Напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве

Наведено результати аналітичних досліджень деформацій штреку при зведенні подвійної литої смуги в відпрацьованому просторі.

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2008
Автор:	Кожушок, О.Д.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України 2008
Назва видання:	Геотехническая механика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31463
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:	Напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве / О.Д. Кожушок // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2008. — Вип. 78. — С. 10-17. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-31463
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-314632012-03-10T12:15:31Z Напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве Кожушок, О.Д. Наведено результати аналітичних досліджень деформацій штреку при зведенні подвійної литої смуги в відпрацьованому просторі. The results of analytical researches of deformations of a drift are given at building of a double cast strip in mined-out space. 2008 Article Напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве / О.Д. Кожушок // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2008. — Вип. 78. — С. 10-17. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31463 622.831 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Наведено результати аналітичних досліджень деформацій штреку при зведенні подвійної литої смуги в відпрацьованому просторі.
format	Article
author	Кожушок, О.Д.
spellingShingle	Кожушок, О.Д. Напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве Геотехническая механика
author_facet	Кожушок, О.Д.
author_sort	Кожушок, О.Д.
title	Напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве
title_short	Напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве
title_full	Напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве
title_fullStr	Напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве
title_full_unstemmed	Напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве
title_sort	напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України
publishDate	2008
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31463
citation_txt	Напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве / О.Д. Кожушок // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2008. — Вип. 78. — С. 10-17. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Геотехническая механика
work_keys_str_mv	AT kožušokod naprâžennodeformirovannoesostoânievprikonturnojzonepodgotovitelʹnojvyrabotkiprivozvedeniidvojnojlitojpolosyvvyrabotannomprostranstve
first_indexed	2025-07-03T11:55:04Z
last_indexed	2025-07-03T11:55:04Z
_version_	1836626691482451968
fulltext	10 Выпуск № 78 УДК 622.831 О.Д. Кожушок НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ В ПРИКОНТУРНОЙ ЗОНЕ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ДВОЙНОЙ ЛИТОЙ ПОЛОСЫ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ Наведено результати аналітичних досліджень деформацій штреку при зведенні подвійної литої смуги в відпрацьованому просторі. MODE OF DEFORMATION IN A MARGINAL ZONE DEVELOPMENT GALLERY AT BUILDING OF A DOUBLE CAST STRIP IN MINED-OUT SPACE The results of analytical researches of deformations of a drift are given at building of a double cast strip in mined-out space. В последние годы угольная промышленность Украины характеризуется кон- центрацией производства на ограниченном числе крупных предприятий. Ис- пользование достижений науки в совокупности с техническим перевооружени- ем всех звеньев угледобычи позволили значительно увеличить нагрузку на очи- стной забой. Однако быстрое подвигание лавы привело к новым проблемам. Одной из них является ухудшение состояния сопряжения выемочного штрека с лавой при использовании традиционных крепей сопряжения. Выполненные в Германии в конце прошлого века обширные исследования показали, что достаточно эффективным способом поддержания выемочного штрека за лавой и самого сопряжения является возведение в выработанном про- странстве приштрековой литой полосы. На Украине такая технология адапти- рована применительно к условиям Центрального Донбасса и успешно исполь- зуется на передовых предприятиях отрасли: шахтах «Красноармейская- Западная № 1» и им. А.Ф. Засядько [1, 2]. Однако анализ практического опыта эксплуатации комбинированной охранной конструкции, поддерживающей штрек за лавой, показал, что при большой скорости подвигания очистного за- боя в сочетании со слабыми породами в почве она также оказывается недоста- точно эффективной. Одним из прорабатываемых в настоящее время вариантов повышения кон- структивного качества комбинированной охранной конструкции для поддержа- ния выемочнго штрека за лавой является включение в ее состав двухрядной ли- той полосы. В данной работе представлен теоретический анализ работы такой конструкции. Схема расчетной области представлена на рис. 1. Для проведения численных расчетов используется метод конечных элемен- тов [3, 4]. Конечно-элементная модель является плоской. Проведение вычисли- тельного эксперимента выполнено в упругой постановке, что снижает точность полученных результатов, однако позволяет определить основные тенденции деформирования сложной системы «крепь–массив» и характер влияния на де- формации выработки охранной конструкции в виде литой полосы. "Геотехническая механика" 11 а л е 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 – п ес ч ан и к; 2 – а л ев р о л и т; 3 – у го л ь; 4 – ал ев р о л и т; 5 – п ес ч ан и к; 6 – п р и к о н ту р н ы й сл о й ; 7 – а р о ч н ая к р еп ь; 8 – с то й к а д ер е- в я н н ая ; 9 – н и зк о п р о ч н ая п о л о са ; 1 0 – в ы со к о п р о ч н ая п о л о са ; 1 1 – у в л аж н ен н ы й ал ев р о л и т; 1 2 – гр ан и ц а с л о ев ; 1 3 – р аз р у ш ен - н ая п о р о д а Р и с. 1 – С х ем а р ас ч ет н о й о б л ас ти 12 Выпуск № 78 Таким образом, к разработке модели принят вариант комбинированной ох- ранной конструкции, включающей помимо арочной крепи две разножесткие полосы. Предполагается, что выработанное пространство, а также породный слой, непосредственно прилегающий к арочной крепи заполнены обрушенной породой. Размеры расчетной области составляют: длина (по горизонтальной оси x ) – 45,7 м; высота (по вертикальной оси z) – 26,0 м. Количество конечных элемен- тов модели – 7 686, количество узлов – 7 893, количество степеней свободы – около 15 000. Размеры конечного элемента в модели колеблются в пределах от 0,13×0,2 м до 0,5×0,5 м, что для модели таких размеров достаточно, чтобы схо- димость решения и точность результатов были приемлемыми. В области выра- ботки, ее крепления и охранных конструкций в виде литых полос сетка сгуще- на, для того, чтобы концентрация напряжений была более четко выражена, чем это возможно отразить в моделях с конечными элементами больших размеров. Также сгущение сетки проведено в почве выработки, так как в имеющихся мо- делях предполагается наблюдение за пучением почвы. Распределение конечных элементов в пределах модели схематически представлено на рис. 2. Рис. 2 – Распределение конечных элементов в пределах модели После создания геометрии конечноэлементной модели на нее налагаются граничные условия, которые наиболее адекватно отображают работу системы «крепь штрека – литая полоса – породный массив». Верх модели нагружен рав- номерно распределенной нагрузкой и свободен от запрета деформаций. На ле- вой плоскости деформации запрещены; на правой плоскости – также запрет деформаций, кроме слоя алевролита в кровле пласта, который остается свобод- ным от граничных условий. На нижней плоскости модели запрещены дефор- мации по горизонтальной и вертикальной осям. "Геотехническая механика" 13 После постановки граничных условий модели были присвоены деформаци- онные характеристики и плотность, которые задавались в соответствии с дан- ными лабораторных исследований материалов и горных пород. Их физико- механические свойства приведены в табл. 1. Таблица 1 – Физико-механические свойства материалов для модели Предел прочности Порода или материал Плотность ρ ·103, кг/м3 σсж., МПа σр, МПа Модуль упругости Ест., ГПа Коэффициент Пуассона νст Песчаник 2,5 60 7 16 0,15 Алевролит 2,6 45 5 12 0,24 Уголь 1,3 15 2 3, 5 0,29 Разрушенная порода 2,0 15 0 2 0,45 Дерево 0,9 40 15 2 0,2 Низкопрочная полоса 2,0 10 1 1 0,25 Высокопрочная полоса 2,2 20 2 2 0,25 Влажный алевролит 2,5 15 2 4 0,3 При задании деформационных свойств конечных элементов пластинчатого типа, кроме статического модуля упругости, статического коэффициента Пуас- сона и плотности, следует задавать толщину пластины, которая принята в дан- ном исследовании равной ширине рамы крепления СВП-27, то есть 149,5 мм (в модели – 150,0 мм). Таким образом, после задания модели деформационных свойств получена карта жесткостей, соответствующих породам с учетом их со- стояния и искусственным материалам. Для границ слоев алевролита присвоено свойство проскальзывания, модели- рующее поведение слоистого массива, который постепенно обламывается над выработанным пространством Метод конечных элементов, как один из числен- ных методов механики сплошной среды, оперирует понятием сплошности, то есть образование трещин или пустот в ходе расчета континуальной модели за- труднительно. Исследуя среды с трещиноватостью или пустотами, следует за- давать эти неоднородности как геометрические тела, то есть в процессе стати- ческого численного анализа их возникновение невозможно. Однако, в ходе ана- лиза решения, полученного при расчете, можно однозначно выделить области концентрации напряжений и путем сравнения величин компонент напряжений или их эквивалентных величин, спрогнозировать некоторые параметры трещи- нообразования, например, направление распространения трещины. После операций по присвоению модели деформационных характеристик, к ней прикладываются нагрузки в виде веса массива налегающих пород. Давле- ние массива пород можно рассчитать по формуле Hγ=σ , где γ – объемный вес налегающих пород, H – глубина заложения. Это давление прикладывается равномерно к верхней границе модели. Вся графическая информация комплекса для значений перемещений и ком- понент напряжений приводится в виде изолиний и изополей. Изополе ограни- чивается двумя изолиниями с граничными значениями параметра. 14 Выпуск № 78 При решении задачи задавалось 14 градаций для величин напряжений и де- формаций. С учетом трудности представления результатов в первоначальной форме для данной публикации был произведен специальный перерасчет с вы- делением всего четырех градаций. Распределение упругих горизонтальных деформаций вокруг выработки представлено на рис. 3. Границы изополей деформаций (мм): Рис. 3 – Характер распределения горизонтальных деформаций Необходимо обратить внимание, что кажущаяся значительная асимметрия деформаций вокруг выработки обусловлена выбором начала системы коорди- нат, удобным с точки зрения вычислительного процесса. Радиальные по отно- шению к контуру выработки деформации с одинаковым модулем по разные стороны вертикальной оси выработки имеют различные знаки и поэтому раз- личным образом представлены на рис. 3. Тем не менее, даже в таком виде, кар- тина распределения деформаций позволяет сделать некоторые выводы; от -6,42 до – 3,12 от -3,12 до – 0,65 от -0,65 до 1,00 от 1,00 до 2,85 от 2,85 до 5,12 Z X "Геотехническая механика" 15 а) область интенсивных горизонтальных деформаций в массиве вокруг ох- раняемой выработки вытянута в сторону выработанного пространства и в меньшей степени – в сторону угольного целика; б) в массиве, непосредственно над сводом выработки, горизонтальные де- формации незначительны; в) наблюдается чередование зон с различной величиной горизонтальной де- формации в вертикальном направлении, как над выработанным пространством, так и над симметрично расположенным относительно выработки участком; г) в почве выработки горизонтальные деформации выявлены лишь в при- контурном слое и быстро затухают по мере удаления от контура выработки. Картина для вертикальных деформаций массива и крепи представлена на рис. 4. Границы изополей деформаций (мм): Границы изополей деформаций (мм): Рис. 4 – Характер распределения вертикальных деформаций в пределах расчетной области от -50,9 до – 40,0 от -40,0 до – 29,1 от -29,1 до -18,2 от -18,2 до -10,9 от -10,9 до 0 Z X 16 Выпуск № 78 Анализ распределения вертикальных деформаций в соответствии с рис. 4 позволяет сделать следующие выводы: а) наиболее значительные вертикальные деформации ожидаются над сводом выработки (с учетом того, что выработанное пространство уже заполнено об- рушенной породой); б) над выработкой, на большом удалении от ее контура распределение де- формаций практически симметрично по отношению к вертикальной оси выра- ботки и приобретает асимметричный характер по мере приближения к неодно- родностям в массиве; в) ближняя зона в почве охраняемой выработки характеризуется резкой асимметрией деформаций, а по мере удаления от контура выработки степень асимметрии снижается; г) наличие литой полосы приводит к уменьшению модуля вертикальных де- формаций в почве пласта, непосредственно под полосой. Совместный анализ рис. 3 и рис. 4 косвенно свидетельствует о наличии асимметрии деформаций в массиве и на контуре выработки. Для более деталь- ного представления о деформациях арочной крепи, как непосредственно на- блюдаемой в выработке, был выполнен расчет суммарных деформаций с уче- том их вектора и модуля. Ввиду относительной малости деформаций их на- глядное отображение возможно только с искажением масштаба. При этом со- храняется качественная картина ожидаемых деформаций и возможность сопос- тавления с реально наблюдаемыми в шахтных условиях. Расчетное распределе- ние деформаций по контуру выработки схематически представлено на рис. 5. Рис. 5 – Схематическое распределение расчетных деформаций арочной крепи Со стороны выработанного пространства "Геотехническая механика" 17 В соответствии с рис. 5 наибольшие деформации должны наблюдаться в верхней части свода со стороны выработанного пространства. Такой характер деформаций дает и физическое моделирование (в натурных условиях двойная полоса еще не апробирована). Наблюдаемая при нагрузке на модель форма вы- работки представлена на рис. 6. Рис. 6 – Характер деформации контура выработки по данным физического моделирования СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Байсаров Л.В., Ильяшов М.А., Демченко А.И. Геомеханика и технология поддержания повторно исполь- зуемых горных выработок. – Днепропетровск: ЧП «Лира ЛТД», 2005. – 240 с. 2. Временный технологический регламент по охране подготовительных выработок угольных шахт литыми полосами из твердеющих материалов. / Булат А.Ф., Ильяшов М.А., Усаченко Б.М., Байсаров Л.В. и др. – Днеп- ропетровск: РИА «Днепр-VAL», 2004. – 33 с. 3. Рикардс Р.Б. Метод конечных элементов в теории оболочек и пластин. – Рига: Зинатне, 1988. – 284 с. 4. Основы метода конечных элементов. / Большаков В.И., Яценко Е.А., Соссу Г. и др. – Днепропетровск: ПГАСиА, 2000. – 255 с.

Напряженно-деформированное состояние в приконтурной зоне подготовительной выработки при возведении двойной литой полосы в выработанном пространстве

Репозитарії

Схожі ресурси