Закономерности деформирования приконтурного массива в окрестности одиночной выработки при вспучивании пород почвы

На основе анализа геомеханических моделей принята бифуркационная теория явления вспучивания пород почвы в горных выработках. В статье исследована численная геомеханическая модель вспучивания пород почвы в горных выработках с использованием программного продукта Phase 2 канадской компании Rockscience...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2014
Автор: Король, А.Ю.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2014
Назва видання:Геотехнічна механіка
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109564
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Закономерности деформирования приконтурного массива в окрестности одиночной выработки при вспучивании пород почвы / А.Ю. Король // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 115. — С. 170-175. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-109564
record_format dspace
spelling irk-123456789-1095642016-12-02T03:03:41Z Закономерности деформирования приконтурного массива в окрестности одиночной выработки при вспучивании пород почвы Король, А.Ю. На основе анализа геомеханических моделей принята бифуркационная теория явления вспучивания пород почвы в горных выработках. В статье исследована численная геомеханическая модель вспучивания пород почвы в горных выработках с использованием программного продукта Phase 2 канадской компании Rockscience. Моделирование выполнялось в несколько этапов. На первом этапе моделировалась устойчивость одиночной выработки, на втором – учитывалось наличие смежной выработки, и на третьем этапе оценивалось влияние приближающегося забоя лавы. В результате проведенных исследований установлено, что после момента вспучивания пород почвы (точка бифуркации) геомеханические параметры упругопластического состояния массива в кровле и боках выработки остаются неизменными, а в почве продолжают нарастать по нелинейному закону, что позволяет на этой основе разрабатывать практические мероприятия по управлению этим процессом. Стаття спрямована на розробку методики чисельного моделювання процесу здимання порід грунту в гірничих виробках. На основі аналізу геомеханічних моделей прийнята біфуркаційна теорія явища здимання порід грунту в гірничих виробках .У статті досліджена чисельна геомеханична модель здимання порід грунту в гірничих виробках з використанням програмного продукту Phase 2 канадської компанії Rockscience. Моделювання виконувалося у декілька етапів. На першому етапі моделювалась стійкість одиночної виробки, на другому - наявність суміжної виробки, і на третьому етапі оцінювався вплив вибою лави, що наближається. В результаті проведених досліджень встановлено, що після моменту здимання порід грунту (точка біфуркації) геомеханічні параметри упругопластичного стану масиву в покрівлі і боках виробки залишаються незмінними, а в грунті продовжують наростати по нелінійному закону , що дозволяє на цій основі розробляти практичні заходи з управління цим процесом. The article presents methods for numerical simulation of the floor quelling in the mine tunnels. Basing on analysis of geomechanical models, a bifurcation theory of the floor quelling in the tunnels was created. A numerical geomechanical model of the tunnel floor quelling was investigated with the help of the software Phase 2 designed by the Canadian company Rockscience. The process of modeling consisted of several stages. Stability of a single tunnel was simulated at the first stage, and adherent tunnels were modeled at the second stage. An impact of the approaching longwall face was assessed at the third stage. As a result of the research, it is stated that just after the moment of the floor quelling (a bifurcation point), geomechanical parameters of the elastic and plastic state of the massif in the tunnel roof and walls are still the same while these parameters in the floor continue to grow by a nonlinear rule. 2014 Article Закономерности деформирования приконтурного массива в окрестности одиночной выработки при вспучивании пород почвы / А.Ю. Король // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 115. — С. 170-175. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109564 622.023.2:553.063.4 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description На основе анализа геомеханических моделей принята бифуркационная теория явления вспучивания пород почвы в горных выработках. В статье исследована численная геомеханическая модель вспучивания пород почвы в горных выработках с использованием программного продукта Phase 2 канадской компании Rockscience. Моделирование выполнялось в несколько этапов. На первом этапе моделировалась устойчивость одиночной выработки, на втором – учитывалось наличие смежной выработки, и на третьем этапе оценивалось влияние приближающегося забоя лавы. В результате проведенных исследований установлено, что после момента вспучивания пород почвы (точка бифуркации) геомеханические параметры упругопластического состояния массива в кровле и боках выработки остаются неизменными, а в почве продолжают нарастать по нелинейному закону, что позволяет на этой основе разрабатывать практические мероприятия по управлению этим процессом.
format Article
author Король, А.Ю.
spellingShingle Король, А.Ю.
Закономерности деформирования приконтурного массива в окрестности одиночной выработки при вспучивании пород почвы
Геотехнічна механіка
author_facet Король, А.Ю.
author_sort Король, А.Ю.
title Закономерности деформирования приконтурного массива в окрестности одиночной выработки при вспучивании пород почвы
title_short Закономерности деформирования приконтурного массива в окрестности одиночной выработки при вспучивании пород почвы
title_full Закономерности деформирования приконтурного массива в окрестности одиночной выработки при вспучивании пород почвы
title_fullStr Закономерности деформирования приконтурного массива в окрестности одиночной выработки при вспучивании пород почвы
title_full_unstemmed Закономерности деформирования приконтурного массива в окрестности одиночной выработки при вспучивании пород почвы
title_sort закономерности деформирования приконтурного массива в окрестности одиночной выработки при вспучивании пород почвы
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate 2014
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109564
citation_txt Закономерности деформирования приконтурного массива в окрестности одиночной выработки при вспучивании пород почвы / А.Ю. Король // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 115. — С. 170-175. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series Геотехнічна механіка
work_keys_str_mv AT korolʹaû zakonomernostideformirovaniâprikonturnogomassivavokrestnostiodinočnojvyrabotkiprivspučivaniiporodpočvy
first_indexed 2025-07-07T23:19:50Z
last_indexed 2025-07-07T23:19:50Z
_version_ 1837032161795899392
fulltext ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 170 Abstract. Specificities of the shock-wave propagation in the blast-hole gap at the channel ef- fect are considered. A mechanism of the channel effect which impacts on the blast-hole charge at its detonation is specified. It is stated that when a time period of the excess ( more than critical) pres- sure action increases a diameter of the blasting agent can essentially decrease. In this case a defin- ing factor is an impact of the external pressure on the charge detonation stability. A critical length of the blasting agent charge in the bottom of the blast-hole, where the breaking of the detonation is possible, is specified. This critical length of the charge depends of charging coefficient and can be in range from 4,5% to 20% of its full length. Keywords: shock wave, channel effect, blast-hole charge, breaking of detonation. Статья поступила в редакцию 10.02.2014 Рекомендовано к печати д-ром техн. наук А.П. Круковским УДК 622.023.2:553.063.4 А.Ю. Король, инженер (ОП «Шахта «Димитрова» ГП «Красноармейскуголь») ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРИКОНТУРНОГО МАССИВА В ОКРЕСТНОСТИ ОДИНОЧНОЙ ВЫРАБОТКИ ПРИ ВСПУЧИВАНИИ ПОРОД ПОЧВЫ Г.Ю. Король, інженер (ВП «Шахта «Димитрова» ДП «Красноармійськвугілля») ЗАКОНОМІРНОСТІ ДЕФОРМУВАННЯ ПРИКОНТУРНОГО МАСИВУ НАВКОЛО ОДИНОЧНОЇ ВИРОБКИ ПРИ СПУЧУВАННІ ПОРІД ПІДОШВИ A.Yu. Korol, M.Sc. (Tech.), (SC “Mine “Dimitrova” of the SOC “Krasnoarmeyskugol”) REGULAR DEFORMATION OF THE ROCK MASSIF AROUND A SINGLE MINE TUNNEL AT ITS FLOOR QUELLING Аннотация. На основе анализа геомеханических моделей принята бифуркационная тео- рия явления вспучивания пород почвы в горных выработках. В статье исследована численная геомеханическая модель вспучивания пород почвы в горных выработках с использованием программного продукта Phase 2 канадской компании Rockscience. Моделирование выполнялось в несколько этапов. На первом этапе моделирова- лась устойчивость одиночной выработки, на втором – учитывалось наличие смежной выра- ботки, и на третьем этапе оценивалось влияние приближающегося забоя лавы. В результате проведенных исследований установлено, что после момента вспучивания пород почвы (точка бифуркации) геомеханические параметры упругопластического состоя- ния массива в кровле и боках выработки остаются неизменными, а в почве продолжают на- растать по нелинейному закону, что позволяет на этой основе разрабатывать практические мероприятия по управлению этим процессом. © А.Ю. Король, 2014 ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 171 Ключевые слова: пучение пород почвы, упругопластическая устойчивость, приконтур- ный породный массив, численное моделирование, конечноэлементная модель, точка бифур- кации. Введение. Пучение пород почвы в горных выработках является распростра- ненным явлением, которому посвящены многочисленные исследования, чья ис- тория охватывает промежуток времени длительностью более 100 лет. Наиболее полный обзор их можно найти в монографии [1]. Из него следует, что из всех геомеханических моделей, предлагаемых вниманию ученых, наиболее обосно- ванной является бифуркационная [2], предполагающая потерю упругопластиче- ской устойчивости приконтурного породного массива, ослабленного выработ- кой. Многочисленные натурные измерения и моделирование процесса вспучи- вания пород почвы подтвердили правомерность этой теории [3]. Недостатком как натурных, так и лабораторных исследований является то, что явление изучается по его внешним признаками, которыми в данном случае являются перемещения контура выработки – почва, бока, кровля. Закономерно- сти деформирования законтурного массива, особенно с учетом жесткого на- гружения пород [4, 5], остаются за рамками рассмотрения. Численное модели- рование, как дополнение к натурным исследованиям, позволяет устранить этот недостаток. Методы исследований. При разработке геомеханической модели вспучива- ния пород почвы в горных выработках был использован программный продукт Phase 2 канадской компании Rockscience, хорошо зарекомендовавший себя в подобного рода исследованиях [5], когда деформации массива вокруг выработ- ки являются пластическими. В качестве объекта исследований выбран 8-й северный вентиляционный штрек уклонного поля пласта m5 1в гор. 450 м ПСП «Шахта «Добропольская»., который проводился навстречу движущемуся забою лавы, что является особен- ностью этой выработки. Взаимодействие сложной геомеханической системы «забой лавы - имеющийся штрек – проводимая выработка» в горно- геологических условиях ПСП «Шахта «Добропольская» приводит к интенси- фикации проявлений горного давления, к необходимости учитывать это обстоя- тельство при разработке систем крепи и охранных мероприятий. Расчетная схема является многоэтапной. На первом этапе моделируется ус- тойчивость одиночной выработки, на втором – наличие второй выработки, и на третьем этапе оценивается влияние приближающегося забоя лавы. Глубина расположения комплекса выработок 740 м. Рассматриваемая в рамках настоящей статьи конечноэлементная модель, со- ответствующая первому этапу исследований, приведена на рис. 1. Моделируется геомеханическа ситуация, при которой уровень напряжений в окрестности выработки непрерывно возрастает с увеличением глубины ее рас- положения – Н. Начиная с определенной глубины вокруг выработки формиру- ется зона неупругих деформаций, которая при коэффициенте бокового распора λ=1 имеет форму, близкую к круговой (рис. 2) с радиусом RL, который в рас- сматриваемом случае равен 4,3 м. ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 172 Рисунок 1 – Расчетная схема к численной задаче Рисунок 2 – Конфигурация зоны неупругих деформаций при Н<Hкр При достижении глубины Н=Нкр происходит вспучивание пород почвы вы- работки. Этой ситуации соответствует равенство правой и левой части крите- риального соотношения 2ln 2** =LLv rrε , (1) где * Lr - критическое значение радиуса области неупругих деформаций, vε - среднее значение коэффициента пластичного разрыхления пород в приконтур- ной зоне (принимается по результатам лабораторных испытаний горных по- ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 173 род). При * LL rr = происходит потеря упругопластической устойчивости прикон- турного массива в области 1* >> LL rr и начинается процесс пучения пород почвы в выработке. На модели это имитируется искусственным поднятием точки, рас- положенной в центре почвы, на определенную величину, которая снимается из графика реального процесса пучения, построенного по данным натурных изме- рений в схожих горногеологических условиях (рис. 3). В - точка бифуркации:U - перемещения, dT dU - скорость перемещений Рисунок 3 – Процесс деформирования пород почвы в одиночной выработке: На рис. 4 показана конфигурация зоны неупругих деформаций в момент вспучивание пород почвы, что соответствует точке бифуркации В на графике рис. 3. Рисунок 4 – Конфигурация зоны неупругих деформаций после вспучивания пород почвы Видно, что со стороны почвы зона разрушенных пород простирается на 10,5 м. Это в 2,5 раза больше, чем в кровле и боках выработки. Дальнейший анализ показал, что по мере поднятия пород почвы размер зоны неупругих деформа- ций в почве выработки растёт, а в кровле остаётся практически неизменным. 0,1 0 0,2 0,3 0,4 dT dU , 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Т, мес U , м B ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 174 Этот вывод можно сделать и в отношении перемещений контура выработки (рис. 5). Рисунок 5 – Изменение размеров неупругих деформаций в кровле ( кр Lr ) и почве ( п Lr ) выработки по мере увеличения поднятия пород почвы Выводы: 1. Предложена методика численного моделирования процесса пучения по- род почвы в горных выработках. 2. Подтверждена бифуркационная теория явления вспучивания пород почвы в горных выработках. 3. Установлено, что после момента вспучивания пород почвы (точка бифур- кации) геомеханические параметры упругопластического состояния массива в кровле и боках выработки остаются практически неизменными, а в почве про- должают нарастать по нелинейному закону. __________________________________ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Шашенко, А.Н. Управление устойчивостью протяженных выработок глубоких шахт / А.Н. Шашенко, Солодянкин А.Н., Мартовицкий А.В. – Днепропетровск: «ЛизуновПрес», 2012. – 384 с. – (Монография). 2. Шашенко, А.Н. Некоторые задачи статической геомеханики / А.Н. Шашенко, С.Б. Тулуб, Е.А. Сдвижкова – Киев: Университетское изд-во «Пульсары», 2002. - 304 с. 3. Шашенко, А.Н. Деформируемость и прочность массивов горных пород / А.Н. Шашенко, Е.А. Сдвижкова, С.Н. Гапеев – Днепропетровск, изд-во НГУ, 2008. – 224 с. 4. Виноградов В.В. Геомеханика управления состоянием массива вблизи горных выработок. – К.: Наукова думка, 1983. – 192 с. 5. Кирничанский Г.Т. Элементы теории деформирования и разрушения горных пород. – К.: Нау- кова думка, 1999. – 179 с. 6. Численное моделирование процесса пучения пород почвы в горных выработках / А.Н. Шашен- ко, К.В. Кравченко, И.Н. Попович, А.Ю. Король // Матеріали міжнародної конференції «Форум гір- ників – 2012, 2-5 жовтня, 2013 р. – Д.: Державний вищий навчальний заклад «Національний гірничий університет», 2013. – С. – 170-174. __________________________________ REFERENCES 1. Shashenko, A.N., Solodyankin, A.N. and Martovitskiy, A.V. (2012), Upravleniye ustoychivostyu protyazhyennykh vyrabotok glubokikh shakht [Maintenance of sustainable workings extended in deep mines], Lizunov Pres, Dnepropetrovsk, Ukraine. 2. Shashenko, A.N., Tulub, C.B. and Sdvizhkova, Ye.A. (2002), Nekotorye zadachi statisticheskoy ge- omekhaniki [Some problems of static geomechanics], Universitetskoye izdatelstvo “Pulsary”, Kiev, Ukraine. 3. Shashenko, A.N., Sdvizhkova, Ye.A. and Gapeyev, S.N. (2008), Deformiruyemost i prochnost mas- sivov gornykh porod [Deformability and strength of rock massifs], Izdatelstvo NGU, Dnepropetrovsk, ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 175 Ukraine. 4. Vinogradov, V.V. (1983), Geomechanika upravleniya sostoyaniyem massiva vblizi gornykh vyrabotok [Geomechanics control the state of the massif near the mine workings], Naukova dumka, Kiev, SU. 5. Kirnichanskiy, G.T. (1999), Elementy teoriyi dephromirovaniya i razrusheniya gornykh porod [Ele- ments of the theory deformation and destruction of rocks], Naukova dumka, Kiev, Ukraine. 6. Shashenko, A.N., Kravchenko, K.V., Popovich, I.N.and Korol, A.Y. (2013), Chislyennoye modyeliro- vaniye protsessa pucheniya porod pochvy v gornykh vyrabotkakh [Numerical models of soil swelling in mine workings], Materialy mizhnarodnoj konferentsij “Forum girnykiv – 2012”, 3-6 zhovtnya. – D. Derzhavnyj vyshchyj navchalnyj zaklad “Natsionalniy girnychiy universitet”, Ukraine. __________________________________ Об авторе Король Анна Юрьевна, заместитель директора по экономическим вопросам ОП «Шахта «Димитрова» ГП «Красноармейскуголь», Димитров, Донецкая область, Украина, shashenkoa@nmu.org.ua About the author Korol Anna Yuryevna, Deputy Director on economic affairs, SC “Mine “Dimitrova” of the state-owned company “Krasnoarmeyskugol’ ”, Dimitrov, Donetsk region, Ukraine, shashenkoa@nmu.org.ua __________________________________ Анотація. Стаття спрямована на розробку методики чисельного моделювання процесу здимання порід грунту в гірничих виробках. На основі аналізу геомеханічних моделей при- йнята біфуркаційна теорія явища здимання порід грунту в гірничих виробках .У статті дослі- джена чисельна геомеханична модель здимання порід грунту в гірничих виробках з викорис- танням програмного продукту Phase 2 канадської компанії Rockscience. Моделювання вико- нувалося у декілька етапів. На першому етапі моделювалась стійкість одиночної виробки, на другому - наявність суміжної виробки, і на третьому етапі оцінювався вплив вибою лави, що наближається. В результаті проведених досліджень встановлено, що після моменту здимання порід грунту (точка біфуркації) геомеханічні параметри упругопластичного стану масиву в покрівлі і боках виробки залишаються незмінними, а в грунті продовжують наростати по не- лінійному закону , що дозволяє на цій основі розробляти практичні заходи з управління цим процесом. Ключові слова: здимання порід грунту, пружнопластична стійкість пріконтурного поро- дного масиву, чисельне моделювання, скінченоелементна модель, точка біфуркації. Abstract. The article presents methods for numerical simulation of the floor quelling in the mine tunnels. Basing on analysis of geomechanical models, a bifurcation theory of the floor quell- ing in the tunnels was created. A numerical geomechanical model of the tunnel floor quelling was investigated with the help of the software Phase 2 designed by the Canadian company Rockscience. The process of modeling consisted of several stages. Stability of a single tunnel was simulated at the first stage, and adherent tunnels were modeled at the second stage. An impact of the approach- ing longwall face was assessed at the third stage. As a result of the research, it is stated that just af- ter the moment of the floor quelling (a bifurcation point), geomechanical parameters of the elastic and plastic state of the massif in the tunnel roof and walls are still the same while these parameters in the floor continue to grow by a nonlinear rule. The findings allow to work out practical measures for controlling a process of the floor quell- ing. Keywords: floor quelling, elastic and plastic stability of the rock massif around a mine tunnel, numerical simulation, finite element model, bifurcation point. Статья поступила в редакцию 25.01.2014 Рекомендовано к печати д-ром техн. наук А.П. Круковским mailto:shashenkoa@nmu.org.ua� mailto:shashenkoa@nmu.org.ua� ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 176 УДК 622.831:622.261 И.Г. Сахно, канд. техн. наук, доцент (ГВУЗ «ДонНТУ») ВЛИЯНИЕ ЖЕСТКОСТИ ОХРАННОГО СООРУЖЕНИЯ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОРОДНОГО МАССИВА ВОКРУГ ВЫРАБОТОК, ПОДДЕРЖИВАЕМЫХ ЗА ЛАВОЙ І.Г. Сахно, канд. техн. наук, доцент (ДВНЗ «ДонНТУ») ВПЛИВ ЖОРСТКОСТІ ОХОРОННОЇ СПОРУДИ НА НАПРУЖЕНО- ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ПОРОДНОГО МАСИВУ НАВКОЛО ВИРОБОК, ЯКІ ПІДТРИМУЮТЬСЯ ЗА ЛАВОЮ I.G. Sakhno, Ph.D. (Tech.), Associate Professor (SHEE «DonNTU») IMPACT OF RIGIDITY OF A PROTECTIVE CONSTRUCTION ON THE STRESS-STRAIN STATE OF THE ROCK MASS AROUND THE ROADWAYS SUPPORTED AFTER THE LONGWALL Аннотация. Важнейшей задачей, стоящей перед угольной отраслью Украины традици- онно является обеспечение эксплуатационного состояния горных выработок и повышение их надежности. Целью исследований, представленных в статье, является изучение изменения геомеханической ситуации вокруг подготовительной выработки при ее переходе в зону под- держания позади очистного забоя и установление влияния жесткости охранного сооружения на устойчивость подготовительной выработки за лавой. Исследование проводилось методом конечных элементов. В результате моделирования установлено, что при поддержании выработок за лавой локализация максимальных напряже- ний и вид объемного напряженного состояния в основной кровле, зависающей на границе с выработанным пространством, определяется жесткостью охранной полосы. Область форми- рования максимальных напряжений в основной кровле определяет место ее разрушения и устойчивость охраняемой выработки. При недостаточной жесткости охранной полосы или ее запоздалом включении в работу возникает необходимость разработки способов охраны на- правленных на принудительное обрушение основной кровли над охранной полосой с целью обеспечения устойчивости выработок за лавой. В результате проведенных исследований оп- ределена область применения способов принудительного обрушения основной кровли. Ключевые слова: горная выработка, напряжения, деформации, разрушение, обрушение, кровля. Введение. Долгие годы одной из основных проблем угольных шахт Украи- ны является недостаточная эксплуатационная надежность горных выработок. Сложившееся положение с проведением и ремонтом горных выработок приве- ло к диспропорции в распределении рабочих по отдельным видам работ. © И.Г. Сахно, 2014