Подальший економічний і соціальний розвиток України передбачає збільшення видобутку вугілля, яке реалізовуватиметься в горно-геологичеських умовах, що ускладнюються. У зв'язку з цим усе більш актуальною стає проблема збереження стійкості гірських вироблень. Відомо що в 70% випадків втрата стійкості вироблень відбувається за рахунок пученія порід грунту, більшою мірою це стосується підготовчих вироблень. Існує чимала кількість способів запобігання пученія породам грунту підготовчих вироблень ефективність і сфера застосування яких обмежується стадією проведення вироблення. Подальше їх вживання малоефективне, оскільки в процесі експлуатації вироблення міняється гірничотехнічна ситуація, що вимагає реалізації інших, адекватних цим умовам заходів,,в більшості випадків проведенню підривання порід грунту гірського вироблення.

    1. Обгрунтування робочою схеми-гипотези механізму пученія порід грунту в підготовчому виробленні на різних етапах її експлуатації.

    2. Дослідження механізму витискування діськретізірованних порід грунту в порожнину вироблення.

    3. Обгрунтування можливості збереження стійкості порід грунту шляхом механічної протидії процесу їх витискування при порушенні рівноважного достатку того, що вміщає; вироблення масиву, викликаного підриванням.

    4. Лабораторне і аналітичне встановлення параметрів механічної відсічі витискуванню порід грунту вироблення з врахуванням основних впливаючих чинників.

    5.Розробка способів механічної відсічі витискуванню порід грунту в підготовчих виробленнях при відробітку лав зворотним ходом і проведення їх промислової перевірки.

    6.Розробка рекомендацій по вживанню способу механічної відсічі в підготовчих виробленнях і встановлення їх техніко-економічної ефективності

    Ідея работисостоїт у використанні встановлених особливостей і закономірностей зсуву грунту вироблень після порушення рівноважного достатку, викликаного її підриванням, для обгрунтування параметрів механічної відсічі породам грунту, що забезпечує їх стійкість.

    Об'єктом досліджень є процес витискування порід грунту підготовчих вироблень при відробітку виємочних ділянок зворотним ходом.

     Предметом досліджень є стійкість підготовчих вироблень після порушення рівноважного достатку масиву, що вміщає вироблення, викликаного підриванням

    Aналіз і науково-технічне узагальнення сучасного достатку проблеми витискування порід грунту гірських вироблень; методи фізичного моделювання на моделях з еквівалентних матеріалів і структурних моделях;' аналітичні дослідження проведені із залученням положень механіки сипкої середи і будівельної механіки; графоаналітичний метод; візуальні і інструментальні спостереження за проявами гбрного тиску в шахтних умовах; шахтні опитно-промишленниє випробування і впровадження способу механічної відсічі витискуванню грунту; техніко-економічний аналіз його ефективності; обробка результатів досліджень на ПЕВМ методами математичної статистики.

     Розробка засобів і способів збереження стійкості гірських вироблень в найбільш складних умовах експлуатації є одним з основних направлень наукових досліджень Донецького національного технічного університету.

    1. Bперше теоретично обгрунтована і експериментально підтверджена можливість забезпечення стійкості порід грунту вироблень після підривання створенням механічної відсічі, що дозволяє відновити порушене їх рівноважний достаток;

    2. Bпервиє отримані кількісні залежності необхідних зусиль протидії витискуванню грунту від основних впливаючих чинників: об'ємної ваги і кута внутрішнього тертя порід, що вміщають вироблення, ширину вироблення, гранулометричного складу і розміру зони зруйнованих порід;

    3. Bпервиє експериментально встановлені залежності кута внутрішнього тертя і коефіцієнта розпушування порід від величини стискуючих навантажень..

     Одними з перших дослідників, які зробили спробу всестороннього вивчення явища вздуття гірських порід, були А.В. Гурдус [З], М.В. Сироваро [4], А.І. Целігоров [5], Н.М. Покровський [б].

    Згідно гіпотези Д.С. Ростовцева [16], роздавлені поблизу вироблення породи розширюються у бік вироблення унаслідок звільнення потенційної енергії, що накопичилася в породах, від власної ваги і в меншій мірі від тектонічних процесів.

    М.Н. Шейхет [17] розглядує механізм вздуття грунту вироблення ще при проведенні гірських вироблень. Він встановив основних типів вздуття глинистих порід: набухання глинистих порід і неупругие деформації гірських порід, пов'язані з проявом гірського тиску при проходці. Автор вважає що проведення вироблення в породах, що витріщають, супроводиться виникненням довкола неї зони набухання, розміри якої він приймає рівними розмірам області неупругих деформацій, визначуваної з вирішення упруго- пластичного завдання, запропонованою К.В.Руппенейтом. Він рахує підставу на якому покоїтися шар, що витріщає, жорстким через те, що за межами зони неупругих деформацій породи лише ущільнюватимуться.

    Спроба пояснити механізм вздуття гірських порід у вироблення і дати кількісну оцінку цьому явищу була зроблена В.М.Городнічевим [18, 19]. Явище пученія порід він ділить на дві основні групи:

    1. Вздуття, що відбувається під впливом внутрішніх сил, що діють в породах;

    2. Вздуття що відбувається під впливом зовнішніх сил, що діють на породи.

     Погляди засновані на припущеннях, що довкола всякого вироблення з породами грунту, що витріщають, виникає зона руйнування з освітою великої кількості мікротрещин і що руйнування порід супроводиться значним збільшенням їх об'єму. Під дією напруги, що перевершує межі міцності, гірські породи руйнуються, утворюючи довкола вироблення зону роздавлювання. Далі із-за утворення тріщин породи прагнуть розширитися, якщо їм не перешкоджає крепь, і спрямовуються у вироблення. Але все це, як вказує автор справедливо лише для порід, здібних до крихкого руйнування.

     Проблемі вздуття присвячені роботи Ф.А. Белаєнко і В.Т. Глушко [20, 21]. Автори вважають, що пученіє відбувається в результаті пластичних деформацій порід, що видавлюються під впливом опорного тиску, в результаті збільшення об'єму порід при зволоженні (набуханні) і унаслідок хімічних реакцій. При проведенні вироблень відбувається перерозподіл напруги в породах, що оточують її, і утворюється спочатку зона зниженої напруги поблизу вироблення, в якому порода, володіючи запасом потенційної енергії, прагне деформуватися у бік оголення, а потім утворюється зона підвищеної напруги. Вздуття ж є наслідком повзучості, причому властивості реологій породи підкоряються законам деформації стандартного лінійного тіла.

     В.И. Барановський [22] з точки зору стійкості порід залежно від складу і властивостей, ділить їх на дві групи

    - породи, що не мають у складі глинистих компонентів або мають, але в незначному ступені;

    - породи, що складаються з глинистих компонентів або містять їх у великій кількості глинисті і слабкі піскуваті сланці.

     Породи другої групи володіють, як затверджує автор, пластичними властивостями, унаслідок чого, після оголення вони при певному гірському тиску починають вичавлюватися у вироблення. Процес витискування таких порід протікає тим інтенсивніше чим більше гірський тиск. Крім того, із-за здатності поглинати вологу, ці породи розширюються в об'ємі. И.П. Шмиков [23, 24] на доказ теорії В.І. Барановського експериментально підтвердив пряму залежність зміни інтенсивності вздуття порід від прояву гірського тиску в породах, а також залежність інтенсивності вздуття від потужності шаруючи породи, схильного до вздуття.

    Л.А. Л.А. Западінський [25] на підставі натурних спостережень стверджує, що в умовах комбінату ''кузбассуголь" вздуття, як наслідок пластичних деформацій, зустрічається лише в окремих випадках, коли порід набувають пластичні властивості при зволоженні, і, як правило виявляється в незначних по потужності альовролітах з великим вмістом глинистих компонентів. У основному вздуття відбувається в породах середньої фортеці, що не володіють пластичними властивостями. Породи грунту поводяться як плити з крихкого, пружного матеріалу схильного до дії бічного тиску з боку зон опорного тиску під целікамі.

     А.П. Максимов в своїй роботі [26] стверджує, що характер деформацій бічних порід в процесі витискування їх всередину вироблення більшою мірою відповідає саме т;редставлению про перебіг вязкопластічеського тіла, чим уявленню про деформацію твердого тіла. Тут характер деформацій порід розглядується як процес повільного безперервного перебігу гірських порід всередину вироблень.

    А.М. Пяткин [27], як і багато дослідників, вважає, що вздуття грунтов гірських вироблень є одній з форм проявів гірського тиску. Інтенсивність цього процесу залежить від глибини розробки і розташування вироблення по відношенню до очисних робіт, що розвиваються. Піднімання шарів безпосереднього грунту в початковий період відбувається на порівняно невеликій глибині, навіть за наявності слабких глинистих порід значної потужності. Потім із збільшенням напруженості прилеглих до вироблення порід а також тривалістю дії опорного тиску зрушення захоплює і глибші шари грунту вироблення. Поряд з шарами порід, що переміщаються, безпосередньо прилеглими до вироблення, 1- її спрямовуються і породи, що залягають на більшій глибині. В цілому величина і характер прояву пученія залежать від фізіко-механічеських властивостей і потужності порід, що складають грунт вироблення, а також від величини і тривалості дії навантаження на породи, навколишні гірські вироблення.

    В.А. Литкин стверджує [28], що процес вздуття носить часовий характер, тому при рішенні задачі він враховує властивості реологій матеріалу шару, що витріщає. Розглядуються дві розрахункові схеми: коли шар, що витріщає, розглядується як тонкий шар, затиснутий між значно жорсткішими шарами товщину яких вважає неограніченно великою і, коли дана плоскість як би складена з двох полуплоськостей- верхньої і ніжньої- з різними механічними властивостями. Процес витискування горніх порід, що витріщають, в горизонтальні підготовчі вироблення і камери В.А. Литкин порівнює з впаданням металу, що перейшов в пластичний достаток, в пази, зроблені в матрицях, розглядуючи теорію перебігу матеріалу пластичної смуги, що стискується двома жорсткими плитами стосовно процесу холодного штампування А.А. Ільюшина з врахуванням вязко- пластичного перебігу шару, що витріщає. П.В. Леонов і Н.В. Підіймальників [29] вказують на те, що із-за порушення пружної рівноваги бічних порід відбуваються їх пластичні деформації. Пластичний перебіг глинистого грунту відбувається за рахунок її розмокання і витискування з-під целіка вугілля, що грає роль жорсткого штампу. В процесі вздуття порід грунту бере участь набухання, доля якого в спільній кількості спученої глини складає 20-25%.

Коротка історія освіти і розвитку ВАТ "Шахта "Комсомолець Донбасу"

    Шахта здана в експлуатацію в грудні 1980 р. з плановим видобутком 1300 тис.тонн/год. Виробнича потужність шахти затверджена Міністерством вугільної промисловості України 03.01.96 г.і складає 2100 тис.тонн/год з графіком освоєння в 2001 році. Поле шахти розкрите шістьма вертикальними стволами. Підготовка шахтного поля - погорізонтная. Горизонти закладені на відмітках 418м, 628 м і 810 м з пристроєм на цих відмітках околоствольних дворів. Лад відробітку - прямій від основних стволів до меж шахтного поля. Система розробки - довгими стовпами по повстанню. Спосіб провітрювання - всмоктуючий, схема провітрювання - секційна. Шахта відпрацьовує три вугільні пласти: Л7, Л4, ЛЗ; ведеться підготовка пласта Л6. На балансі шахти знаходяться дев'ять вугільних пластів марки «Т».Вугільне родовище, відпрацьовуване ВАТ "Шахта "Комсомолець Донбасу", займає західну частину Чистячи ковськой синкліналі.Вугленосна товща представлена породами верхнього і середнього відділів карбону свит Сз, С2, С2, С2, перекритих чвертковими відкладеннями. У тектонічному відношенні родовище приурочене до замкової частини Чистяково-снежнянськой синкліналі, яка представляє складку з крутим північним і пологим південним крилами. Кут падіння пластів вагається на верхньому горизонті: на сході - 10°; на заході - до 20°. У замковій частині синкліналі вугільні пласти мають кут падіння до 6°-10° і виполажіваются до 2°-5°. Залягання пластів в основному спокійне, ускладнене Юнкомовським надвігом з амплітудою 14-18 м. Крім того, шахтне поле покрите мережею мелкоамплітудної нарушенноcті.