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...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2005
Автор: Дегтярь, Р.В.
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 Ukraine
id 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