Предельное состояние горного массива над выработанным пространством при закрытии угольных шахт
Запропонований новий підхід до оцінки та прогнозу граничного стану гірничого масиву над виробленим простором при закритті вугільних шахт.
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2014
|
| Schriftenreihe: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99546 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Предельное состояние горного массива над выработанным пространством при закрытии угольных шахт / В.Н. Ревва // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2014. — № 14. — С. 256-260. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-99546 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-995462016-05-01T03:02:52Z Предельное состояние горного массива над выработанным пространством при закрытии угольных шахт Ревва, В.Н. Запропонований новий підхід до оцінки та прогнозу граничного стану гірничого масиву над виробленим простором при закритті вугільних шахт. A new approach to evaluation and prediction of the limiting state of rock mass above the worked out area in closing coal mines is proposed. 2014 Article Предельное состояние горного массива над выработанным пространством при закрытии угольных шахт / В.Н. Ревва // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2014. — № 14. — С. 256-260. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99546 539.3:622.831 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Запропонований новий підхід до оцінки та прогнозу граничного стану гірничого масиву над виробленим простором при закритті вугільних шахт. |
| format |
Article |
| author |
Ревва, В.Н. |
| spellingShingle |
Ревва, В.Н. Предельное состояние горного массива над выработанным пространством при закрытии угольных шахт Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| author_facet |
Ревва, В.Н. |
| author_sort |
Ревва, В.Н. |
| title |
Предельное состояние горного массива над выработанным пространством при закрытии угольных шахт |
| title_short |
Предельное состояние горного массива над выработанным пространством при закрытии угольных шахт |
| title_full |
Предельное состояние горного массива над выработанным пространством при закрытии угольных шахт |
| title_fullStr |
Предельное состояние горного массива над выработанным пространством при закрытии угольных шахт |
| title_full_unstemmed |
Предельное состояние горного массива над выработанным пространством при закрытии угольных шахт |
| title_sort |
предельное состояние горного массива над выработанным пространством при закрытии угольных шахт |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| publishDate |
2014 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99546 |
| citation_txt |
Предельное состояние горного массива над выработанным пространством при закрытии угольных шахт / В.Н. Ревва // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2014. — № 14. — С. 256-260. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT revvavn predelʹnoesostoâniegornogomassivanadvyrabotannymprostranstvomprizakrytiiugolʹnyhšaht |
| first_indexed |
2025-07-07T08:07:41Z |
| last_indexed |
2025-07-07T08:07:41Z |
| _version_ |
1836974964828274688 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 14, 2014
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 14, 2014
256
УДК 539.3:622.831
ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ГОРНОГО МАССИВА НАД
ВЫРАБОТАННЫМ ПРОСТРАНСТВОМ ПРИ ЗАКРЫТИИ
УГОЛЬНЫХ ШАХТ
Ревва В. Н.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
Запропонований новий підхід до оцінки та прогнозу гранич-
ного стану гірничого масиву над виробленим простором при за-
критті вугільних шахт.
A new approach to evaluation and prediction of the limiting
state of rock mass above the worked out area in closing coal mines is
proposed.
При закрытии угольных шахт, особенно при их мокрой кон-
сервации, весьма актуальным становятся оценка и прогноз устой-
чивости массива горных пород над выработанным простран-
ством.
Указанные проблемы непосредственно связаны с деформи-
рованием и разрушением горных пород, которые в отличие от
других твердых тел обладают своими специфическими особенно-
стями, связанными, прежде всего, с дефектностью структуры, не-
однородностью среды, присутствием в них различных флюидов и
действием в горном массиве объемного неравнокомпонентного
поля сжимающих напряжений.
В настоящей работе предложен новый подход, основанный
на положениях механики разрушения, к оценке прогноза пре-
дельного состояния горного массива над выработанным про-
странством, который может быть использован для прогноза акти-
визации процесса сдвижения земной поверхности при закрытии
угольных шахт. Рассмотрим самый критический, в смысле устой-
чивости, случай, когда горный массив принимается упругим.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 14, 2014
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 14, 2014
257
Так как в породах обладающих свойствами пластичности со
временем напряжения релаксируют. Ограничимся рассмотрением
геостатической модели о напряженно-деформированном состоя-
нии горного массива, частным случаем плоской задачи, согласно
которой вертикальное напряжение σ1 = kγH, а горизонтальное σ2 =
λkγH, где γ – объемный вес пород; Н – глубина залегания; k – ко-
эффициент концентрации напряжений 1 вне зоны влияния горной
выработки и k > 1 – в зоне влияния; λ – коэффициент бокового
распора, который для случая упругой среды λ= 𝜈
1−𝜈
; где ν – коэф-
фициент Пуассона.
В рамках плоской модели, в массиве горных пород над вы-
работанным пространством рассмотрим эффективную (инте-
грально учитывающую множество реальных трещин в массиве)
прямолинейную трещину длинной 2l, ориентированную под уг-
лом α к направлению действия преобладающего сжимающего
напряжения σ1. Вдоль берегов трещины распределены нормаль-
ные напряжения Р (давление флюида (воды, газа) на стенки тре-
щины). Пренебрегаем влиянием фильтрации флюида через стен-
ки трещины на распределение давления вдоль её берегов (в дан-
ном случае учитываем влияние флюида как чисто силового фак-
тора).
Напряженно-деформированное состояние вблизи тупиковой
части трещины полностью определяют уровни коэффициентов
интенсивности напряжений kI, kII, kIII, соответствующие меха-
низмам разрушения нормального отрыва, поперечного и про-
дольного сдвигов. Для случая плоской деформации kIII = 0, тогда
согласно [1], выражения для kI и kII имеют вид:
kІ = √𝜋𝑙[𝑃 − 𝜎1(sin2 𝛼 + 𝜆 cos2 𝛼)], (1)
k𝐼𝐼 = 1
2 √𝜋𝑙 ∙ 𝜎1(1 − 𝜆) ∙ sin 2𝛼.
Воспользуемся критерием локального разрушения (условие
начала распространения трещины) [2].
2𝐸
1−𝜈
∙ Г − (1 − 𝜈) ∙ (k𝐼
2 + k𝐼𝐼
2 ) − k𝐼𝐼𝐼
2 = 0,
А для случая плоской деформации
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 14, 2014
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 14, 2014
258
Г = 1−𝜈2
2Е
∙ (k𝐼
2 + k𝐼𝐼
2 ) , (2)
где Г – эффективная поверхностная энергия (ЭПЭ) – энер-
гия, необходимая для образования нового элемента поверхности
и учитывающая все механизмы разрушения, характеристика тре-
щиностойкости материала (породы); Е – модуль деформации.
После подстановки (1) в (2) и соответствующих преобразо-
ваний получим критериальное соотношение, позволяющее оце-
нить и спрогнозировать предельное состояние горного массива
над выработанным пространством, а, следовательно, и возобнов-
ление процесса сдвижения земной поверхности при закрытии
угольных шахт:
𝜋𝑙�1−𝜈2�
2Е
∙ �
[𝑃 − 𝑘𝛾𝐻(sin2 𝛼 + 𝜆 cos2 𝛼)]2 +
+ (𝑘𝛾𝐻)2
4
(1 − 𝜆)2 sin2 2𝛼
� = Г. (3)
Так как мы рассматриваем самую критическую (опасную)
ситуацию состояния горного массива, попробуем учесть влияние
неоднородности среды, которая существенно уменьшает её тре-
щиностойкость. Для этого воспользуемся критерием локального
разрушения для случая, когда трещина расположена на границе
раздела различных изотропных упругих сред (слоев) в вид [2].
8Г = � 1
𝜇1
+ 1
𝜇2
� ∙ k 𝐼𝐼𝐼
2 + (𝜇1+𝜇2𝜘1)∙(𝜇2+𝜇1𝜘2)
𝜇1𝜇2[𝜇2(𝜘1+1)+𝜇1(𝜘2+1)]
(𝑘𝐼
2 + 𝑘𝐼𝐼
2 ),
где 𝜇𝑖 = 𝐸𝑖
2(1−𝜈𝑖) , 𝜘 = 3 − 4𝜈𝑖 , (i=1, 2).
Тогда условие предельного состояния горного массива при-
нимает вид
𝜋𝑙𝜂
8
�
[𝑃 − 𝑘𝛾𝐻(sin2 𝛼 + 𝜆 cos2 𝛼)]2 +
+ (𝑘𝛾𝐻)2
4
(1 − 𝜆)2 sin2 2𝛼
� = Г, (4)
где:
𝜂 = (𝜇1+𝜇2𝜘1)∙(𝜇2+𝜇1𝜘2)
𝜇1𝜇2[𝜇2(𝜘1+1)+𝜇1(𝜘2+1)];
Г = �Г1 ∙ Г2 = Г2 �Г1
Г2
�
1
2;
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 14, 2014
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 14, 2014
259
Г1 и Г2 – соответственно меньшая и большая трещинова-
тость слоев, а для самого критического случая принимается зна-
чение ЭПЭ меньше трещиностойкого слоя.
Согласно [1] в условиях объемного неравно компонентного
сжатия разрушение горных пород происходит за счет прораста-
ния критически ориентированных сдвиговых трещин, располо-
женных под углом α = 1
2
𝑎𝑟𝑐𝑐𝑡𝑔𝜌 к направлению действия преоб-
ладающего сжимающего напряжения σ1 [3], где 𝜌 – коэффициент
внутреннего трения.
Таким образом, соотношения (3) и (4) могут быть использо-
ваны для разработки способов оценки и прогноза достижения
предельного состояния горного массива над выработанным про-
странством при закрытии угольных шахт.
Поскольку при закрытии угольных шахт предусмотрено ча-
ще всего полное затопление горных выработок и выработанного
пространства шахтными водами, происходит увлажнение окру-
жающего массива горных пород, при использовании соотноше-
ниями (3) и (4) необходимо так же учитывать влияние воды, как
физико-механического фактора, на физико-механические свой-
ства горных пород [4].
Выводы
1. С позиции механики разрушения предложены критерии
оценки и прогноза предельного состояния горного массива над
выработанным пространством закрываемых угольных шахт, ко-
торые учитывают изменение физико-механических свойств, при-
сутствие и влияние флюидов, глубину залегания и трещиностой-
кость горных пород.
2. Предложенные критерии могут быть использованы для
разработки способов оценки и прогноза устойчивости горного
массива над выработанным пространством при мокрой консерва-
ции угольных шахт.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 14, 2014
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 14, 2014
260
СПИСОК ССЫЛОК
1. Алексеев А. Д. Разрушение горных пород в объемном поле
сжимающих напряжений. [Текст] / А. Д. Алексеев, В. Н. Рев-
ва, Н. А. Рязанцев — К : Наукова думка, 1989. — 168 с.
2. Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. –– Москва :
Наука, 1974. –– 460 с.
3. Черепанов Г. П. О развитии трещин в сжатых телах. –– Прик-
ладная математика и механика. –– Москва : Металлургия,
1966, том 30, С. 82––93.
4. Ревва В. Н. Изменение физико-механических свойств горных
пород при водонасыщении в условиях объемного нагружения.
// Наукові праці УкрНДМІ НАН України. –– Донецьк, 2013.
— № 12. –– С. 179––189.
|