Напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи

Напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи

В данной статье в рамках плоской деформации исследовано напряженно-деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке пласта полезного ископаемого с учетом призабойной и специальной крепи....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:1998
Hauptverfasser: Левшин, А.А., Федотов, С.Н., Нескоромная, Е.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут фізики гірничих процесів НАН України 1998
Schriftenreihe:Физико-технические проблемы горного производства
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189679
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:Напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи / .А. Левшин, С.Н. Федотов, Е.А. Нескоромная // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 1998. — Вип. 1. — С. 51-58. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-189679
record_format dspace
spelling irk-123456789-1896792023-04-19T16:47:52Z Напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи Левшин, А.А. Федотов, С.Н. Нескоромная, Е.А. В данной статье в рамках плоской деформации исследовано напряженно-деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке пласта полезного ископаемого с учетом призабойной и специальной крепи. 1998 Article Напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи / .А. Левшин, С.Н. Федотов, Е.А. Нескоромная // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 1998. — Вип. 1. — С. 51-58. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2664-17716 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189679 539.3:622.831 ru Физико-технические проблемы горного производства Інститут фізики гірничих процесів НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description В данной статье в рамках плоской деформации исследовано напряженно-деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке пласта полезного ископаемого с учетом призабойной и специальной крепи.
format Article
author Левшин, А.А.
Федотов, С.Н.
Нескоромная, Е.А.
spellingShingle Левшин, А.А.
Федотов, С.Н.
Нескоромная, Е.А.
Напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи
Физико-технические проблемы горного производства
author_facet Левшин, А.А.
Федотов, С.Н.
Нескоромная, Е.А.
author_sort Левшин, А.А.
title Напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи
title_short Напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи
title_full Напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи
title_fullStr Напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи
title_full_unstemmed Напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи
title_sort напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи
publisher Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate 1998
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189679
citation_txt Напряженно деформированное состояние анизотропного массива горных пород при разработке угольного пласта с учетом призабойной и специальной крепи / .А. Левшин, С.Н. Федотов, Е.А. Нескоромная // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 1998. — Вип. 1. — С. 51-58. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv AT levšinaa naprâžennodeformirovannoesostoânieanizotropnogomassivagornyhporodprirazrabotkeugolʹnogoplastasučetomprizabojnojispecialʹnojkrepi
AT fedotovsn naprâžennodeformirovannoesostoânieanizotropnogomassivagornyhporodprirazrabotkeugolʹnogoplastasučetomprizabojnojispecialʹnojkrepi
AT neskoromnaâea naprâžennodeformirovannoesostoânieanizotropnogomassivagornyhporodprirazrabotkeugolʹnogoplastasučetomprizabojnojispecialʹnojkrepi
first_indexed 2025-07-16T12:12:30Z
last_indexed 2025-07-16T12:12:30Z
_version_ 1837805549800914944
fulltext УДК 539.3:622.831 НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ АНИЗОТРОПНОГО МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА С УЧЕТОМ ПРИЗАБОЙНОЙ И СПЕЦИАЛЬНОЙ КРЕПИ д. т. н. Левшин А. А., аспирант Федотов С. Н., аспирант Нескоромная Е. А. (Институт прикладной математики и меха­ ники НАНУ) В данной статье в рамках плоской деформации исследовано на­ пряженно-деформированное состояние анизотропного массива гор­ ных пород при разработке пласта полезного ископаемого с учетом призабойной и специальной крепи. Призабойная крепь служит для предотвращения обрушения пород кровли в рабочее пространство, с целью обеспечения безопасности работы людей и техники. Специ­ альная крепь является основным средством осуществления процесса управления кровлей и стабилизации движения всего породного мас­ сива, подвергнутого влиянию очистных работ. Рассмотрим горизонтальный пласт полезного ископаемого мощ­ ностью 2И, расположенный на глубине Н от дневной поверхности рис.1. Угол I// фиксирует положение плоскостей изотропии горных пород. В данной статье угол </~0а. Считаем, что пласт в краевых частях (-*$,-*,) и (х,,х2) деформируется в соответствии со своими пластическими свойствами. В области {х^х,,) расположена призабой­ ная крепь, а в области (х„,хгр) специальная крепь. Система координат хОу не совпадает с главными напряжениями упругости массива, поэтому параметры щ и р2 являются комплекс­ ными. Физическая постановка задачи позволяет сформулировать граничные условия для верхней полуплоскости с границей вдоль действительной оси в виде а у = /Н - (а,х + с )̂, - хг < х < -х, <уу х=-уН, - х ^ < х < х а, ау = уН~Щ, ха < х < х ср, ~уН - Яг , хср < х < х ь, = й, х е ( -о о , -х “)и (л :2,+оо), =уН - (а,х + с,), - х 2 < * < - * , , ег, = уН, - х ,< х < х „ , ( 1 ) с7у =уН ~ (а2х + сг \ х1< х < х 2. Здесь 51 где Я] ,К2 - реакции крепи; Т„ - предел текучести при сдвиге в плоскости хОу для мате­ риала пласта; ср - параметр пластической анизотропии пласта, величина, которая изменяется в интервале (-*,!) [4] Р и е .1 . Схема разработки горизонтального пласта полезного ископаемого. Данная граничная задача есть частный случай смешанной зада­ чи, изложенной в работах(1-3]. Решение смешанной задачи (1), син­ гулярное в точках раздела граничных условий и исчезающее на бес­ конечности, имеет следующий вид: Ф(г,) = - ^ - д ( 4 ч--(г2)= — /ф2). (2) Л - Л М г~М 1 При ЭТОМ 52 ^(2) = у - + — л1(г + х1Хг - х2)агс{я ] Х: Х' + XI п у дг2 + х, 2яг , 2/ ^ 2 + х" Хг - х2 >х“ - X, )(х, + х , ) - (х г - х®Х2 - ■ х,) - 2(гх, + х2х,°) * - к + ^ Х* , + 2) " + 7Г ух2 + х, 2л ! , - 2(^ 2 + X?Хг - д3)(х" + х, )(х, - х,) + (х2 - х“X? + х , ) - 2(2х, - х2х“) " к +*?)(*,-*) 4 А . 2л7 , 2/^г + х Ц г - х Д * 2 н -хД *2 -х "Х г + х ^ )т 2(гхс), + х2х2) " - - к + к Х - к Г - 2| ̂ 2 + X, X2 ~ Х2 Хх; + Ха Хх2 — Х,: ) ~ ( х 2—Х3Х2+Х;() т 2̂ 2ХЛ + Х2Х2) | 1 - к +*?Х*-*.) 2/ ̂ (г + хЦ г - х 2Хх2°+ х*Ххг - х4) + (х, - х2 X2 + х„) ■- 2(гх4 - х,х.°) ! к + * ;)к -* ) ! - 2Ф + 4 1 ? ~ х2 Ы + хсрТхг - * Л + к - ^ Х 24- ^ ) - 2^ , - * к ) , . к .+ *? )(*„ - 2) 2я7 (3) Решение (3) ограниченно в точках -х? и х2 ■ Условие локального влияния выработки на напряженное состоя­ ние массива для функции (2) примет вид уН -— ь 2 2/г 10 I О Ху - X. с . х7 - X, »— 1----х-а гсЩ I—------^ $ Г к ) к + х.) - ^ + ф - х>) - аф ^ « 1 Х-, 4- V| \хг + хср ̂ л2 - л ; - -2-! агсщ \ — - агс!%-- - -----------. Я- V *!-* .; !■+ _ , Л 2 Г х 2 - х 4 к - * » ! п + -Ч йгсг§ Ц — - а/гг2 I,1 о , : = 0 я- I \*2+*» Х * 2 + * с г ) (4) Для перемещений получим еще одно трансцендентное соотноше­ ние [2,3] И +Г | (2*, - *2+хг°)-.с,1 ̂ * г+Х' М ^ 1+ (5) + ( — (2х, + * г - х ° ) + с Л ^ Х2 + ^ — ------ Ч 4 ) 2 - ̂ []{4+Х срЬг-Х се)- № + хА х2~хо) ]- - у[ч/(*Г+А,Х*Т-^)+ л/(4+^Хх2-^ )]|= 0 На рис* 2-7 построены изобары в окрестности выработанного Пространства при X - 0,9, Я̂ ЮООл*. 2Л = Ъи, 1 ^ 1 0 * , Тп=25кГ/см2,с 1,=0 в случае отсутствия крепи и при наличии крепи (при этом К, = бкГ/ои2, Кг = 1кГ1смг и длина специальной крепи хср- х а= 4,5л*, длина призабойной крепи х ь - х ср= 4 м ) . Длины зон пластических деформа­ ций (х?~х,) и (х.-х,) находим из системы трансцендентных уравне­ ний (4) и (5). В случае отсутствия крепи они равны (х“ -х,}=10,2054 и (х2-х,)=10,2054, и при наличии крепи (х°-х.)=10,1898 и (х, -х,)=10,1808. На рис. 2-3 построены линии постоянного значения а\!уН -сопя в окрестности очистной выработки после выемки угля комбайном. Комплекты крепи установлены на расстоянии от угольного забоя на 0,3 м. В области над пластом действуют сжимающие напряжения, а в области свободного зависания кровли существуют как сжимаю­ щие, так и растягивающие напряжения. Последние могут вызывать расслоение и обрушение горных пород кровли в выработанное про­ странство. Максимум опорного давления достигается на расстоянии 20 ж и составляет ст*/г# = -2,0. Из рисунков видно, что при закрепле­ нии части выработанного пространства растягивающие и сжимаю­ щие напряжения уменьшаются. А в зоне закрепления существуют пониженные сжимающие напряжения, и отсутствуют растягиваю­ щие, что предотвращает обрушение пород в рабочее пространство. На рис. 4-5 показаны графики напряжений <т°х /уН = сошл, дейст­ вующего в направлении напластования в породах кровли. Из гра­ фиков видно, что над пластом осуществляются сжатия высокой ин­ тенсивности <т' /уЕ = -2,2 в окрестности максимума опорного давле­ ния. Как в области выработанного пространства, так и в закреплен­ ной части наблюдаются сжимающие и растягивающие напряжения. Из рисунков видно, что при наличии крепи напряжения практиче­ ски не уменьшаются. Явно выражена в породах кровли линия с ' 1уН - 0,0, ниже которой возникают растяжения достаточно высо­ кой интенсивности. Выше формируются процессы разгрузки со сжатиями. 54 Рис.2. Линии постоянного значения компоненты напряже­ ния а ' = сотI в окрестности выработавшего простран­ ства. Рнс.З. То же что на рис.2, но для ха=1.2м, хсР=5.7м, хь=9.7м, К :=бкГ/см 2, Кэ=2кГ/см2. 55 Рис.4. То же что на рис.2, но для а ех = с о т ! . у/2 П ф Рис.5. То же что на рис.З, но для а ех — сопз1. 56 -20 -10 0 1С 20 Р и с .б , То же что на рис.2, но для 1* = с о т ! , 30 х/2к Р н с .7 . То же что на рис.З, но для т'п = сот I. На рис. 6-7 представлены графики г\1уН -сот! в породах кровли при разработке пласта. Указанные напряжения работают на скалы­ вание пород. Максимум скалывающих напряжений достигается на высоте 5 м над зоной пластических деформаций и порядка 2-3 ж от забоя. Но уже при 8 м напряжения медленно затухают. Интерес представляет кривая г' //Я = 0,0, выходящая практически из точки максимума опорного давления и являющаяся линией раздела знака этого напряжения. Она показывает, что интенсивный прогиб кров­ ли начинается из этой точки. В случае наличия крепи нулевые на­ пряжения появляются над закрепленной частью выработанного пространства и отдаляются от забоя. Проведенный численный анализ показывает, что призабойная крепь вызывает сжатия пород кровли в окрестности выработанного пространства, специальная крепь приводит к уменьшению растяги­ вающих напряжений в области свободно зависающей кровли, тем самым выполняет функцию управления кровлей. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 1. А.С.Космодамианский, А.А.Левшин, Доклады АН УССР 9, 34. (1986) 2. А.А.Левшин, Известия АН СССР. Механика твердого тела 5, 180(1981) 3. А.А.Левшин, Р.И.Мануйленко, С.Н.Федотов, Напряженно- деформирован-ное состояние массива горных пород при разработке пласта полезного ископаемого с закреплением части выработанного пространства // Физика и техника высоких давлений. 1997,№2. С 143-150. 4. Р.Хилл, Математическая теория пластичности, Изд-во техн.- теорет. лит., Москва (1956).

Ähnliche Einträge