Геомеханическая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над выработанным пространством
Запропонована геомеханічна модель оцінки та прогнозу граничного стану гірського масиву над виробленим простором при консервації вугільних шахт.
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Назва видання: | Геотехническая механика |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54398 |
| 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: | Геомеханическая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над выработанным пространством / В.Н. Ревва, В.В. Васютина // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 146-150. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-54398 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-543982014-02-02T03:14:34Z Геомеханическая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над выработанным пространством Ревва, В.Н. Васютина, В.В. Запропонована геомеханічна модель оцінки та прогнозу граничного стану гірського масиву над виробленим простором при консервації вугільних шахт. The author proposes a geomechanical model for estimating and forecasting limit condition of the rock over the goaf when the mine is prepared for the preservation. 2012 Article Геомеханическая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над выработанным пространством / В.Н. Ревва, В.В. Васютина // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 146-150. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54398 539.3:622.831. 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 |
Запропонована геомеханічна модель оцінки та прогнозу граничного стану гірського масиву над виробленим простором при консервації вугільних шахт. |
| format |
Article |
| author |
Ревва, В.Н. Васютина, В.В. |
| spellingShingle |
Ревва, В.Н. Васютина, В.В. Геомеханическая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над выработанным пространством Геотехническая механика |
| author_facet |
Ревва, В.Н. Васютина, В.В. |
| author_sort |
Ревва, В.Н. |
| title |
Геомеханическая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над выработанным пространством |
| title_short |
Геомеханическая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над выработанным пространством |
| title_full |
Геомеханическая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над выработанным пространством |
| title_fullStr |
Геомеханическая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над выработанным пространством |
| title_full_unstemmed |
Геомеханическая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над выработанным пространством |
| title_sort |
геомеханическая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над выработанным пространством |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54398 |
| citation_txt |
Геомеханическая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над выработанным пространством / В.Н. Ревва, В.В. Васютина // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 146-150. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT revvavn geomehaničeskaâmodelʹocenkiiprognozapredelʹnogosostoâniâgornogomassivanadvyrabotannymprostranstvom AT vasûtinavv geomehaničeskaâmodelʹocenkiiprognozapredelʹnogosostoâniâgornogomassivanadvyrabotannymprostranstvom |
| first_indexed |
2025-07-05T05:42:43Z |
| last_indexed |
2025-07-05T05:42:43Z |
| _version_ |
1836784459510185984 |
| fulltext |
146
4. Руководство по определению сорбционной метаноемкости природного угля объемным методом с
применением промежуточных емкостей для сжатого газа на установке ЯМР им. А.А. Скочинского. – М.: ИГД
им. А.Д. Скочинского, 1977. – 28с.
5. Скляров П.А. Определение метаноносности угольных пластов расчетным методом / П.А. Скляров,
Р.М. Кривицкая, Г.В. Струковская // Уголь Украины - 1982. - №7 – С.37-39.
6. Фертельмейстер Я.И. Определение давления газа в призабойной части пласта / Я.И. Фертельмейстер
// Бюл. МакНИИ, 1958 - № 8.
7. Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при
геологоразведочных работах М.: Недра, 1977. – 96 с.
8. Радченко С.А., Матвиенко Н.Г. Способ определения выбросоопасных зон и газоносности угольных
пластов в призабойной зоне. - Патент России № 2019706, МКИЕ 21 F 5/00. 15.09.1994, Б. И. № 17.
9. Алексеев А.Д. Физика угля и горных пород / А.Д. Алексеев.- Киев: Наукова думка. – 394с.
УДК 539.3:622.831.
Д-р техн. наук В.Н. Ревва,
канд. техн. наук В.В. Васютина
(УкрНИМИ НАН Украины)
ГЕОМЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗА
ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА НАД
ВЫРАБОТАННЫМ ПРОСТРАНСТВОМ
Запропонована геомеханічна модель оцінки та прогнозу граничного стану гірського ма-
сиву над виробленим простором при консервації вугільних шахт.
GEOMECHANICAL MODEL FOR EVALUATING AND FORECASTING
LIMIT CONDITION OF THE ROCK MASSIF OVER THE GOAF
The author proposes a geomechanical model for estimating and forecasting limit condition of
the rock over the goaf when the mine is prepared for the preservation.
При эксплуатации и консервации угольных шахт вся геологическая толща
горных пород, находящаяся над выработанным пространством, подвержена
воздействию различных факторов, видимым проявлением которых является
сдвижение земной поверхности.
Важнейшей проблемой геомеханики является оценка и прогноз устойчиво-
сти горных выработок и массива горных пород над ними, которые определяют
способы управления горным давлением, типы выемочного оборудования, ха-
рактеристики, схемы расположения и передвижения крепи, а при консервации
угольного предприятия, прежде всего сдвижения земной поверхности.
Вопросы устойчивости непосредственно связаны с деформированием и раз-
рушением горных пород, которые в отличии от других твердых тел, имеют свои
специфические особенности, связанные, прежде всего с дефектностью структу-
ры (трещины, поры), неоднородностью (слоистость) и гетерогенностью (при-
сутствие флюидов) среды. Изменение деформационных и прочностных свойств
горных пород определяет устойчивость горного массива.
В настоящей работе предлагается геомеханическая модель оценки и прогно-
за предельного состояния горного массива, находящегося над выработанным
пространством при консервации угольной шахты, основанная на положениях
механики разрушения.
147
Воспользуемся подходом, который впервые был предложен в работах [1, 2].
Рассмотрим предельный, в смысле устойчивости, случай, когда горный массив
принимается упругим. В породах обладающих свойствами пластичности, со
временем напряжения релаксируют. В связи со сложностью проблемы, ограни-
чимся рассмотрением плоской задачи о напряженно-деформированном состоя-
нии упругого горного массива над выработанным пространством, подвержен-
ного воздействию горного давления: вертикального Hkγσ =1 и горизонтально-
го Hkλγσ =2 , где γ -объемный вес пород; Н – глубина залегания; k – коэффици-
ент концентрации напряжений равный 1 вне зоны влияния выработки и ≥2 – в
зоне влияния; λ - коэффициент бокового распора равный
ν
ν
−1
; ν - коэффици-
ент Пуассона.
Для оценки и прогноза предельного состояния горного массива над вырабо-
танным пространством, а следовательно и его устойчивости, рассмотрим в нём
эффективную (интегрально учитывающую множество реальных трещин в мас-
сиве) прямолинейную трещину длиной 2l, ориентированную под углом ψ к на-
правлению действия, преобладающего сжимающего напряжения 1σ . Вдоль
берегов трещин распределены нормальные напряжения Q (давление флюида на
стенки трещины). Пренебрегаем влиянием фильтрации флюида (воды, газа) че-
рез стенки трещины на распределение давления вдоль её берегов. Согласно [3]
коэффициенты интенсивности напряжений КI и КII, характеризующие локаль-
ное поле упругих напряжений соответственно нормального отрыва и попереч-
ного сдвига у тупиковой части трещины, определяются по формулам
lKI π= [ ])cos(sin 22
1 ψλψσ +−Q ,
lK II π
2
1
= ψλσ 2sin)1(1 − . (1)
Как известно, реальный горный массив представляет собой неоднородную
слоистую среду. Поэтому, учитывая также то, что неоднородность упругих
свойств горных пород существенно уменьшает их трещиностойкость (сопро-
тивляемость развитию в них дефектов типа трещин [3]), воспользуемся услови-
ем локального разрушения для эффективной трещины, находящейся на границе
раздела упругих сред (границе слоев), в виде [4]
[ ] Гkk III 822 =+=η ,
где [ ])1()1(
))((
211221
212121
+ℵ++ℵ
ℵ+ℵ+
=
μμμμ
μμμμη , (2)
148
)1(2 і
і
і
Е
ν
μ
+⋅
Еі – модуль Юнга i-го слоя; іі ν43−=ℵ ; iν - коэффициент Пуассона i-го слоя; Г –
эффективная поверхностная энергия (ЭПЭ) (энергия необходимая для образо-
вания нового элемента поверхности, интегрально учитывающая все механизмы
разрушения). В выражении (2) Г – ЭПЭ менее трещиностойкого слоя.
После подставки (1) в (2) и соответствующих преобразований получим кри-
териальное соотношение, позволяющее оценить и спрогнозировать предельное
состояние (состояние предшествующее началу развития трещины и потери ус-
тойчивости) горного массива над выработанным пространством с учетом физи-
ко-механических свойств горных пород, глубины залегания и трещиностойко-
сти:
[ ] ГHkHkQl i =
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
−++− ψλγψλψγηπ 2sin)1(
4
)()cos(sin
8
22
2
222 (3)
В случае однородной среды (отсутствия границы раздела) критериальное
соотношение имеет вид
[ ] Г
H
HkQ
Е
l i =
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
−++−
− ψλ
κγ
ψλψγνπ 2sin)1(
4
)(
)cos(sin
2
)1( 22
2
222
2
(4)
Оценка параметров E,ν и Г в соотношениях (3) и (4) может осуществлять-
ся согласно экспериментальным методикам, апробированных для горных пород
[5]. Поскольку в условиях объемного сжатия горные породы разрушаются за
счет скачкообразного прорастания, критически ориентированных сдвиговых
трещин [3] согласно [6] наиболее опасные трещины могут быть расположены
под углом ρψ arcctg
2
1
= к направлению преобладающего сжимающему напряже-
нию 1σ , ρ – коэффициент внутреннего трения. Размер эффективной трещины
можно оценить в соответствии с [7].
Следует заметить, что флюиды, находящиеся в поровом пространстве гор-
ных пород, оказывают не только чисто механическое влияние на их деформи-
рование и разрушение, которые мы учли через параметр Q (по разным пред-
ставлениям это давление изменяется от 3 до 10 МПа), но и физико-химическое.
Физико-химическое влияние (эффект Ребиндера [8]) объясняется адсорбцией
флюида на внутренних поверхностях, что приводит к уменьшению свободной
энергии на границе фаз. Уменьшение поверхностной энергии понижает пара-
метр прочности.
149
Поэтому весьма актуальным является исследования физико-химического
влияния флюидов, особенно водонасыщения, на параметры предлагаемого кри-
терия предельного состояния горного массива при мокрой консервации уголь-
ных шахт.
Согласно [3] при влагонасыщении эффективная поверхностная энергия пес-
чаников с селикатным цементом (как правило, высокопористых) уменьшается
до 8 раз. При этом наибольшее уменьшение происходит при содержании физи-
чески связанной влаги в пределах 1,2-1,5 %. При дальнейшем увлажнении ЭПЭ
изменяется незначительно. В песчаниках с карбонатным цементом ЭПЭ
уменьшается только в 1,5 раза, при этом наибольшее уменьшение происходит
при содержании физически связанной влаги от 0,5 до 0,75 %. Газонасыщение
также существенно уменьшает трещиностойкость песчаников, но в сравнении с
водой менее значительно.
Следует отметить, что влияние воды и газа на физико-механические свойст-
ва горных пород в основном имеет противоположный характер. Водонасыще-
ние приводит к уменьшению упругих свойств горных пород, к увеличению де-
формаций и к пластификации, локализует разрушение, реализуемое развитием
сдвиговых трещин. Газонасыщение горных пород приводит к увеличению их
упругих характеристик, повышает хрупкость материала, интенсифицирует
трещинообразование по всему объему, а разрушение носит динамический ха-
рактер.
В соответствии с [9-12] при насыщении углей водой происходит уменьше-
ние его упругих свойств (модуль деформации, сдвига и объемного сжатия
уменьшаются, а коэффициент поперечной деформации увеличивается), локали-
зуется разрушение в одной плоскости и реализуется сдвиговый механизм раз-
рушения.
Метанонасыщение приводит к повышению хрупкости угля, увеличению уп-
ругих свойств и предельной прочности, разрушение носит динамический ха-
рактер, трещины близки к трещинам отрыва.
При деформировании и разрушении газонасыщенных угольных образцов, в
условиях объемного неравнокомпонентного сжатия несоответствие между ви-
дами напряженного и деформационного состояний имеет сложную зависи-
мость, а для водонасыщенных, за счет гомогенизации среды, стремится к соот-
ветствию.
Таким образом, с позиции механики разрушения предложена геомеханичес-
кая модель оценки и прогноза предельного состояния горного массива над вы-
работанным пространством закрываемых угольных шахт, которая учитывает
изменение физико-механических способов горных пород, присутствие флюи-
дов, глубину залегания и трещиностойкость. Предложенный критерий может
стать основой для разработки способов оценки и прогноза устойчивости горно-
го массива при консервации угольных шахт.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ревва В. Н. Влияние температуры на предельное состояние породного массива в окрестности горной вы-
работки / В.Н. Ревва // Физика и техника високих давлений. Донецк ДонФТИ НАН Украины.- 1997.том 7 № 2. –
С.133 - 136.
150
2. Ревва В.Н. Оценка устойчивости кровли в окрестности горных выработок / В.Н. Ревва, // Физика и тех-
ника високих давлений. Донецк ДонФТИ НАН Украины.- 1997.том 7 № 4. – С.114 - 116.
3. Алексеев А. Д. Разрушение горных пород в объемном поле сжимающих напряжений / А. Д. Алексеев, В.
Н. Ревва, Н. А. Рязанцев - К: Наукова думка, 1989. - 168 с.
4. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения / Г.П. Черепанов - Москва: Наука. 1974. - 640 с.
5. Методические указания по определению эффективной поверхностной энергии горных пород [Текст] До-
нецк: ИФГП НАНУ, 2009. - 23 с.
6. Черепанов Г.П. О развитии трещин в сжатых телах. Практическая математика и механика / Г.П. Черепа-
нов - Москва: Металлургия. 1966. Том 30. - С. 82 - 93.
7. Хеккель К. Техническое применение механики разрушения/ К. Хеккель Москва. Металлургия, 1974. - 64
с.
8. Лихтман В. И. Физико-химическая механика металлов / В. И. Лихтман, Е.Д. Щукин, П.А. Ребиндер - М:
Издание АН СССР. – 1962. – 303 с.
9. Ревва В. Н. Влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля / В.Н. Ревва,
А.В. Молодецкий // Физико-технические проблемы горного производства. Донецк. – 2009.- № 12. - С. 55 - 58.
10. Ревва В.Н. Разрушение водонасыщеного угля при различных видах деформационного состояния / В.Н.
Ревва, А.Н. Молодецкий, Д.С. Кодберг // Геотехническая механика: межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАН Украи-
ны – Днепропетровск, 2010. - № 89. – С.152 - 156.
11. Разрушение водонасыщенного угля при различных видах напряженного состояния / В.Н. Ревва, А. В.
Молодецкий, В.В. Завражин, Н.И. Василенко // Физико-технические проблемы горного производства. – Донецк.
– 2010. - № 13. – С. 117 – 121.
12. Деформирование и разрушение газонасыщенного угля при разных видах напряженного состояния /
В.Н. Ревва, В.В. Завражин, А. В. Молодецкий, Д.С. Кодберг // Вести Донецкого горного института. – Донецк. –
2011. - № 1. – С. 66 - 70.
УДК 622.817.47.002.5:621.643.2:533.1
Мл. научн.сотр. Л.А. Новиков
(ИГТМ НАН Украины)
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СРЕДЫ В ВАКУУМНОМ
ДЕГАЗАЦИОННОМ ТРУБОПРОВОДЕ
Розглянуті особливості зміни динамічної та кінематичної в'язкості аеродисперсної систе-
ми на ділянках дегазаційного трубопроводу у залежності від от масової концентрації твердої
фази
PHYSICAL PROPERTIES OF MEDIUM IN THE VACUUM DEGASSING
PIPELINE
Specific change of dynamic and kinematic viscosity of air-dispersed system in areas of
degassing pipeline depending on mass concentration of the solid phase is described.
При разработке угольных месторождений на больших глубинах в сложных
горно-геологических условиях актуальным вопросом является совершенство-
вание технологий и технических средств дегазации, а также проведение необ-
ходимых дегазационных мероприятий для обеспечения безопасных условий
труда.
Эффективность функционирования шахтной дегазационной системы зависит
от сложности газопроводной сети, мощности вакуум-насосов, числа подсоеди-
ненных к трубопроводу дегазационных скважин, величины расхода газа и влаги
из дегазационных скважин, а также технического состояния трубопровода. В
процессе развития горных работ увеличивается число последовательных соеди-
нений участковых трубопроводов и возрастает их суммарное гидравлическое
сопротивление. По этой причине прокладывают дополнительные параллельные
|