Моделювання напруженого стану міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі
Змодельовано напружений стан міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі залежно від ширини останніх із застосуванням методу скінченних елементів. Смоделировано напряженное состояние междукамерних целиков Артемовского месторождения каменной соли в зависимости от ширины последних с испол...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Розробка родовищ |
|---|---|
| Datum: | 2015 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
2015
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104657 |
| 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: | Моделювання напруженого стану міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі / М.М. Касьян, О.К. Носач, М.О. Лященко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 363-366. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859933583468134400 |
|---|---|
| author | Касьян, М.М. Носач, О.К. Лященко, М.О. |
| author_facet | Касьян, М.М. Носач, О.К. Лященко, М.О. |
| citation_txt | Моделювання напруженого стану міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі / М.М. Касьян, О.К. Носач, М.О. Лященко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 363-366. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Розробка родовищ |
| description | Змодельовано напружений стан міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі залежно від ширини останніх із застосуванням методу скінченних елементів.
Смоделировано напряженное состояние междукамерних целиков Артемовского месторождения каменной соли в зависимости от ширины последних с использованием метода конечних элементов.
The stress-strain state of interchamber pillars of Artemivsk rock salt deposit depending on width one and using finite elements method is simulated.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:09:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
363
УДК 622.831.001.57 © М.М. Касьян, О.К. Носач, М.О. Лященко
М.М. Касьян, О.К. Носач, М.О. Лященко
МОДЕЛЮВАННЯ НАПРУЖЕНОГО СТАНУ
МІЖКАМЕРНИХ ЦІЛИКІВ АРТЕМІВСЬКОГО
РОДОВИЩА КАМ’ЯНОЇ СОЛІ
Змодельовано напружений стан міжкамерних ціликів Артемівського родовища
кам’яної солі залежно від ширини останніх із застосуванням методу скінченних
елементів.
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕЖДУКАМЕРНЫХ ЦЕЛИКОВ
АРТЕМОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАМЕННОЙ СОЛИ
Смоделировано напряженное состояние междукамерних целиков Артемовского
месторождения каменной соли в зависимости от ширины последних с использованием
метода конечних элементов.
STRESS STATE SIMULATION OF INTERCHAMBER PILLARS OF ARTEMIVSK SALT
DEPOSITS
The stress-strain state of interchamber pillars of Artemivsk rock salt deposit depending on
width one and using finite elements method is simulated.
ВСТУП
Останнім часом при моделюванні гео-
механічних процесів у гірському масиві
використовують аналітичні та чисельні ме-
тоди моделювання [1 – 4]. Перші базують-
ся на математичних методах розв’язання
крайових задач простими геометричними
формами тіл і схем навантаження. Чисель-
ні методи – не обмежені ні формою тіл, ні
способом програми навантаження. Метод
скінченних елементів (МСЕ) в даний час є
стандартом при розв’язанні задач механіки
твердого тіла, який враховує властивості
гірських порід на основі будь-якої теорії
міцності.
При моделюванні напруженого стану
міжкамерних ціликів було поставлено за
мету визначення необхідного розміру ціли-
ка при еліпсоїдній формі камери. Завдання
моделювання – покрокове вирішення низки
завдань з розмірами ціликів від 20 до 6 мет-
рів. Критерієм оцінки напруженого стану в
ціликах прийняті головні мінімальні (стис-
каючі) напруження. За роботу була прийня-
та перша теорія міцності.
Згідно з даними геологічної служби ДП
«Артемсіль» межа міцності солі на одноо-
сьовий стиск складає 24 МПа. Враховуючи
термін служби камери та реологічні проце-
си було прийнято рішення ввести коефіці-
єнт запасу 20%. Таким чином, межа стис-
каючих напружень дорівнює 19,23 МПа.
Оцінка проводилась також за коефіцієнтом
вилучення солі.
РЕЗУЛЬТАТИ МОДЕЛЮВАННЯ
Математичне моделювання за допомо-
гою МСЕ було реалізовано у програмному
364
комплексі ANSYS. Задача вирішувалась в
об’ємній постановці в масштабі 1:1, тов-
щина моделі 10 м.
Модель об’ємна розрахункова звичайно-
елементна з розбивкою на вузли (рис. 1).
Рис. 1. Розрахункова модель
Моделювалась відробка пласта кам’яної
солі Брянцевський потужністю 32,5 м. Пок-
рівля – шари ангідриту, мергелю, глинисто-
го сланцю загальною потужністю 40 м – за-
давалась властивостями ангідриту. Підош-
ва – шари доломіту, ангідриту, мергелю
потужністю 30 м, властивості якої задава-
лися властивостями ангідриту. Спрощення
властивостей покрівлі та підошви допуще-
но тим, що найбільший інтерес виклика-
ють процеси деформації та руйнування
пласта солі, що вміщує очисні камери.
Глибина залягання пласта 300 м. Розміри
моделі за простяганням – 118,5 м.
Найбільш небезпечний стан у цілику –
на контурі камери, де виникають мінімаль-
ні головні напруження 3σ . На картинах
розподілу напружень і графіках 33 σ=S –
мінімальні (стискаючі) головні напружен-
ня, Па.
Як базовий варіант була розглянута
традиційна схема для рудника – прямокут-
ні камери розміром 25× 17 м, міжкамерний
цілик 22,5 м. Коефіцієнт вилучення 0,33.
Розподіл мінімальних головних напружень
наведено на рис. 2.
Максимальні стискаючі напруження
виникають у нижніх кутах камер і досяга-
ють 26,8 МПа (рис. 3)
Рис. 2. Розподіл мінімальних головних напружень
навколо камер прямокутної форми
Рис. 3. Графік розподілу напружень у цілику
У цих ділянках буде відбуватися руй-
нування, бо межа міцності на одноосьовий
стиск перевищена на 8%. По центральній
осі цілика максимальні стискаючі напру-
ження виникають на контурі середньої ка-
мери і складають 14,52 МПа, тобто руйну-
вання цілика не відбувається.
При камерах еліпсоїдної форми моде-
лювання проводилось при розмірах камер
28× 17,3 м. Співвідношення висоти і ши-
рини камери відповідають співвідношенню
вертикальної та горизонтальної складових
напружень у масиві. Ширина міжкамерно-
го цілика 20 м.
У першому варіанті було розглянуто
перерозподіл напружень при ширині ціли-
ка 20 м. При цьому коефіцієнт вилучення
склав 0,27. Розподіл мінімальних головних
напружень навколо камер зображено на
рис. 4.
365
Рис. 4. Розподіл мінімальних головних напружень
навколо камер (міжкамерний цілик 20 м)
Максимальні стискаючі напруження
виникли на контурі камери по її поздовж-
ній осі, тобто в центрі цілика і досягли
значення 14,4 МПа (рис. 5). В цих ділянках
не буде відбуватися руйнування, бо межа
міцності на одноосьовий стиск не переви-
щена. По центру цілика мінімальні напру-
ження складають 11,5 МПа.
Рис. 5. Графік розподілу напружень у цілику
РЕЗУЛЬТАТИ РОЗПОДІЛУ НАПРУЖЕНЬ У ЦІЛИКУ ЗАЛЕЖНО
ВІД ЙОГО ШИРИНИ
Таблиця
Форма каме-
ри і розміри,
м
Ширина
між ка-
мерного
цілика,
м
Коефі-
цієнт
вилу-
чення
Межа
тривалої
міцності,
МПа
Межа
миттєвої
міцності,
МПа
Відхилення
між трива-
лою і мит-
тєвою міц-
ністю, МПа
(+; –)
Цілик руйнується
або ні, що необ-
хідно для збіль-
шення стійкості
камери
Прямокутна
25 × 17 22,5 0,33 19,23 14,52 –4,71 ні
20 0,27 19,23 14,4 –4,83 ні
17 0,296 19,23 17,14 –2,09 ні
15 0,35 19,23 17,19 –2,04 ні
12 0,40 19,23 18,40 –0,83 ні
10 0,45 19,23 21,03 +1,80
Так, з часом, необ-
хідно кріплення
боків камер
8 0,49 19,23 23,16 +3,93
Так, через деякий
час, кріплення бо-
ків зводиться після
виїмки камери
Еліпсоподіб-
на 28× 17,5
6 0,56 19,23 26,67 +7,44
Так, руйнується
миттєво, зберегти
стійкість камери
неможливо
При подальшому моделюванні ширина
цілика складала 17, 15, 12, 10, 8 і 6 м. При
цьому коефіцієнт вилучення складав відпо-
відно 0,286; 0,35; 0,4; 0,45; 0,49 і 0,54. Ре-
зультати моделювання наведені в таблиці.
Результати моделювання показали, що
зі зменшенням ширини цілика мінімальні
стискаючі напруження збільшуються на
366
контурі камери по її поздовжній осі, тобто
в центрі цілика, а величина її змінюється
від 14,4 МПа при ширині цілика 20 м до
28,67 МПа при ширині цілика 6 м.
При ширині цілика від 20 до 12 м межа
міцності на одноосьовий стиск не переви-
щувалась. Подальше зменшення ширини
цілика від 10 до 6 м призвело до руйнуван-
ня цілика спочатку за часом (ширина ціли-
ка 10 м). Через те, що перевищена тривала
міцність, необхідно кріплення боків каме-
ри (ширина цілика 10 м), а при ширині ці-
лика 6 м відбувається раптове руйнування
цілика. Зберегти стійкість камери немож-
ливо (рис. 6).
Таким чином, аналіз результатів моде-
лювання (рис. 7) свідчить про те, що при
розмірах цілика 12 м і більше руйнування
його не відбувається і система «камера –
цілик» буде стійкою.
При цьому коефіцієнт вилучення скла-
дає 0,4, що на 7% вище базового варіанта.
При розмірах цілика менше 7 м спостеріга-
ється його руйнування відразу після вий-
мання камери.
Рис. 6. Графік розподілу напружень в цілику
Рис. 7. Графік залежності мінімальних головних
напружень S3 від розміру міжкамерного цілика Lц
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Уланов А.И. Математическое моделирование
геомеханических процессов / А.И. Уланов // Научно-
технический вестник Санкт-Петербургского государст-
венного университета информационных технологий,
механики и оптики, 2009. – С. 330 – 337.
2. Карасев М.А. Эффективное использование чис-
ленных методов анализа для решения задач геомехани-
ки / М.А. Карасев // Записки Горного института. –
2010. – Т. 185. – С. 161 – 165.
3. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геоме-
ханике/ А.Б. Фадеев. – М.: Недра, 1987.
4. Рогозин Л.А. Задачи теории упругости и числен-
ные методы их решения / Л.А. Рогозин. – СПб.: Изд-во
СПбГТУ, 1998.
ПРО АВТОРІВ
Касьян Микола Миколайович – д.т.н., професор,
завідувач кафедри розробки родовищ корисних копалин
Донецького національного технічного університету.
Носач Олександр Костянтинович – к.т.н., доцент,
завідувач кафедри зозробки пластових родовищ Красно-
армійського індустріального інституту Донецького
національного технічного університету.
Лященко Максим Олександрович – асистент кафед-
ри розробки пластових родовищ Красноармійського
індустріального інституту Донецького національного
технічного університету.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104657 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2415-3435 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:09:29Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Касьян, М.М. Носач, О.К. Лященко, М.О. 2016-07-13T10:06:40Z 2016-07-13T10:06:40Z 2015 Моделювання напруженого стану міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі / М.М. Касьян, О.К. Носач, М.О. Лященко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 363-366. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 2415-3435 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104657 622.831.001.57 Змодельовано напружений стан міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі залежно від ширини останніх із застосуванням методу скінченних елементів. Смоделировано напряженное состояние междукамерних целиков Артемовского месторождения каменной соли в зависимости от ширины последних с использованием метода конечних элементов. The stress-strain state of interchamber pillars of Artemivsk rock salt deposit depending on width one and using finite elements method is simulated. uk УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України Розробка родовищ Геомеханіка Моделювання напруженого стану міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі Моделирование напряженного состояния междукамерных целиков Артемовского месторождения каменной соли Stress state simulation of interchamber pillars of Artemivsk salt deposits Article published earlier |
| spellingShingle | Моделювання напруженого стану міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі Касьян, М.М. Носач, О.К. Лященко, М.О. Геомеханіка |
| title | Моделювання напруженого стану міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі |
| title_alt | Моделирование напряженного состояния междукамерных целиков Артемовского месторождения каменной соли Stress state simulation of interchamber pillars of Artemivsk salt deposits |
| title_full | Моделювання напруженого стану міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі |
| title_fullStr | Моделювання напруженого стану міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі |
| title_full_unstemmed | Моделювання напруженого стану міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі |
| title_short | Моделювання напруженого стану міжкамерних ціликів Артемівського родовища кам’яної солі |
| title_sort | моделювання напруженого стану міжкамерних ціликів артемівського родовища кам’яної солі |
| topic | Геомеханіка |
| topic_facet | Геомеханіка |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104657 |
| work_keys_str_mv | AT kasʹânmm modelûvannânapruženogostanumížkamernihcílikívartemívsʹkogorodoviŝakamânoísolí AT nosačok modelûvannânapruženogostanumížkamernihcílikívartemívsʹkogorodoviŝakamânoísolí AT lâŝenkomo modelûvannânapruženogostanumížkamernihcílikívartemívsʹkogorodoviŝakamânoísolí AT kasʹânmm modelirovanienaprâžennogosostoâniâmeždukamernyhcelikovartemovskogomestoroždeniâkamennoisoli AT nosačok modelirovanienaprâžennogosostoâniâmeždukamernyhcelikovartemovskogomestoroždeniâkamennoisoli AT lâŝenkomo modelirovanienaprâžennogosostoâniâmeždukamernyhcelikovartemovskogomestoroždeniâkamennoisoli AT kasʹânmm stressstatesimulationofinterchamberpillarsofartemivsksaltdeposits AT nosačok stressstatesimulationofinterchamberpillarsofartemivsksaltdeposits AT lâŝenkomo stressstatesimulationofinterchamberpillarsofartemivsksaltdeposits |