Расчет деформаций междупластья для оценки защитного действия опережающей подработки
Наведено методику розрахунку деформацій однорідного й шаруватого підроблюваного масиву гірських порід з урахуванням потужності, міцності породних шарів та їхнього взаємовпливу....
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15926 |
| 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: | Расчет деформаций междупластья для оценки защитного действия опережающей подработки / И.А. Южанин, А.М. Терлецкий, С.В. Голдин, В.П. Евдокимова // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2009. — № 4. — С. 133-139. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-15926 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-159262013-02-13T02:08:37Z Расчет деформаций междупластья для оценки защитного действия опережающей подработки Южанин, И.А. Терлецкий, А.М. Голдин, С.В. Евдокимова, В.П. Наведено методику розрахунку деформацій однорідного й шаруватого підроблюваного масиву гірських порід з урахуванням потужності, міцності породних шарів та їхнього взаємовпливу. Calculation technique for deformations of homogeneous and layered undermined rock mass taking into account thickness, strength of rock layers and their mutual influence is described. 2009 Article Расчет деформаций междупластья для оценки защитного действия опережающей подработки / И.А. Южанин, А.М. Терлецкий, С.В. Голдин, В.П. Евдокимова // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2009. — № 4. — С. 133-139. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15926 622.833.3 ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Наведено методику розрахунку деформацій однорідного й шаруватого підроблюваного масиву гірських порід з урахуванням потужності, міцності породних шарів та їхнього взаємовпливу. |
| format |
Article |
| author |
Южанин, И.А. Терлецкий, А.М. Голдин, С.В. Евдокимова, В.П. |
| spellingShingle |
Южанин, И.А. Терлецкий, А.М. Голдин, С.В. Евдокимова, В.П. Расчет деформаций междупластья для оценки защитного действия опережающей подработки |
| author_facet |
Южанин, И.А. Терлецкий, А.М. Голдин, С.В. Евдокимова, В.П. |
| author_sort |
Южанин, И.А. |
| title |
Расчет деформаций междупластья для оценки защитного действия опережающей подработки |
| title_short |
Расчет деформаций междупластья для оценки защитного действия опережающей подработки |
| title_full |
Расчет деформаций междупластья для оценки защитного действия опережающей подработки |
| title_fullStr |
Расчет деформаций междупластья для оценки защитного действия опережающей подработки |
| title_full_unstemmed |
Расчет деформаций междупластья для оценки защитного действия опережающей подработки |
| title_sort |
расчет деформаций междупластья для оценки защитного действия опережающей подработки |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15926 |
| citation_txt |
Расчет деформаций междупластья для оценки защитного действия опережающей подработки / И.А. Южанин, А.М. Терлецкий, С.В. Голдин, В.П. Евдокимова // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2009. — № 4. — С. 133-139. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT ûžaninia rasčetdeformacijmežduplastʹâdlâocenkizaŝitnogodejstviâoperežaûŝejpodrabotki AT terleckijam rasčetdeformacijmežduplastʹâdlâocenkizaŝitnogodejstviâoperežaûŝejpodrabotki AT goldinsv rasčetdeformacijmežduplastʹâdlâocenkizaŝitnogodejstviâoperežaûŝejpodrabotki AT evdokimovavp rasčetdeformacijmežduplastʹâdlâocenkizaŝitnogodejstviâoperežaûŝejpodrabotki |
| first_indexed |
2025-07-02T17:17:18Z |
| last_indexed |
2025-07-02T17:17:18Z |
| _version_ |
1836556368043048960 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
133
УДК 622.833.3
РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ МЕЖДУПЛАСТЬЯ ДЛЯ
ОЦЕНКИ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ ОПЕРЕЖАЮЩЕЙ
ПОДРАБОТКИ
Южанин И. А., Терлецкий А. М., Голдин С. В.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
Евдокимова В. П.
(МакНИИ, г. Макеевка, Украина)
Наведено методику розрахунку деформацій однорідного й
шаруватого підроблюваного масиву гірських порід з урахуванням
потужності, міцності породних шарів та їхнього взаємовпливу.
Calculation technique for deformations of homogeneous and
layered undermined rock mass taking into account thickness, strength
of rock layers and their mutual influence is described.
Действующим отраслевым стандартом Украины [1] влияние
пород междупластья на формирование защитного действия опе-
режающей разработки для защиты пластов, склонных к газоди-
намическим явлениям, оценивается мощностью пород междупла-
стья и общим содержанием в них песчаников.
Такому подходу присущи следующие недостатки:
– не учитывается влияние других пород (известняки, песча-
ные сланцы), которые в ряде случаев по своим прочностным
свойствам не уступают песчаникам и даже превосходят их;
– не учитывается расположение породных слоев относи-
тельно защитного пласта, вследствие чего остается неучтенным
т.н. эффект "экранирования", при котором более прочные слои по-
род, залегающие ближе к защитному пласту, препятствуют дефор-
мированию менее прочных пород, расположенных дальше от пласта.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
134
УкрНИМИ и МакНИИ предложено [2] в качестве показателя,
формирующего защитные свойства опережающей разработки, при-
нять величину относительной деформации пород на уровне подза-
щитного пласта, которая является интегральным показателем, ха-
рактеризующим геомеханические, горно-геологические и горно-
технические условия ведения горных работ. В виде абсолютной ве-
личины – смещения пород – этот показатель применяется при ре-
шении многих вопросов горного производства: охраны и поддер-
жания горных выработок, управления горным давлением в очист-
ных забоях, выбора крепи, расчета её параметров.
Существующие методики расчета деформаций над – и под-
рабатываемого массива пород [3, 4 и др.] страдают ограниченно-
стью по условиям применения (Центральный район Донбасса,
Донецко–Макеевский район и т.д.), не учитывают всего комплек-
са факторов, влияющих на величину деформаций.
В работе [2] представлена методика расчета деформаций над-
рабатываемого слоистого массива пород, основными положениями
которой являются следующие:
– к расчету принимаются все слои пород, слагающие между-
пластье;
– учитываются мощность и крепость слоев пород, их взаимо-
расположение, которое предопределяет учет эффекта "экранирова-
ния" деформаций, взаимовлияния слоев;
– расчет деформаций слоистого массива пород сводится к
расчету деформаций однородного массива за счет введения поня-
тия условного расстояния от рассчитываемого слоя до защитного
пласта, эквивалентного по прочностным свойствам расстоянию до
пласта предыдущего слоя (группы слоев);
– учитывается максимальное количество влияющих факторов.
Указанные положения целесообразно принять и при расчете
деформаций подрабатываемого массива пород с учетом особенно-
стей, присущих процессу подработки, одной из которых является
наличие зоны беспорядочного обрушения в подработанном масси-
ве. Поскольку породы в этой зоне полностью разгружены от горно-
го давления и дегазированы, защитное действие в её пределах
обеспечивается во всех условиях. Величину деформаций на высоте
зоны беспорядочного обрушения не рассчитывают, принимая за-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
135
щиту в ней эффективной. Размеры зоны беспорядочного обруше-
ния определяют в соответствии с [5].
Вторая особенность связана с мощностью экранирующего
слоя. Она определена расчетным путем по изменению величины
деформаций пород при изменении мощности экранирующего слоя.
Установлено, что увеличение мощности экранирующего слоя сна-
чала приводит к увеличению относительной деформации слоистого
массива пород, а затем к её стабилизации при мощности слоя mэкр.=
10÷15 м. Таким образом, мощность экранирующего слоя при под-
работке принята равной 10 м.
Методика расчета деформаций подрабатываемого однородно-
го массива пород была разработана на основе базы данных, сфор-
мированной по результатам шахтных исследований смещений мас-
сива пород, в основном с помощью глубинных реперов. Большое
количество данных получено при испытаниях щитовых агрегатов
[6, 7].
Методами корреляционно–регрессионного анализа получено
уравнение для расчета деформаций однородного массива пород
при подработке:
{ }
эc ma
hnHn
⋅
⋅−
⋅
⋅+= ll 591,0cos128,1359,2exp
σ
αγε , (1)
где ε – величина относительной деформации пород, про-
милле (‰);
γ = 0,025 МН/м3 – объемный вес пород;
H – глубина залегания защитного пласта, м;
α – угол падения пород, градус;
σс – предел прочности пород на одноосное сжатие, МПа;
h – мощность породного слоя, м;
а – минимальных размер подрабатывающей выработки по
падению или простиранию, м;
mэ – эффективная мощность защитного пласта.
mэ определяется из выражения
уэ kmm ⋅= , (2)
где m – вынимаемая мощность, м;
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
136
kу – коэффициент управления горным давлением, принима-
ется согласно [1].
Проанализируем данное уравнение.
В него входят практически все показатели, характеризую-
щие величину относительной деформации пород, что видно из
неоднократного анализа различных методик расчета деформаций
пород, выполненных нами ранее: глубина разработки, угол паде-
ния, предел прочности пород, величина междупластья, размер
выработанного пространства на защитном пласте, его эффектив-
ная мощность.
Однако все показатели объединены в две группы показате-
лей: γ⋅Н⋅cosα/σс и h/α⋅mэ. Необходимость этого объясняется сле-
дующими причинами:
− отдельные показатели не имеют эмпирического распре-
деления, близкого к нормальному, а в группе удается этого дос-
тигнуть;
− в группе наблюдается лучшее соответствие показателей
физическим процессам деформирования пород. Так, отношение
γ⋅H/Rс называют геомеханическим показателем, характеризую-
щим соотношение напряжений в массиве и прочности пород на
сжатие. Произведение H⋅cos α характеризует нормальную со-
ставляющую силы тяжести: на крутом падении, как известно,
смещение пород подработанного массива в выработанное про-
странство происходит по нормали к напластованию. Отношение
h/a характеризует относительное расстояние от рассматриваемого
слоя до пласта, т.е. в единицах ширины выработанного простран-
ства, в этом отношении полнее раскрывается влияние каждого
фактора. Отношение h/mэ характеризует кратность подработки;
− при применении групп показателей обеспечивается бо-
лее высокое значение статистик связи между влияющими факто-
рами, которые имеют теоретическое обоснование, опирающееся
на нормальное распределение факторов.
Множественный коэффициент корреляции полученного
уравнения составляет R = 0,71. Коэффициент детерминации ра-
вен 0,5.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
137
Уравнение (1) является регрессией, которая получена в сле-
дующем диапазоне факторного пространства: H = 253 ÷ 860 м;
α = 20 ÷ 700; h = 1,15 ÷ 338 м; a = 80 ÷ 250 м; m = 0,61 ÷ 1,6 м;
ε = 0,04 ÷ 9,62 ‰; f = 4 ÷ 10.
Уравнение экстраполировано в область малых углов на ос-
новании поведения функции cosα, которая при α∈[0;20) изменя-
ется от 0,945 до 1, практически оставаясь постоянной. Экстрапо-
ляция в область больших значений H основана на поведении
функции ln, которая является рациональной монотонно возрас-
тающей функцией во всем диапазоне ее изменения при положи-
тельном значении аргумента.
Уравнение может быть использовано для расчетов относи-
тельных деформаций однородного слоя при всех значениях его
крепости, кроме f ∈[1;3].
С учетом вышеизложенного расчет деформаций подрабаты-
ваемого слоистого массива пород производят в следующей по-
следовательности.
1. Выполняют анализ мощности и крепости слоев между-
пластья согласно таблице 1.
2. Считая объединенные слои самостоятельными, вновь
производят анализ по п.1 до приведения слоев к первой или вто-
рой схеме деформирования.
3. Вычисляют деформацию первого (в направлении от за-
щитного пласта) слоя пород по формуле (1) при h = m1 и f = f1,
величины H, a, α и mэ при расчете остаются постоянными, при
этом а ≤ 250 м.
4. Для каждого последующего слоя пород находят условное
расстояние от почвы этого слоя до защитного пласта по формуле
0',ln69,1cosln91,199,3exp 1
,
' ≥
⎪⎭
⎪
⎬
⎫
⎪⎩
⎪
⎨
⎧
⋅−
⋅
⋅+⋅⋅= − ii
ic
эi hHmah ε
σ
αγ
. (3)
5. Определяют расчетное расстояние от кровли i-го слоя до
защитного пласта по формуле
iii mhh += '
. (4)
6. Рассчитывают деформацию данного слоя по формуле
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
138
}591,0cos128,1359,2exp{
, э
i
ic
i ma
hnHn
⋅
⋅−
⋅
⋅+= ll
σ
αγε . (5)
Таблица 1
Схемы расчета деформаций подрабатываемого слоистого
массива пород
№
схем
Соотношение
коэффициентов
крепости вы-
шележащего
fi+1 и нижеле-
жащего fi слоев
пород
Мощность
нижележаще-
го слоя пород
mi
Заключение о
характеристике слоев
пород
1 fi+1 > fi Любая
2 fi+1 < fi mi ≥ 10 м
Слои считают самостоя-
тельными
3 fi+1 < fi mi < 10 м Слои объединяют, опре-
деляя мощность и кре-
пость новых слоев соот-
ветственно по формулам:
( )
( )
1
11
1
11
+
++
+÷
++÷
+
⋅+⋅
=
+=
ii
iiii
ii
iiii
mm
mfmff
mmm
7. Расчет завершают на уровне почвы подзащитного пласта
или слое пород, на котором ε ≤ 0,01.
Величина относительной деформации пород используется
при разработке математических моделей определения эффектив-
ности защитного действия при опережающей подработке пла-
стов, склонных к газодинамическим явлениям. При этом величи-
на деформаций вносит наиболее существенный вклад в эффект
защиты по сравнению с другими показателями [2].
Методика расчета деформаций подрабатываемого массива
пород может быть применена и для решения других задач, свя-
занных с разработкой угольных месторождений.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
139
СПИСОК ССЫЛОК
1. СОУ 10.1.00174088.011-2005. Правила ведення гірничих робіт
на пластах, схильних до газодинамічних явищ [Текст]. -
Прийнято та надано чинності: наказ Мінвуглепрому від
30.12.2005 р. №145; погоджено: Держнагляд МНС України
20.12.2005р. - Від. офіц. - К.: Мінвуглепром України, 2005.–
225 с.
2. Евдокимова, В.П. Статистический способ определения эф-
фективности защитного действия опережающей надработки
выбросоопасных пластов [Текст] / В.П. Евдокимова,
В.П. Коптиков, И.А. Южанин.– Донецк: Вебер (Донецкое отде-
ление), 2007.– 443 с.
3. Новичихин, И.А. Использование защитных пологих пластов
на шахтах Донбасса [Текст] / И.А. Новичихин, В.М. Кулешов,
Ю.А. Зайцев.– Донецк: Донбасс, 1977. – 71с.
4. Генкин, В.А. Установление границ зоны разгрузки и защит-
ных зон при разработке защитных пластов на шахтах Цен-
трального района Донбасса [Текст] / В.А. Генкин,
Ю.К. Калинин, Н.А. Никифоров, О.И. Агранат // Горное дав-
ление и горные удары: сб.науч.тр./ВНИМИ.– Л., 1974.–
№ 91.– С. 242-246.
5. Южанин И.А., Терлецкий А.М. К вопросу определения коэф-
фициента разрыхления обрушающихся пород // Наукові праці
УкрНДМІ НАН України. – Донецьк, 2008. – № 3. – С. 122 – 127.
6. Разработка крутых пластов щитовыми агрегатами [Текст] /
А.Ф. Остапенко, С.П. Батыгин, И.А. Южанин,
Е.И. Питаленко.– К.:Техніка, 1983.– 100 с.
7. Управление горным давлением в механизированных очистных
забоях [Текст] / Ф.Н. Воскобоев, В.И. Распопов, А.Ф. Остапенко
и др.– М.: Недра, 1983.– 199 с.
|