Определение критерия устойчивости выработок

Запропоновано критерій оцінювання стійкості гірничих виробок на основі показників змінення їхнього ефективного радіуса і площі поперечного перерізу у період експлуатації....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
Hauptverfasser:	Дрибан, В.А., Южанин, И.А., Терлецкий, А.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2010
Schriftenreihe:	Наукові праці УкрНДМІ НАН України
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99640
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:	Определение критерия устойчивости выработок / В.А. Дрибан, И.А. Южанин, А.М. Терлецкий // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2010. — № 7. — С. 190-198. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-99640
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-996402016-05-02T03:02:17Z Определение критерия устойчивости выработок Дрибан, В.А. Южанин, И.А. Терлецкий, А.М. Запропоновано критерій оцінювання стійкості гірничих виробок на основі показників змінення їхнього ефективного радіуса і площі поперечного перерізу у період експлуатації. Criterion for the evaluation of stability of mine workings based on the indicators of their effective radius and cross-section area during their operation is proposed. 2010 Article Определение критерия устойчивости выработок / В.А. Дрибан, И.А. Южанин, А.М. Терлецкий // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2010. — № 7. — С. 190-198. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99640 622.028 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	Запропоновано критерій оцінювання стійкості гірничих виробок на основі показників змінення їхнього ефективного радіуса і площі поперечного перерізу у період експлуатації.
format	Article
author	Дрибан, В.А. Южанин, И.А. Терлецкий, А.М.
spellingShingle	Дрибан, В.А. Южанин, И.А. Терлецкий, А.М. Определение критерия устойчивости выработок Наукові праці УкрНДМІ НАН України
author_facet	Дрибан, В.А. Южанин, И.А. Терлецкий, А.М.
author_sort	Дрибан, В.А.
title	Определение критерия устойчивости выработок
title_short	Определение критерия устойчивости выработок
title_full	Определение критерия устойчивости выработок
title_fullStr	Определение критерия устойчивости выработок
title_full_unstemmed	Определение критерия устойчивости выработок
title_sort	определение критерия устойчивости выработок
publisher	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
publishDate	2010
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99640
citation_txt	Определение критерия устойчивости выработок / В.А. Дрибан, И.А. Южанин, А.М. Терлецкий // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2010. — № 7. — С. 190-198. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Наукові праці УкрНДМІ НАН України
work_keys_str_mv	AT dribanva opredeleniekriteriâustojčivostivyrabotok AT ûžaninia opredeleniekriteriâustojčivostivyrabotok AT terleckijam opredeleniekriteriâustojčivostivyrabotok
first_indexed	2025-07-07T09:40:36Z
last_indexed	2025-07-07T09:40:36Z
_version_	1836980620383748096
fulltext	Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 7, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 7, 2010 190 УДК 622.028 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ВЫРАБОТОК Дрибан В. А., Южанин И. А., Терлецкий А. М. (УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина) Запропоновано критерій оцінювання стійкості гірничих ви- робок на основі показників змінення їхнього ефективного радіуса і площі поперечного перерізу у період експлуатації. Criterion for the evaluation of stability of mine workings based on the indicators of their effective radius and cross-section area dur- ing their operation is proposed. Механизмы формирования НДС массива вокруг выработок, нагрузок на крепь и разработка методов оценки устойчивости и обеспечения эксплуатационного состояния горных выработок и шахтных стволов на протяжении многих лет являются предметом многочисленных дискуссий и поисков. Анализ экспериментальных данных показывает, что потеря устойчивости горных пород сопровождается образованием зон предельного состояния, где проявляются упругие и пластические свойства тел, которые в дальнейшем разрушаются в условиях не- однородных объемных напряженных состояний. Таким образом, поведение зоны неупругих деформаций в зависимости от измене- ния общего напряженного состояния массива, характеристик ус- танавливаемой крепи, а также истории ее нагружения, и опреде- ляет устойчивость всей системы "крепь – массив" в целом. При этом ключевыми вопросами с точки зрения обеспечения охраны и поддержания горных выработок, является выработка критериев, определяющих устойчивость упругопластической системы в це- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 7, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 7, 2010 191 лом и выбор параметров крепления адекватным сложившимся геомеханическим условиям. В работах [1–4] на основе полученных новых решений о распределении полей напряжений и деформаций в горном масси- ве, вмещающем горные выработки, показано, что в процессе де- формирования массив последовательно проходит дискретный ряд состояний, отвечающих определенному соотношению физико- механических свойств массива и уровню горного давления. При этом было показано, что при достижении некоторого критиче- ского возмущения контура выработки, при котором при неизмен- ных внешних параметрах нагружения становится возможным пе- реход из сложившегося напряженного состояния массива в неко- торое другое, то есть появляется точка бифуркации, что соответ- ствует условию потери устойчивости с точки зрения классиче- ских в механике определений. Проведенная серия модельных расчетов для различных гео- механических условий позволила установить, что относительное возмущение контура выработки, при котором наступает потеря устойчивости, составляет 12 – 18 %. Полученный деформационный критерий устойчивости гор- ных выработок, достаточно хорошо согласуется с классификаци- ей устойчивости горных пород вмещающих выработку, разрабо- танной ВНИМИ, УкрНИМИ [5]. Следует отметить, что классификация [5] была основана на совершенно иной, инженерной точки зрения, где устойчивость горных выработок, определялась, как способность выработки со- хранять свои эксплуатационные свойства на протяжении всего срока ее службы. В ней за критерий принята максимальная абсо- лютная величина смещений пород на контуре выработки диффе- ренцированно по ее элементам: кровле, почве и бокам (табл. 1), что дает возможность прямого сравнения указанных критериев. Смещения пород рассчитываются по разработанной методи- ке [5]. При этом в ней предусмотрен учет тектонических сил, структурной нарушенности. Расчет смещений пород приведен для всех геомеханических зон, включая наложение последних при разработке свит пластов. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 7, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 7, 2010 192 Таблица 1 Классификация пород по устойчивости [5] Категория устойчивости Оценка состояния устойчивости пород Смещения пород на контуре выработки U, мм I Устойчивое До 50 II Среднеустойчивое 51–200 III Неустойчивое 201–500 IV Весьма неустойчивое Более 500 Достоинством данного критерия является его объектив- ность, так как величина смещений пород на контуре выработки является универсальной характеристикой, учитывающей геомеха- нические, горно-геологические и горнотехнические условия под- держания выработки. Поэтому данная классификация получила широкое распространение, включена в ряд нормативных доку- ментов. Однако в этой в указанном нормативном документе величи- ны смещений пород в выработках не увязаны с их размерами, площадью поперечного сечения, что, очевидно, не вполне кор- ректно, поскольку одна и та же величина смещения по-разному окажет влияние на устойчивость выработок при различной пло- щади их сечения. Поскольку смещения пород на контуре выработок изменяет их размеры и площадь сечения, нами поставлена цель – устано- вить влияние относительного изменения размеров и сечения вы- работок на их устойчивость и дать сравнительную оценку теоре- тических и экспериментальных критериев. Для оценки этого влияния было проработано несколько по- казателей, из которых наиболее информативными оказались сле- дующие: относительное изменение эффективного радиуса выра- ботки и относительное изменение площади ее сечения в проход- ке, определяемые соответственно из выражений 2 1 2 1 1 1 ; ,э э rэ S э r r S S i i r S − − = = Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 7, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 7, 2010 193 где rэ1, rэ2 и S1, S2 – начальное и конечное значение эффек- тивного радиуса и площади сечения выработки соответственно. Эффективный радиус выработки определяется по формуле э Sr π = Исследования заключались в формировании базы исходных данных по смещениям пород, окружающих горные выработки, их анализе и обобщении. Основой базы данных являлись исследова- ния, выполненные ВНИМИ [6, 7]. Характеристики анализируемых выработок представлены в табл. 1. Исходными данными для анализа являются размеры выра- ботки (ширина, высота, площадь сечения) и величины смещения пород на контуре выработок по их элементам. Измерения производились в подготовительных и магист- ральных выработках, проводимых полевыми или по угольному пласту с различными способами охраны (массив, целики, присеч- ка к выработанному пространству), закрепленных арочной по- датливой крепью КМП. Смещения в выработках изменялись в больших пределах: суммарные смещения кровли и почвы составляли 160 – 1520 мм. Все выработки испытывали влияние очистных работ в виде пол- ной или частичной над- или подработки. На период окончания измерений выработки находились в различном состоянии – от хорошего до полного выхода из строя. После проведения измерений определялись ширина и высо- та выработки соответственно по формулам ( )2 1 2 1, .б к пb b U h h U U= − = − + По этим величинам вычислялись новая площадь сечения выработки S2 и ее эффективный радиус rэ2. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 7, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 7, 2010 194 Таблица 1 Характеристика анализируемых выработок Размеры в проходке № о бъ ек то в Название шахт и объединений, источник Наименование выработок Ш ир ин а, b , м В ы со та , h , м С еч ен ие , S , м 2 Э фф ек ти вн ы й ра ди ус , r э, м 1 "Пионерка", Кузбассуголь, [2] Основной штрек № 114 5,3 3,71 16,5 2,292 2 "Центральная", Воркутауголь, [3] Конвейерный штрек лавы 523-3 5,3 3,71 16,5 2,292 3 То же Вентиляционный штрек лавы 523-3 5,3 3,71 16,5 2,292 4 " То же 5,3 3,71 16,5 2,292 5 "Добропольская", Крас- ноармейскуголь, [3] Людской ходок южно- го панельного уклона 3,43 2,92 8,7 1,664 5' То же То же 3,43 2,92 8,7 1,664 6 "Белозерская", Красноармейскуголь, [3] Южный коренной штрек пласта m4 0 5,77 3,84 18,5 2,427 7 "Новогродовская", Крас- ноармейскуголь, [3] Уклон №3 пласта l1 3,76 3,0 9,8 1,766 7' То же То же 3,76 3,0 9,8 1,766 8 № 1–1 бис, Макеевуголь, [2] 9-й восточный откаточ- ный штрек пласта l3 4,7 3,39 13,5 2,073 9 Им. А.Ф. Засядько, До- нецкуголь, [2] Квершлаг гор. 529 м 3,76 3,0 9,8 1,766 Результаты измерений смещений пород на контуре вырабо- ток и расчетные данные приведены в табл. 2, а величины относи- тельных изменений площади поперечного сечения и эффективно- го радиуса выработок представлены на графиках рис. 1 и 2 соот- ветственно. На графиках четко выделяются области значений ве- личин iS и irэ, в которых состояние выработок удовлетворитель- ное – белые точки, с незначительными повреждениями крепи – серые точки, и неудовлетворительное (перекрепление, ремонт крепи, подрывка почвы) – черные точки. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 7, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 7, 2010 195 Таблица 2 Результаты измерений смещений пород на контуре выработок и расчетные данные Исходные данные Расчетные данные № о бъ ек то в № т оч ек Uпк, мм Uб, мм bi, м hi, м Si, м2 rэi2, м is irэ Состояние 1 1 290 84 5,216 3,420 14,97 2,183 0,093 0,048 2 174 78 5,222 3,536 15,49 2,221 0,061 0,031 3 160 78 5,222 3,550 15,56 2,225 0,057 0,029 4 196 72 5,228 3,514 15,42 2,215 0,066 0,033 5 184 44 5,256 3,526 15,55 2,225 0,057 0,029 Удовлетворитель- ное 2 6 370 328 4,972 3,340 13,94 2,106 0,155 0,081 7 524 338 4,962 3,186 13,27 2,055 0,196 0,103 8 358 328 4,972 3,352 13,99 2,110 0,152 0,079 То же 3 9 570 536 4,764 3,140 12,55 1,999 0,239 0,128 10 556 512 4,788 3,154 12,67 2,008 0,232 0,124 Незначительные деформации 4 11 404 318 4,982 3,306 13,82 2,097 0,162 0,085 12 322 228 5,072 3,388 14,42 2,142 0,126 0,065 13 290 272 5,028 3,420 14,43 2,143 0,125 0,065 То же 5 18 1256 800 2,630 1,664 3,80 1,100 0,563 0,339 Перекрепление 19 1060 680 2,750 1,860 4,44 1,189 0,489 0,285 20 1060 400 3,030 1,860 4,90 1,248 0,437 0,250 21 894 296 3,134 2,026 5,52 1,325 0,366 0,204 22 698 280 3,150 2,222 6,08 1,391 0,301 0,164 23 924 400 3,030 1,996 5,25 1,293 0,396 0,223 24 1280 640 2,790 1,640 3,97 1,125 0,543 0,324 5' 25 328 128 3,302 2,592 7,43 1,538 0,145 0,076 Удовлет. 5 26 1200 756 2,674 1,720 4,00 1,128 0,541 0,322 Перекрепление 27 1062 438 2,992 1,858 4,83 1,240 0,445 0,255 6 28 800 432 5,338 3,040 13,55 2,077 0,268 0,144 29 798 348 5,422 3,042 13,77 2,094 0,256 0,137 Неуд. 7 31 468 308 3,452 2,532 7,59 1,555 0,225 0,120 То же 32 506 474 3,286 2,494 7,12 1,505 0,273 0,148 33 896 384 3,376 2,104 6,17 1,402 0,370 0,206 34 1520 720 3,040 1,480 3,91 1,115 0,601 0,368 8 39 1200 461 4,239 2,190 7,87 1,582 0,417 0,237 " 40 985 434 4,266 2,405 8,69 1,663 0,356 0,198 41 963 403 4,297 2,427 8,84 1,677 0,345 0,191 9 42 1027 600 3,160 1,973 5,42 1,313 0,447 0,257 " Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 7, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 7, 2010 196 i S 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 U пк, мм Рис. 1. Распределение по показателю iS i rэ 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 U пк, мм Рис. 2. Распределение по показателю irэ Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 7, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 7, 2010 197 Как видно из графиков, существенные повреждения крепи, которые можно отождествлять с потерей устойчивости выработ- ки, начинаются при значениях iS > 0,25 и irэ > 0,14. Обратим внимание на тот факт, что во всех без исключения выработках, анализируемые величины не являются полными, по- скольку они не включают (или включают частично) смещения вне зоны влияния очистных работ. И хотя неучтенные величины смещений существенно меньше измеренных величин в зоне влияния очистных работ, они в определенной степени повлияли на величины показателей iS и irэ, характеризующих начало по- вреждений крепи, поэтому точки необходимо сдвинуть вверх. Расчеты смещений пород в выработках в начальный период их поддержания до влияния очистных работ по объектам 1, 2, 3, 4, 5 показали следующее. Величины суммарных смещений пород кровли и почвы выработок изменялись в пределах от 41 до 246 мм, а смещения боков – от 14 до 190 мм. Эти смещения соот- ветствуют величинам 0,008–0,054 irэ и 0,017–0,110 iS. Соответст- венно, на эти величины необходимо все точки рис. 1 и 2 сдвинуть вверх – увеличить их значения. С учетом вышеизложенного можно сделать следующий вы- вод: при уменьшении эффективного радиуса выработок на вели- чину 15–20 % или уменьшении поперечного сечения на величину более 27–36 % имеет место потеря устойчивости. Таким образом, мы имеем очень хорошее совпадение теоретического и экспери- ментального критериев устойчивости, что позволяет сделать вы- вод об их объективности. Предложенные показатели позволяют более точно и объек- тивно контролировать состояние горных выработок и разрабаты- вать мероприятия по их охране и поддержанию, используя уста- новленные механизмы изменения напряженно- деформированного состояния вмещающего массива. СПИСОК ССЫЛОК 1. Driban, V. New approach to assessment of mine working sta- bility [Text] / V. Driban // 7-th International Scientific Conference Modern Management of Mine Producing, Geology and Environmental Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 7, 2010 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 7, 2010 198 Protection SGEM - Albena, (Bulgaria). – 2007. – P. 251 – 259. 2. Driban, V. On the of mine working stability [Text] / V. Driban // Форум гірників – 2007 - Дніпропетровськ, (Україна). – 2007. – с. 35 – 41. 3. Driban, V. On the new approach to the problem of maintenance mine workings [Text] / V. Driban // 21th World Mining Congress “New Challenges and Visions for Minigs” – Krakow (Poland). – 2008. – P. 65 – 72. 4. Driban, V. Shaft massif and shaft lining stability [Text] / V. Dri- ban // 20th World Mining Congress “Mining and Sustainable Devel- opment” – Tehran (Iran). - 2005. – P. 669 – 672. 5. Расположение, охрана и поддержание горных выработок при отработке угольных пластов на шахтах. Методические указа- ния [Текст]: КД 12.01.01.201–98. – Донецк: УкрНИМИ, 1998 – 149 с. 6. Каталог паспортов наблюдений за проявлением горного давления в подготовительных выработках (часть I – надработка выработок) [Текст]. Л.: ВНИМИ, 1975. – 107 с. 7. Каталог паспортов наблюдений за проявлением горного давления в подготовительных выработках (часть II – подработка выработок) [Текст]. Л.: ВНИМИ, 1978. – 102 с.

Определение критерия устойчивости выработок

Institution

Ähnliche Einträge