
шахтах:

— прогресивні технологічні схеми (паспорти) управління покрівлею та
кріплення за допомогою висувних верхняків ВВ;

— вдосконалені способи управління покрівлею за безтумбовими варіантами
посадки покрівлі, а також за допомогою пневмокріплення, які дозволили
підвищити безпеку й техніко-економічні показники робіт очисних вибоїв;

— методику науково обґрунтованого проектування організації праці в
очисних вибоях за різними технологічними схемами управління покрівлею з
урахуванням вимог ергономіки, що дозволила підвищити безпеку робіт і
навантаження на очисні вибої, запобігти обваленням пород і травматизму;

— рекомендації із застосування прогресивної технології управління
покрівлею в очисних вибоях зі складними гірничо-геологічними умовами, що
виключають травматизм від обвалювань.

Основні положення отриманих результатів використано під час розробки
наступних нормативно-правових документів:

Єдина інструкція з експлуатації, ремонту та обліку металевого
індивідуального кріплення, яке вживається в очисних виробках шахт. Утв.
Мінвуглепромом СРСР 29.10.81. Донецьк: ДонВУГІ, 1981. – 206 с.

Рекомендації з управління покрівлею і кріпленню в лавах зі складними
гірничо-геологічними умовами (Доповнення до “Керівництва з управління
покрівлею і кріпленню очисних вибоїв на пластах з кутом падіння до
35о”). Утв. Мінвуглепромом УРСР 30.12.82. Донецьк: ДонВУГІ, 1983. – 88
с.

Типові паспорти управління покрівлею і кріплення очисних вибоїв із
застосуванням індивідуального металевого кріплення нового технічного
рівня. Утв. Мінвуглепромом України 18.06.85. Донецьк: ДонВУГІ, 1985.–93
с.

Єдина інструкція з експлуатації індивідуального металевого кріплення
очисних вибоїв. Утв. Мінвуглепромом СРСР 12.10.88. Донецьк: ДонВУГІ,
1989. – 137 с.

Доповнення (розділ) до нової редакції “Інструкції з безпечного ведення
робіт на пластах, схильних до газодинамічних явищ” у частині виконання
комплексу заходів безпеки при відпрацьовуванні ціликів вугілля в зонах
опорного гірничого тиску і підвищеного газовиділення. Утв. Департаментом
вугільної промисловості Мінпаливенерго України 18.12.02. Макіївка:
МакНДІ,2002. — 14 с.

Концепція підвищення рівня охорони праці на вугільних шахтах України.
Затв. Мінпаливенерго України 17.01.05. Київ, 2005. — 30 с.

Рекомендації щодо впровадження передового вітчизняного та світового
досвіду створення безпечних умов праці, запобігання виробничому
травматизму та професійним захворюванням на підприємствах вугільної
промисловості України. Затв. Мінпаливенерго України 05.12.05. Макіївка:
МакНДІ, 2005. — 42 с.

Правила безпеки у вугільних шахтах з урахуванням європейських норм (2-
редакція). Макіївка: МакНДІ, 2006. — 230 с.

Заходи щодо запобігання нещасним випадкам, аваріям і професійним
захворюванням на підприємствах вугільної промисловості України. Затв.
Мінвуглепром України 19.09.06. Макіївка: МакНДІ, 2006. — 22 с.

Результати досліджень використано машинобудівними заводами України і
країн СНД під час розробки робочої документації та підготовці до
серійного виробництва металевих верхняків ВВ-30, ВВ-30М, ВК, ВН. Усі
виготовлені заводами верхняки впроваджено у виробництво.

Практичні результати роботи дозволили підвищити рівень безпеки і
продуктивності праці в лавах з індивідуальним кріпленням, знизити на
15-20% травматизм від обвалювань, що сприяло одержанню значного
соціального та народногосподарського ефекту.

Річний економічний ефект від впровадження висувних верхняків типу ВВ-30
на шахтах України склав близько 7 млн. грн.

Особистий внесок здобувача. Ідея щодо визначення науково-технічної
проблеми, яку вирішено в дисертації, належить здобувачеві, і її
реалізовано в наукових працях, що опубліковано особисто ним (роботи за
переліком автореферату 3, 15, 17, 22, 25, 26, 28, 31, 32). Автором
самостійно сформульовано мету й задачі досліджень, ідею роботи та її
наукові положення. Обґрунтовано застосування методів
імовірнісно-статистичних досліджень. Установлено закономірності
виникнення обвалювань, які стали основою розробки й впровадження засобів
і способів запобігання травматизму в очисних виробках. Розроблено
принципи, техніко-технологічні рішення та методи шахтних і лабораторних
випробувань засобів запобігання обвалюванням пород в очисних виробках.

У роботах, які опубліковані у співавторстві, особистий внесок дисертанта
полягає в наступному:

[1, 4, 5, 8-14] — постановка наукових задач, розробка методик,
організація й проведення досліджень впливу різних факторів на прояв
обвалювань, установлення закону імовірнісного розподілу вивалів,
розробка технологічних схем управління покрівлею та кріплення (типових
паспортів) очисних вибоїв, які обладнано індивідуальним кріпленням і
висувними верхняками;

[15-17] — розробка конструкцій та обґрунтування міцнісних параметрів
верхняків, проведення приймальних випробувань;

[20-23] — обґрунтування показників, що характеризують порушеність
вуглевміщуючого масиву за відпрацьовуванням ціликів вугілля;

[2, 30, 32] — обґрунтування необхідності створення способів і засобів
кріплення кінцевих ділянок лав, встановлення ступеня впливу на
травматизм від обвалювань глибини ведення робіт, потужності
безпосередньої покрівлі, будови пород і числа порушень ПБ, висновки.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації на
окремих етапах її виконання і в цілому доповідалися, обговорювалися та
дістали схвалення на: Вченій раді МакНДІ (м. Макіївка, 2002-2006 р.);
Міжнародних і регіональних науково-практичних семінарах і конференціях:
„Проблеми пожежної безпеки. Ліквідація аварій та їх наслідків”

(м. Донецьк, 24-25 грудня, 2002 р.); VІ науковій школі країн СНД
“Вибротехнология-96” щодо механічної обробки дисперсних матеріалів і
середовищ” (м. Одеса, Україна, 9-14 вересня, 1996 р.); ІІ
регіональній науково-практичній конференції „Екологія та безпека
життєдіяльності: інноваційні процеси в науці, технологіях і освіті” (м.
Макіївка, Україна, 3-4 жовтня, 2003 р.); Міжнародній науково-технічній
конференції “Гірнича геологія, геомеханіка і маркшейдерія” (м. Донецьк,
Україна, 11-15 жовтня, 2004 р.); Науково-практичній конференції „Шляхи
підвищення безпеки гірничих робіт у вугільній галузі” (м. Макіївка,
Україна, 8-9 грудня, 2004 р.); Міжнародному науково-практичному семінарі
„Протиаварійний захист вугільних шахт” (м. Феодосія, Україна, 5 -10
вересня 2005 р.); Регіональній науково-практичній школі — семінарі
“Прогресивні технології будівництва, безпеки і реструктуризації гірничих
підприємств” (м. Донецьк, Україна, 24-26 листопада, 2005 р.); Технічних
радах виробничих об’єднань “Торезантрацит” (м. Торез, 1992 р.),
“Краснодонвугілля” (м. Краснодон, 1979 р.), “Червоноармійськвугілля” (м.
Димитров, 1979 р.), “Шахтарськвугілля” (м. Шахтарськ, 1992 р.),
“Жовтеньвугілля” (м. Кіровське, 1992 р.); Семінарах ЦБНТІ Мінвуглепром
УРСР (м. Донецьк, 1985 р.) і управління Донецького округу
Держгіртехнагляду УРСР (м. Донецьк, 1980 р.); Школі-семінарі ДП
“Луганськвугілля” (м. Луганськ, 2004 р.); Науковому семінарі відділення
фізико-технічних гірничих проблем Донецького фізико-технічного інституту
АН України (м. Донецьк, Україна, 1992 р.); Технічних нарадах
Мінвуглепрому СРСР (1983 р.) і УРСР (1985 р.).

Висувні металеві верхняки ВВ-30 експонувалися на Виставці досягнень
народного господарства СРСР (м. Москва, 1985 р.) і нагороджені бронзовою
медаллю. „Типові паспорти управління покрівлею та кріплення очисних
вибоїв із застосуванням індивідуальних металевих кріплень нового
технічного рівня” експонувалися на Виставці досягнень народного
господарства УРСР (м. Київ, Україна, 1987 р.) і нагороджені дипломом ІІІ
ступеня та бронзовою медаллю.

Публікації. Наукові та прикладні результати дисертації опубліковано у 93
наукових працях, у т.ч.: у 2 монографіях, 2 брошурах, 1 навчальному
посібнику, 32 статтях у спеціалізованих наукових журналах і збірниках,
включених до переліку ВАК України та прирівняних до них (10-самостійно),
10 доповідях і тезах конференцій, 18 авторських свідоцтвах на винаходи й
7- патентах.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, семи
розділів, висновків, списку використаних джерел із 203 найменувань на 21
сторінці, 24 додатків на 54 сторінках. Загальний обсяг дисертації — 405
сторінок, з них основний текст — 268 сторінок, рисунків — 100 (36 — на
окремих сторінках), таблиць — 59 (24 — на окремих сторінках).

Автор висловлює глибоку вдячність співробітникам відділів загальної
безпеки шахт і газодинамічних явищ МакНДІ, відділів управління гірським
тиском та очисними роботами ДонВУГІ, ОФГП ДонФТІ АН України і ІФГП НАН
України за допомогу в процесі проведення досліджень і розробці засобів і
способів запобігання травматизму від обвалювань гірських пород, а також
докторам технічних наук Медведєву Е.М., Грядущому Б.А., Алексєєву А.Д.,
Льовкіну М.Б., Кудінову Ю.В., Іохельсону З.М., Костенку В.К. за наукову
консультацію та цінні зауваження під час підготовки дисертації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі виконано аналіз показників і причин травматизму у
вугільній промисловості України від основних травмуючих факторів за
статистичними і літературними джерелами. Незважаючи на створення й
застосування нової техніки і прогресивних технологій, розробку й
впровадження заходів щодо забезпечення безпечних умов праці, травматизм
на вугільних шахтах України залишається все ще високим [2, 8, 27, 29,
30]. В останні роки намітилася тенденція до зниження травматизму. У
період 2001-2005 рр. він знижений майже в 2 рази в порівнянні з
попереднім п’ятиріччям. Проте при порівнянні з передовими
вуглевидобувними країнами світу показник травматизму у вугільній
промисловості України приблизно на порядок вище.

Аналіз травматизму за професіями показав, що найбільше число потерпілих
пов’язано з обвалами і обвалюваннями гірських пород.

Травматизм від обвалювань залежить від геомеханічних властивостей пород.
Зміна напружено-деформованого стану масиву, що вміщує вугільний пласт,
під час виїмки вугілля призводить до порушеності пород покрівлі
тріщинами і створює передумови щодо вивалів та обвалювань [19, 23, 25,
26, 31].

Основними місцями в очисних виробках, де зафіксований найбільший
травматизм від обвалювань пород є: сполучення очисних вибоїв з
підготовчими виробками, розкріплені простори при пересуванні конвеєра і
конвеєрних станцій, викладенні бутових смуг, виїмці ніш. У цих місцях
відбувається 62% травм від загального числа в очисній виробці. У місцях
пересування вручну спеціального посадкового кріплення під час управління
покрівлею відбувається 8% травм. Травматизм від обвалювань в очисних
виробках, обладнаних індивідуальним кріпленням, у 12 разів вище, ніж у
комплексно-механізованих. Отже, для запобігання аваріям і травматизму
від обвалювань гірських пород необхідна комплексна механізація очисних
робіт, а також розробка і впровадження прогресивних індивідуальних
кріплень нового технічного рівня [2, 6, 8, 29, 30].

Встановлено, що 82% загального та 80% смертельного травматизму чиниться
за організаційними причинами [2]. Тому важливим напрямком зниження
травматизму є вдосконалювання нормативно-технічних документів.

На обвалювання пород впливає розшарування покрівлі, що є різним за
певної її будові (літотипу), за складом та ступенем метаморфізму
вугілля. Порушеність покрівлі різного роду тріщинами викликає зниження
міцнісних і деформаційних властивостей пород, а також зміну
напружено-деформованого стану масиву. Ці питання вивчені недостатньо і
вимагають подальших досліджень.

На підставі виконаного аналізу сформульовано задачі та напрямки
досліджень.

У другому розділі викладено результати досліджень впливу на порушеність
та обвалювання покрівлі текстури пород і ступеня метаморфізму вугілля,
міцнісних характеристик пород, зміни напружено-дефор-мованого стану
вуглевміщуючого масиву.

Встановлено, що фізико-механічні властивості пород значно змінюються
залежно від ступеня метаморфізму вугілля. Границя міцності на стискання
на всьому інтервалі зміни ступеня метаморфізму у пісковиків збільшується
в 3,0 рази, у алевролітів — в 1,8 рази, у аргілітів — в 2 рази.
Характеристики анізотропії також змінюються в інтервалах: для пісковиків
від 1,36 до 1,68 разів, для алевролітів — від 2,0 до 2,1 разів, для
аргілітів — від 1,88 до 2,52 разів.

Виявлено наявність зворотного зв’язку між фізико-механічними
властивостями гірських пород і характером напруженого стану масиву, який
формується при веденні очисних робіт.

Встановлено, що одним з методів запобігання порушеності пород може
служити збереження суцільності (несучої здатності) нижніх пластів
покрівлі за допомогою підхоплення оголеної під час виїмки вугілля
безпосередньої покрівлі засобами кріплення та надання реактивного опору
розшаруванню та опусканню пластів пород покрівлі. Відстані між зонами
інтенсивного руйнування пород змінюються залежно від пружних параметрів
матеріалу. Більш високим значенням пружних параметрів матеріалів
відповідають покрівлі більш високого класу стійкості.

Дослідження умов формування порушеності пород вуглевміщуючого пласта
попереду очисного вибою проведено за допомогою математичного моделювання
на основі пружнопластичної моделі анізотропного масиву. Компоненти
тензора напруг і вектора переміщення в анізотропному тілі виражаються
через дві аналітичні функції ускладнених комплексних змінних формулами

(1)

(2)

,

,

де и — горизонтальні переміщення, мм;

вij — компоненти тензора напруг;

м1, м2 — комплексні корні характеристичного рівняння [73];

Re(z) — дійсна частина;

Im(z) — мнима частина комплексного числа.

виражені через функцію F(z):

(3)

Функція F(z) знаходиться з рішення крайової задачі та має вигляд

(4)

Умова локальності впливу виробки запишеться так:

(5)

На рис. 1, 2, 3 представлено результати розрахунків величин дотичних
напруг у породах покрівлі, розподіл напруг у різних породах покрівлі на
контакті з вугільним пластом і напруги попереду вибою для різних пород
покрівлі. Встановлено, що для пород з більш сильною анізотропією
(алевроліт, піщанистий сланець) спостерігається перевищення
горизонтальних напруг над вертикальними. У випадку якщо породи близькі
до ізотропного (аргіліт), вертикальні та горизонтальні напруги практично
збігаються. Довжина зони опорного тиску та максимальні стискаючі напруги
будуть більшими для пород з більшим модулем пружності.

Рис. 1. Дотичні напруги в породах покрівлі вугільного пласта

Рис. 2. Ізолінії горизонтальних (a), дотичних (б) і вертикальних (в)
напруг у покрівлі вугільного пласта, які представлено аргілітом,
попереду лінії вибою

Рис. 3. Вертикальні напруги уу (а) і горизонтальні ух (б) поперед вибою
для різних типів пород покрівлі

З метою уточнення характеру виникнення та розподілу напруг (руйнуючих
породу сил) у покрівлі вугільного пласта під час його виїмки й
прогнозування порушеності та можливих обвалювань пород проведено
дослідження на моделі з оптично активних матеріалів у сполученні з
плоскою електричною моделлю (ПЕМ) з електропровідного паперу з
урахуванням методу електрогідродинамічних аналогій (ЕГДА). Встановлено
появу в безпосередній покрівлі вугільного пласта під час його виймання
поблизу вільної поверхні знакозмінних навантажень.

Для встановлення впливу непідтримуваної площі оголення покрівлі на
дільниці вигину конвеєра під час виїмання вугілля на обвалювання пород
проведено дослідження у 7-й західній лаві пласта Кґ5 шахти “Північна”
виробничого об’єднання „Краснодонвугілля”. Результати представлено на
рис. 4 [4].

Рис. 4. Гістограма розподілу, графіки теоретичної щільності (1) і
функції розподілу ймовірності обсягу вивалів (2)

Отримані статистичні характеристики М(v), ц(v) показують, що параметри
вивалів відносно невеликі та обвалюванння їх може бути відвернено
застосуванням для підтримки покрівлі в безстояковому привибійному
просторі лав на дільницях вигину конвеєра та кінцевих ділянках
спеціальних видів індивідуального кріплення, що буде сприяти запобіганню
травматизму. Аналізом установлено відсутність такого кріплення і
технологічних схем його застосування [1, 9-12, 30].

Значення параметрів розподілу обвалювань наведено в табл. 1.

Таблиця 1

Параметри закону розподілу вивалів

Характеристика вивалів Параметри

розподілу Точки

зрізання Характеристики статистичної і

нформації

л С с d М(х) ц(х)

Площа, м2 0,663 -1,062 0,09 10 1,58 1,47

Висота, м 2,816 -1,440 0,10 1 0,38 0,19

Об’єм, м3 1,882 1,045 0,01 2 0,49 0,42

де л — параметр закону; d і с — верхня та нижня точки зрізання; М(х) —
математичне очікування; ц(х) — щільність розподілу.

Встановлено можливість групування всіх варіантів сполучень пород
безпосередньої та основної покрівлі очисних вибоїв шахт Донбасу за
ступенем обвалюваності в найбільш характерні 12 типів будови [1, 21,
30].

Для підтвердження теоретичних досліджень з обвалювання пород було
проведено експериментальні дослідження у шахтах.

У третьому розділі представлено експериментальні результати дослідження
впливу різних факторів на обвалення пород в очисних виробках.

Дослідженнями на шахті „Східна” встановлено, що у разі збільшення
оголення покрівлі за комбайном на дільницях вигину конвеєра з 4-6 м2 до
10-12 м2 загальна площа вивалів зростає майже в 7 разів. Водночас з цим
спостерігається зсув максимуму обвалення у бік цілика, тобто
відбувається зміна характеру розміщення площі обвалювань. Аналогічні
залежності було отримано й на шахті ім. К.І. Поченкова. Збільшення
оголень покрівлі за комбайном з 6 м2 до 12 м2 приводить до зростання
площі обвалювання пород в 2 рази.

Параметри обвалювань характеризуються відносно невеликими розмірами:
висота до 0,6 м (85% випадків), ширина до 0,9 м (65% випадків) і
довжина до 1,5 м (50% випадків). Дослідження взаємозалежності
геомеханічних і технологічних параметрів за технологічними схемами
управління покрівлею індивідуальним кріпленням проведено на шахті
„Кіровська” ДХК „Жовтеньвугілля” [4, 24].

Встановлено розподіл типів будови за всіма ВО (ДХК) і визначено середні
значення структур покрівель. Ці значення показника структур покрівель
для кожного виробничого об’єднання зіставлено з середнім числом
травмованих за десятирічний період. Для визначення середнього числа
травмованих на одній шахті було узагальнено дані за числом травмованих,
обсягом видобутку на більшості шахт також за десятирічний період. За
цими даними розраховано число травмованих на 1 млн. тонн видобутку для
кожної шахти. Зіставлення середнього значення показника структур
покрівлі з середнім числом травмованих, визначалося за коефіцієнтом
рангової кореляції.

В результаті розрахунків установлено наявність кореляційного зв’язку
(імовірність 0,99) між типом структур покрівлі й травматизмом від
обвалювань пород. Коефіцієнт кореляції, рівний 0,456, відносно
невисокий, це свідчить про те, що на травматизм від обвалів та
обвалювань, крім літологічної будови покрівлі, впливають й інші фактори
[11, 18, 19, 30, 31].

Травматизм від обвалювань пород є випадковим процесом і його прояв
можна виразити функціональною залежністю, вибір якої залежить від закону
розподілу випадкової величини. Для визначення впливу різних факторів на
травматизм було визначено вид розподілу числа травмованих від обвалювань
в очисних виробках шахт України за десятирічний період (рис. 5). Аналіз
розподілу показує можливість віднесення ймовірності травматизму до
логарифмічно-нормального закону розподілу.

Відповідність розрахованих частот фактичним значенням оцінювалось за
критерієм Пірсона.

Встановлена неістотність розходжень між експериментальними (фактичними)
і розрахунковими значеннями частоти травмування від обвалювань.

Рис. 5 Розподіл загального числа травмованих від обвалювань в очисній
виробці

Для встановлення ступеня впливу типу будови покрівлі, потужності
безпосередньої покрівлі, глибини ведення гірничих робіт, а також числа
виявлених порушень вимог ПБ на травматизм було узагальнено дані щодо
травматизму від обвалів та обвалювань за 10-річний період за всіма
шахтами. Ці дані було розділено на 3-4 групи за кожним діючим фактором і
визначено функціональні залежності параметрів розподілу від зазначених
факторів.

Значення параметрів логарифмічно-нормального розподілу травматизму від
обвалювань у функції зазначених факторів нижченаведені:

щодо глибини ведення робіт

а=0,0664Н2-0,272Н+76,316,
(6)

у=0,0244?10-6Н3-0,486?10-4Н2+3,054Н-5,479;
(7)

щодо потужності безпосередньої покрівлі

а=-0,235m3+4,973m2-21,081m+48
(8)

у=-0,000248m3-0,00618m2+0,193m-0,0752;
(9)

щодо типу будови покрівлі

a=0,171m3+1,203n2-8,297n+56,497
(10)

у=-0,132n3+0,576n2-0,078n+0,111
(11)

щодо кількості порушень паспортів кріплення та управління покрівлею

а = 3,568?10-4N2 – 0,347N + 107,066
(12)

у = 6,55?10-4(0,01N) + 2,13
(13)

Результати розрахунку числа травмованих за різними значеннями факторів,
які досліджувалися, наведено на рис. 6.

Аналіз залежності (рис. 6) дозволив установити наступне: зі збільшенням
глибини ведення гірничих робіт число травмованих зростає, особливо
різкий ріст спостерігається при перевищенні глибини 600 м; при
збільшенні потужності безпосередньої покрівлі до 10 м спостерігається
ріст числа травмованих, за більшої потужності число травмованих
зменшується; чим вище значення типу покрівлі за стійкістю, тим більше
знижується травматизм (при значеннях типу покрівлі більш ІІІ, ІV вплив
їх на травматизм несуттєвий); зі збільшенням числа виявлених порушень
паспортів кріплення травматизм від обвалювань знижується, що вказує на
необхідність інспектування ведення гірничих робіт і підвищення
відповідальності керівного персоналу шахт за дотримання вимог безпеки
при веденні робіт із кріплення та управління покрівлею.

Рис. 6. Залежність числа травмованих під час обвалювання пород від
впливу:

а — типу покрівлі; б — числа порушень ПБ; в — глибини робіт;

г — потужності покрівлі

За середніми значеннями параметрів розподілу щодо кожного діючого
фактора розраховані модальні значення числа тих, що травмуються та
імовірність травмування. Результати розрахунків наведено в табл. 2.

Таблиця 2

Імовірність травмування за дією різних факторів

Досліджуваний

фактор Середні

параметри

розподілу Модальне значення числа тих, що травмуються Імовірність

травмування

а у

Глибина робіт 65,52 0,623 44,450 0,0095

Потужність безпосередньої покрівлі 57,96 0,714 34,824 0,0105

Будова покрівлі 35,70 0,750 20,353 0,0172

Порушення

паспортів кріплення 27,62 0,820 14,099 0,0227

Аналіз даних, які наведено у табл. 2, показує, що найбільша ймовірність
травмування гірників чиниться за організаційними причинами (порушення
паспортів кріплення та управління покрівлею). З характеристик покрівлі
більший вплив надає будова вміщуючих пород, вплив же потужності
безпосередньої покрівлі — дещо менше. На обвалювання покрівлі більшою
мірою впливає склад покрівлі, ніж глибина ведення робіт [30].

На підставі виконаних досліджень встановлено:

n

p

6

8

Ue

@

n

p

r

t

v

x

z

|

~

?

?

?

¦

?

Oe

Oe

O

U

Ue

???

???

???

????????????

???

j?

j

????

??????????????????????$??????

$

AE

bnfnjnnnxn‚nooooo

>?n¤n?n1/4nAnInOenoooooo

o o*ooooooo

g@oLoXobofopozooooooo

3/4

A

A

oiiiiiaiiiOeiEEiiii3/43/4

$

„z`„z

@

$

@

@

$

@

$

@

$

@

$

— відстань від кінця верхняка до вугільного вибою і відстань від першого
контакту верхняка до вибою (оскільки на практиці близько 30% довжини
верхняка — консольна частина — не контактує з покрівлею, тобто не несе
навантаження) досить істотно впливає на інтенсивність утворення тріщин,
а отже, і підвищене обвалювання між першим рядом привибійних стояків і
вибоєм, тобто в безстояковому привибійному просторі;

— на порушеність покрівлі (тріщинуватість) та її обвалення значно
впливає відстань між вибоєм і першим рядом привибійних стояків [18, 19,
24]. З цього виходить, що з метою запобігання обвалюванню покрівлі у
безстояковому привибійному просторі над конвеєром і на дільниці вигину
конвеєра має перекриватися максимально без заходу робітника за конвеєр;

— при зближенні зони посадки покрівлі з зоною виїмки вугілля процес
обвалювання пород активізується, сумарна площа обвалювань за комбайном у
зоні безпосередньо пов’язаній з місцем зведення тимчасового кріплення,
зростає в 12 разів; обсяг породи, що обвалилася, збільшується в 16
разів, а кількість вивалів зростає в 5,5 рази; обвалювання пород
збільшується як за комбайном, так і у зоні пересування посадкового
кріплення; сумарна площа та обсяг обвалювань зростають відповідно в 3 й
3,8 рази, що підтверджує взаємний несприятливий вплив на
вивалоутворювання зближення між собою цих двох процесів.

Встановлено, що для зниження травматизму від обвалювань необхідне
створення прогресивних засобів підтримки покрівлі в безстояковому
привибійному просторі лав і на сполученні їх з підготовчими виробками,
розробка технологічних схем кріплення та управління покрівлею з
урахуванням різних гірничо-геологічних і гірничотехнічних умов,
підвищення відповідальності працівників шахт за дотримання вимог
паспортів кріплення та управління покрівлею, а вибір способів і засобів
кріплення необхідно здійснювати з урахуванням гірничо-геологічних умов
(будови покрівлі, потужності безпосередньої покрівлі тощо.) конкретного
очисного вибою.

У четвертому розділі представлено результати дослідження особливостей
обвалювання покрівлі під час виїмки ціликів вугілля. Дослідження
проведено в гірничих виробках ОП “Шахта ім. О.Ф. Засядька”.

Програма досліджень передбачала визначення напружено-деформованого стану
пласта і стану породного масиву, що вміщує пласт (відстань до поверхонь
ослабленого міжшарового контакту — ОМК). Дослідження виконувались
акустичним методом за амплітудно-частотними характеристиками акустичного
сигналу.

Після посадки основної покрівлі в практично розвантаженому від гірського
тиску масиві середньомаксимальний коефіцієнт викидонебезпеки зменшився в
лаві з 5,3 до 1,4, а відстані до найбільш виражених поверхонь ОМК
збільшилися до 7,6-80 м. (рис. 7).

Рис. 7. Зміна коефіцієнта викидонебезпеки (Кв) і відстані місця контакту
з максимальним розвитком деформацій (h) уздовж конвеєрного штреку від
вибою 15-й східної лави пл. m3

а — до посадки основної покрівлі; б — після посадки основної покрівлі

Дослідження стану бічних пород (в основному покрівлі) дозволили
встановити наступні особливості: чим вище викидонебезпечна ситуація в
масиві пород, тим ближче до пласта розташовуються поверхні області
міжшарових контактів (ОМК). Це свідчить про наявність значних міжшарових
деформацій (розшарування, відшарування), які зосереджені поблизу пласта
й не поширюються на більші відстані.

Підтвердженням факту переходу вугільного цілика в гранично-напру-жений
стан за його зменшення до величини рівної або меншої за ширину зони
опорного тиску й прояву розшарування в покрівлі пласта, що приводять до
обвалювання пород на значній площі, стала аварія першої категорії, що
зчинилася 24.05.99 р. (87 чоловік травмовано, з них — 50 смертельно) у
розвантажувальній лаві пласта m3 на цій шахті [20, 22, 23].

У п’ятому розділі представлено результати досліджень щодо створення
засобів і способів підвищення рівня безпеки робіт у лавах з
індивідуальним кріпленням.

В якості нормативних міцнісних характеристик верхняків індивідуального
кріплення використано припустимий згинаючий момент перетину балки
верхняка Мб і критична довжина верхняка lкр.

На рис. 8 наведено залежність показника загальної міцності балки
верхняка від відношення моментів опору вигину Wи і крученню Wк.
Встановлено, що за невеликого моменту опору крученню істотно зменшується
загальна міцність балки. Для того, щоб дотичні напруги кручення не
викликали істотного зменшення загальної міцності, моменти опору крученню
повинні становити не менше ніж 40-50% моменту опору вигину

Wк ? (0,4-0,5)Wи
(14)

Рис. 8. Графік залежності показника загальної міцності верхняка

від відношення Wk/Wu

Розрахунками міцності перетинів балок відкритого і закритого профілів
установлено, що за однакових площ перетину та опорах вигину відкритий
двотавровий профіль має значно меншу міцність, чим закритий. Забезпечити
необхідну загальну міцність балок при обмеженнях за вагою можна тільки
за рахунок застосування закритих профілів.

У лабораторних умовах було випробувано балки зазначених перетинів для
верхняків за різними рівнями їх термообробки. Характерний графік
залежності величини залишкової деформації балок ((ост.) за різними
рівнями їх термообробки (НВ) від величин навантажень (Р) наведено на
рис. 9.

Рис. 9. Діаграма випробувань балки із двох двотаврів висотою 86 мм,

яку посилено смугою t =6 мм при НВ=280;

Р — навантаження на балку, кН; ? — величина деформації, мм

За результатами досліджень для виготовлення висувних верхняків прийнято
перетин балки, що складається з двох профілів двотавру висотою 80 мм і
шириною 70 мм. Рівень термообробки балки, що допускається, становить
НВ>321…330. Дослідженнями доведено можливість застосування для
виготовлення верхнього перекриття (верхняків) для привибійних стояків
опором 300 кН (замість 200 кН) балки без збільшення габаритів (ширини і
висоти) і металоємності.

Висувні верхняки ВВ випробувано в різноманітних гірничо-геологічних
умовах при різних засобах виїмки вугілля і прийнято до серійного
виробництва [1, 3-7, 9].

Верхняки навісні ВН пройшли приймальні випробування на шахтах ВО
„Жовтеньвугілля” і прийнято до серійного виготовлення [15].

Верхняки комбіновані ВК після лабораторних випробувань і випробувань на
шахтах „Харцизька”, „Об’єднана”, ім. М.І. Калініна, ім. 17 Партз’їзду
та ДВАТ „Шахта ім. 60-річчя ВЖСР” прийнято до серійного виготовлення
[16, 17].

У шостому розділі наведено результати розроблення типових паспортів
(технологічних схем) кріплення та управління покрівлею для лав, які
обладнано індивідуальними засобами кріплення із застосуванням
розроблених металевих верхняків [1].

Під час розробки типових паспортів із застосуванням металевих шарнірних
висувних верхняків ВВ ураховувались їх технологічні особливості:

— можливість забезпечення надійної консольної підтримки оголеної
покрівлі безпосередньо вслід за виїмкою вугілля вузькозахватним
комбайном у зоні вигину конвеєра, без виходу робітника із закріпленого
привибійного простору;

— можливість подовження вильоту консолі й скорочення за рахунок цього
розміру непідтримуваної під вибоєм смуги покрівлі;

— підвищена пристосовуваність верхняків до нерівностей покрівлі.

Одним з варіантів типових паспортів, що дозволяє зменшити обвалюваність
покрівлі, є управління покрівлею повним обваленням або плавним прогином,
із застосуванням як посадкового кріплення пневматичних кострів [14]. Ці
технологічні схеми позитивно зарекомендували себе на шахтах № 30/31 і №
1/6 ш/у „Шахтарське”.

Встановлено, що продуктивність праці (П, т/вих.) гірників очисного вибою
і швидкість виїмки вугілля (швидкість подачі комбайна V, м/хв) залежать
від чисельності робітників (N, чол.), зайнятих спорудженням кріплення
(рис. 10) [13].

Це положення було враховано при розробці технологічних схем управління
покрівлею й кріплення із застосуванням висувних верхняків ВВ.

З метою підвищення безпеки робіт під час управління покрівлею та
кріпленні в очисних вибоях з індивідуальним кріпленням розроблено
методику, що враховує ергономічні й психофізіологічні вимоги [1].

Рис. 10. Залежність швидкості виїмки вугілля (1) і продуктивності

праці (2) від чисельності робітників, зайнятих кріпленням

У сьомому розділі представлено результати впровадження наукових розробок
та їх ефективність.

За результатами досліджень розроблено технічні завдання та повний
комплект документів для серійного виробництва металевого верхнього
перекриття (верхняків) ВВ-30, ВВ-30М, ВН, ВК підвищеної несучої
здатності (300 кН) для привибійних індивідуальних стояків. Зазначену
документацію погоджено й затверджено у встановленому порядку та передано
для серійного виробництва верхняків машинобудівним заводам:
Дружковському ім. 50-річчя Радянської України (Україна), Кисельовському
ім. І.С.Черних (Росія), установі УВП УЯ 64/6 (м. Чірчік, Узбекистан),
установі УВП ЮЕ-312/33 УМВС Донецької області (м. Кіровське),
Харцизькому ДВАТ „Підприємство з ремонту та налагодженню гірничошахтного
обладнання” ДП ДХК “Жовтеньвугілля”. Зазначені заводи поставляли
верхняки на шахти України, а також на шахти інших вугільних басейнів
СРСР (виробничі об’єднання „Гуковуголь”, „Ростовуголь”,

„Воркутауголь”, „Вахрушевуголь”, „Ленинградсланец”, „Эстонсланец”,
„Средазуголь”, „Грузуголь”), а також за міжнародним договором на шахти
Ірану.

Впровадження типових паспортів здійснено в 115-ти очисних вибоях.

Розроблено та впроваджено рекомендації з кріплення та управління
покрівлею в складних гірничо-геологічних умовах для 419-ти очисних
вибоїв.

Розрахунок економічного ефекту від створення та впровадження наукових
розробок до введення в оборот гривні проводився відповідно до діючих в
галузі на той період нормативних документів.

Верхняки ВВ-30 випускалися Дружковським машинобудівним заводом ім.
50-річчя Радянської України замість верхняків В20Б. Економічний ефект
від заміни верхняків за період з 1983 по 1986 рр., отриманий
заводом-виробником за рахунок економії металу, спрощення технологічного
процесу виготовлення та зниження трудомісткості робіт склав 812,36 тис.
руб.

За період з 1983 по 1986 рр. шахтам України було поставлено 230748 шт.
верхняків. Загальний економічний ефект внаслідок зниження витрат при
виготовленні верхняків ВВ-30 склав 6853 тис. руб.

Верхняки ВН виготовлялися з 1994 по 2001 рр. Державним відкритим
акціонерним товариством „Підприємство з ремонту й налагодженню
гірничошахтного обладнання” — дочірнє підприємство ДХК „Жовтеньвугілля”
(м. Харцизьк). Було виготовлено 30613 верхняків. Усі виготовлені
верхняки впроваджено на шахтах ДХК „Жовтеньвугілля”. Економічний ефект
від впровадження верхняків склав 24,96 руб. на одиницю. Сума прибутку,
яку отримано заводом тільки від виготовлення верхняків у період з 1996
по 2001 р., склала 468,04 тис. грн.

При визначенні витрат за статтею „Матеріали” у лавах з дерев’яними і
металевими верхняками на шахтах „Житомирська” і „Кіровська” ДХК
“Жовтеньвугілля” встановлено, що заміна дерев’яних верхняків металевими
ВН дозволяє знизити витрати в 2,61-4,37 рази [12].

Усереднене значення економічного ефекту від впровадження однієї
технологічної схеми з новими верхняками становить 18,66 тис. грн.
Щорічна кількість впровадження технологічних схем становило більше 50.
Загальний економічний ефект від впровадження технологічних схем за
1996-1998 р. склав 2799 тис. грн.

Підтвердження ефективності впровадження верхняків ВВ за зниженням
травматизму проведене у ВО „Шахтарськантрацит”. На рис. 11 представлено
результат аналізу травматизму від обвалювань пород в очисних виробках
шахт за період з 1990 по 2000 рр.

Рис. 11. Зміна травматизму від обвалювань пород у лавах:

а — шахти ВО „Шахтарськантрацит”; б — шахти ім. 60-річчя ВЖСР:

1 — число травмованих на 1 млн. тонн видобутку, чол.;

2 — загальне число травмованих, чол.

З рис. 11 виходить, що до 1996 р. число травмованих, що розраховане на 1
млн. тонн видобутку, увесь час зростало при зниженні обсягу видобутку, а
починаючи з 1996 р. (після впровадження верхняків ВВ і типових
технологічних схем кріплення) спостерігається зниження цього показника.
Аналіз ступеня впливу застосування верхняків ВВ на зниження травматизму
від обвалювань в очисних виробках при постійному річному видобутку
вугілля проведено на шахті ім. 60-річчя ВЖСР зазначеного об’єднання.
Встановлено, що починаючи з 1995 р. із впровадженням верхняків ВВ,
показники як загального числа травмованих, так і числа травмованих на 1
млн. тонн видобутку, різко знизилися. До впровадження верхняків і
рекомендацій автора за управлінням покрівлею та кріпленню на зазначеній
шахті (1990-1994 рр.) середньорічне число травмованих від обвалювань в
очисних виробках перевищувало середні значення цього показника по
виробничому об’єднанню „Шахтарськантрацит” в 1,7 рази, а після
впровадження цей показник по шахті став в 1,2 рази менше, ніж середній
по об’єднанню.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі надано теоретичне узагальнення й практичне
рішення актуальної науково-технічної проблеми, що полягає у запобіганні
травматизму від обвалювань пород в очисних виробках вугільних шахт на
основі встановлення геомеханічних особливостей процесу руйнування
вуглевміщуючих бічних пород у результаті зміни їх
напружено-деформованого стану, установлення ступеня впливу різних
факторів на травматизм від обвалювань, розробки і впровадження
прогресивних засобів і способів кріплення привибійного простору.

Основні наукові та практичні результати роботи зводяться до наступного.

1. Розкрито сутність впливу на руйнування бічних пород вугільного пласта
знакозмінних навантажень попереду очисного вибою в результаті зміни
напружено-деформованого стану масиву. Речовинний склад вуглевміщуючих
бічних пород, а також рівень зміни його за різного ступеню метаморфізму
визначають різну здатність пород до обвалювань і втрати стійкості.

2. Попереду очисного вибою на відстані 2-3 м, в міру збільшення довжини
консолі основної покрівлі, що зависає, створюються найсприятливіші умови
руйнування пород у результаті розтягуючих напруг шляхом відриву. За
цією ділянкою вглиб масиву розташовано область стискуючих напруг, які, у
свою чергу, разом із дотичними напругами викликають початок розвитку
тріщин у покрівлі.

3. Обвалювання покрівлі є випадковим процесом, що змінюється за часом,
який підлягає експоненціальному законові. Параметри вивалів відносно
невеликі, тому їх обваленню можна запобігти за допомогою спеціальних
видів верхняків підвищеної несучої здатності, що дозволяють перекривати
безстояковий привибійний простір без заходу робітника в травмонебезпечну
зону. Імовірність травмування від обвалювань пород підлягає
логарифмічно-нормальному закону.

4. На стійкість покрівлі впливає ступінь метаморфізму вугілля. Зі
збільшенням метаморфізму вугіль різних марок (від Д до А)
фізико-механічні властивості пород змінюються убік підвищення міцнісних
характеристик. Границя міцності на стиск за всіма інтервалами зміни
ступеня метаморфізму у пісковиків збільшується в 3 рази, в алевролітів —
в 1,8 рази, в аргілітів — в 2 рази. Попереду очисного вибою існує зона
пластичного стану, в якій відбувається зниження та вирівнювання напруг,
як у самому пласті вугілля, так і у вміщуючих його бічних породах. У
зоні підвищеного опорного тиску поперед очисного вибою мають місце
знакозмінні навантаження.

5. Обвалювання та вивали пород перебувають у прямій пропорційній
залежності від ступеня тріщинуватості пород і площі оголення покрівлі.
Параметри вивалів (ширина, довжина, висота) характеризуються невеликими
розмірами: 85% вивалів мають висоту до 0,6 м; 65% мають ширину до 0,9 м
і близько 50% мають довжину до 1,5 м. Найбільша кількість вивалів
відбувається в безстояковому привибійному просторі лав на дільниці
вигину конвеєра, у нішах і на сполученнях лави зі штреками. Вивали і
обвалення знижуються у разі скорочення площі оголення до 5,0 м2 і
зменшенні до 0,3-0,5 м відстані від вугільного вибою до місця контакту
верхняка з покрівлею. Обвалювання та вивали пород зростають за
зближенням місць посадки покрівлі та виїмки вугілля. Сумарна площа
обвалювань при цьому зростає в 12 разів, кількість вивалів — в 5,5
разів, а обсяг породи, яка обвалилась, в 16 разів. Відсутність науково
обґрунтованої організації праці в очисних виробках створює передумови
для порушень паспорта управління покрівлею та кріплення і виникненню
обвалювань покрівлі. 6. Вперше встановлено залежність
травматизму за фактором „обвалення” пород від літологічного складу
(структури) покрівель вугільного пласта, глибини ведення робіт,
потужності безпосередньої покрівлі та кількості порушень вимог
нормативної документації. Зі збільшенням глибини ведення гірничих робіт
число травмованих зростає. З підвищенням стійкості безпосередньої
покрівлі вугільного пласта і її потужності травматизм від обвалювань
знижується. Травматизм знижується зі збільшенням числа виявлених
порушень правил безпеки в очисній гірничій виробці. Найбільша
ймовірність травмування від обвалювань пород покрівлі має місце з
організаційних причин.

7. За виїмки ціликів вугілля в результаті скорочення їх ширини до
розмірів менших за ширину зони опорного гірського тиску, відбувається їх
перехід у гранично-напружений стан, при якому погіршується стан
покрівлі, збільшується інтенсивність обвалів та обвалювань пород,
збільшується зсув бічних пород. Коефіцієнт концентрації напруг зростає в
3-5 разів. Відстань дільниць ослаблення міжшарових контактів до
вугільного пласта змінюється залежно від довжини консолі основної
покрівлі, що зависає, у виробленому просторі лави. Зі збільшенням цієї
відстані стан покрівлі покращується.

8. Для запобігання обвалювань пород покрівлі в очисних виробках
обґрунтовано вимоги до технічних схем кріплення безстоякового
привибійного простору, визначено припустимі навантаження на консольно
встановлений верхняк. Які нормативний міцнісний параметр шарнірних
металевих висувних верхняків прийнято співвідношення згинаючого моменту
в шарнірі замка до згинаючого моменту балки, яке дорівнює величині 0,45.
Для металевих висувних верхняків, які створюються, згинаючий момент
балки дорівнює 48-50 кНм, а опори — 21-24 кНм, виходячи з несприятливих
умов взаємодії їх з породами покрівлі. Вперше створено металеві висувні
верхняки підвищеної несучої здатності (для стояків опором 300 кН) ВВ-30
і ВВ-30М. Ці верхняки дозволяють здійснювати перекриття покрівлі в
безстояковому привибійному просторі одному робітникові з безпечного
закріпленого місця з мінімальними трудовитратами

(25-40 чол. сек.) і запобігти вивалам та обвалюванням пород при всіх
можливих величинах захватів вугілля виїмковими машинами і будь-якої
стійкості покрівлі. Для пород середньої стійкості вперше створено
металеві верхняки навісні ВН, що дозволяють стабілізувати шарнірне
з’єднання верхняків за лінією кріплення і запобігти обваленням пород у
випадку самовільного розвантаження (падіння) привибійних стояків.
Верхняки прийнято до серійного виробництва.

9. Вперше створено і випробувано експериментальні верхняки навісні
фрикційні ВНФ, конструкція яких дозволяє здійснювати їх консольне
навішування без пристосування одним робітником і створювати подовжену
складену шарнірно-сполучену металеву балку для кріплення місць
встановлення великогабаритних приводних станцій лавних конвеєрів, а
також сполучень очисних виробок з підготовчими виробками. Роботу з
доведення цих верхняків до серійного виробництва рекомендується
продовжити.

10. Розроблено металеві верхняки поворотні ВП-30, що дозволяють
перекривати покрівлю в безстояковому привибійному просторі одним
робітником без заходу в незакріплену травмонебезпечну зону.
Експериментальні зразки верхняків ВП-30 випробувано в шахтних умовах.
Роботу з удосконалення рекомендується продовжити.

11. З метою скорочення витрат лісоматеріалів, а також заміни дефіцитного
спецпрофілю з легованої сталі 30ХГС, який використовується для
виготовлення балкових верхняків, розроблено листові верхняки ВЛ.
Експериментальні зразки верхняків пройшли шахтні випробування. Роботу з
їх удосконалення рекомендується продовжити.

12. Для запобігання обвалюванням покрівлі та підвищення безпеки праці з
використанням знову створених верхняків підвищеної несучої здатності
розроблено безпечні технологічні схеми (типові паспорти) управління
покрівлею та кріплення очисних вибоїв. Особливістю цих паспортів є
підвищена надійність консольної підтримки покрівлі в безстояковому
привибійному просторі очисних виробок, а також застосування безорганних
схем управління покрівлею способом повного обвалювання.

13. Економічна ефективність впровадження наукових результатів
дисертаційної роботи становить: від виготовлення та впровадження
металевих шарнірних висувних верхняків ВВ-30 за період 1983-1986 рр. —
6853 тис. руб.; від виготовлення та впровадження металевих шарнірних
висувних верхняків навісних ВН за період 1996-2001 рр. — 1046 тис. грн.;
від впровадження типових паспортів протягом 1996-1998 рр. — 2799 тис.
грн.; від впровадження рекомендацій з управління покрівлею та кріплення
очисних вибоїв зі складними гірничо-геологічними умовами протягом
1977-1990 р. — 1245 тис. грн.

Основний положення дисертації опубліковано в наступних роботах:

1. Управление горным давлением при разработке угольных пластов/
О.С.Аносов, Н.С.Кузьменко, Г.В.Кудравец, Н.А.Шаповал, Ф.Н.Воскобоев —
Донецк: Донбасс, 1990. — 304 с: ил., табл.

2. Состояние техники безопасности и эффективность функционирования
противоаварийной защиты угольных шахт/ А.Ф.Булат, В.В.Фичёв, И.А.Ященко,
В.Г.Красник, Н.Б.Лёвкин, И.Е.Кокоулин, Т.В.Бунько, Н.С.Кузьменко —
Днепропетровск: ТОВ “Норд Компьютер”, 2005.- 266с: ил., табл.

3. Кузьменко Н.С. Выбор паспортов управления кровлей и крепления лав//
Безопасность труда в промышленности.- 1979. — № 9.- С. 60-61.

4. Худяков А.Н., Кузьменко Н.С. Вероятностная оценка обрушений пород
кровли на участках изгиба конвейера// Уголь Украины.- 1979.- № 12. — С.
12-13.

5. Пугаченко А.Н., Кузьменко Н.С., Медведчук Н.Д. Об эффективности
индивидуального крепления лав// Уголь Украины.- 1980.- №8.- С. 21-22.

6. Кузьменко Н.С. Выдвижные верхняки ВВ-30 для стоек усиленного
сопротивления. //Горные машины и автоматика. – М.: ЦНИЭИуголь – 1981.-
№1. –С. 3-4.

7. Кузьменко Н.С. Промышленные испытания экспериментальной партии
верхняков ВВ-30. //Горные машины и автоматика. – М.: ЦНИЭИуголь – 1982.-
№1. –С. 3-6.

8. Бохан М.А., Кузьменко Н.С. Повышение безопасности работ в лавах с
индивидуальной крепью// Безопасность труда в промышленности. — 1982.- №
4. — С. 44-47.

9. Пугаченко А.Н., Наружный Б.М., Кузьменко Н.С. Об испытании верхняков
для стоек повышенного сопротивления// Уголь Украины.- 1982.- № 7.-С.8-9.

10. Иванов В.Г., Кузьменко Н.С., Рубин В.Г., Пугаченко А.Н. Снижение
травматизма от обрушения пород в очистных выработках// Безопасность
труда в промышленности.- 1984.- №12. — С. 36-38.

11. Иванов В.Г., Кузьменко Н.С., Пугаченко А.Н. Влияние расположения
мест посадки кровли и выемки угля на вывалообразование // Уголь Украины.
— 1985. — № 10. — С. 20-21.

12. Кузьменко Н.С., Вереда В.С., Семенов И.В. Совершенствование
технологии управления кровлей в сложных горно-геологических условиях//
Уголь Украины. — 1987. — № 1. — С. 19-21.

13. Гликин В.М., Курносова О.С., Кузьменко Н.С. Организация труда в
забоях с индивидуальной крепью// Безопасность труда в промышленности.-
1989.- №2. — С. 53-55.

14. Бабенко П.С., Прожирко С.А., Кузьменко Н.С., Гудзь В.П.
Совершенствование способов управления кровлей// Уголь Украины. — 1991.-
№ 3. — С. 18-23.

15. Брюханов А.М., Кузьменко Н.С. Навесные металлические шарнирные
верхняки// Уголь Украины. — 1995.- № 3. — С. 15-18.

16. Брюханов А.М., Кузьменко Н.С. Металлические верхняки комбинированные
ВК// Уголь Украины. — 1997.- № 7. — С. 59-62.

17. Брюханов А.М., Чистоклетов В.Н., Кузьменко Н.С. Промышленные
испытания верхняков ВК// Уголь Украины. — 1998.- № 10. — С. 36-37.

18. Кузьменко Н.С. Геомеханическое обоснование способов и средств
повышения устойчивости кровли в очистных забоях маломощных
пологопадающих пластов Донбасса// Физико-технические проблемы горного
производства: Сб. научн. трудов /ДонФТИ им.А.А.Галкина.- Донецк, – 1998.
– С. 36-37.

19. Кузьменко Н.С. Геомеханическое обоснование параметров
технологических схем и процессов крепления очистных забоев
индивидуальными крепями с целью предупреждения травматизма от обрушений
горных пород// Способы и средства создания безопасных и здоровых условий
труда в угольных шахтах: Сб. научн. трудов /МакНИИ. — Макеевка –
Донбасс, 2002. — С. 303-306.

20. Лёвкин Н.Б., Кузьменко Н.С., Рева В.Н., Зинченко Н.С. Повышение
безопасности работ при отработке целиков угля на пластах, склонных к
газодинамическим явлениям и самовозгоранию// Физико-технические проблемы
горного производства: Сб. научн. трудов №6/ ИФГП НАН Украины. – Донецк,
— 2003. — С. 120-129.

21. Лёвкин Н.Б., Кузьменко Н.С. Особенности обвалов и обрушений в
очистных забоях.// Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. № 41
/ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, — 2003. — С. 31-35.

22. Лёвкин Н.Б., Кузьменко Н.С., Зинченко К.А., Андреев И.М., Удовенко
О.Н. Безопасность при отработке угольных целиков в сложных
горно-геологических условиях// Проблеми гірського тиску: Зб.наук.праць №
9/ ДонНТУ. – Донецьк, — 2003. -С. 23-39.

23. Южанин И.А., Колчин Г.И., Кузьменко Н.С., Никифоров А.В. К вопросу
безопасной отработки угольных целиков// Способы и средства создания
безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб. научн. трудов
/МакНИИ. — Макеевка — Донбасс, -2003. — С. 95-102.

24. Кузьменко Н.С. Исследование влияния параметров крепления на
вывалообразование пород. // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн.
трудов Вып. 47 / ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, – 2003.-С. 24-33.

25. Кузьменко Н.С. Механизм проявления трещинообразования в породах
кровли// Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда
в угольных шахтах: Сб. научн. трудов / МакНИИ. — Макеевка-Донбасс, –
2004. – С. 119-126.

26. Кузьменко Н.С., Мануйленко Р.И. Анализ распределения напряжений в
углепородном массиве при полном обрушении кровли // Геотехническая
механика: Межвед. сб. научн. трудов Выпуск 50/ИГТМ НАН Украины.-
Днепропетровск,- 2004. — С. 289-295.

27. Кузьменко Н.С. Состояние охраны труда на угольных шахтах Украины в
2003г. // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. трудов. Выпуск
-№56/ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, — 2005. -С.177-191.

28. Кузьменко М.С., Мануйленко Р.І. Вплив зволоження вугільного пласта
на напружно-деформований стан гірничого масиву.// Геотехническая
механика: Меж вед. сб. научн. трудов Выпуск 58/ ИГТМ НАН Украины. –
Днепропетровск, – 2006. – С. 52-57.

29. Кузьменко Н.С. Предотвращение травматизма от обрушений пород на
концевых участках лавы.// Физико-технические проблемы горного
производства: – Сб. научн. трудов № 8 /ИФГП НАН Украины. – Донецк, —
2005.- №8. — С. 214-220.

30. Медведев Э.Н., Кузьменко Н.С. Исследование причин травматизма от
обвалов и обрушений в очистной выработке. //Способы и средства создания
безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб. научн. трудов
/МакНИИ.- Макеевка – Донбасс, – 2005.- С. 210-229.

31. Кузьменко Н.С. Влияние горно-геологических факторов на травматизм от
обвалов пород в очистных выработках//Геотехническая механика: Межвед.
сб. научн. трудов. Выпуск 59/ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск,- 2005.
С. 91-100.

32. Пат. 25219 Украини. МКИЕ 21 Д 17/02. Верхняк індивідуального
кріплення. Кузьменко М.С., Бильдєєнко О.І., Хамуляк В.Г., Брюханов О.М.,
Климашевський М.І. (Україна); — №97073662; Заявл. 09.12.97; Опубл.
15.08.02; Бюл. №8. – 1 с.

АНОТАЦІЯ

Кузьменко М.С. Розвиток наукових основ обвалюваності пород і запобігання
травматизму в очисних виробках вугільних шахт. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за
спеціальністю 05.26.01 – “Охорона праці”. – Державний Макіївський
науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірничій промисловості,
Макіївка, 2007.

Дисертацію присвячено теоретичному узагальненню і рішенню актуальної
науково-технічної проблеми, яка полягає в запобіганні травматизму від
обвалювань пород в очисних гірничих виробках вугільних шахт на основі
встановлених геомеханічних особливостей процесу руйнування
вуглевміщуючих бічних пород у результаті зміни їх
напружено-деформованого стану, встановленню ступеня впливу діючих
факторів на травматизм від обвалювань, розробці прогресивних засобів та
способів запобігання обваленням та травматизму.

Вперше встановлено функціональну залежність показників травматизму під
час обвалювання пород від типу структури покрівлі вугільного пласта,
розкрито головні закономірності прояву травматизму у разі обвалювань
пород залежно від складу покрівлі, глибини ведення гірничих робіт і
потужності безпосередньої покрівлі вугільного пласта, кількості порушень
вимог нормативних документів.

Наукові результати дисертаційної роботи увійшли до нормативних
документів, що регламентують порядок застосування розроблених автором
засобів і способів запобігання травматизму від обвалювань пород.
Внаслідок упровадження результатів дисертаційної роботи у вугільній
промисловості України досягнуто зменшення кількості травмованих від
обвалювання пород на 20% і одержано економічний ефект у розмірі 11943
тис. грн.

Ключові слова: шахта, травматизм, обвалювання пород, нещасний випадок,
імовірність, запобігання, верхняк, паспорт управління покрівлею і
кріплення, впровадження, народногосподарський ефект.

АННОТАЦИЯ

Кузьменко Н.С. Развитие научных основ обрушаемости пород и
предотвращения травматизма в очистных выработках угольных шахт. —
Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по
специальности 05.26.01 – “Охрана труда”. — Государственный Макеевский
научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной
промышленности, Макеевка, 2007.

Диссертация посвящена теоретическому обобщению и решению актуальной
научно-технической проблемы, заключающейся в предотвращении травматизма
от обрушений пород в очистных выработках угольных шахт на основе
установления геомеханических особенностей процесса разрушения
углевмещающих боковых пород в результате изменения их
напряженно-деформированного состояния, установления степени воздействия
влияющих факторов на травматизм от обрушений, разработки прогрессивных
средств и способов предотвращения обрушений.

Недостаточная изученность природы обрушений обуславливает высокий
уровень травматизма в очистных выработках шахт. Сам процесс обрушения
пород является изменяющимся во времени случайным процессом и
установление степени влияния на него ряда факторов выполнено с
использованием законов распределения случайных величин. Установлено, что
распределение параметров обрушений подчиняется экспоненциальному закону.

Впервые установлена функциональная зависимость показателей травматизма
при обрушениях пород от типа структуры кровли угольного пласта, раскрыты
основные закономерности проявления травматизма при обрушениях пород в
зависимости от строения кровли, числа нарушений требований нормативных
документов, глубины ведения горных работ и мощности непосредственной
кровли угольного пласта.

Экспериментальными исследованиями впервые установлено влияние на
нарушенность кровли и обрушения текстуры пород и степени метаморфизации,
прочностных характеристик с учетом их анизотропии и изменения
напряженно-деформированного состояния углевмещающего массива. Предел
прочности на сжатие по всему интервалу степени метаморфизма у песчаников
увеличивается в 3 раза, у алевролитов -1,8 раза, у аргиллитов — 2 раза.
Предел прочности пород не нарушенной текстуры, в среднем, в 2,5 раза
превышает прочность пород нарушенной текстуры. Установлено наличие
автоволнового характера процесса разрушения пород и обратной связи между
их физико-механическими свойствами и характером напряженного состояния
массива. Установлено, что одним из методов предотвращения нарушенности
пород может служить сохранение сплошности (несущей способности) нижних
слоев кровли при помощи подхватывания обнаженной при выемке угля
непосредственной кровли средствами крепления и оказания реактивного
сопротивления расслоению и опусканию слоев пород кровли. Расстояния
между зонами интенсивного разрушения пород изменяются в зависимости от
их упругих параметров. Более высоким значением упругих параметров пород
соответствуют кровли более высокого класса устойчивости. В формировании
зон разрушения важная роль принадлежит времени. Длительный простой
очистного забоя (несколько суток) способствует формированию
многозональной структуры в углевмещающем массиве и приводит к ухудшению
состояния кровли. Расчетным путем определены значения максимальных
сжимающих напряжений в зоне опорного горного давления и расстояний от
линии забоя до нее при различных породах кровли. Для пород с более
сильной анизотропией установлено превышение горизонтальных напряжений
над вертикальными. При породах кровли близких к изотропным (аргиллитах)
вертикальные и горизонтальные напряжения практически совпадают.
Протяженность зоны опорного давления и максимальные сжимающие напряжения
будут больше для пород с большим модулем упругости. Эти результаты
подтверждены исследованиями напряженно-деформированного состояния
массива кровли в призабойной зоне очистного забоя при помощи плоской
модели из оптически активных материалов в сочетании с плоской
электрической моделью из электропроводной бумаги с учетом метода
электрогидродинамических аналогий. Установлено, что у краевой части
угольного пласта образуется зона повышенных сжимающих горизонтальных и
вертикальных напряжений. На контакте пород кровли с угольным пластом
касательные напряжения достигают величины сдвиговой прочности угля и, в
результате, происходит выдавливание его в выработанное пространство. Это
приводит к увеличению обнажения кровли и способствует обрушениям пород.
При увлажнении угольного массива водными растворами ПАВ происходят
изменения физико-механических свойств угля. Изменяется характер
нарушенности непосредственной кровли угольного пласта в результате
разгрузки его и увеличения расстояния от линии очистного забоя до
максимума опорного давления.

Обосновано, что при проектировании организации труда в очистных
выработках необходимо учитывать эргономико-физиологические требования. С
учетом этих требований разработана методика для проектирования
организации труда.

Разработанные на основе научных результатов средства (верхняки) и
способы предотвращения (типовые паспорта) обрушений пород включены в
нормативные документы, регламентирующие порядок применения разработанных
автором средств и способов предотвращения травматизма в очистных забоях.

В итоге внедрения результатов диссертационной работы в угольной
промышленности Украины достигнуто среднегодовое снижение числа
травмированных от обрушений пород на 20% и получен экономический эффект
в сумме 11943 тыс. грн.

Ключевые слова: шахта, травматизм, обрушение пород, несчастный случай,
вероятность, предотвращение, верхняк, паспорт управления кровлей и
крепления, внедрение, народнохозяйственный эффект.

ABSTRACT

Kuzmenko M.S. Development of scientific principles of rock falling
capacity and injury prevention in underground coal faces. – Manuscript.

The thesis for a Doctor of Sciences (Engineering) degree in speciality
05.26.01 – Labour Protection. – State Makeyevka Safety in Mines Research
Institute, Makeyevka, 2007.

The thesis is devoted to: generalized scientific justification and
practical solution of an urgent technical problem involving prevention
of injuries from rock falls in underground coal mines on the basis of
established geomechanical properties of disintegration of coal-enclosing
side rocks resulting from rock stress variation; identification of
factors affecting the injuries; development of advanced measures and
means to prevent falls and injuries.

It is for the first that injury values and basic regularities of injury
occurrences during rock falling have been represented as a function of a
coal seam roof type, standard violations, mining depth and immediate
roof thickness. Rock falls have been determined to be functionally
dependent on mechanical properties of stressed rock strata. Steel beams
of increased supporting capacity and the standardized technological
pattern have been developed.

Research findings from the thesis have been included in normative
documents regulating application of means and methods the author
developed for preventing rock fall injuries.

Introduction of thesis results at mines of Ukraine enabled to improve
the injury rate by 20% and cost efficiency to the amount of 11,943 thou
UAH.

Key words: mine, injury rate, rock fall, accident, prevention, beam,
roof support pattern, introduction, cost efficiency.

PAGE 20

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *