Исследование механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя

Исследование механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя

Представлены результаты исследования механизма обрушения пород кровли в выработанное пространство лавы на основании результатов пошагового моделирования перемещения очистного забоя в объемной компьютерной модели слоистого трансверсально-изотропного массива горных пород....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2015
Автори: Власов, С.Ф., Власов, В.С.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2015
Назва видання:Розробка родовищ
Теми:
Геомеханіка
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104660
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 механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя / С.Ф. Власов, В.С. Власов // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 383-388. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-104660
record_format dspace
spelling irk-123456789-1046602016-07-14T03:02:54Z Исследование механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя Власов, С.Ф. Власов, В.С. Геомеханіка Представлены результаты исследования механизма обрушения пород кровли в выработанное пространство лавы на основании результатов пошагового моделирования перемещения очистного забоя в объемной компьютерной модели слоистого трансверсально-изотропного массива горных пород. Наведено результати дослідження механізму обвалення порід покрівлі у вироблений простір лави з використанням покрокового комп’ютерного моделювання посування очисного вибою в об’ємній комп’ютерній моделі шаруватого трансверсально- ізотропного масиву гірських порід. The results of study the rocks of roof collapse mechanism in goaf using step-by-step computer modeling of wallface advance in bulk computer model of layered transversal-isotropic rock massif are presented. 2015 Article Исследование механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя / С.Ф. Власов, В.С. Власов // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 383-388. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 2415-3435 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104660 622.831.312 ru Розробка родовищ УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Геомеханіка
Геомеханіка
spellingShingle Геомеханіка
Геомеханіка
Власов, С.Ф.
Власов, В.С.
Исследование механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя
Розробка родовищ
description Представлены результаты исследования механизма обрушения пород кровли в выработанное пространство лавы на основании результатов пошагового моделирования перемещения очистного забоя в объемной компьютерной модели слоистого трансверсально-изотропного массива горных пород.
format Article
author Власов, С.Ф.
Власов, В.С.
author_facet Власов, С.Ф.
Власов, В.С.
author_sort Власов, С.Ф.
title Исследование механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя
title_short Исследование механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя
title_full Исследование механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя
title_fullStr Исследование механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя
title_full_unstemmed Исследование механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя
title_sort исследование механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя
publisher УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate 2015
topic_facet Геомеханіка
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104660
citation_txt Исследование механизма обрушения пород кровли на объемной модели слоистого трансверсально-изотропного массива при подвигании очистного забоя / С.Ф. Власов, В.С. Власов // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 383-388. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series Розробка родовищ
work_keys_str_mv AT vlasovsf issledovaniemehanizmaobrušeniâporodkrovlinaobʺemnojmodelisloistogotransversalʹnoizotropnogomassivapripodviganiiočistnogozaboâ
AT vlasovvs issledovaniemehanizmaobrušeniâporodkrovlinaobʺemnojmodelisloistogotransversalʹnoizotropnogomassivapripodviganiiočistnogozaboâ
first_indexed 2025-07-07T15:42:20Z
last_indexed 2025-07-07T15:42:20Z
_version_ 1837003378705563648
fulltext 383 УДК 622.831.312 © С.Ф. Власов, В.С. Власов С.Ф. Власов, В.С. Власов ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ОБРУШЕНИЯ ПОРОД КРОВЛИ НА ОБЪЕМНОЙ МОДЕЛИ СЛОИСТОГО ТРАНСВЕРСАЛЬНО-ИЗОТРОПНОГО МАССИВА ПРИ ПОДВИГАНИИ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ Представлены результаты исследования механизма обрушения пород кровли в выра- ботанное пространство лавы на основании результатов пошагового моделирования перемещения очистного забоя в объемной компьютерной модели слоистого трансвер- сально-изотропного массива горных пород. ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЗМУ ОБВАЛЕННЯ ПОРІД ПОКРІВЛІ НА ОБ’ЄМНІЙ МОДЕЛІ ШАРУВАТОГО ТРАНСВЕРСАЛЬНО-ІЗОТРОПНОГО МАСИВУ ПРИ ПОСУВАННІ ОЧИСНОГО ВИБОЮ Наведено результати дослідження механізму обвалення порід покрівлі у вироблений простір лави з використанням покрокового комп’ютерного моделювання посування очисного вибою в об’ємній комп’ютерній моделі шаруватого трансверсально- ізотропного масиву гірських порід. RESEARCH OF ROOF ROCKS FALLING MECHANISM ON A VOLUMETRIC MODEL OF A LAYERED TRANSVERSAL-ISOTROPIC MASSIF DURING STOPE MOVEMENT The results of study the rocks of roof collapse mechanism in goaf using step-by-step computer modeling of wallface advance in bulk computer model of layered transversal-isotropic rock massif are presented. ВВЕДЕНИЕ В сложившихся экономических услови- ях на действующих горнодобывающих предприятиях Украины предполагается увеличение объемов добычи угля за счет внедрения высокоэффективных техноло- гий ведения горных работ и использования современной высокопродуктивной горной техники. Однако интенсификация техноло- гии добычи угля определила широкий круг горнотехнических задач, связанных с нега- тивными проявлениями горного давления в подготовительных и очистных выработ- ках, что, в свою очередь, приводит к сни- жению добычи, увеличению себестоимо- сти угля и значительному повышению уровня аварийности на производстве. Применение высокоэффективных техноло- гий и способов управления горным давле- нием в очистных выработках требует зна- ния закономерностей распределения зон предельного состояния массива горных пород как по длине лавы, так и по длине выемочного столба. В результате движения очистного забоя и увеличения размера выработанного про- 384 странства в массиве горных пород проис- ходят качественные и количественные из- менения. Одним из основных показателей, характеризующих такие изменения, явля- ется переход вмещающих угольный пласт горных пород в предельное состояние. Как правило, переход в предельное состояние сопровождается потерей устойчивости об- нажений и обрушением пород в вырабо- танное пространство. Геометрические раз- меры и момент появления зон, в которых горная порода находится в предельном со- стоянии, позволяют определить шаг обру- шения непосредственной и основной кров- ли, что является важным технологическим параметром, который существенно влияет на процесс выемки угля. Цель статьи – исследовать механизм обрушения пород кровли в выработанное пространство лавы на основании результа- тов пошагового моделирования перемеще- ния очистного забоя в объёмной компью- терной модели слоистого трансверсально- изотропного массива горных пород. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ОБРУШЕНИЯ Методика моделирования. Посредст- вом программного пакета SolidWorks 2009 была построена компьютерная модель для условий разработки пласта нС8 на шахте «Западно-Донбасская» ПАО «ДТЭК Пав- лоградуголь». Исходные технологические и горно-геологические данные представле- ны в таблице. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИ Таблица Технологический параметр Значение Длина лавы, м 190 Механизированная крепь КД-80 Угол залегания пласта, град 0 – 2 Вынимаемая мощность, м 0,95 – 1,05 Крепь подготовительного штрека КШПУ-13,2 Наименование пласта С8 н Глубина ведения очистных работ, м 460 Геометрические размеры модели и фи- зико-механические свойства горных пород определялись в соответствии с [1]. Распо- ложение всех литологических разностей в модели соответствовало стратиграфиче- ской колонке, характерной для модели- руемого выемочного участка. Конечно-элементная сетка строилась в виде 8-узловых тетраэдров по схеме Дела- но-Воронова. Максимальный линейный размер конечного элемента не превышал 10 м. Учитывая, что модель имела одну плоскость симметрии, которая проходила нормально к середине очистного забоя, ма- тематический расчет производился только для одной симметричной части. При этом соблюдались необходимые граничные ус- ловия на краевых частях модели и на плос- кости симметрии. Подготовительная выработка в модели имела прямоугольную форму, при этом геометрические параметры (высота и ши- рина) соответствовали крепи КШПУ сече- нием 13,2 м2, которая применяется на шах- те «Западно-Донбасская» в качестве крепи подготовительных выработок. Распреде- ленная нагрузка на кровлю составила око- ло 100 кПа, нагрузка на почву задавалась по линии постановки ножек крепи и со- ставляла 200 кН на один погонный метр выработки. Влияние крепи очистной выработки мо- делировалось распределенной нагрузкой на кровлю и почву пласта, которая задавалась в месте постановки механизированной кре- пи. Геометрические параметры области 385 приложения нагрузки соответствовали гео- метрическим параметрам плиты перекры- тия и основания механизированной крепи КД-80. Область приложения давления на- ходилась на расстоянии 2,5 м от плоскости забоя и имела прямоугольную форму с раз- мерами 1,5× 190 м. Давление на кровлю за- давалось 2,5 МПа, на почву – 3,0 МПа. Моделирование производилось от мо- мента отхода лавы от разрезной печи до от- метки положения забоя 235 м с шагом через каждые 10 м. При моделировании каждого последующего положения очистного забоя вдоль выемочного столба в качестве исход- ных данных принимались результаты моде- лирования предыдущего положения. Такой подход к моделированию позволил пошаго- во рассматривать происходящие в массиве процессы перераспределения напряженно- деформированного состояния, что сущест- венно увеличивает значимость и практиче- скую ценность полученных результатов. В качестве теории прочности принима- лась теория предельных напряженных со- стояний Мора-Кулона. Условие прочности горной породы имеет вид [2] ⊥ −≥ cжp kk σ σ σ σ 2 3 1 11 , где 1σ , 3σ – главные напряжения, МПа, 321 σσσ >> ; рσ – предел прочности горной породы на растяжение параллельно напластова- нию, МПа; 1k – коэффициент структурного ослаб- ления, учитывающий снижение предела прочности на растяжение в массиве по сравнению с образцом, =1k 0,6; 2k – коэффициент структурного ослаб- ления, учитывающий снижение предела прочности на растяжение в массиве по сравнению с образцом, =2k 0,8; ⊥cж – предел прочности горной поро- ды на сжатие перпендикулярно напласто- ванию, МПа. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ Анализ результатов моделирования по- зволяет установить закономерность и пе- риодичность образования зон предельного состояния горных пород в зависимости от размеров выработанного пространства. При отходе лавы до 25 м в кровле наблю- дается зона по высоте, не превышающая двух мощностей вынимаемого пласта угля, в которой горная порода достигла пре- дельного состояния (рис. 1). Рис. 1. Распределение зон предельного состояния горных пород при отходе лавы до 25 м: область действия допустимых напряжений; область предельного состояния В промежутке 35 – 45 м в зоне пре- дельного состояния оказывается нижняя часть слоя алевролита мощностью 8 м, ко- торый залегает непосредственно над вы- нимаемым пластом, на высоту 3 – 4- кратной вынимаемой мощности, что соот- ветствует первому моменту потери устой- чивости непосредственной кровли пласта (рис. 2). Далее до отметки 55 м непосредствен- ная кровля обрушается вслед за передвиж- кой секций механизированной крепи. На момент отхода очистного забоя на рас- стояние 55 – 65 м, за линией посадочных стоек механизированной крепи и в месте проведения разрезной печи, на всю мощ- ность слоя алевролита, расположенного над разрабатываемым пластом, развивает- ся зона предельного состояния, что приво- 386 дит к обрушению этого слоя в выработан- ное пространство, т.е. происходит так на- зываемая посадка основной кровли пласта (рис. 3). Рис. 2. Распределение зон предельного состояния горных пород при отходе лавы до 35 – 45 м: область действия допустимых напряжений; область предельного состояния Рис. 3. Распределение зон предельного состояния горных пород при отходе лавы до 55 – 65 м: область действия допустимых напряжений; область предельного состояния На отметке 65 – 75 м зона предельного состояния горных пород развивается по вертикали на высоту 40 м и включает в се- бя первые четыре слоя горных пород рас- положенных над вынимаемым пластом. Причем обрушение всех этих слоев проис- ходит приблизительно по линии постанов- ки посадочного ряда стоек механизирован- ной крепи, то есть отсутствует консольное зависание пород, что и объясняет значи- тельное уменьшение давления на крепь (рис. 4). Рис. 4. Распределение зон предельного состояния горных пород при отходе лавы до 65 – 75 м: область действия допустимых напряжений; область предельного состояния С отметки отхода 75 м наблюдается яв- но выраженная периодичность в формиро- вании зон предельного состояния горных пород, при этом длина периода составляет около 50 м. При дальнейшем подвигании линии очистного забоя до положения 95 м имеет место консольное зависание пород кровли на всей протяженности 20- метрового отхода, за исключением нижней части первого от отрабатываемого пласта слоя алевролита мощностью 8 м. В этом слое происходит формирование зоны пре- дельного состояния на высоту до 3-х вы- нимаемых мощностей на протяжении всего указанного отхода, т.е. имеет место обру- шение непосредственной кровли вслед за передвижкой секций механизированной крепи. В промежутке между 95 – 105 м происходит отрыв зависшей консоли 8-метрового слоя алевролита. В этом же промежутке прекращается развитие зоны предельного состояния по вертикали. На этот момент максимальная высота этой зо- ны составляет 63 – 65 м, выше – происхо- дит плавное опускание без нарушения сплошности, т.е. горные породы не дости- гают предельного состояния (рис. 5). На отметке 105 – 115 м имеет место об- рушение первых от разрабатываемого пла- ста четырех слоев общей мощностью 40 м (рис. 6). 387 Рис. 5. Распределение зон предельного состояния горных пород при отходе лавы до 95 – 105 м: область действия допустимых напряжений; область предельного состояния Рис. 6. Распределение зон предельного состояния горных пород при отходе лавы до 105 – 115 м: область действия допустимых напряжений; область предельного состояния Рис. 7. Распределение зон предельного состояния горных пород при отходе лавы до 105 – 115 м: область действия допустимых напряжений; область предельного состояния Между 115 – 125 м (рис. 7) происходит переход в предельное состояние остальной части (23 – 25 м) горных пород, которые находятся в зоне потенциального обруше- ния (ниже отметки плавного прогиба). Таким образом, результаты моделиро- вания позволяют сделать вывод, что, начи- ная с отметки положения очистного забоя 75 м, обрушение консоли первого от пла- ста 8-метрового слоя алевролита происхо- дит сначала с шагом 15 – 20 м и далее без зависания вслед за передвижкой секций механизированной крепи до момента раз- грузки призабойной части, которая проис- ходит в результате отрыва консоли горных пород до высоты 40 м. Обрушение пластов до высоты 40 м происходит с шагом 40 – 50 м; до высоты отметки плавного прогиба (63 – 65 м) – с шагом 50 – 60 м. В почве, которая представлена аргиллитом мощно- стью 28 м, зона предельного состояния развивается вглубь слоя на расстояние равное 10 – 14 вынимаемым мощностям, и охватывает призабойную зону и часть вы- работанного пространства. Такой меха- низм обрушения сохраняется вдоль всего выемочного столба. ВЫВОДЫ Установлен механизм обрушения пород кровли в выработанном пространстве лавы в зависимости от положения очистного за- боя вдоль выемочного столба, который по- зволяет определить периодичность обру- шения горных пород кровли и геометриче- ские размеры области предельного состоя- ния горного массива. Для моделируемых горно-геологических и горнотехнических условий, начиная с отметки отхода лавы от разрезной печи 75 м, наблюдается явно выраженная периодичность обрушения горных пород кровли в выработанное про- странство. Длина периода находится в пределах 45 – 55 м. Развитие области предельного состояния горных пород как в вертикаль- ном направлении, так и в направлении подвигания очистного забоя происходит до отметки отхода лавы 90 – 100 м. Макси- 388 мальная высота этой области составляет 63 – 65 м над разрабатываемым пластом. При дальнейшем увеличении выработан- ного пространства зона предельного со- стояния последовательно распространяется только в направлении подвигания очистно- го забоя на высоту не более 63 – 65 м. Вы- ше указанной границы происходит плав- ный прогиб слоев горных пород без нару- шения сплошности. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Власов С.Ф. Пространственное моделирование геомеханических процессов при подземной разработке месторождений / С.Ф. Власов, А.А. Сидельников. – Д.: НГУ, 2009. – 222 с. 2. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов / В.И. Феодосьев. – М.: Наука, 1972. – 544 с. ОБ АВТОРАХ Власов Сергей Федорович – д.т.н., профессор кафедры подземной разработки месторождений Нацио- нального горного университета. Власов Владислав Сергеевич – студент кафедры программного обеспечения компьютерных систем Национального горного университета.

Схожі ресурси