Исследование на моделях из эквивалентных материалов особенностей формирования концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очистных работ
Вивчено особливості формування концентрації напруг у крайовій частині вугільного шару в зоні впливу очисних робіт зі збільшенням глибини ведення гірських робіт, уздовж осі лави по площі в крайовій частині шару, у кутових зонах лави - області розташування кінцевих ділянок і сполучень з підготовчими в...
Збережено в:
Дата: | 2005 |
---|---|
Автор: | |
Формат: | Стаття |
Мова: | Russian |
Опубліковано: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2005
|
Назва видання: | Физико-технические проблемы горного производства |
Теми: | |
Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/190027 |
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: | Исследование на моделях из эквивалентных материалов особенностей формирования концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очистных работ / Р.В. Дегтярь // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 195-200. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraineid |
irk-123456789-190027 |
---|---|
record_format |
dspace |
spelling |
irk-123456789-1900272023-05-17T17:23:24Z Исследование на моделях из эквивалентных материалов особенностей формирования концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очистных работ Дегтярь, Р.В. Прогноз и управление состоянием горного массива Вивчено особливості формування концентрації напруг у крайовій частині вугільного шару в зоні впливу очисних робіт зі збільшенням глибини ведення гірських робіт, уздовж осі лави по площі в крайовій частині шару, у кутових зонах лави - області розташування кінцевих ділянок і сполучень з підготовчими виробками. Stress concentration forming specificity in coal-bed border area in second working influence zone with mining depth increase, along face axis in coal-bed border area, in face corner area — terminal zone areas and development working connections — was studied. 2005 Article Исследование на моделях из эквивалентных материалов особенностей формирования концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очистных работ / Р.В. Дегтярь // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 195-200. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. 2664-1771 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/190027 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 |
topic |
Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива |
spellingShingle |
Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива Дегтярь, Р.В. Исследование на моделях из эквивалентных материалов особенностей формирования концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очистных работ Физико-технические проблемы горного производства |
description |
Вивчено особливості формування концентрації напруг у крайовій частині вугільного шару в зоні впливу очисних робіт зі збільшенням глибини ведення гірських робіт, уздовж осі лави по площі в крайовій частині шару, у кутових зонах лави - області розташування кінцевих ділянок і сполучень з підготовчими виробками. |
format |
Article |
author |
Дегтярь, Р.В. |
author_facet |
Дегтярь, Р.В. |
author_sort |
Дегтярь, Р.В. |
title |
Исследование на моделях из эквивалентных материалов особенностей формирования концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очистных работ |
title_short |
Исследование на моделях из эквивалентных материалов особенностей формирования концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очистных работ |
title_full |
Исследование на моделях из эквивалентных материалов особенностей формирования концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очистных работ |
title_fullStr |
Исследование на моделях из эквивалентных материалов особенностей формирования концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очистных работ |
title_full_unstemmed |
Исследование на моделях из эквивалентных материалов особенностей формирования концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очистных работ |
title_sort |
исследование на моделях из эквивалентных материалов особенностей формирования концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очистных работ |
publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
publishDate |
2005 |
topic_facet |
Прогноз и управление состоянием горного массива |
url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/190027 |
citation_txt |
Исследование на моделях из эквивалентных материалов особенностей формирования концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очистных работ / Р.В. Дегтярь // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 195-200. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
series |
Физико-технические проблемы горного производства |
work_keys_str_mv |
AT degtârʹrv issledovanienamodelâhizékvivalentnyhmaterialovosobennostejformirovaniâkoncentraciinaprâženijvkraevojčastiugolʹnogoplastavzonevliâniâočistnyhrabot |
first_indexed |
2025-07-16T12:44:48Z |
last_indexed |
2025-07-16T12:44:48Z |
_version_ |
1837807614619025408 |
fulltext |
У Д К 622 831
Прогноз и управление состоянием горного массива
И С С Л Е Д О В А Н И Е НА М О Д Е Л Я Х ИЗ Э К В И В А Л Е Н Т Н Ы Х
м а т е р и а л о в о с о б е н н о с т е й ф о р м и р о в а н и я
К О Н Ц Е Н Т Р А Ц И И Н А П Р Я Ж Е Н И Й В К РА Е В О Й Ч А С ТИ
У Г О Л Ь Н О Г О П Л А С Т А В ЗО Н Е В Л И Я Н И Я О Ч И С Т Н Ы Х РА Б О Т
к.т.н . Д егтярь Р .В . (И Ф ГП НАН Украины)
Вивчено особливостг формування концентраци напруг у крайовш частин!
вугыьного шару в зонг впливу очисних робгт ?/ збтьшенням глибини ведения г!р-
ських роб1т, уздовж ОС1 лави по плоир в крайовш частин1 шару, у кутових зонах
лави - облает! розташування кшцевих дшянок I сполучень з тдготовчими виро-
бками.
ЕСДЛУАЕЫЧТ М АЗ ЕК1АБ М О Б Е Б 8Т 1Ш У О Г 8 Т К Е 8 8
СОГЧСЕХТКАТ1СЖ РОКМНЧС 8РЕС 1Р1С1Т IX С О А Б -В Е Б В 01Ш Е К
А К Е А Е* 8 Е С О Х Б \УОККИЧС Ш Г Ь Е Е Х С Е 2 (Ж Е
Б е ^ у а т К.У
51геа сопсеп!гаИоп /огт т § зрес'фсИу т соа!-Ье! Ьог!ег агеа т весом!
\уогкт% Шф1иепсе гопе м>Ик тт1п§ !ер(к !псгеа$е, а1оп§/асе ахЧ т соакЬ е! Ьогйег
агеа, тфасе согпег агеа - 1егтта1 гопе агеав ап ! !еуе1ортеШ \уогк!п§ соппесЧопв
— м’ав ШсИе!.
Характерной чертой очистных работ является подработка больших
площадей и объемов горного массива Вокруг очистной выемки возникают
напряжения, которые совместно с геостатическими определяют уровень
нагрузок на пласт.
Концентрации напряжений в краевой части угольного пласта в зоне
влияния очистных работ является результатом упруго-пластических
свойств угля и всей толщи пород свода обрушения. В реальном горном
массиве свода обрушения происходят зависание слоев консолей пород
кровли, их частичное обруш ение, прогиб. Одновременно краевая часть
угольного пласта деформируется пластически и упруго. Это сопровожда
ется концентрацией напряжений с максимумом на некотором удалении от
краевой части пласта. Установить местонахождение максимума концен
траций напряжений в краевой части угольного пласта в зоне влияния очи
стных работ в зависимости от глубины ведения работ является целью дан
ных исследований.
Наблюдения в шахтах показали, что наиболее интенсивно концен
трации напряжений проявляются как впереди лавы, так и вдоль оси лавы.
Характер деформирования поддерживающ ей крепи выработок с уве
личением глубины разработки представлен в таблице 1 .
Характер распределения концентрации напряжений лучше всего
изучен впереди лавы. Этот вопрос достаточно хорош о освещ ен многими
195
Прогноз и управление состоянием горного массива
Таблица 1. Качественная характеристика деформирования поддер
живающей крепи в выработках.
Глубина раз
работки, м
Способ под
готовки вы
емочного
столба
град. град.
Характер деформиро
вания поддерживаю
щей крепи
До 200
Длинными
столбами по
простиранию
0-18 60-75
1
на массив
200...400 0-18 75-85 на массив
400...600 0-18 85-90
переходная, неявно вы
раженная
600...800 0-18 90-105
переходная, неявно
выраженная
800...1500 0-18 105-120 за выработанное про
бран ство
Д о 200
Длинными
столбами по
восстанию
0-18
60-75
85-90
на массив
200...400 0-18 75-85 на массив
400...600 0-18 85-90
переходная,неявно вы
раженная
600...800 0-18 90-105
переходная,неявно вы
раженная
800...1500 0-18 105-125
на выработанное про
странство
Д о 200
Длинными
столбами по
падению
0-18 60-95 на массив
200...400 0-18 75-105
переходная, неявно вы
раженная
400...600 0-18 85-105
переходная, неявно вы
раженная
600...800 0-18 105-125 по восстанию пласта
800...1500 0-18 125-130
на выработанное про
странство
196
зарубежными и отечественными авторами. Для условий угольных бассей
нов Украины, Росии и других государств, осуществляющих добычу угля,
он обоснован на большом количестве экспериментальных наблюдений за
сдвижением и деформацией угленосной толщи.
Более сложен и менее исследован вопрос распределения концентра
ции напряжений вдоль оси лавы по площади в краевой части пласта Каи
большие расхождения во взглядах наблюдаются при определении характе
ра распределения концентрации напряжений в угловых зонах лавы. М ежду
тем именно в этой области расположены концевые участки и сопряжения с
выемочными выработками. Их состояние в значительной мере определяет
ся воздействием на пласт дополнительных нагрузок со стороны свода о б
рушения пород кровли.
Ниже описан графо-аналитический метод определения границ опор
ного давления по площади в краевой части пласта, учитывающий геологию
угленосной толщи и закономерности ее деформирования.
Проведены исследования изменения напряженного состояния мас
сива пород в зоне влияния очистных работ. В комплексе взаимовлияюших
факторов рассмотрена глубина ведения горных работ при влиянии вырабо-
танного пространства с учетом мощности слоев вмещающих угольный
пласт пород, физико-механических свойств и другие.
Изучение изменения напряженно-деформированного состояния мас
сива, осуществлялось путем моделирования физико-механических харак
теристик угля и вмещающих пород на эквивалентных материалах (ЭМ ).
Возможность воспроизведения в слоях моделей прочностных характери
стик различных горных пород (с учетом критерия и условий подобия [1])
позволяет смоделировать любые горно-геологические условия залегания
угольных пластов.
Исследования выполнены на примере условий Красноармейского
угленосного района. Средняя вынимаемая мощность угольных пластов мо
делировалась - 1,4 м, угол падения - 11°. Сопротивление угля сжатию
(прочность угля) Осж= 17,5 МПа.
Непосредственная кровля представлена трещиноватым неслоистым
аргиллитом мощностью 4 ... 5 м, сопротивление сжатию Осж.= 24,1 МПа.
Согласно классификации ДонУ ГИ кровля по обрушаемости отнесена к (
А 1.2) , по устойчивости - ( Б 2-з).
Основная кровля моделировалась переслаивающимися разностями
аргиллита и алевролита общ ей мощностью 12,5 ...18,5 м. Сопротивление
сжатию аргиллита 17,8...32,5 МПа, алевролита 24,5...35,1 МПа. По обру
шаемости массива основная кровля отнесена к (А 2), по устойчивости - к
(Б3) согласно классификации ДонУГИ.
Непосредственная почва - аргиллит мощностью д о 7 м, неслоистый.
Сопротивление сжатию - 18,1 МПа. По устойчивости отнесена к среднеус
тойчивой ( П2 ).3атем залегает переслаивающаяся толща слоев аргиллита и
песчаника общ ей мощностью 6 ... 14 м. Полная характеристика класса
вмещающих пород запишется как сочетание трех категорий А ^ , Б2.3, П2.
Прогноз и управление состоянием горного массива
197
Обработка результатов моделирования выполнена по алгоритмам
корреляционно-регрессионного анализа.Установлены зависимости коэф
фициента концентрации напряжений в массиве К„ от основных влияющих
факторов в краевой части угольного пласта. Зависимость аппроксими
рована кусочно-линейной функцией:
нарастающая ветвь
Кст = 10-1 ((7+1 *10-2Н ) + (3 + 25*10-4Н )у) + (10-2((13 + 11*10-2Н )+
(6+1*10-2Н )у)х)
нисходящая ветвь
К„ = 10-1 ((26-37* 10-4Н) - (12- 1*10-2Н )э) - (10-2( 10-1(68 + 2*10-2Н ) - (7-
25*10-4Н )у)х)
1де Кст - кс>эффициент концентрации напряжений в массиве;
а; -напряжение в 1 -ой точке приконтурного массива, МПа;
ст0 - напряжение в нетронутом массиве горных пород, МПа;
х - расстояние от границы выработанного пространства по падению
угольного массива, м;
Н - глубина ведения горных работ, м;
у - безразмерный коэффициент, учитывающий расположение попе
речного сечения выработки относительно пласта: у = 0 - с подрывкой почвы;
у = 0,5 -то же с двусторонней подрывкой;
у = 1 ,0 - с подрывкой кровли.
Множественный коэффициент корреляции изменялся в пределах
0,75 ... 0,95.
Данные позволили определить качественную нагрузку на пласт, об
разовавшуюся за счет перераспределения нагрузки в выработанном про
странстве. Полученная система уравнений позволила достаточно близко
описать эпюру качественного перераспределения концентраций напряже
ний в краевой части угольного пласта от влияния выработанного про
странства на глубинах 2 0 0 ...800м. Пересечение двух прямых определило
область проявления максимальных концентраций напряжений. Место про
явления максимальных концентраций напряжений в горном массиве пред
ставлено на рис. 1 .
С увеличением глубины ведения горных работ в зоне влияния выра
ботанного пространства максимальные концентрации напряжений прояв
ляются приближаются к краевой части угольного пласта. На большей глу
бине зона максимальных концентраций напряжений уменьшается. С уве
личением глубины разработки происходит количественное, а затем качест
венное изменение физико-механических свойств пласта. Приложенные на
грузки сопровождаются деформациями упругого сжатия пласта. Причем ве
личины деформаций прямо пропорциональны приложенным нагрузкам На
блюдается рост вн) греннего напряженного состояния угля - ст0 за счетуН,.
Прогноз и управление состоянием горного массива
198
Прогноз и управление состоянием горного массива
200 400 600 800 Н, м
Рис. ] . Область проявления максимума опорного давления в уголь
ном массиве в зависимости от глубины работ с учетом вида подрывки
вмещающих пород.
Повышается жесткость материала - Е1Х, ( где Е - модуль упругости; ,1Х -
момент инерции относительно оси х) Повышение жесткости (ЭМ ) связано
с увеличением модуля упругости. М одуль упругости ЭМ (модуль Юнга), в
свою очередь, зависит: от плотности - р. относительной объемной деф ор
мации сжатия - еусж, пригрузки опорного давления - ДР, пористости ■ П,
относительной линейной деформации -Е|.
С увеличением глубины разработки возрастает плотность угля не
только за счет его сжатия и деформации занимаемого объема, но и за счет
его метаморфизации Б нашем случае уменьш ение объема при моделиро
вании происходит за счет увеличения относительной объемной деформа
ции сжатия (ЭМ , вызванной пористостью (ЭМ ). Пустоты пор (ЭМ ), сж и
маясь, уплотняются е массиве. Уплотнение (ЭМ ), в свою очередь, вызыва
ет повышение модуля упругости, и, как следствие, повышение жесткости и
уменьшение относительной линейной деформации материала. Качествен
ное соотнош ение изменения рассмотренных Физико-механических харак
теристик ЭМ в диапазоне глубин 200...800 м графически отражено на рис.2.
Из графиков на рис. 2 видно, что на небольшой глубине, например,
Н =200 м, кромка угольного пласта разрушена значитедьно больше, чем на
глубине, например. Н = 800 м.
С ростом глубины зона концентрации напряжений приобретает фор
му, все более приближающуюся к круговой, и на глубине более 1500м она
становится практически круговой.
Угол падения пласта вдияет на ширину зоны максимальных концен
траций напряжений в краевой части угольного пласта. При этом со стороны
199
Прогноз и управление состоянием горного массива
в е 6 ГСЖ Е р Д Р ст0
Рьс. 2. Качественное изменение физико-механических свойств
угольного пласта и вмещающих пород с увеличением глубины ведения
горных работ.
падения протяженность этой зоны будет несколько увеличиваться, со сто
роны восстания - уменьшаться. При больших глубинах и малых углах па
дения пластов этим фактором можно пренебречь.
С увеличением длины очистного забоя в процесс сдвижения увле
каются дополнительные объемы пород. Процесс стабилизируется при пол
ной подработке. Это происходит с достижением наименьшей стороной
площади выемки (длина лавы, если она меньше достигнутого ею подвига-
ния) половины глубины работ, т.е. Ьл > Н/2, где Ьл - длина очистного за
боя. Если условие полной подработки не достигнуто, то сдвижение толщи
не дойдет до поверхности земли и при расчете концентрации напряжении
следует учитывать только ту часть толщи свода обрушения, которая во
влечена в процесс.
Таким образом, поддержание концевых участков лав и оаботоспо
собность сопряжений зависят:
1 ) местонахождения проявления максимума концентрации напряжс
ний в краевой части угольного пласта;
2 ) зоны формирования пластических деформаций в процессе разру
шения краевой части угольного пласта.
С Н И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы
1. Методы и средства решения задач горной геомеханики / Т.Н.Кузнецов
К А.Ардаш ев, Н.А.Филатов и др. - М.:Недра, 1987. - 248 с.
200
|