Исследование напряженного состояния массива горных пород при прохождении вскрывающей выработки вентиляционного квершлага вблизи геологического нарушения
Досліджено напружено-деформований стан, прояви гірського тиску, умови підтримання виробок залежно від гірничотехнічних та технологічних параметрів.
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2011
|
| Назва видання: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99674 |
| 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 напряженного состояния массива горных пород при прохождении вскрывающей выработки вентиляционного квершлага вблизи геологического нарушения / Б.Ж. Хамимолда, М.С. Тутанов, И.А. Винникова, С.К. Тутанов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 19-26. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-99674 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-996742016-05-03T03:01:56Z Исследование напряженного состояния массива горных пород при прохождении вскрывающей выработки вентиляционного квершлага вблизи геологического нарушения Хамимолда, Б.Ж. Тутанов, М.С. Винникова, И.А. Тутанов, С.К. Досліджено напружено-деформований стан, прояви гірського тиску, умови підтримання виробок залежно від гірничотехнічних та технологічних параметрів. Stress-deformed state, rock pressure manifestation and conditions of maintenance of mine entries depending on mine engineering and technological parameters are studied. 2011 Article Исследование напряженного состояния массива горных пород при прохождении вскрывающей выработки вентиляционного квершлага вблизи геологического нарушения / Б.Ж. Хамимолда, М.С. Тутанов, И.А. Винникова, С.К. Тутанов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 19-26. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99674 622.02:539.2 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 |
Досліджено напружено-деформований стан, прояви гірського тиску, умови підтримання виробок залежно від гірничотехнічних та технологічних параметрів. |
| format |
Article |
| author |
Хамимолда, Б.Ж. Тутанов, М.С. Винникова, И.А. Тутанов, С.К. |
| spellingShingle |
Хамимолда, Б.Ж. Тутанов, М.С. Винникова, И.А. Тутанов, С.К. Исследование напряженного состояния массива горных пород при прохождении вскрывающей выработки вентиляционного квершлага вблизи геологического нарушения Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| author_facet |
Хамимолда, Б.Ж. Тутанов, М.С. Винникова, И.А. Тутанов, С.К. |
| author_sort |
Хамимолда, Б.Ж. |
| title |
Исследование напряженного состояния массива горных пород при прохождении вскрывающей выработки вентиляционного квершлага вблизи геологического нарушения |
| title_short |
Исследование напряженного состояния массива горных пород при прохождении вскрывающей выработки вентиляционного квершлага вблизи геологического нарушения |
| title_full |
Исследование напряженного состояния массива горных пород при прохождении вскрывающей выработки вентиляционного квершлага вблизи геологического нарушения |
| title_fullStr |
Исследование напряженного состояния массива горных пород при прохождении вскрывающей выработки вентиляционного квершлага вблизи геологического нарушения |
| title_full_unstemmed |
Исследование напряженного состояния массива горных пород при прохождении вскрывающей выработки вентиляционного квершлага вблизи геологического нарушения |
| title_sort |
исследование напряженного состояния массива горных пород при прохождении вскрывающей выработки вентиляционного квершлага вблизи геологического нарушения |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| publishDate |
2011 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99674 |
| citation_txt |
Исследование напряженного состояния массива горных пород при прохождении вскрывающей выработки вентиляционного квершлага вблизи геологического нарушения / Б.Ж. Хамимолда, М.С. Тутанов, И.А. Винникова, С.К. Тутанов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 19-26. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT hamimoldabž issledovanienaprâžennogosostoâniâmassivagornyhporodpriprohoždeniivskryvaûŝejvyrabotkiventilâcionnogokveršlagavblizigeologičeskogonarušeniâ AT tutanovms issledovanienaprâžennogosostoâniâmassivagornyhporodpriprohoždeniivskryvaûŝejvyrabotkiventilâcionnogokveršlagavblizigeologičeskogonarušeniâ AT vinnikovaia issledovanienaprâžennogosostoâniâmassivagornyhporodpriprohoždeniivskryvaûŝejvyrabotkiventilâcionnogokveršlagavblizigeologičeskogonarušeniâ AT tutanovsk issledovanienaprâžennogosostoâniâmassivagornyhporodpriprohoždeniivskryvaûŝejvyrabotkiventilâcionnogokveršlagavblizigeologičeskogonarušeniâ |
| first_indexed |
2025-07-07T09:46:03Z |
| last_indexed |
2025-07-07T09:46:03Z |
| _version_ |
1836980983565385728 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
19
УДК 622.02:539.2
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ
ВСКРЫВАЮЩЕЙ ВЫРАБОТКИ ВЕНТИЛЯЦИОННОГО
КВЕРШЛАГА ВБЛИЗИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО
НАРУШЕНИЯ
Хамимолда Б. Ж., Тутанов М. С., Винникова И. А.
(Казахский научно-исследовательский институт по безопасно-
сти работ в горной промышленности, Казахстан)
Тутанов С. К.
(Карагандинский государственный технический университет,
г. Караганда, Казахстан)
Досліджено напружено-деформований стан, прояви гірсь-
кого тиску, умови підтримання виробок залежно від гірничотех-
нічних та технологічних параметрів.
Stress-deformed state, rock pressure manifestation and condi-
tions of maintenance of mine entries depending on mine engineering
and technological parameters are studied.
Анализ выбросов на Карагандинском бассейне показал, что
подавляющее число внезапных выбросов происходит в местах
различных геологических нарушений. Поэтому, для установления
причин и способов борьбы с внезапными выбросами угля и газа
необходимо знать напряженно-деформированное состояние
(НДС) массива горных пород в окрестности этих нарушений
(сбросов) по которым проводится выработка.
Целью исследований является влияния расстояния до нару-
шения и создание технологии безопасного проведения выемоч-
ных горных выработок на основе выявленных закономерностей
поведения примыкающих к ним массивов горных пород, уста-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
20
новлении параметров технологических схем подготовительных
работ, обеспечивающих безопасность горных работ.
В вертикальном сечении массива горных пород с подгото-
вительной выработкой деформацией вдоль забоя можно прене-
бречь, и задача сводится к плоской. На данном этапе решение
предусмотрено в упругой постановке вследствие сравнительно
непродолжительного времени деформирования горных пород в
окрестности забоя при его подвигании. В качестве метода реше-
ния принимается численный метод конечных элементов (МКЭ)
[1, 2]. Для решения задачи моделируются характерные условия
Согласно годовой программе развития горных работ на 2010
год на шахте им. Т. Кузембаева планировалось проведение
вскрывающей выработки вентиляционного квершлага 40-к8-к10+90 к
угрожаемому пласту к9 и выбросоопасному к10 в зоне геологиче-
ского нарушения сброс № 20 с Н=35 – 60 м.
Вентиляционный квершлаг 40-к8-к10+90 проводился комбай-
ном КСП-35, сечением 17,3 м2 на глубине 477 м от поверхности.
Общая длина выработки составляла 285 м, угол наклона выра-
ботки -7° и до сбивания с конвейерным уклоном третьего гори-
зонта предполагалось проводить горизонтально. Квершлагом
намечалось пересечь пласты к8, к9, к10, газоносность которых ко-
леблется в пределах 12,63 -13,49 м3/т.
Проходка выработки на протяжении 10-12 м от начала за-
сечки проводилась по пласту к8 мощностью 0,70 м с дальнейшим
от ходом от него и в интервале 30-35 м ожидалось вскрытие гео-
логического нарушения сброс № 20, где зона дробления состав-
ляла 16-18 м. На момент приближения вмещающие свойства по-
род кровли и боков выработки имели пониженную механическую
прочность и неудовлетворительную устойчивость, в результате
чего при креплении выработки наблюдалось высыпание пород
кровли и образование куполов.
Для исследования напряженного состояния массива горных
пород вокруг выработки рассматриваемая область разбивается на
треугольные элементы, соединенных в узлах. Внешние распреде-
ленные нагрузки заменяются сосредоточенными силами, прило-
женных в узлах. В местах ожидаемых высоких градиентов
напряжений сетка элементов сгущается. В качестве исходных
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
21
данных принимаются физико-механические характеристики по-
род (модуль упругости Е, коэффициент Пуассона и объемный
вес).
Расчеты выполнялись с использованием программы
ANSYS. Алгоритм программы предусматривает решение задачи
для неоднородной упругой среды, когда элементы имеют разные
физико-механические характеристики.
В расчетной схеме задачи (рис. 1) учитываются горнотехни-
ческие условия, приведенные выше. Граничные условия задачи:
вдоль линии АВ действует давление γ Н (Н – глубина разработ-
ки, γ – объемный вес).
Рис. 1. Расчётная схема задачи
Известно, что в процессе развития внезапных выбросов
важную роль играет содержащийся в массиве горных пород газ-
метан. Вдоль линии ВD со стороны сброса действует давление
газа, на линии АС отсутствуют горизонтальные смещения, а
вдоль линии CD отсутствуют вертикальные смещения.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
22
В результате расчетов получены вертикальные и горизон-
тальные перемещения узлов, вертикальные и горизонтальные
нормальные, а также касательные и главные напряжения в эле-
ментах.
Анализ распределения перемещений показали, что в масси-
ве впереди забоя смещения массива происходят в сторону обна-
женной поверхности, создавая возможность для отжима угля.
Кривая перемещений имеет выпуклую форму, максимальное зна-
чение перемещения имеет на расстоянии 2/3 от почвы и в кровле
и почве величина перемещений уменьшается.
Общие перемещения в результате выполнения технологиче-
ских операций по линии являются положительными, т.е. направ-
лены вверх в пределах призабойного пространства (пучение поч-
вы).
Анализ деформаций показывает, что впереди забоя в пласте
возникает область, в пределах которой горизонтальные деформа-
ции являются растягивающими. С удалением в глубь массива, а
также к почве и кровле, они переходят в сжимающие.
Несмотря на то, что массив пород над забоем сжат верти-
кальными силами давления, в кровле у краевой части образуется
ограниченных размеров зона вертикальных деформаций растяже-
ния.
Расчетами установлено, что вследствие образования нового
контура забоя, в напряженном массиве возникают горизонталь-
ные деформации растяжения за счет растягивающих напряжений.
Глубина распространения горизонтальных деформаций растяже-
ния впереди забоя превышает m, у кровли – 0,33 m и у почвы –
0,5 m.
У поверхности забоя эти деформации являются максималь-
ными и при достижении величин, близких к предельным, могут
обеспечить достаточные условия для отжима породы от груди за-
боя.
В призабойной части кровли также происходит образование
горизонтальных и вертикальных деформаций растяжения, при
достижении величин, близких к предельным, создают достаточ-
ные условия для образования продольных трещин в кровле.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
23
Рис. 2. Распределение горизонтальных напряжений σх во-
круг забоя выработки на расстоянии 15 м
Анализ вертикальных напряжений показывает, что впереди
забоя на границе пласт – непосредственная кровля возникает
опорное давление, максимальное величина которого (при изуче-
нии процесса в рамках теории упругости)составляет в разных за-
дачах от 2,2 до 3,5 γ Н (в данном варианте 2,3 γ Н ) и находится
впереди забоя на расстоянии 0,2-2,0 м. При удалении от забоя
давление уменьшается и на расстоянии 25 метров впереди забоя
составляет γ Н.
Следует отметить весьма важное свойство плоской задачи,
заключающейся в том, что все составляющие напряжений σх, σу ,
и τху в рассматриваемой плоскости не зависят от деформацион-
ных характеристик линейно деформируемого полупространства
(модуля общей деформации и коэффициента поперечной дефор-
мации), т.е будут справедливы для всех тел, для которых зависи-
мость между напряжениями и деформациями может быть приня-
та линейной.
Для выявления влияния расстояния до геологического
нарушения (сброса) были проведены исследования НДС массива
вокруг квершлага при различных расстояниях до них.
При инициировании внезапных выбросов большую роль иг-
рает растягивающие напряжения и деформации массива вокруг
выработок. В [3] приводятся экспериментальные исследования
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
24
локализации очагов акустической эмиссии (АЭ) в окрестности
забоя подготовительной выработки. Устанавливались геофоны
звукоулавливающей аппаратуры ЗУА-4, записывалась сейсмо-
акустическая эмиссия угольного пласта, и определялись коорди-
наты источников АЭ (возникающих трещин).
Рис. 3. Распределение горизонтальных напряжений σх во-
круг забоя выработки на расстоянии 5 м
Рис. 4. Распределение горизонтальных напряжений σх во-
круг забоя выработки на расстоянии 2 м
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
25
Была установлена зона очагов АЭ вблизи контура выработ-
ки. Показаны, что источники АЭ вокруг забоя выработки в мас-
сиве располагаются в пределах зон деформаций растяжения. Со-
поставление экспериментальных данных с теоретическими ре-
зультатами позволяет сделать вывод с том, что растрескивание
массива происходит при переходе пород из сжатого деформиро-
ванного состояния в растянутое.
Рис. 5. НДС массива вокруг забоя при расстоянии 2 метра до
нарушения без газового давления по стороне BD
На рисунке 2 зона растягивающих напряжений (на рисунке
темная область) расположены далеко от геологического наруше-
ния (сторона BD на рисунке 1), а рисунке 3 до нарушения от рас-
тягивающей области остается мало расстояния, но не доходит. На
рисунке 4 область растягивающих напряжений у груди забоя и
над забоем на расстоянии 5 метров достигают геологического
нарушения. Здесь может происходить внезапное высыпание, об-
рушение либо внезапный выброс. На рисунке 5 приводится рас-
чет НДС массива вокруг забоя при расстоянии 2 метра до нару-
шения без газового давления по стороне BD. Как видно из рисун-
ка рисунки 4 и 5 не сравнимы.
Таким образом, исследования позволяют оценить НДС мас-
сива и его изменение при подходе к геологическим нарушениям.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
26
Наличие опасных растягивающих напряжений является основа-
нием для разработки активных методов воздействия на эти зоны
(разгрузка, смоло-растворо укрепление кровли), что позволит
устранить возможность проявления динамического явления.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Зенкевич О. К. Метод конечных элементов в технике. – М.:
Мир , 1975. – 541 с.
2. Veksler Yu. A., Tutanov S. K. Static stress and deformation anal-
ysis by finite element method. Int. J. Of Rock Mech. And Mining
sci. A Survey of Computer Programs in Rock Mechanics Research
and Engineering Practice. Vol. 25, No 4, August, 1988, p. 215.
3. Ержанов Ж. С., Векслер Ю. А., Лагутин С. В. Исследование
разрушения массива горных пород впереди забоя горной вы-
работки сейсмоакустическим методом. – В кн.: Горное давле-
ние в капитальных и подготовительных выработках. Новоси-
бирск, 1981, С. 3 – 8.
|