Исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой

Цель. Обоснование условий повторного использования выемочных выработок управлением параметрами системы из сталеполимерных и канатных анкеров. Методика. Методом вычислительного эксперимента проведен широкий спектр исследований напряженнодеформированного состояния углевмещающего массива и комбиниров...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Ковалевская, И., Барабаш, М., Гусев, А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2016
Schriftenreihe:	Розробка родовищ
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104711
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:	Исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой / И. Ковалевская, М. Барабаш, А. Гусев // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 1. — С. 31-36. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-104711
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1047112016-07-15T03:01:52Z Исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой Ковалевская, И. Барабаш, М. Гусев, А. Цель. Обоснование условий повторного использования выемочных выработок управлением параметрами системы из сталеполимерных и канатных анкеров. Методика. Методом вычислительного эксперимента проведен широкий спектр исследований напряженнодеформированного состояния углевмещающего массива и комбинированной крепежной системы из сталеполимерных и канатных анкеров. Результаты. Приведены результаты анализа напряженно-деформированного состояния углевмещающего массива вокруг повторно используемой выемочной выработки при упрочнении ее кровли комбинированной анкерной системой в составе сталеполимерных и канатных анкеров. Научная новизна. В работе представлено новое решение задачи методом вычислительного эксперимента и получены эпюры, характеризующие напряженно-деформированное состояние системы “массив – комбинированное анкерное упрочнение”. Проведенные исследования являются основой для выбора крепежной системы, адаптированной к характеру проявлений горного давления. Практическая значимость. Проведенные аналитические исследования являются базой для выбора оптимальной крепежной системы с целью ограничения ее нагружения и повышения эксплуатационной характеристики, что является существенной составляющей повышения устойчивости породного массива. Мета. Обґрунтування умов повторного використання виїмкових виробок керуванням параметрами системи зі сталеполімерних і канатних анкерів. Методика. Методом обчислювального експерименту проведений широкий спектр досліджень напружено-деформованого стану вуглевміщуючого масиву й комбінованої системи зі сталеполімерних і канатних анкерів. Результати. Наведено результати аналізу напружено-деформованого стану вуглевміщуючого масиву навколо виїмкової виробки, що повторно використовується, при зміцненні її покрівлі комбінованою анкерною системою у складі сталеполімерних і канатних анкерів. Наукова новизна. У роботі представлено нове рішення задачі методом обчислювального експерименту й отримано епюри, що характеризують напружено-деформований стан системи “масив – комбіноване анкерне зміцнення”. Проведені дослідження є основою для вибору кріплення системи, адаптованої до характеру проявів гірського тиску. Практична значимість. Проведені аналітичні дослідження є базою для вибору оптимальної кріпильної системи з метою обмеження її навантаження і підвищення експлуатаційної характеристики, що є суттєвою складовою підвищення стійкості породного масиву. Purpose. Justification of conditions for reusal of extraction mine working by maintaining system parameters of resin- grouted and rope roof bolts. Methods. Wide range of investigation of stress-strain state of coal-bearing massif condition and combined support system of resin-grouted and rope roof bolts was carried out by the method of computing experiment. Findings. The results are related to stress-strain state of coal bearing massif conditions around reused extraction mine working during roof reinforcement by combined anchoring system consisting of resin-grouted and rope roof bolts. Originality. The new task solution by the method of computational experiment is shown in the paper. Curves characterizing the stress-strain state of the system “rock massif – combined anchored reinforcement” are received. The investigations carried out are the basis for support system selection, adapted to the character of rock pressure manifestation. Practical implications. Analytical investigations are the basis for selecting optimal support system aimed at its loading and improving exploitation characteristics that are essential part of increasing the rock massif stability. 2016 Article Исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой / И. Ковалевская, М. Барабаш, А. Гусев // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 1. — С. 31-36. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2415-3435 DOI: http://dx.doi.org/10.15407/mining10.01.031 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104711 622.833.5:622.282.74 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
description	Цель. Обоснование условий повторного использования выемочных выработок управлением параметрами системы из сталеполимерных и канатных анкеров. Методика. Методом вычислительного эксперимента проведен широкий спектр исследований напряженнодеформированного состояния углевмещающего массива и комбинированной крепежной системы из сталеполимерных и канатных анкеров. Результаты. Приведены результаты анализа напряженно-деформированного состояния углевмещающего массива вокруг повторно используемой выемочной выработки при упрочнении ее кровли комбинированной анкерной системой в составе сталеполимерных и канатных анкеров. Научная новизна. В работе представлено новое решение задачи методом вычислительного эксперимента и получены эпюры, характеризующие напряженно-деформированное состояние системы “массив – комбинированное анкерное упрочнение”. Проведенные исследования являются основой для выбора крепежной системы, адаптированной к характеру проявлений горного давления. Практическая значимость. Проведенные аналитические исследования являются базой для выбора оптимальной крепежной системы с целью ограничения ее нагружения и повышения эксплуатационной характеристики, что является существенной составляющей повышения устойчивости породного массива.
format	Article
author	Ковалевская, И. Барабаш, М. Гусев, А.
spellingShingle	Ковалевская, И. Барабаш, М. Гусев, А. Исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой Розробка родовищ
author_facet	Ковалевская, И. Барабаш, М. Гусев, А.
author_sort	Ковалевская, И.
title	Исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой
title_short	Исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой
title_full	Исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой
title_fullStr	Исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой
title_full_unstemmed	Исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой
title_sort	исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой
publisher	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate	2016
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104711
citation_txt	Исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой / И. Ковалевская, М. Барабаш, А. Гусев // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 1. — С. 31-36. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Розробка родовищ
work_keys_str_mv	AT kovalevskaâi issledovanienaprâžennodeformirovannogosostoâniâupročnennogoprikonturnogomassivavyemočnojvyrabotkikombinirovannojankernojsistemoj AT barabašm issledovanienaprâžennodeformirovannogosostoâniâupročnennogoprikonturnogomassivavyemočnojvyrabotkikombinirovannojankernojsistemoj AT guseva issledovanienaprâžennodeformirovannogosostoâniâupročnennogoprikonturnogomassivavyemočnojvyrabotkikombinirovannojankernojsistemoj
first_indexed	2025-07-07T15:44:14Z
last_indexed	2025-07-07T15:44:14Z
_version_	1837003499485790208
fulltext	Founded in 1900 National Mining University Mining of Mineral Deposits ISSN 2415-3443 (Online) \| ISSN 2415-3435 (Print) Journal homepage http://mining.in.ua Volume 10 (2016), Issue 1, pp. 31-36 31 UDC 622.833.5:622.282.74 http://dx.doi.org/10.15407/mining10.01.031 ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УПРОЧНЕННОГО ПРИКОНТУРНОГО МАССИВА ВЫЕМОЧНОЙ ВЫРАБОТКИ КОМБИНИРОВАННОЙ АНКЕРНОЙ СИСТЕМОЙ И. Ковалевская1, М. Барабаш2, А. Гусев3 1Кафедра подземной разработки месторождений, Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина 2ООО “ДТЭК Энерго”, Киев, Украина 3ШУ “Першотравенское” ПАО “ДТЭК Павлоградуголь”, Павлоград, Украина Ответственный автор: e-mail kovalevska_i@yahoo.com, тел. +380567560047, факс: +380563742184 RESEARCH INTO STRESS-STRAIN STATE OF REINFORCED MARGINAL MASSIF OF EXTRACTION MINE WORKING BY COMBINED ANCHORING SYSTEM I. Kovalevska1, М. Barabash2, O. Gusiev3 1Underground Mining Department, National Mining University, Dnipropetrovsk, Ukraine 2LLS “DTEK Energy”, Kyiv, Ukraine 3MA “Pershotravenske” PJSC “DTEK Pavlogradvuhillia”, Pavlohrad, Ukraine Corresponding author: e-mail kovalevska_i@yahoo.com, tel. +380567560047, fax: +380563742184 ABSTRACT Purpose. Justification of conditions for reusal of extraction mine working by maintaining system parameters of res- in-grouted and rope roof bolts. Methods. Wide range of investigation of stress-strain state of coal-bearing massif condition and combined support system of resin-grouted and rope roof bolts was carried out by the method of computing experiment. Findings. The results are related to stress-strain state of coal bearing massif conditions around reused extraction mine working during roof reinforcement by combined anchoring system consisting of resin-grouted and rope roof bolts. Originality. The new task solution by the method of computational experiment is shown in the paper. Curves charac- terizing the stress-strain state of the system “rock massif – combined anchored reinforcement” are received. The investigations carried out are the basis for support system selection, adapted to the character of rock pressure mani- festation. Practical implications. Analytical investigations are the basis for selecting optimal support system aimed at its load- ing and improving exploitation characteristics that are essential part of increasing the rock massif stability. Keywords: coal bearing massif, stress-strain state condition, extraction mine working, resin-grouted and rope anchors 1. ВВЕДЕНИЕ На шахтах Западного Донбасса имеется опыт применения комбинированных анкерных систем в составе сталеполимерных и канатных анкеров для поддержания кровли пластовых выработок в зоне влияния очистных работ, но, пока такие технические решения носят экспериментальный характер и не имеют должного распространения на различные гор- но-геологические и горнотехнические условия, в том числе и на выемочные выработки, которые планиру- ется повторно использовать (Kovalevska, Fomychov & Vivcharenko, 2010; Rotkegel, Prusek, Kuziak & Gro- dzicki, 2013). В этой связи проведен широкий спектр вычислительных экспериментов методом конечных элементов (МКЭ) по расчету напряженно- деформированного состояния (НДС) массива вокруг выемочной выработки, поддерживаемой позади очистного забоя в зоне стабилизации проявлений горного давления, непременной составляющей кото- рых являлись комбинированные анкерные системы для упрочнения кровли штрека. Конструкции этих систем различаются между собой преимущественно по количеству сталеполимерных анкеров в кровле и параметрам их расположения, а также комбинацией с канатными анкерами. I. Kovalevska, M. Barabash, O. Gusiev. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 31-36 32 2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Проведенные многовариантные вычислительные эксперименты достаточно обширны (Kovalevska, Illiashov, Fomychov & Chervatuk, 2012; Sdvizhkova, Kovrov & Kiriiak, 2014), поэтому рассмотрен один из оптимальных вариантов комбинированных анкерных систем: два сталеполимерных анкера в центральной части свода и два канатных анкера в его периферий- ной части, который сравнивается с традиционной схемой поддержания выемочного штрека, например, для условий отработки пласта 6С . Для данного вари- анта изложены результаты анализа по распределению трех основных компонент напряжений (вертикаль- ных уσ , горизонтальных хσ и интенсивности на- пряжений σ ) в массиве; но, во главу угла положены особенности эпюры распределения интенсивности напряжений σ , как обобщающей характеристики напряженного состояния любого объекта. Анализ эпюры интенсивности напряжений (Рис. 1) в окружающем выработку массиве при использовании комбинированной анкерной системы взамен базовой (отсутствие канатных анкеров) показал ряд изменений в состоянии близлежащих пород. В кровле выемочно- го штрека образуется зона разгрузки σ , отличающая- ся от таковой для базовой схемы крепления по своей форме и размерам. Во-первых, разгрузка практически не затрагивает породы непосредственной кровли: со стороны выработанного пространства образуется ло- кальная область с величиной σ , соответствующей состоянию нетронутого массива; в породах над цен- тральной частью свода возникает область с концен- трацией σ уровня 1.6 – 2.0 от начального состояния нетронутого массива. По абсолютной величине эта концентрация σ не представляет опасности, так как в 3.0 – 3.8 раза ниже сопротивления сжатию песчаника непосредственной кровли. На данный факт необходи- мо обратить внимание по следующей причине. Обыч- но в непосредственной кровле над выработкой образу- ется зона разгрузки, где пониженные σ (также как и другие компоненты напряжений) характеризуют про- гиб породного слоя в полость выработки с соответ- ствующими его горизонтальными подвижками. Если породный слой целостный, то его горизонтальные подвижки не снижают сопротивления вертикальному горному давлению. Но, как правило, непосредственная кровля разбита трещинами разрыва на породные бло- ки (Lobkov, 2003; Instruktsiya…, 1994; Bondarenko, Kovalevskaya, Simanovich, Barabash & Gusev, 2015) и если (благодаря горизонтальным подвижкам) пород- ные блоки выйдут из контакта друг с другом, то при их прогибе распорной конструкции не образуется, а породные блоки обрушаются на рамную крепь. При наличии горизонтального распора породные блоки сопротивляются вертикальному горному давлению, а именно небольшая концентрация σ указывает на повышенный горизонтальный распор породных бло- ков. На наш взгляд, описанное состояние непосред- ственной кровли сформировалось благодаря ее соеди- нению с основной кровлей посредством канатных анкеров, – образуется весьма мощная армопородная плита высокой несущей способности. Рисунок 1. Эпюра распределения интенсивности напряжений σ в породном массиве, окру- жающем выемочную выработку, поддержи- ваемую с использованием комбинированных анкерных систем Во-вторых, характер распределения σ в первом слое основной кровли (представленном мощным алевролитом) указывает на возможность частично независимого прогиба основной и непосредственной кровли с некоторыми горизонтальными подвижками относительно друг друга благодаря ограниченной податливости каната за счет его удлинения при рас- тяжении. Именно такая возможность (хотя и ограни- ченная) горизонтальных перемещений относительно друг друга слоев непосредственной и основной кров- ли способствует появлению в последней локальной области разгрузки размерами в плоскости сечения 0.7× 1.0 м. Уровень разгрузки составляет 0.4 – 0.8 от величины начального состояния нетронутого массива и указывает на сохранение части горизонтального распора в пределах этой локальной области, выше которой состояние алевролита переходит в исходное начальное, а далее на половине мощности породного слоя основной кровли действует концентрация σ уровня 1.2 – 2.0. Данная концентрация характеризует действие распорных усилий при сопротивлении про- гибу нижнего слоя основной кровли, а абсолютные значения σ в 1.75 – 2.91 раза ниже сопротивления сжатию алевролита. Таким образом, можно сделать следующий вывод: абсолютной жесткости армопородной плиты из ос- новной и непосредственной кровли добиться не уда- лось, но этого и не требуется по причине их совмест- ного и активного сопротивления вертикальному гор- ному давлению в пределах напряжений σ , весьма далеких от разрушающих. В то же время, в базовой схеме крепления зона разгрузки проходит через всю мощность непосредственной кровли с весьма вероят- ным ее обрушением. Единственным негативным обстоятельством явля- ется появление в приконтурной области со стороны нетронутого массива участка разупрочненных пород на глубину до 0.15 – 0.20 м, который, тем не менее, не может существенно повлиять на сопротивление непо- I. Kovalevska, M. Barabash, O. Gusiev. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 31-36 33 средственной кровли вертикальному горному давле- нию; напротив, эта концентрация σ лишний раз под- черкивает активное вовлечение пород непосредствен- ной кровли в противодействие процессам сдвижения надугольной толщи. В прилегающих боковых породах со стороны не- тронутого массива наблюдается еще одна особен- ность в распределении интенсивности напряжений – пониженные σ в сравнении с базовым вариантом крепления. Так, концентрация σ составляет 1.6 – 2.0 на ширину в массив до 2.1 м, которая многократно меньше сопротивления сжатию как пород непосред- ственной кровли, так и угольного пласта; в слабых породах непосредственной почвы такая концентра- ция вызывает их разупрочнение и способствует ин- тенсификации процесса пучения. Если сравнивать боковое опорное давление при использовании комбинированной анкерной системы, то оно в 2 – 3 раза ниже по отношению к базовому варианту крепления. Очевидно, это происходит по- тому, что сформированная армопородная плита в кровле имеет повышенную площадь опирания на боковые породы; тогда их напряженность снижается. Более высокие концентрации σ наблюдаются только в приконтурных породах на ширину до 0.3 – 0.7 м, но ни для пород непосредственной кровли, ни для угольного пласта они не представляют опасности в плане разупрочнения. Со стороны выработанного пространства над и под охранной конструкцией формируются высокие концентрации σ , что обусловлено относительно небольшой площадью опоры в виде охранной систе- мы, которая, как правило, провоцирует разупрочне- ние определенных объемов пород непосредственной кровли и почвы. Повышенная крепость пород непо- средственной кровли ограничивает область разупрочнения: на контакте с охранной конструкцией разупрочнение прогнозируется по всей ее ширине, а на границе с основной кровлей ширина разупрочне- ния пород не превышает 0.3 м. В породах непосред- ственной почвы глубина разупрочнения достигает 6.5 м при ширине до 3.1 м, что, безусловно, генери- рует активное сдвижение пород почвы пласта в по- лость выработки. Из приведенных сведений следует, что для повы- шения жесткости опоры (армопородной плиты в кровле) со стороны выработанного пространства необходимо ограничение области разупрочнения над и под охранной конструкцией. Но, это представляет уже другую, отдельную задачу, которая рассмотрена, например, в работе (Skipochka, Mukhin & Chervatyuk, 2002). Здесь же отметим, что по ширине влияния канатного анкера (со стороны выработанного про- странства) в примыкающих к выработке породах непосредственной кровли концентрация σ далека от разрушающей; то же наблюдается и в нижнем слое основной кровли. То есть, прогнозируется целост- ность армопородной плиты, формируемой комбини- рованной анкерной системой; следовательно, эта плита будет активно противодействовать вертикаль- ному горному давлению (Shashenko, Sdvizhkova, Zhuravlev & Dubitska, 2015). В слабых породах почвы выемочной выработки по ее ширине традиционно образуется зона разгруз- ки, распространяющаяся по глубине до 5.5 м. В угло- вых частях выработки (как со стороны нетронутого массива, так и со стороны выработанного простран- ства) действуют разрушающие концентрации σ в обширных областях пород почвы. Данные области разупрочнения под воздействием концентраций σ будут способствовать перемещению пород в зону разгрузки и далее в полость выработки. Поэтому мож- но прогнозировать достаточно интенсивное пучение пород почвы штрека. Здесь влияние комбинированной анкерной системы прослеживается в меньшей степени, а основным фактором пучения является весьма низкая крепость пород почвы. Тем не менее, размеры обла- стей разупрочнения в почве заметно ниже, чем при базовом варианте крепления и главной причиной тому является, на наш взгляд, менее интенсивное опорное давление в боках выемочной выработки. Подводя итоги особенностям распределения ин- тенсивности напряжений в близлежащем породном массиве следует отметить позитивное влияние комби- нированной анкерной системы, в первую очередь, на состояние пород кровли, где по основным признакам формируется армопородная плита достаточно высокой устойчивости; под ее защитой прогнозируется удовле- творительное состояние выемочной выработки. Позитивные особенности, подчеркивающие про- цесс формирования армопородной плиты в кровле с помощью комбинированной анкерной системы, до- статочно четко проявляются на эпюре горизонталь- ных напряжений хσ . В первую очередь рассмотрена область концентраций сжимающих хσ , распростра- няющихся по всей ширине свода и мощности непо- средственной кровли. Величина ≤хσ 18 – 25 МПа достаточно высока в сравнении с исходным состоя- нием нетронутого массива (коэффициент концентра- ции достигает 5.2 – 7.3), но это не вызывает разупрочнения пород непосредственной кровли. Примечательно другое – повышенные горизонталь- ные сжимающие напряжения действуют по всей мощности слоя, создавая такой распор в породных блоках непосредственной кровли, который не допус- кает существенных ее прогибов в полость выработки. В боковых частях (по отношению к выработке) непо- средственной кровли также имеет место относитель- но неоднородное поле распределения сжимающих хσ по ее мощности, – здесь опять-таки происходит распор породных блоков. В результате распорная блочная система в непосредственной кровле не толь- ко устойчива сама по себе (удерживает собственный вес), но и активно сопротивляется нагрузке со сторо- ны основной кровли. В породных слоях основной кровли наблюдается их изгиб, судя по характеру распределения хσ по мощности каждого литотипа. Со стороны вырабо- танного пространства изменение знака кривизны слоев фиксирует направление поверхности полных сдвижений (опускание блоков основной кровли на обрушенные породы непосредственной) в соответ- ствии с существующими представлениями о процес- I. Kovalevska, M. Barabash, O. Gusiev. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 31-36 34 сах сдвижения надугольной толщи при очистной выемке. Начало этой поверхности находится за пре- делами ширины охранной системы и удалено от вы- работки (в сторону выработанного пространства) на расстояние 2.5 – 3.0 м. В данной области прослежи- вается изгиб породных слоев основной кровли с по- явлением небольших растягивающих хσ до 1.0 – 2.5 МПа в верхней части каждого слоя; однако, рас- пространение растяжения весьма ограничено и со- ставляет всего 5 – 10% от мощности слоев. По остальной мощности слоев действуют сжимающие хσ , обеспечивающие их устойчивое состояние за счет распора. Величина хσ в большей части обла- стей основной кровли изменяется в диапазоне, близ- ком к начальному состоянию нетронутого массива, и многократно меньшем величин сопротивления лито- типов сжатию. Таким образом, по фактору распределения ком- поненты хσ в породах кровли прогнозируется их устойчивое состояние; особенно это касается непо- средственной кровли, где (в отличии от базового варианта крепления) комбинированная анкерная система создает высокие усилия распора между по- родными блоками, связывает их с породами основ- ной кровли и обеспечивает, тем самым, достаточное сопротивление вертикальному горному давлению. Образованная армопородная плита в кровле имеет расширенную площадь опирания на породы в боках выработки, о чем свидетельствует практически одно- родное поле хσ (со стороны нетронутого массива) за исключением локальных участков приконтурных пород на ширину до 0.8 м; в базовом варианте ано- малии хσ распространяются на 4.0 – 4.5 м в боку выработки. Со стороны выработанного пространства в породах непосредственной почвы (по глубине ниж- ней подрывки штрека) возмущения хσ не столь раз- виты, как в базовом варианте крепления и в большей части данной области имеют небольшие отклонения от начального состояния нетронутого массива. Здесь можно предположить пониженное боковое опорное давление за счет того, что опускающиеся в вырабо- танное пространство породные блоки основной кров- ли имеют определенный распор с породными слоями над выработкой и за счет него сохраняют часть не- сущей способности по противодействию вертикаль- ному горному давлению. В области пород почвы непосредственно под вы- работкой аномалии хσ также не столь велики, но имеется область растяжения глубиной до 0.6 м, где происходит расслоение (от действия хσ ) и переме- щение пород в полость выработки. В целом, по результатам анализа поля распреде- ления горизонтальных напряжений можно подтвер- дить ранее сделанный вывод о том, что комбиниро- ванная анкерная система способствует созданию достаточных усилий распора для сохранения устой- чивости непосредственной кровли, с одной стороны, а, с другой, – объединяя непосредственную кровлю с основной, создает армопородную плиту высокой несущей способности. В заключение анализа НДС близлежащего пород- ного массива рассмотрены особенности распределе- ния вертикальных напряжений уσ . В кровле штрека зона разгрузки от напряжений уσ существенно от- личается от таковой при базовой схеме крепления и это отличие направлено в сторону снижения разме- ров зоны и степени разгрузки: – разгрузка уровня = Н у γ σ 0.47 – 0.83 распростра- няется в кровлю всего до 1.8 м против 4.3 м в базовой схеме крепления; – более глубокая степень разгрузки = Н у γ σ 0.10 –0.47 имеет место в приконтурных породах на высоту до 0.6 м и занимает ширину до 1.9 м; в базовой схеме крепления эти размеры составляют 2.0 и 3.5 м соот- ветственно, что указывает на распространение весьма глубокой разгрузки по всей мощности непосред- ственной кровли и по большей части ширины свода выработки; – полной разгрузки ( =уσ 0) с появлением растя- гивающих уσ практически не наблюдается в отли- чие от базовой схемы крепления. Приведенные данные свидетельствуют об отсут- ствии свода предельного равновесия, который обра- зуется при расслоении пород кровли за счет действия растягивающих уσ . Это обусловлено, на наш взгляд, формированием (с помощью канатных анкеров) мощной армопородной плиты, не допускающей зна- чительных прогибов над выработкой, а локальные расслоения в центральной части свода предупрежда- ют сталеполимерные анкера. Другой особенностью является маловыраженная зона опорного давления со стороны нетронутого массива. Здесь наблюдается концентрация сжимаю- щих уσ всего (1.2 – 1.9) Нγ и лишь в локальных областях приконтурных пород на ширину 0.2 – 0.5 м действуют повышенные концентрации уровня (3.0 –4.2) .Нγ Такое поведение пород в боку выра- ботки объясняется повышенной площадью опирания армопородной плиты в кровле, распределяющей вертикальную нагрузку более равномерно. Со сторо- ны выработанного пространства действует высокая концентрация = Н у γ σ 3.0 – 4.2 над и под охранной конструкцией, но эта область распространяется по высоте в кровлю в 1.7 раза и по глубине в почву в 2.1 раза меньше, чем при базовой схеме крепления. Главная причина здесь видится в частичном сохране- нии распорных усилий между породными блоками над выработкой и со стороны выработанного про- странства; эти распорные усилия позволяют до неко- торой степени создать противодействие вертикаль- ному горному давлению и распределить его по боль- шей площади, в том числе, и в сторону выработанно- го пространства; большая площадь распределения опорного давления снижает его концентрацию. I. Kovalevska, M. Barabash, O. Gusiev. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 31-36 35 В почве выработки зона разгрузки уσ также меньше как по размерам, так и по степени разгрузки в сравнении с базовой схемой крепления. Это обу- словлено снижением параметров зон опорного дав- ления в боках выработки. 3. ВЫВОДЫ Таким образом, анализ состояния углевмещающе- го массива вокруг выемочной выработки убедитель- но доказывает, что применение комбинированных анкерных систем позволяет более эффективно ис- пользовать несущую способность пород кровли за счет сохранения усилий распора между породными блоками и формирования армопородной плиты, а это, в свою очередь, по аналогии с “цепной реакцией” снижает интенсивность аномалий НДС в боках и почве выемочной выработки. Из этого следует вывод о позитивном влиянии комбинированных анкерных систем на устойчивость окружающего породного массива, что ограничивает нагружение крепежной системы выемочных выработок и повышает их экс- плуатационные характеристики. БЛАГОДАРНОСТЬ Данная работа выполняется благодаря поддержке ООО “ДТЭК Энерго” и ПАО “ДТЭК Павлоградуголь”. Дополнительная финансовая поддержка осуществля- ется при выполнении госбюджетных комплексных проектов 2014 – 2016 гг. (ГП-469, № г/р. 0114U006105; ГП-474, № г/р. 0115U002295). Авторы работы выра- жают благодарность руководителю департамента по техническому развитию дирекции по добыче угля ДТЭК, канд. техн. наук Вивчаренку Александру Ва- сиьевичу и руководителю департамента по производс- тву дирекции по добыче угля ДТЭК, канд. техн. наук Черватюку Виктору Григорьевичу за поддержку в проведении экспериментальных исследований. REFERENCES Bondarenko, V., Kovalevskaya, I., Simanovich, G., Ba- rabash, M., & Gusev, A. (2015). Vzaimodeystvie gru- zonesushchikh elementov krepozhnoy sistemy vyemo- chnykh vyrabotok “massiv – rama – anker”, (p. 5-20). Dnepropetrovsk: Litograf. Instruktsiya po podderzhaniyu gornykh vyrabotok na shakhtakh Zapadnogo Donbassa (1994), 95. Kovalevska, I., Fomychov, V., & Vivcharenko, O. (2010). Calculation substantiation of the yield lock model of the polygonal yieldable support with elongated props by means of experiment. New Techniques and Technologies in Mining, 83-87. http://dx.doi.org/10.1201/b11329-15 Kovalevska, I., Illiashov, M., Fomychov, V., & Chervatuk, V. (2012). The formation of the finite-element model of the system “undermined massif – support of stope”. Geome- chanical Processes During Underground Mining, 73-79. http://dx.doi.org/10.1201/b13157-13 Lobkov, N.I. (2003). Issledovaniya izmeneniya opornogo davleniya vperedi ochistnykh zaboev pologikh plastov. Fizi- ko-tekhnicheskie problemy gornogo proizvodstva, (6), 78-80. Rotkegel, M., Prusek, S., Kuziak, R., & Grodzicki, M. (2013). Microalloyed steels for mining supports. Annual Scien- tific-Technical Collection – Mining of Mineral Deposits 2013, 53-58. http://dx.doi.org/10.1201/b16354-12 Sdvizhkova, Ye.A., Kovrov, A.S., & Kiriiak, K.K. (2014). Geomechanical assessment of landslide slope stability by finite element method. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (2), 86-92. Shashenko, A.N., Sdvizhkova, Ye.A., Zhuravlev, V.N., & Dubitska, M.S. (2015). Forecast of disjunctive based on mathematical interpretation of acoustic signal phase charac- teristics. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Uni- versytetu, (2), 61-65. Skipochka, S., Mukhin, A., & Chervatyuk, V. (2002). Geomek- hanika okhrany vyemochnykh shtrekov v neustoychivykh porodakh, (p. 51-73). Dnepropetrovsk: NGА Ukrainy. ABSTRACT (IN RUSSIAN) Цель. Обоснование условий повторного использования выемочных выработок управлением параметрами системы из сталеполимерных и канатных анкеров. Методика. Методом вычислительного эксперимента проведен широкий спектр исследований напряженно- деформированного состояния углевмещающего массива и комбинированной крепежной системы из сталеполи- мерных и канатных анкеров. Результаты. Приведены результаты анализа напряженно-деформированного состояния углевмещающего массива вокруг повторно используемой выемочной выработки при упрочнении ее кровли комбинированной анкерной системой в составе сталеполимерных и канатных анкеров. Научная новизна. В работе представлено новое решение задачи методом вычислительного эксперимента и получены эпюры, характеризующие напряженно-деформированное состояние системы “массив – комбиниро- ванное анкерное упрочнение”. Проведенные исследования являются основой для выбора крепежной системы, адаптированной к характеру проявлений горного давления. Практическая значимость. Проведенные аналитические исследования являются базой для выбора опти- мальной крепежной системы с целью ограничения ее нагружения и повышения эксплуатационной характери- стики, что является существенной составляющей повышения устойчивости породного массива. Ключевые слова: углевмещающий массив, напряженно-деформированное состояние, выемочная выработ- ка, сталеполимерные и канатные анкера I. Kovalevska, M. Barabash, O. Gusiev. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 31-36 36 ABSTRACT (IN UKRAINIAN) Мета. Обґрунтування умов повторного використання виїмкових виробок керуванням параметрами системи зі сталеполімерних і канатних анкерів. Методика. Методом обчислювального експерименту проведений широкий спектр досліджень напружено- деформованого стану вуглевміщуючого масиву й комбінованої системи зі сталеполімерних і канатних анкерів. Результати. Наведено результати аналізу напружено-деформованого стану вуглевміщуючого масиву навко- ло виїмкової виробки, що повторно використовується, при зміцненні її покрівлі комбінованою анкерною систе- мою у складі сталеполімерних і канатних анкерів. Наукова новизна. У роботі представлено нове рішення задачі методом обчислювального експерименту й отримано епюри, що характеризують напружено-деформований стан системи “масив – комбіноване анкерне зміцнення”. Проведені дослідження є основою для вибору кріплення системи, адаптованої до характеру проявів гірського тиску. Практична значимість. Проведені аналітичні дослідження є базою для вибору оптимальної кріпильної си- стеми з метою обмеження її навантаження і підвищення експлуатаційної характеристики, що є суттєвою скла- довою підвищення стійкості породного масиву. Ключові слова: вуглевміщуючий масив, напружено-деформований стан, виїмкова виробка, сталеполімерні й канатні анкери ARTICLE INFO Received: 11 October 2016 Accepted: 23 November 2015 Available online: 30 March 2016 ABOUT AUTHORS Iryna Kovalevska, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Underground Mining Department, National Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 4/57, 49005, Dnipropetrovsk, Ukraine. E-mail: kovalevska_i@yahoo.com Mykhailo Barabash, Deputy Director for Production, LLC “DTEK Energy”, 57 Lva Tolstogo St, 01032, Kyiv, Ukraine. E-mail: BarabashMV@dtek.com Oleksandr Gusiev, Director MA “Pershotravenske”, PJSC “DTEK Pavlohradvuhillia”, 76 Lenina Ave., 51400, Pavlohrad, Ukraine. E-mail: GusevAS@dtek.com

Исследование напряженно-деформированного состояния упрочненного приконтурного массива выемочной выработки комбинированной анкерной системой

Institution

Ähnliche Einträge