Разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ

Разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ

На современном этапе важнейшим условием функционирования и развития угольной отрасли Украины является обеспечение производительности труда и снижение себестоимости добываемого угля. Эффективность работы любой шахты коренным образом зависит от принятой в ее условиях планировки ведения горных работ во...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2001
1. Verfasser: Захаров, В.С.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2001
Schriftenreihe:Физико-технические проблемы горного производства
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189717
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:Разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ / В.С. Захаров // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2001. — Вип. 3. — С. 68-74. — Бібліогр.: 1 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-189717
record_format dspace
spelling irk-123456789-1897172023-04-21T17:41:45Z Разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ Захаров, В.С. На современном этапе важнейшим условием функционирования и развития угольной отрасли Украины является обеспечение производительности труда и снижение себестоимости добываемого угля. Эффективность работы любой шахты коренным образом зависит от принятой в ее условиях планировки ведения горных работ во времени и пространстве. Она определяет уровень концентрации горных работ, сложность и сочетание технологических звеньев, необходимую их техническую оснащенность и т.д. В практике при обосновании таких планировок часто весьма поверхностно учитываются возможные осложнения в ведении горных работ в связи с проявлениями гарного давления в очистных и подготовительных выработках. 2001 Article Разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ / В.С. Захаров // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2001. — Вип. 3. — С. 68-74. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. 2664-17716 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189717 622.273 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 На современном этапе важнейшим условием функционирования и развития угольной отрасли Украины является обеспечение производительности труда и снижение себестоимости добываемого угля. Эффективность работы любой шахты коренным образом зависит от принятой в ее условиях планировки ведения горных работ во времени и пространстве. Она определяет уровень концентрации горных работ, сложность и сочетание технологических звеньев, необходимую их техническую оснащенность и т.д. В практике при обосновании таких планировок часто весьма поверхностно учитываются возможные осложнения в ведении горных работ в связи с проявлениями гарного давления в очистных и подготовительных выработках.
format Article
author Захаров, В.С.
spellingShingle Захаров, В.С.
Разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ
Физико-технические проблемы горного производства
author_facet Захаров, В.С.
author_sort Захаров, В.С.
title Разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ
title_short Разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ
title_full Разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ
title_fullStr Разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ
title_full_unstemmed Разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ
title_sort разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ
publisher Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate 2001
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189717
citation_txt Разработка комплексной системы геомеханической оценки устойчивости подготавливающих выработок при произвольном развитии очистных работ / В.С. Захаров // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2001. — Вип. 3. — С. 68-74. — Бібліогр.: 1 назв. — рос.
series Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv AT zaharovvs razrabotkakompleksnojsistemygeomehaničeskojocenkiustojčivostipodgotavlivaûŝihvyrabotokpriproizvolʹnomrazvitiiočistnyhrabot
first_indexed 2025-07-16T12:16:39Z
last_indexed 2025-07-16T12:16:39Z
_version_ 1837805811228737536
fulltext УДК 622.273 РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМ™ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДГОТАВЛИВАЮЩИХ ВЫРАБОТОК ПРИ ПРОИЗВОЛЬНОМ РАЗВИТИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ к.т.н. Захаров В .С. (ш. «Юж.1 ю Донбасская N°3») На современном этапе важнейшим условием функциониро­ вания и развития угольной отрасли Украины является обеспечение производительное ги ф уда и снижение себестоимости добываемого угля. Яфг(>ективность работы любой шахты коренным образом за­ висит от принятой в ее условиях планировки ведения горных работ во времени и пространстве. Она определяет уровень концентрации горных работ, сложность и сочетание технологических звеньев, не­ обходимую их техническую оснащенность и т.д. В практике при обосновании таких планировок часто весьма поверхностно учиты­ ваются возможные осложнения в ведении горных работ в связи с проявлениями гарного давления в очистных и подготовительных выработках. При развитии очистных работ неизбежно возникают ситуа­ ции, при которых повышенное горное давление оказывает неблаго приятное воздействие на выработки, что сопряжено с увеличением опасности работ и существенным падением производительности труда горнорабочих. В региональных зонах повышенного горного давления (ПГД) площадь поперечного сечения подготовительны х выработок уменьшается на 50-80%, а в призабойном пространстве лав увеличиваются интенсивность и размеры вывалов пород кров­ ли пласта. Следует отметить большую сложность решения задачи выбо­ ра рациональной пространственно-временной планировки горных работ. Это обусловлено уже сложившейся горнотехнической обста­ новкой в условиях шахты, ростом глубины разработки, числом от­ рабатываемых пластов, техническими и экономическими возмож­ ностями шахты и т.д Установлено, что косвенные убытки от поте­ ри устойчивости основных подготовительных выработок па поря­ док и более превышают прямые затрате! на их восстановление. При этом ошибки в планировке горных работ имеют долговременные последствия, особенно когда развитие очистных работ ведется от центра шахтного поля к его границам, что имеет место в подав ляющем большинстве случаев. В таких условиях необходима специальная система геомеха - нической оценки планировки горных работ [1]. Такая система син­ тезирована на основе отде \ьных блоков, компоновка которых при­ ведена на рис. 1. Применение системы геомеханической оценки 68 С И С Т Е М А Г Е О М Е Х А Н И Ч Е С К О И О Ц Е Н К И У С Т О Й Ч И В О С Т И П О Д Г О Т О В И Т Е Л Ь Н Ы Х В Ы Р А Б О Т О К С Б О Р И П О Д Г О Т О В К А И С Х О Д Н Ы Х Д А Н Н Ы Х Р А С Ч Е Т Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Я К О Н Ц Е Н Т Р А Ц И И Г О Р Н О Г О Д А В Л Е Н И Я ПО Р А С Ч Е Т Н О Й О Б Л А С Т И ПР И З А Д А Н Н О Й П Л А Н И Р О В К Е Г О Р Н Ы Х Р А Б О Т Г ~г И Н Т Е Р П О Л Я Ц И Я Л И Т О Л О Г И Ч Е С К О Г О С О С Т А В А Т О Л Щ И П О Р О Д В О К Р Е С Т Н О С Т И П О Д Г О Т О В И Т Е Л Ь Н Ы Х I В Ы Р А Б О Т О К НА В С Ю Р А С Ч Е Т Н У Ю О Б Л А С Т Ь Р А С Ч Е Т К О Н В Е Р Г Е Н Ц И И НА К О Н Т У Р Е П О Д Г О Т О В И Т Е Л Ь Н Ы Х В Ы Р А Б О Т О К П Р И Р А З Л И Ч Н Ы Х В А Р И А Н Т А Х ИХ Р А С П О Л О Ж Е Н И Я !_ I : Р А С Ч Е Т И П О С Т Р О Е Н И Е П Л А Н О Г Р А М М ; Р Е М О Н Т Н Ы Х Р А Б О Г В I П О Д Г О Т О В И Т Е Л Ь Н Ы Х В Ы Р А Б О Т К А Х В ! Т Е Ч Е Н И Е С Р О К А ИХ С Л У Ж Б Ы ы Ж ' 1: ' (Ш'йк Щ: га*р. * * * - ' ? ? ! ла»о-"'а Ч.М1 . ч . за 63 *4 175 156 1*7 218 24* 280 31 1 С р о к с л у ж б ы в ы р а б о т к и ы * =1 с 9 4 и ...... У ЗЛ Ы РАСЧЕТНОЙ СЕТКИ Р А С Ч Е Т З А Т Р А Т НА П О Д Д Е Р Ж А Н И Е I П О Д Г О Т О В И Т Е Л Ь Н Ы Х В Ы Р А Б О Т О К В Рис 1. Блок-схема комплекса вычислительных программ для проведения геомеханического аудита устойчивости подготови тельных выработок 69 планировки горных работ начинается с подготовки и обработки исходных данных. При этом выделяется ключевой элемент анализа, который представляет собой как правило одну или чаще несколько подготавливающих выработок, на основе которых произведена подготовка запасов блока, горизонта или панели к выемке Е каче­ стве исходных данных используются следующие их группы. Горно-геологическая. Сюда относятся прежде всего угол зале­ гания пород, прочностные, деформационные, структурные и тщ рогеологические данные. Для их конкретной оценки отбирают гео­ логические разрезы и колонки в непосредственной близости от трассы анализируемой выработки (или выработок). Чем больше ко­ лонок отобрано, и чем ближе их местоположение к трассе, тем точ­ нее будут данные анализа. В качестве прочностных характеристик главным образом используются пределы прочности на одноосное сжатие хотя для уточнения и корректировки данных применяются и коэффициенты крепости, а также пределы прочности на одноос­ ное растяжение. Пределы прочности в образце корректируются параметрами трещиноватости и обводнения. При этом учитывается интенсив­ ность трещиноватости и ее ориентация относительно продольной оси выработки, которые применяются для корректировки прочно­ стных характеристик по известной методике. Снижение прочности обводненных пород учитывается по методике ВНИМИ В качестве деформационных характеристик используются модули деформации и коэффициенты Пуассона. Совместно с мощ­ ностью породных слоев эти данные используются для настройки параметров моделей при расчете горного давления. Горне техническая группа исходных тайных включает прежде всего контуры горчых работ и их эволюцию в ходе отраоотки ана- лизир) емого участка. Указанные контуры вводятся в виде коордз нат выработанных пространств X, У и координат трассы подгото­ вительных выработок. При этом учитывается положение выработки как в плане, так и в вертикальной плоскости (с ломощдю коорди­ наты 2). Это весьма важно с точки зрения достоверности результа­ тов геомеханичсского анализа, поскольку сечение выработки впи­ сывается в конкре тный разрез и учитывается конкретное положе­ ние отдельных породных слоев относительно поперечного сечения выработки Впод координат выработанных пространств производится в том порядке, в котором они отрабатываются. Это дает возмож­ ное гь учесть порядок и очередность выемки запасов, что сущест­ венно повышает достоверность результатов анализа Горно технологическая гр̂ ппа данных включает прежде все­ го основные характеристики подготовительных выработок, а имен­ но: способ проведения, теш крепи и плотность ее установки, разме­ ры сечения. Весьма важными характеристиками также являются 70 допустимые зазоры, при исчерпании которых производится ремонт выработки. В качестве таких параметров вводятся критическое опускание кровли, пучение почвы и смещения боков. Кроме того вводятся предельно допустимые вертикальный и горизонтальный габариты выработки Эго очень важные параметры, поскольку пу чение почвы отдельно по критсоию подрывки и опускания кровли по критерию необходимости замены крепи могут находиться в до­ пустимых пределах, а с точки зрения прохождения негабаритного груза по данной выработке вертикальный оазмер вполне может оказаться исчерпан. То же касается и соотношения горизонтально­ го габарита выработки и боковых смещений Весьма важный параметр - время проведения выработки, а ча< то и ее отдельных отрезков. От соотношения этого параметра и времени отработки смежных запасов выработка может попадать в принципиально разные ситуации. Например она может быть про­ ведена в предварительно разгруженной региональной зоне, а может быть подвергнута последующей надработке. Во втором случае сме шения на ее контуре прн прочих равных условиях будут намного больше. Кроме ввода указанных исходных данных осуществляется обший анализ анализируемой ситуации, качественно выделяются наиболее сложные позиции и моменты в планировке горных работ, а также предварительно намечаются пути ее совершенствования. Само собой разумеется, что производится анализ и подробное изу­ чение схем вентиляции, транспорта и водоотлива, которые оказы­ вают особое влияние на выбор возможной планировки горных ра­ бот. Второй блок системы включает очень емкий этап расчета перераспределения напряжений в плоскости пласта, плоскости расположения выработки или другой лн'гересующей нас плоскости при разви тии очистных работ. По мере отработки лап меняется или эволюционирует напряженное состояние в окрестности трассы прек ктируемой или фактически существующей выработки. К.ак правило, после анализа исходной ситуации намечается несколько (чаще всего 3-4) возможных варианта планировки горных работ. Эти варианты тщательно увязываются и согласовываются со схе­ мами вентиляции транспорта и водоотлива. Это делается для того, чтобы геомеханически приемлемые возможные варианты могли быть реализованы технологически и отвечать требованиям правил безопасности. Расчет перераспределения напряжений производится на ос­ нове алгоритмов, которые учитывают необратимое перераспреде­ ление напряжений при развитии горных работ. Напомним, что ос­ новными исходными данными для работы этого блока являются координаты выработанных пространств и их эволюция, а также прочностные и деформационные характеристики толщи и ее 71 строение Все эти данные были охарактеризованы в блоке ввода исходной информации. Получаемые распределения напряжений автоматически со храняются в отдельных файлах, соответствующих конкретному этапу развития горных работ. Напряжения рассчитываются и со храняются для узлов расчетной схемы с заранее заданной плотно ст ью, необходимой для обеспечения достаточной точности решения общей задачи. Это очень удобно с точки зрения последующей рабо­ ты системы для расчета смещений на конту ре выработок Однако перед началом расчета смещений необходимо привязать сечения выработок к соответствующим породным слоям и их физико- мехоническим свойствам Специальный блок интерполяции прочностных характеру стпик пород предназначен для 1акой целй. Выработка разбивается на расчетные узлы или используя маркшейдерский термин «пике­ ты». Ш аг разбивки опоеделяется, как уже было о-мечено, необхо димой точностью решения поставленной задачи. Так например для осуществления геомеханнческой оценки или аудита планировки гордых работ в пределах панели или блока шириной несколько ки­ лометров вполне достаточна разоивка с шагом 50м Для анализа состоян и я камеры подъемной машины в капитальном уклоне необ­ ходима разбивка с шагом 2-Зм и т д В результате работы блока каждое сечение выработки (или выработок) привязано к конкретной структурной колонке, при этом известны мощности, прочности породных слоев и их расстоя­ ние от центра тяжести конкретного сечения. Такие наборы данных формируются в компьютере и сохраняются для каждого попикет- ного сечения анализируемой выработки. Типично, когда трассу выработки разбивают на 10-20 пикетов (сечений). Этого набора данных вполне достаточно для детализации горногеологическон обстановки вдоль всей трассы выработки. Отметим что при анали зе ох тояния квершлагов и значительном угле залегания пород пи кеты необходимо расставлять чаще, поскольку трасса выработка пересекает большее число породных слоев После проведения ин терполяции прочностных характеристик система готова к расчету смещений на контуре выработок. Блок расчета конвергенции на контуре выработок является одним из основных и решающих в системе в целом Алгоритмиче ски блок реализован следующим образом. Компьютер извлекает из подготовленных преды/у щими блоками файлов данные характе ризуюшне строение и прочность вмещающих каждое рассматри­ ваемое сечение пород, напряженное состояние в окрестности этого сечения и производит расчет смещений по специальным методи­ кам Важно отметить, что при изменении напряженного состоя­ ния прочности пород, отпора крепи и другими изменениями си 72 туации, при которой происходит скачкообразное изменение крите рия устойчивости массива, применяется принцип эквивалентного времени эквивалентной прочности или эквивалентных напряже­ ний. Только благодаря разработанному принципу удалось произве­ сти достоверна ю оценку смещений на контуре выработок же плуа- тируемых в реалистичных обстоятельствах, когда изменение кри­ терия устойчивое ги массива является массовой и весьма типичной ситуацией Текущие смещения накапливаются в специальных файлах, ч го даст возможность производить учет состояния выработки. В частности осуществляется постоянная проверка допустимых зазо­ ров и габаритов попикетных сечений выработок. Как только допус­ тимые значения превышены, производится ремонт или подрывка почвы, а смещения сбрасываются до пуля. Отметим, что в практи ке работы шахт часто производится неоднократный ремонт одного и того же участка выработки. Это приводит к естественной само- разгрузке локальной области вокруг данного участка выработки. Такая локальная разгрузка учитывается специальными коэффици ентами, уменьшающими напряжения вокруг выработки на таком участке. Для наглядности результатов анализа и возможности визу­ альной его оценки инженерно-техническими работниками шахты или проектировщиками создан специальный блок построения пла- н/щлсмм ремонтных работ. Указанный блок использует данные расчетов смещений на контуре выработок и данные о перекрепле нии сечения и подрывке почвы В координатах «длина выработки- время» наносятся отметки, отражающие факт перекрепления или подрывки. Такая диаграмма даст ясное представление, когда и на каком участке выработке будут вестись ремонтные работы при за­ данной планировке горных работ и заданных исходных условиях Достоинство таких планограмм ремонтных работ состоит в том, что они сразу высвечивают сложные узкие места с точки зре ния состояния выработки Эти места легко идентифицируются с причинами, их породившими. Так например проанализирован пла­ нировку горных работ на момент, когда ремонтные работы интен­ сифицировались, можно почти наверняка указать на причину, вы­ звавшую эту интенсификацию. Завершающим блоком является блок расчета суммарных затрат на реализацию данной планировки горных работ с точки зрения поддержания выработки. Имея такие данные, можно инте­ грально оценить предложенные варианты планировки горных ра­ бот. Важно, что при таком анализе часто оказывается необходи­ мым скорректирова гь отдельные элементы планировки и,ли пара метры крепления и поддержания выработок. Весьма типичны м и простым в реализации является изменен не очередности отработки смежных лав, изменения трассы выработки, при котором она рас­ 73 полагается в другой толще порсд или в породах с другой прочно­ стью, а также изменение локальной системы крепь-окружающие породы путем усиления стационарной крепи, или упрочнения вме щдющих пород. Практика применения разработанной системы показала, что весьма целесообразно производить параллельно с оценкой плани ровки горных работ мониторинг состояния отдельных контрольных участков анализируемых выработок. Это дает возможность скор ректировать параметры модели для конкретных условий разработ­ ки, что часто повышает точность расчетов смещений и достовер­ ность результатов анализа в целом. При необходимости скорректировать планировку произво­ дится повторный анализ начиная с работы блока №2. Конечные резучльтаты от этого только вышрынают В среднем типичным вре­ менем на проведение геомеханического аудита планировки горных работ в пределах блока, горизонта или панели при отработке свиты 2-4 пластов составляет 1-3 недели в зависимости от наличия и дос товарности исходных данных. Данная система широко применяет­ ся в практике геомеханического аудича устойчивости подготавли вающих выработок угольных шахт Донбасса. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Захаров Е.С., Пономарев М.А. Выбор рациональной планиров ки горных работ, обеспечивающей устойчивость магистральных выработок восточного крыла ш. Южнс-Донбасская №3 //Проблеми прського тигку. Труды ДонГТУ - Донецк, 2000, № 4.-С. 144-161.

Ähnliche Einträge