Процессы разрушений горных выработок в окрестности целика

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2002
Автори:	Красько, Н.П., Захаров, В.С., Иванов, И.Е.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2002
Назва видання:	Физико-технические проблемы горного производства
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189789
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:	Процессы разрушений горных выработок в окрестности целика / Н.П. Красько, В.С. Захаров, И.Е. Иванов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2002. — Вип. 5. — С. 20-27. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-189789
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1897892023-04-24T19:56:42Z Процессы разрушений горных выработок в окрестности целика Красько, Н.П. Захаров, В.С. Иванов, И.Е. 2002 Article Процессы разрушений горных выработок в окрестности целика / Н.П. Красько, В.С. Захаров, И.Е. Иванов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2002. — Вип. 5. — С. 20-27. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2664-1771 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189789 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
format	Article
author	Красько, Н.П. Захаров, В.С. Иванов, И.Е.
spellingShingle	Красько, Н.П. Захаров, В.С. Иванов, И.Е. Процессы разрушений горных выработок в окрестности целика Физико-технические проблемы горного производства
author_facet	Красько, Н.П. Захаров, В.С. Иванов, И.Е.
author_sort	Красько, Н.П.
title	Процессы разрушений горных выработок в окрестности целика
title_short	Процессы разрушений горных выработок в окрестности целика
title_full	Процессы разрушений горных выработок в окрестности целика
title_fullStr	Процессы разрушений горных выработок в окрестности целика
title_full_unstemmed	Процессы разрушений горных выработок в окрестности целика
title_sort	процессы разрушений горных выработок в окрестности целика
publisher	Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate	2002
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189789
citation_txt	Процессы разрушений горных выработок в окрестности целика / Н.П. Красько, В.С. Захаров, И.Е. Иванов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2002. — Вип. 5. — С. 20-27. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv	AT krasʹkonp processyrazrušenijgornyhvyrabotokvokrestnosticelika AT zaharovvs processyrazrušenijgornyhvyrabotokvokrestnosticelika AT ivanovie processyrazrušenijgornyhvyrabotokvokrestnosticelika
first_indexed	2025-07-16T12:21:33Z
last_indexed	2025-07-16T12:21:33Z
_version_	1837806118956433408
fulltext	УДК 622.273 ПРОЦЕССЫ РАЗРУШЕНИЙ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В ОКРЕСТНОСТИ ЦЕЛИКА к.т.н. Красько Н.И. (Минтопэнерго Украины), к.т.н. Захаров В.С. (шахте .ХЮжнодонбасская №ЗЩ, к.т.н. Иванов И.Е. (Донецкий национальные технический университет) Несмотря на внедрение крепей нового типа, сохранение устойчив осп- гор! них выработок остается весьма актуальной проблемой. Это касается ка* протяженных подготовительных выработок, так и длинных очистных забоев Среди факторов, которые влияют на устойчивость обнажений, следует выделить напряженное состояние массива в окрестности выработки. Наличие повышенных напряжений как прямо, гак и косвенно, через другие факторы влияет на устойчивость пород, а соответственно и обнажений (например, трещиноватость в породах увеличивается при увеличении значений напряжений). Существукяцие современные критерии, которые ориентированы на прогнозирование устойчивости выработок, одной из своих компонент включают значения напряжений в анализируемой точке [1-3]. Поэтому определение напряжений действующих в массиве является одной из главных задач в геомеханике при прогнозировании устойчивости выработок. Далее будем считать синонимами выражения устойчивость массива и устойчивость выработки, подразумевая, что в этом случае упоминается часть породного массива непосредственно примыкающая к породному обнажению в выработке. Определение прогнозных значений напряженного состояния является весьма сложной задачей К настоящему времени существует несколько расчетных методов, которые позволяют производить расчет напряжений при различных планировках очистных горних работ [4-6] и обладают достаточной точностью. В работе [7] предлагаются понятия малой и большой геомеханических систем. Под первой предлагается понимать систему «крепь - окружающие породы», под второй - систему «породы зоны разгрузки - окружающии массив». По предлагаемой классификации указанные в [4-6] методы определения напряженного состояния существуют в рамках большой геомеханической системы. Эю означает, чт о в них производится расчет напряженного состояния в массиве только с учетом конфигурации выработанных пространств значительных размеров, например, от длшшых очистных забоев. Однако, в любой части массива со сложившимся напряженным состоянием проведение выработки обязательно приведет к его изменению. Так, например, в части массива, который попадет в бока выработки концентрация напряжений повысится, в кровлю - понизится. Значения вновь возникающих 20 концентраций напряжен™ будут, предположительно, сопоставимы со течениями концентраций до проведения выработки Их недочет будет приводить к снижению точности определения напряженного состояния, и, соответственно, дальнейшего прогноза устойчивости массива (выработки). 1 аким образом, применение суще( твуюнщх к настоящему времени методик расчета напряжешюго состояния большой геомеханической системы не пошоляет с качествешгой, а соответствешю и количественной, точки зрения корректно учесть наличие в массиве горной выработки, несмотря на то, что с использованием данных методик производится попытка произвести оценку устойчивости этих выработок. Напротив, существует второй класс программ для определения напряженного состояния массива, например метод конечных элементов [4], которые оперируют значительно меньшими размерами расчетной области, что позволяет рассчитать напряженное состояние в пределах малой 1 еомехашгческой системы, или, другими словами, непосредственно вокруг выработки, в том числе с учетом параметров крени. Однако при этом не учи тывается наличие выработанных пространств Следует отметить, что некоторые про! раммы ([5], АМ8У8) при расчете большой геомеханической системы, пошоляют учитывать наличие подготовительных выработок и камер. Однако ввиду малой дискретизации расчетной области (большое расстоятше между расчетными узлами) учет влияния малых размеров геомеханических конструкций не является достаточным. Указанное противоречие можно разреншть двумя пулями. Первый, это создание программ на основе существующих методик с увеличением дискретизации расчетной сетки (уменьшение расстояния между расчетными узлами). Данный тлутт. сопряжен как с качествелшым, так и с количественным и лмепекием методик расчета, что требует проведения дополнительных исследований но их настройке. Второй нуль заключается в расчете напряженного состояния исследуемой части массива в два этапа. 11срвоначально производится определение параметров ьапряжетшого состоянья большой геомехалшческой системы. Далее значения напряжений в интересующей пас области подставляются в качестве граничных условий для расчета напряжешюго состояния малой геомеханической системы При 0?суТств«ш вблизи выработки горных работ, которые могут изменить и шряженное состояние массива, в качестве граничных условий Принимаются условия геостатического напряженного состояния. Преимущества второго пути заключаются в том, что он может быть реализован на базе существующих уже достаточно апробированных методик расчета напряжешюго состояния массива. Рассмотрензгый подход бьгл использован для анализа разрушений в окрестности горных выработок при накате очистного забоя на угольный целик. Анализировалось напряженное состояние в горной выработке, расположегшой в I редней части целика и в очистном забое. Расчеты проводились для двух 21 Рис. 1 Результаты определения вертикальной компоненты напряжений в случае отраоотки двух лав: а) при физическом моделировании, б) при математическом. вариантов горнотехнической ситуации. Первый - ширина целика =500 м. Влияние лав на выработку не отмечается. В этом варианте зон разрушении в массиве вокруг выработки и впереди очистного забоя не отмечалось. Второй вариант горнотехнической ситуации - заключительная часть формирования целика, когда его ширина составила =130 м. Рассмотрим результаты анализа данного варианта подробнее. Для рассмотрения большой геомеханической системы были шшшечены данные физического моделирования напряженного состояния уг ольного целика \|8]. Глубина моделирования составляла 300 м На рис.1,а приведены данные замеров вертикальной компоненты напряжений в относительных единицах. Замеры выполшиись с помощью датчиков терния. Штриховой лилией указано усредненное значение. Для повышения достоверности данная горнотехническая ситуация была рассчитана альтернативным математических методом. Результаты данного расчета приведены на рис. 1,6. Можно видеть, что г обоих случаях значения концентраций вертикальной компоненты напряжений сопоставимы, разница достигает 10-15%. Так максимальные значения составляют в центральной части целика до 2,7-3, что эквивалентно 22 XкиЧ Л т 1о -5 3-10 1-15 -20 -25 1‘30 -35 I -40 -45 '-50 ичо СЗноо "3 РЗ Ширина модели, м а) И [ирина модели, м б) Рис 2. Распределение вертикальной компопенп.1 напряжений в МПа (а) и юн запредельных деформаций (б) вокруг выработки расположенной в угольном целике при анализе малой геомеханической системы. напряжениям 20-23 МПа. В зоне разгрузки концентрации достигают 1,1 со » троны выработанного пространства, не имеющего дополнительной опоры, и 0 ■' I «о стороны имеющей в качестве опоры часть угольного массива. I аким образом, анализ большой геомеханической системы показывает, ■но нмд центральной частью угольного целика концентрацш вертикальных напряжений достигают до 23 МПа. Данное значение можно принять как \|раппчпое условие для анализа малой геомеханической системы представленной выработкой, которая расположена в целике утля. Её 23 количественный аналш был выполнен на основе метода конечных элементов, представленного в [4] Результаты в виде распределения вертикальных напряжении приведены на рис. 2,а Можно видеть, что в верхней части модели вертикальные напряжения составляют =23 МПа, что соответствует приложенной нагрузке. Напряжения в кровле выработки имеют значения 1- 10 МПа. В боках выраоотки до 49 МПа. Если учесть, что для глубины 300 м геостатические напряжения составляют =7,5 МПа, то концентрация напряжений кровле выработки составит =0,15-1,3 (разгрузка), а в боках выработки до 6 и более. Данное значение более чем в два раза больше значения, которое было получено при анализе большой геомеханической системы. Такое расхождение в значениях может существенно повлиять на прогноз устойчивости выработки. Применение двухсладийного анализа геомеханической ситуации позволяет избежать подобного рода ошибок. Кроме того, анализ малой геомеханической системы, позволяет также качественно более точно описать напряженное состояние вокруг выработки. В частности можно выделить локальные зоны повышенных концентрации напряжений и разгрузки в массиве. Следует отметить, что уже на раестояшш 3 м в бок от контура выработки концентрация напряжений составила всего 3,7, и уменьшалась до значения =3,2 на контуре модели. Иными словами зона повышенных конце! гграций была ограничена по ширине. Именно незначительность размеров не позволяет достаточно надежно выделить зону при анализе большой геомехашгческой системы На рис. 2,6 показано распределение зон запредельны:, деформаций в окрестности рассматриваемой выработки (выделены темным цветом). Они получены на основании действующих компонент напряжений по теории Кулона-Мора Можно видеть, что разрушения отмечаются в боках вьшаботки. Здесь их причиной являются повыше! шые вертикальные напряжения. В почве выработки, наоборот, разрушения спровоцированы растягивающими напряжениями и отсутствием крепи. Их наличие в реальных условиях может быть сопоставлено с пучением почвы. Аналогично расчеш напряженного состояния для очистного забоя Грис. 3,а) показывают, чго в кровле пласта непосредственно впереди забоя имеют место повышенные напряжения, достигающие 43 МПа., чго существенно больше прочности пород. >го соответствует концеп.рациям 5-5,7 относительно уровня нетронутого массива для заданной глубины 11епосрсдсгвенно над козырьком крыш и в почве между забоем и передней стойкой отмечаются зоны раз!рузки, в которых значения напряжений составляю. =7 МПа. Повышенные кошютрации вершхальных напряжений отмечаются также над задней стойкой крепи Здесь их значение достигает 77 М11а. Таким образом, в направлении от забоя в сторону зав.ыа вдоль крепи имею место существенные перепады напряжений, когда значения изменяют до 10 раз. Данные качественные особенность напряженного состояния массива р окрестности очистой выработки невозможно установил при анализе большой геомехаииеской системы. 24 чо 5ои 300 Ширина модели, м ЯЗноо 2 Я 8 6- 4 ~6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Ш ирш ^ модели, м Рис. !. Распределение вертикальной компоненты напряжении в МПа (а) н юн запредельных деформаций (б) вокруг очистной выработки расположенной V края м олыюго целика при анализе малой геомеханической системы. 11о рис. 3,6 показаны зоны запредельных деформаций в окрестности очи( того забоя. Можно видеть, что максимальные разрушения отмечаются позади механизированной крепи. С Лги соответствуют обрушению основной кров 1п и симметричному ей процессу пучения почвы В переделах шкрсинспиой зоны запредельное состояние пород достигается в кровле пласта между забоем и перекрытием и над передней частью перекрытия крепи, В почве налета разрушение пород отмечается между забоем и передней стойкой крепи Наличие зон ,апредельных деформации в кровле пласта с большой 25 вероятностью приведет к обрушению пород, что в свою очередь может стать причиной остановки очистного забоя. Таким образом, использование понятий большой и малой геомехапических систем, позволяет корректно производить расчет напряжешюго состояния массива для прогнозирования устойчивости горных выработок за счет выделения на базе анализа большой системы граничных условий для детального анализа малой геомеханической системы. Детальный анализ малых геомеханических систем при формировании угольного целика показал следующее. При ширине целика 130 м отмечается повышение концентраций напряжений в угольном целике, который формируется накатывающейся на него лавой до значений 2,7-3. В окрестности выработки расположенной в центральной части угольного целика концентрации вертикальных напряжений достигают значений 6. На контуре выработки образуются зоны неупругих деформаций, которые приведут к снижению ее устойчивости. Впереди накатывающейся на целик лавы концентрации вертикальных напряжений достигают 5,7. При этом в окружающем массиве обра>уются золы запредельных деформаций, которые могут являться причиной обрушений пород и их пучения. В направлении от очистного забоя до зоны обрушения пород имеет место изменение напряженного состояния в породах кровли пласта. При этом изменение концентрации вертикальных напряжений может достигать 10 раз. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Расчеты параметров крепи выработок глубоких шахт /Заславский Ю.З., Зорин А Н., Черняк И.Л, - К.: Техника, 1972. - 156 с. 2 Грядущий Ю.Б. Геомеханические основы управления вывалоопаеными кровлями в очистных забоях. Дисс. .. д-ра техн. наук: 05.15.02. -Макеевка, 1997.-2 1 5 с. 3. Иванов И.Е. Совершенствование метода прогнозирования зон обрушений пород непосредственной кровли в очистных забоях тонких пологих пластов: Дисс. канд. Техн. наук: 05.15.11. - Донецк, 2000. - 163 с. 4. Назимко В В Геомехашиеские основы устойчивости подготавливающих выработок в зонах разгрузки при воздействии очистных работ: Дисс... д-ра техн. наук: 05.15.02., 0Ш 5.11. Донецк, 1989. - 337 с. 5. БнШаК.Р. ГЛврЬсетеп! Ш»соп1тш1у 1ес1тшцис 1ог апа1у2Ш§ яйеззез апс! Й1.чр1асетепН с1ие № пппт§ т я е а т иерозкз. А Шея!» зиЬгшНес! 1о Ше ГаеиИу о1 Ше ясЬоо1 оГ Ше ПшусгыК' оГ Мптеяота. // 1п рапт1 ГиШПтеп! оГ Ше гецшМЙГепЦ Гог Ше с1е§гее о! <1ос1ог о! рЬНозорЬу. Мнтезо1а, МагсЬ 1979, 311 рр. 6. СабышшАВ., Грищенков Н.И., Мирумяь А.Г. Дифференцированная оценка зон опорного давления // Проблемы горного давления - Донець ДонГТУ. - 2001 - №6. - С. 83-92. 26 7 Чборщик м.11. Разработка технологий управления вмещаюпщм массивом и ус тойчивостью основных подготовительных выработок пологих пластов на больших глубинах. Дисс... д-ра техм. наук: 05.15.02. -Донецк, -1983. - 445 с. К Захаров В С., Еремин А.Т., Иванов И.Е., КузяраС.В. Влияние размеров угольного целика на предотвращение объединения зон сдвижений над выработанными проотрансз вами // Геотехническая мехашнса - Дненронезровск: ИГТМ. - 2001. - №25. - С. 88-92. 27

Процессы разрушений горных выработок в окрестности целика

Репозитарії

Схожі ресурси