Введение

Для увеличения добычи угля. Улучшения его качества и повышения эффективности работы наряду с совершенствованием применяемой техники и технологии горных работ необходимо продолжать реконструкцию шахтного фонда в направлении концентрации горных работ, улучшения планировки горных выработок с целью резкого сокращения трудоёмкости и стоимости их поддержания.

Как известно, при подземной разработке в процессе извлечения угля происходит сдвижение горных пород, вызывающее значительные изменения в поле гравитационных сил с образованием опорных зон, в которых напряжение в несколько раз превышают напряжения нетронутого массива. Эти изменения приводят к значительным трудностям в процессе эксплуатации горных выработок и ведения очистных работ. Вредное влияние опорного давления, как показывает опыт разработки сближенных угольных пластов, проявляется не только в плоскости пласта, но и в породах на значительном от него удалении. Аномалии напряжений и другие причины при определённых условиях вызывают деформации горного массива, газовыделение, внезапные выбросы угля, газа и пород, горные удары, завалы выработок, отжим угольных пластов, разрушение крепи, что в значительной степени усложняет эксплуатацию выработок и в отдельных случаях создаёт опасные условия труда для рабочих.

Количественные изменения напряжённого состояния горного массива, определяющие условия поддержания подготовительных выработок и ведения очистных работ, вероятность динамических проявлений зависят от природных, горнотехнических и производственных факторов.

С увеличением глубины разработки возрастают трудности, связанные с устранением вредного влияния горного давления. В этом случае увеличивается зона влияния очистной выработки на горный массив, возрастают напряжения в опорных зонах, которые вызывают разрушение горных пород впереди очистного забоя. Значительно повышается интенсивность и частота вторичных осадок основной кровли, сопровождающихся авариями высокопроизводительных и дорогостоящих механизированных комплексов.

Исследования и опыт работы шахт показывают, что состояние горного массива, определяющее условия поддержания горных выработок и ведения очистных работ, а также эффективность использования высокопроизводительной техники, вероятность газодинамических проявлений существенно зависят от параметров технологии разработки угольных пластов. К этим параметрам относятся: длина лавы, взаимное расположение выработок в пластах, расположение забоя лавы в пространстве, его форма, очерёдность отработки пластов в свите, способы управления кровлей и охраны выработок, скорость подвигания забоя лавы, ширина захвата и скорость подачи комбайна, сопротивление крепи. Эти параметры предоставляют широкую возможность в процессе ведения горных работ управлять состоянием горного массива в направлении устранения вредных проявлений горного давления и газодинамических явлений. Однако для правильного выбора этих параметров необходимо иметь чёткое представление о закономерностях поведения слоистого массива горных пород при ведении очистых работ и располагать математическим аппаратом, позволяющим оперативно осуществлять научный прогноз состояния горного маасива в зависимости от природных и технологических факторов.

Большой вклад в изучение физической сущности процессов и явлений, происходящих в массиве горных пород при подземной разработке, и в становлении механики горных пород как науки внесли такие учёные как Протодьяконов М.М., Динник А.М., Слесарев В.Д., Борисов А.А., Авершин С.Г., Цимбаревич П.М., Кузнецов Г.Н., Крупенников Г.А., Давидянц В.Т., Петухов И.М. и др. На основе их теоретических и экспериментальных исследований в настоящее время установлен механизм сдвижения горных пород при ведении очистных работ и созданы условия для перехода от качественной теории в количественную.

Для решения вопросов, связанных с планировкой горных выработок, выбором технологических параметров, горный инженер должен иметь чёткое представление о механике сдвижения слоистого горного массива при ведении горных работ, уметь при этом, используя вычислительную технику, прогнозировать изменение состояния горного массива.

В настоящем учебном пособии рассматривается теория сдвижения слоистого горного массива, разработанная Савостьяновым А.В., позволяющая осуществлять математическое моделирование состояния горных пород в зависимости от природных, технологических и временных факторов с использованием ЭВМ и на этой основе произвести выбор рациональных технологических параметров.

Большое внимание уделено также физике геомеханических процессов, их математическому описанию в увязке с различными факторами. Дан анализ влияния этих факторов на закономерности протекания геомеханических процессов.