Формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки

Формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки

Приведены результаты исследований проявлений горного давления при отработке синклинальных складок на моделях из эквивалентных материалов. На основании исследований показана возможность отработки синклинальных складок с управлением кровлей полным обрушением и перепуском обрушенных пород....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2014
Hauptverfasser: Костюк, С.Г., Бедарев, Н.Т., Любимов, О.В., Ситников, Г.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2014
Schriftenreihe:Розробка родовищ
Schlagworte:
Розробка вугільних родовищ
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104537
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки / С.Г. Костюк, Н.Т. Бедарев, О.В. Любимов, Г.А. Ситников // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 115-119. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-104537
record_format dspace
spelling irk-123456789-1045372016-07-13T03:02:45Z Формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки Костюк, С.Г. Бедарев, Н.Т. Любимов, О.В. Ситников, Г.А. Розробка вугільних родовищ Приведены результаты исследований проявлений горного давления при отработке синклинальных складок на моделях из эквивалентных материалов. На основании исследований показана возможность отработки синклинальных складок с управлением кровлей полным обрушением и перепуском обрушенных пород. Наведено результати досліджень проявів гірського тиску при відробці синклінальних складок на моделях з еквівалентних матеріалів. На підставі досліджень показана можливість відробки синклінальних складок з керуванням покрівлею повним обваленням і перепуском обвалених порід. Results of rock pressure manifestations during mining the inverted folds on models from equivalent materials are conducted. On the basis of investigations the possibility of inverted folds mining with roof caving control and overflow of caved rocks is shown. 2014 Article Формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки / С.Г. Костюк, Н.Т. Бедарев, О.В. Любимов, Г.А. Ситников // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 115-119. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2415-3435 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104537 622.831.1.001.57 ru Розробка родовищ УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Розробка вугільних родовищ
Розробка вугільних родовищ
spellingShingle Розробка вугільних родовищ
Розробка вугільних родовищ
Костюк, С.Г.
Бедарев, Н.Т.
Любимов, О.В.
Ситников, Г.А.
Формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки
Розробка родовищ
description Приведены результаты исследований проявлений горного давления при отработке синклинальных складок на моделях из эквивалентных материалов. На основании исследований показана возможность отработки синклинальных складок с управлением кровлей полным обрушением и перепуском обрушенных пород.
format Article
author Костюк, С.Г.
Бедарев, Н.Т.
Любимов, О.В.
Ситников, Г.А.
author_facet Костюк, С.Г.
Бедарев, Н.Т.
Любимов, О.В.
Ситников, Г.А.
author_sort Костюк, С.Г.
title Формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки
title_short Формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки
title_full Формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки
title_fullStr Формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки
title_full_unstemmed Формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки
title_sort формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки
publisher УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate 2014
topic_facet Розробка вугільних родовищ
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104537
citation_txt Формирование модели из эквивалентных материалов и имитация отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки / С.Г. Костюк, Н.Т. Бедарев, О.В. Любимов, Г.А. Ситников // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 115-119. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series Розробка родовищ
work_keys_str_mv AT kostûksg formirovaniemodeliizékvivalentnyhmaterialoviimitaciâotrabotkiugolʹnogoplastasnaličiemsinklinalʹnojskladki
AT bedarevnt formirovaniemodeliizékvivalentnyhmaterialoviimitaciâotrabotkiugolʹnogoplastasnaličiemsinklinalʹnojskladki
AT lûbimovov formirovaniemodeliizékvivalentnyhmaterialoviimitaciâotrabotkiugolʹnogoplastasnaličiemsinklinalʹnojskladki
AT sitnikovga formirovaniemodeliizékvivalentnyhmaterialoviimitaciâotrabotkiugolʹnogoplastasnaličiemsinklinalʹnojskladki
first_indexed 2025-07-07T15:30:19Z
last_indexed 2025-07-07T15:30:19Z
_version_ 1837002622308974592
fulltext 115 УДК 622.831.1.001.57 © С.Г. Костюк, Н.Т. Бедарев, О.В. Любимов, Г.А. Ситников С.Г. Костюк, Н.Т. Бедарев, О.В. Любимов, Г.А. Ситников ФОРМИРОВАНИЕ МОДЕЛИ ИЗ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИМИТАЦИЯ ОТРАБОТКИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА С НАЛИЧИЕМ СИНКЛИНАЛЬНОЙ СКЛАДКИ Приведены результаты исследований проявлений горного давления при отработке синклинальных складок на моделях из эквивалентных материалов. На основании исследований показана возможность отработки синклинальных складок с управлением кровлей полным обрушением и перепуском обрушенных пород. ФОРМУВАННЯ МОДЕЛІ З ЕКВІВАЛЕНТНИХ МАТЕРІАЛІВ І ІМІТАЦІЯ ВІДРОБКИ ВУГІЛЬНОГО ПЛАСТА З НАЯВНІСТЮ СИНКЛІНАЛЬНОЇ СКЛАДКИ Наведено результати досліджень проявів гірського тиску при відробці синклінальних складок на моделях з еквівалентних матеріалів. На підставі досліджень показана можливість відробки синклінальних складок з керуванням покрівлею повним обвален- ням і перепуском обвалених порід. FORMING OF MODEL FROM EQUIVALENT MATERIALS AND SIMULATION OF COAL SEAM MINING WITH AN INVERTED FOLD Results of rock pressure manifestations during mining the inverted folds on models from equivalent materials are conducted. On the basis of investigations the possibility of inverted folds mining with roof caving control and overflow of caved rocks is shown. ВВЕДЕНИЕ Разработке угольных пластов в синкли- нальных складках уделялось большое вни- мание при исследовании сдвижений зем- ной поверхности под охраняемыми объек- тами [1 – 5]. Хотя в приведенных работах основное внимание уделялось сдвижениям земной поверхности под застроенными территориями и наблюдения проводились в основном на дневной поверхности, тем не менее, на основании анализа проведен- ных исследований можно сделать основ- ные выводы: – самый неблагоприятный случай, ко- гда величина уступов под объектами дос- тигает максимальных величин при отра- ботке пластов в одном крыле складки в на- правлении к оси складки, а рост уступов пропорционален приращению оседаний от отработки каждого этажа; – деформирование пород в зоне опор- ного давления при больших глубинах раз- работки в значительной мере определяется степенью потери бокового распора, вы- званного сдвижением пород над очистной выработкой; – при одновременном ведении горных работ на обоих крыльях складок величины уступов пропорциональны разности оседа- ний от влияния выработок на одном и дру- гом крыльях на участке выхода осевых по- верхностей складок. Поэтому одновремен- но вынимать складки не рекомендуется; 116 – значительное влияние на процесc сдвижения земной поверхности оказывает неоднородность массива, особенно при на- личии труднообрушаемой кровли. Для изучения процесса сдвижения гор- ных пород и земной поверхности, обосно- вания геомеханических схем процесса сдвижения и оценки влияния горно- геологических факторов может эффектив- но применяться метод моделирования с помощью эквивалентных материалов [5]. ЗАДАЧИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ФИЗИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ На основании анализа исследований [1 – 5], нормативного документа [6], реко- мендаций по моделированию [7] и опыта наших исследований [8] с целью получения данных для обоснования оптимальных па- раметров ведения очистных и подготови- тельных работ при имитации выемки угля в синклинальных складках на крутых и кру- тонаклонных пластах сформулированы за- дачи проведения исследований на физиче- ских моделях из материалов-эквивалентов в два этапа: на первом этапе подтвердить идентичность физики процессов получен- ных на основании выводов [1 – 5] для обос- нования возможности имитации выемки уг- ля в синклинальных складках на малых мо- делях размером 450×350 мм в геометриче- ском масштабе 1:300, временном 1:15. На втором этапе провести исследования на средних моделях размером 1050×1350×200 мм в геометрическом и временном масшта- бах: 1:100 и 1:15 соответственно. 1 этап. На малых моделях задавались следующие горно-геологические условия: Глубина ведения горных работ 150 м, мощность пласта 2 – 3 м, угол падения крутой части синклинальной складки 45 – 50º, пологой части синклинали 5 – 10º. По- роды основной и непосредственной кро- вель средней крепости при =сжσ 500 – 650 кг/см2. Высота этажа 100 м. Имитация выемки угля без пригрузки модели осуще- ствлялась в направлении сверху вниз до точки пересечения нормали, проведенной к отрабатываемому пласту от выхода осевой поверхности, а затем от оси синклиналь- ной складки после оставления целиков в направлении снизу вверху согласно работ [1 – 5] и в соответствии с инструкцией [6]. На первом этапе исследования прово- дились на модели из парафино-песчаных смесей в соотношении парафин/песок 1:6 согласно диаграмме Гиббса-Розебома [7]. Наблюдения проводили только с помощью фотофиксации маркировочных меток [9]. Проведенными исследованиями под- твержден описанный характер физики процессов полученных в работах [1 – 5] с возможностью принятия решений по пла- нированию имитации отработки синкли- нальных складок на плоских моделях из эквивалентных материалов. В результате было принято решение переходить ко второму этапу исследований на модели размером 1340×1050×200 мм с проведением инструментальных наблюде- ний. 2 этап. Имитацию выемки угля в синк- линальной складке осуществляли на пло- ской модели из эквивалентных материалов, заформованную в соответствии с патентом [10] при следующих горно-геологических условиях: Глубина ведения горных работ 200 – 250 м; мощность пласта 4 – 5 м; угол падения крутой части синклинальной складки 35 – 40º, пологой 1 – 22º, при на- личии породы основной и непосредствен- ной кровли средней крепости. При исследованиях второго этапа ре- шались следующие задачи: – получение характера расслоения и ве- личин смещения основной и непосредст- венной кровель по мере подвигания очи- стного забоя; – изучение характера формирования зон разгрузки, зон повышенного горного давления (ЗПГД) относительно первона- чального горного давления (νН) по мере подвигания очистного забоя. На рис. 1 представлен чертеж модели и порядок ее отработки. 117 Рис. 1. Размещение приборов, оборудования и оче- редность отработки забоев: 1 – ограждение пнев- мобаллонов пригрузки; 2 – предохранительный швеллер; 3 – зона нарушения; 4 – пласт угля в виде синклинальной складки; А, Б, В – очередность от- работки очистных забоев, соответственно; 1 – 5х – датчики давления Д-2 в почве крутой и пологой частей синклинали; 11 – 14 – индикаторы часового типа (ИЧ) крутой части синклинали на удалении 12 м от кровли в натуре; 21 – 24 – верх- ний ряд индикаторы часового типа на удалении 44 м от кровли; 31 – 33 – нижний ряд реперов над пологой частью синклинальной складки в 6 м от кровли; 41 – одиночный репер на удалении 28 м от кровли пологой части синклинали; ГЦ – граничные целики – 5 м, ОЦ – охранные целики для удержания подработанной кровли и зоны нарушения: 8 м кру- тая часть синклинали, 5 м – пологая часть синк- линали; ВЦ – временный целик – 3 м для удержания принудительно обрушенных пород в верхней части синклинали На рис. 2 показана модель, в кторой развернутая под углом 48º – крутая часть синклинали, а под углом 11º – пологая часть синклинали. Здесь же показаны под- готовительные выработки 1, 2 – конвейер- ный и вентиляционный штреки пологой части синклинали; 3,4 – конвейерный штрек нижнего подэтажа и вентиляцион- ный штрек верхнего подэтажа крутой час- ти синклинали; 5 – зона геологического нарушения. Конвейерный штрек верхнего подэтажа и вентиляционный штрек нижне- го подэтажа еще не пройдены. Очередность ведения очистных работ представлена на рис. 1. По мере выемки синклинальной склад- ки, полученные значения величин пред- ставлены в табл. 1 – 17. В табл. 1 приведены смещения кровли, зафиксированные реперами (ИЧ) 31, 32, 33, 41 после отработки пологой части синкли- нальной складки, а в табл. 2 – показания датчиков давления фиксирующие измене- ния горного давления относительно νН. В табл. 3 приведены смещения кровли пласта над выработанным пространством, зафиксированные реперами 11 – 14 (ниж- ний ряд) и реперами 21 – 24 (верхний ряд) после отработки верхнего подэтажа крутой части синклинали. В табл. 4 представлены смещения кров- ли и показания датчика давления Д2 после отработки верхнего подэтажа и принуди- тельного обрушения кровли в верхнем по- дэтаже, а в табл. 5 – в пологой части. РЕЗУЛЬТАТЫ СМЕЩЕНИЙ КРОВЛИ ЗАФИКСИРОВАНЫ РЕПЕРАМИ (ИЧ) № 31, 32, 33 и 41 Таблица 1 №№ реперов 31 32 33 41 Смещение, мм (в натуре) 89 112 3 18 РОСТ КОЭФФИЦИЕНТА КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ, ЗАФИКСИРОВАННЫХ ДАТЧИКАМИ ДАВЛЕНИЯ Д2 Таблица 2 №№ датчиков Д2 4 5 Коэффициент концентрации напряжений, К 1,39 2,19 118 ВЕЛИЧИНЫ СМЕЩЕНИЙ КРОВЛИ В НИЖНЕМ И ВЕРХНЕМ РЯДАХ РЕПЕРОВ Таблица 3 №№ реперов (нижний ряд) 11 12 13 14 Величины смещений кровли пласта, мм 3 9 38 17 №№ реперов (верхний ряд) 21 22 23 24 Величины смещений, мм 4 4 7 1 СМЕЩЕНИЯ КРОВЛИ, ЗАФИКСИРОВАННЫЕ РЕПЕРАМИ 11 – 14 и 21 – 24 Таблица 4 №№ реперов в нижнем ряду 11 12 13 14 Величины смещений, мм (в натуре) 126 44 67 46 №№ реперов в верхнем ряду 21 22 23 24 Величины смещений, мм (в натуре) 13 91 17 99 №№ датчиков Д2 1 2 3 4/5 Коэффициент концентрации напряжений, К 1,2 1,8 2,4 1,4/2,3 ВЕЛЧИНЫ СМЕЩЕНИЙ ПОРОД КРОВЛИ (ПОЛОГАЯ ЧАСТЬ) Таблица 5 №№ реперов (пологая часть синклинали) 31 32 33 41 Величины смещений, мм (в натуре) 128 134 5 119 РЕЗУЛЬТАТЫ ФИКСАЦИИ СМЕЩЕНИЙ ПОРОД КРОВЛИ И ПОКАЗАНИЯ ДАТЧИКОВ Д2 В КРУТОЙ ЧАСТИ СИНКЛИНАЛЬНОЙ СКЛАДКИ Таблица 6 №№ реперов (нижний ряд) 11 12 13 14 Величины смещений, мм (в натуре) 150 60 74 50 №№ реперов верхний ряд 21 22 23 24 Величины смещений, мм (в натуре) 12 164 53 39 №№ датчиков Д 2 1 2 3 4/5 Коэффициент концентрации напряжений, К 1,42 1,33 2,61 1,44/2,5 ВЕЛЧИНЫ СМЕЩЕНИЙ ПОРОД КРОВЛИ (ПОЛОГАЯ ЧАСТЬ) Таблица 7 №№ реперов (пологая часть синклинали) 31 32 33 41 Величины смещений, мм (в натуре) 207 225 7 199 В табл. 6 и 7 представлены смещения пород кровли в крутой и пологой частях синклинали после перепуска обрушенных пород с верхнего подэтажа на нижний. Анализ полученных результатов при отработке модели (согласно табл. 1 – 7) при соблюдении очередности с оставлени- ем целиков (согласно рис. 2) показал воз- можность выемки угля в синклинальных складках при управлении кровлей полным обрушением в пологой части синклинали, а также и в верхней части крутой складки, а после принудительного обрушения пород кровли в верхней части обрушенные поро- ды следует перепускать в нижнюю часть крутой складки для управления кровлей, при этом перепущенные породы могут вы- полнять роль закладочного массива. Мак- симум концентрации напряжений K не превышает величины 2,5 относительно первоначального напряженного состояния, а максимальные величины смещений не- посредственной кровли не превышали 225 мм. При этом зона обрушений практи- чески не приходит в движение. Следует отметить, что в работе [9] при отработке 119 аналогичной синклинальной складки, без оставления целиков для удержания зоны обрушенных пород, были зафиксированы значительные перемещения подработан- ных пород, включая нарушенную зону. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Гавриленко Ю.Н. Научные основы прогнозирова- ния сдвижений земной поверхности при разработке угольных пластов в условиях нарушенного залегания пород: автореф. дисс. на соискание уч. степени доктора техн. наук / Ю.Н. Гавриленко. – Д., 1997. 2 Титов Ю.Н. Прогноз деформаций земной поверх- ности при взаимном влиянии очистных выработок в свитах угольных пластов: автореф. дисс. на соискание уч. степени доктора техн. наук / Ю.Н Титов. – Санкт- Петербург, 1999. 3. Малахов А.Н. Разработка способа отработки крутопадающих пластов на основе применения подзем- ных массовых взрывов и предварительного разупрочне- ния угольного массива: автореф. дисс. на соискание уч. степени доктора техн. наук / А.Н. Малахов. – Москва, 2001. – 260 с. 4. Панин Ю.Г. Прогнозирование сдвижений и дефор- маций земной поверхности и обоснование рациональ- ных способов ведения горных работ под застроенными территориями при подземной выемке свит угольных пластов, залегающих в синклинальных складках: авто- реф. дисс. на соискание уч. степени канд. техн. наук / Ю.Г. Панин. – Ленинград, 1989. 5. Земисев В.Н. Научное обоснование методов про- гноза деформаций горных пород и земной поверхности при разработке угольных пластов в сложных горно- геологических условиях: автореф. дисс. на соискание уч. степени доктора техн. наук. Ленинград, 1989. 6. Инструкция по безопасному ведению горных ра- бот на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам. – М., 2004. 7. Моделирование проявлений горного давления / [Кузнецов Г.Н., Будько М.Н. и др.]. – М.: Недра, 1968. – С. 61 – 63. 8. Обоснование параметров технологии разработ- ки крутых и крутонаклонных угольных пластов в слож- ных горно-геологических условиях системой подэтажно- го обрушения с выпуском угля под защитой механизи- рованной крепи передвижного штрекового комплекса: отчет о НИР / ГУКузГТУ. – Прокопьевск, 2010. – 133 с. 9. Имитация отработки синклинальных складок на моделях из эквивалентных материалов / Н.Т. Бедарев, Г.А. Ситников, М.О. Бочаров [и др.] // Перспективы ин- новационного развития угольных регионов России: ІV междунар. науч.-практич. конф. – Прокопьевск, 2014. – С. 121 – 124. 10. Пат. на полезную модель 136620. Устройство для изучения проявлений горного давления на моделях / Бедарев Н.Т., Ковалев Н.Б., Костюк С.Г., Любимов О.В., Ренев А.А., Семенцов В.В.; опубл. 10.01.14., Бюл. № 1. ОБ АВТОРАХ Костюк Светлана Георгиевна – директор филиала Кузбасского государственного технического универси- тета. Бедарев Николай Тимофеевич – к.т.н., доцент ка- федры технологии и механизации выемки угля филиала Кузбасского государственного технического универси- тета. Любимов Олег Владиславович – к.т.н., старший преподаватель кафедры прикладной механики филиала Кузбасского государственного технического универси- тета. Ситников Геннадий Анисимович – к.т.н., доцент кафедры технологии и механизации выемки угля фи- лиала Кузбасского государственного технического уни- верситета.

Ähnliche Einträge