Управление устойчивостью пород в зонах дизъюнктивных нарушений
Наведено результати аналітичних досліджень та спосіб підвищення стійкості зруйнованих порід у зонах диз’юнктивних порушень. The results of analytical researches and method of decision of stability of the rocks in the zone of disjunctive dislocations are resulted....
Saved in:
| Published in: | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107678 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Управление устойчивостью пород в зонах дизъюнктивных нарушений / Е.И. Кольчик, И.Е. Кольчик, В.А. Болбат // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2007. — Вип. 10. — С. 112-118. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-107678 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кольчик, Е.И. Кольчик, И.Е. Болбат, В.А. 2016-10-23T18:45:01Z 2016-10-23T18:45:01Z 2007 Управление устойчивостью пород в зонах дизъюнктивных нарушений / Е.И. Кольчик, И.Е. Кольчик, В.А. Болбат // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2007. — Вип. 10. — С. 112-118. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. XXXX-0016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107678 622.831.24: 622.268.12 Наведено результати аналітичних досліджень та спосіб підвищення стійкості зруйнованих порід у зонах диз’юнктивних порушень. The results of analytical researches and method of decision of stability of the rocks in the zone of disjunctive dislocations are resulted. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Прогноз и управление состоянием горного массива Управление устойчивостью пород в зонах дизъюнктивных нарушений Management by stability of rocks in zone of disjunctive dislocations Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Управление устойчивостью пород в зонах дизъюнктивных нарушений |
| spellingShingle |
Управление устойчивостью пород в зонах дизъюнктивных нарушений Кольчик, Е.И. Кольчик, И.Е. Болбат, В.А. Прогноз и управление состоянием горного массива |
| title_short |
Управление устойчивостью пород в зонах дизъюнктивных нарушений |
| title_full |
Управление устойчивостью пород в зонах дизъюнктивных нарушений |
| title_fullStr |
Управление устойчивостью пород в зонах дизъюнктивных нарушений |
| title_full_unstemmed |
Управление устойчивостью пород в зонах дизъюнктивных нарушений |
| title_sort |
управление устойчивостью пород в зонах дизъюнктивных нарушений |
| author |
Кольчик, Е.И. Кольчик, И.Е. Болбат, В.А. |
| author_facet |
Кольчик, Е.И. Кольчик, И.Е. Болбат, В.А. |
| topic |
Прогноз и управление состоянием горного массива |
| topic_facet |
Прогноз и управление состоянием горного массива |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физико-технические проблемы горного производства |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Management by stability of rocks in zone of disjunctive dislocations |
| description |
Наведено результати аналітичних досліджень та спосіб підвищення стійкості зруйнованих порід у зонах диз’юнктивних порушень.
The results of analytical researches and method of decision of stability of the rocks in the zone of disjunctive dislocations are resulted.
|
| issn |
XXXX-0016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107678 |
| citation_txt |
Управление устойчивостью пород в зонах дизъюнктивных нарушений / Е.И. Кольчик, И.Е. Кольчик, В.А. Болбат // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2007. — Вип. 10. — С. 112-118. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kolʹčikei upravlenieustoičivostʹûporodvzonahdizʺûnktivnyhnarušenii AT kolʹčikie upravlenieustoičivostʹûporodvzonahdizʺûnktivnyhnarušenii AT bolbatva upravlenieustoičivostʹûporodvzonahdizʺûnktivnyhnarušenii AT kolʹčikei managementbystabilityofrocksinzoneofdisjunctivedislocations AT kolʹčikie managementbystabilityofrocksinzoneofdisjunctivedislocations AT bolbatva managementbystabilityofrocksinzoneofdisjunctivedislocations |
| first_indexed |
2025-11-25T21:42:27Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:42:27Z |
| _version_ |
1850560168303001600 |
| fulltext |
Прогноз и управление состоянием горного массива
112
УДК 622.831.24: 622.268.12
УПРАВЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТЬЮ ПОРОД В ЗОНАХ
ДИЗЪЮНКТИВНЫХ НАРУШЕНИЙ
к.т.н. Кольчик Е.И., к.т.н. Кольчик И.Е. (ИФГП НАНУ),
инж. Болбат В.А. (ЗАО «Донецксталь – металлургический завод»)
Наведено результати аналітичних досліджень та спосіб підвищення стійкості
зруйнованих порід у зонах диз’юнктивних порушень.
MANAGEMENT BY STABILITY OF ROCKS IN ZONE
OF DISJUNCTIVE DISLOCATIONS
Kolchik E.I., Kolchik I.E., Bolbat V.A.
The results of analytical researches and method of decision of stability of the rocks in
the zone of disjunctive dislocations are resulted.
Для обеспечения эффективной работы угольных шахт необходимо прове-
дение и поддержание большого объема подготовительных выработок. Нали-
чие дизъюнктивных нарушений значительно усложняет ведение горных ра-
бот. При вскрытии выработкой геологического нарушения возможно воз-
никновение газодинамических явлений. В процессе поддержания выработок
происходят высыпания и вывалы разрушенных в нарушении пород. Все это
значительно снижает безопасность работ и ухудшает технико-экономичес-
кие показатели угольных шахт.
При проведении горных выработок на некоторых шахтопластах встреча-
ется большое количество мелкоамплитудных дизъюнктивных нарушений.
На ряде шахт одной выработкой может быть встречено до 50 нарушений (до
2,5 нарушений на 100 м протяженности выработки) [1]. У некоторых нару-
шений породы разрушены и поэтому происходит их интенсивное выдавли-
вание и высыпание в выработку. Это приводит к увеличению затрат на под-
держание горных выработок в 1,01 – 2,2 раза [2]. Поэтому вопрос обеспече-
ния устойчивости горных выработок в зоне влияния геологических наруше-
ний является важным и актуальным.
Проблема поддержания горных выработок в местах их контакта с геоло-
гическими нарушениями исследовалась большим количеством ученых. Ус-
тановлены параметры зоны влияния нарушения. Причем, основным факто-
ром, характеризующим нарушение, является показатель интенсивности на-
рушенности горного массива вблизи геологического нарушения [3, 4], кото-
рый определяется по формуле (1)
Пн
max = 0,026Ас + 0,11К1
2 – 0,009; (1)
где Пн
max– величина показателя интенсивности нарушенности горного масси-
ва; Ас – амплитуда смещения, м; К1 – коэффициент, равный отношению вели-
чины геостатических напряжений к прочности пород на одноосное сжатие,
Прогноз и управление состоянием горного массива
113
К1 =
сж
Н
σ
γ ;
γН – величина напряжений в нетронутом массиве на данной глубине, МПа;
σсж – предел прочности пород на одноосное сжатие, МПа.
Для снижения величины смещений в зоне влияния нарушений рекомен-
дуется производить упрочнение пород [5, 6]. Однако это лишь несколько
снижает величину смещений пород и полностью не обеспечивает безре-
монтное поддержание выработок.
Установлен эффект самозаклинивания пород при образовании вокруг вы-
работки разгруженной зоны [7]. Это способствует снижению смещений по-
род. Однако полностью процесс смещений не прекращается из-за разруше-
ния и перемещения зон саморасклинивания.
Повысить устойчивость не нарушенных пород можно так же путем раз-
деления массива на клинья [8]. В этом случае разрушение пород и их сме-
щения в выработку приостанавливаются.
В области влияния дизъюнктивного нарушения породы разрушены и мо-
гут представлять сыпучую среду. В связи с этим при выборе способа охраны
и поддержания горных выработок необходимо знать предельное равновесие
сыпучей среды.
Для сыпучих сред предельное равновесие будет при выполнении условия [9]
τn ≤ К' + σntqρ', (2)
где К' – эффективный коэффициент сцепления; σn – величина сжимающих
нормальных напряжений, МПа; ρ' – угол внутреннего трения. Согласно
В.Ю. Изаксона [10] для пород угольных месторождений он может быть при-
нят равным ρ' = 20°.
Эффективный коэффициент сцепления по рекомендациям Г.Н. Кузнецова
[11] может быть определен:
– К' = (0,6…0,9) К – при учете микрослоистости (К – коэффициент сцеп-
ления);
– К' = (0,3…0,6) К – при учете поверхностей отдельностей;
– К' = (0…0,3) К – при учете прочности на контактах слоев.
Вблизи горной выработки породы находятся в 4-х областях механическо-
го состояния: допредельной; запредельной; остаточной прочности и руинно-
го разрушения [12]. При этом породы в области руинного разрушения нахо-
дятся в полностью разрушенном состоянии. Они формируют нагрузку на
крепь и вывалообразования в горную выработку.
Состояние руинного разрушения может быть сформировано в массиве и
до ведения горных работ. Это наблюдается чаще всего в зонах влияния тек-
тонических нарушений.
Снизить величину смещений пород и повысить устойчивость горных вы-
работок в зоне влияния нарушения можно путем создания в разрушенных
породах упрочненных зон (рис. 1). Для предотвращения высыпаний пород в
выработку необходимо по ее контуру создание упрочненного кольца.
Прогноз и управление состоянием горного массива
114
В условиях клина происходит зажатие разрушенных пород. При этом в
средней части клина (область ДКМЕ) будут действовать напряжения созда-
ваемые весом горного массива (N = γH, МПа, где γ – объемная плотность
пород; Н – глубина заложения выработки) и напряжения создаваемые реак-
цией отпора заклиненных пород (R1).
Тогда система будет находиться в равновесии при выполнении условия
R1 + τn ≥ N, (3)
Величина напряжений отпора пород в данном случае определяется по
формуле
R1 = 1,41Ncos(90 – α), (4)
где α – угол отклонения плоскости упрочненной полосы от оси клина, гра-
дусов.
Величина предельного равновесия пород будет равна
τn = K' + N [1+ cos( )cos(90 )]С
L
α − α tqρ1, (5)
где С – расстояние между точками М – Р и Т – К, м:
С = ( )
2
В А− ;
А – расстояние между точками Д – Е, м:
А = 2 r
n
π ;
r – радиус выработки, м; n – количество клиньев по контуру выработки.
Рис. 1. Схема образования
упрочненных зон в разру-
шенных породах: 1 – выра-
ботка, 2 – разрушенные
породы, 3 – упрочненные
полосы, 4 – упрочненное
кольцо
Прогноз и управление состоянием горного массива
115
n = 180
α
;
В – расстояние между концами упрочненных полос (между точками Т – Р):
В = 2 ( )r L
n
π + .
По приведенным зависимостям (3), (4), (5) были построены графики для
различных углов отклонения упрочненных полос (рис. 2). Расчеты выполня-
лись для следующих условий:
– глубина заложения выработки – 800 м;
– объемная плотность пород – 2,5 т/м3;
– радиус выработки – 2 м;
– длина упрочненной полосы – 2 м;
– предел прочности на разрыв – 5 МПа;
– эффективный коэффициент сцепления К1 = 0,5К;
– угол внутреннего трения – 20°.
В результате выполненных расчетов установлено, что при α = 20–59° раз-
рушенные породы будут находиться в равновесии, поскольку суммарная ве-
личина отпора пород и величины предельного равновесия превышает дейст-
вующие напряжения (рис. 2).
При α < 20° и α > 59° разрушенные породы будут смещаться в выработку.
При этом с увеличением угла α над выработкой образуется зона ДОЕ, где
породы находятся в зажатом состоянии.
На крепь выработки на этом участке действуют напряжения создаваемые
лишь весом разрушенных пород заключенных в области ДОЕ (см. рис. 1).
Для приведенных условий максимальная величина напряжений будет равна
0,01–0,05 МПа, что значительно меньше несущей способности крепи.
В области ЕМР величина предельного равновесия пород будет равна
τn = K' + N [1+ cos(90 )]С
L
− α tqρ1, (6)
Величина напряжений отпора пород в этой области зависит от угла α и равна:
Рис. 2. Изменение напряжений в средней
части клина от величины угла отклонения
α упрочненной полосы от оси клина: 1 –
изменение суммарной величины предель-
ного равновесия пород, 2 – изменение ве-
личины действующих напряжений, 3 – из-
менение величины отпора пород, 4 – изме-
нение величины предельного равновесия
пород
Прогноз и управление состоянием горного массива
116
– при α ≤ 27°
R2 = 1,41 cos(90 )]NС
L
− α , (7)
– при α > 27°
R2 = Nсos2(90 – α), (8)
Величина действующих напряжений в области ЕМР определяется по
формуле
Nд = N(сos α + λ sin α), (9)
где Nд – величина действующих на нарушение равновесия системы напря-
жений, МПа; λ – коэффициент бокового распора. Для сыпучих сред он мо-
жет быть принят равным λ = 0,2.
Тогда в области ЕМР равновесие системы будет при выполнении условия
Nд ≤ τп + R2, (10)
Расчеты показали, что величина предельного равновесия пород с измене-
нием угла α от 0 до 54° возрастает с 0,43 до 0,78γН, а затем снижается и при
достижении α = 90° составляет 0,39γН (рис. 3).
Величина отпора пород на контакте с плоскостью упрочненных полос с
увеличением угла α возрастает.
С изменением угла α от 0 до 90° величина действующих на перемещение
пород напряжений изменяется от γН до 0,2γН.
Равновесие системы наступает при угле α ≥ 36°.
Расположение упрочненных полос необходимо принимать такое, чтобы
полоса не пересекала угольный пласт (рис. 4), поскольку это приведет к ус-
ложнению работ по выемке упрочненного пласта у сопряжения со штреком
(ходком).
Из изложенного можно сделать следующие выводы:
1. Повышение устойчивости разрушенных в зоне влияния дизъюнктивно-
го нарушения пород можно достичь путем создания по контуру выработки
упрочненного кольца и разбиения горного массива на клинья с помощью
упрочненных полос;
Рис. 3. Изменение величины напряжений
в области ЕМР от угла α: 1 – изменение
величины действующих напряжений, 2 –
изменение суммарной величины предель-
ного равновесия, 3 – изменение величины
предельного равновесия пород, 4 – изме-
нение величины отпора пород
Прогноз и управление состоянием горного массива
117
а б
Рис. 4. Схема расположения упрочненных полос относительно угольного пласта: а –
при создании 4-х полос, б – при создании 5–и полос, 1 – горная выработка, 2 –
угольный пласт, 3 – упрочненное кольцо (оболочка), 4 – упрочненная полоса
2. На устойчивость разрушенных пород в области клина существенное
влияние оказывает угол отклонения плоскости упрочненной полосы от оси
клина;
3. В центральной части клина равновесие разрушенных пород наступает
при α = 20–59°, а в области, примыкающей к плоскости упрочненной полосы
при α > 36°. Наибольший эффект заклинивания разрушенных пород по все-
му клину достигается при α = 36–54°.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кольчик Е.И. Влияние мелкоамплитудной дизъюнктивной нарушенности на
устойчивость выработок // Физико-технические проблемы горного производст-
ва. – Донецк: ИФГП НАН Украины. - 2006. - № 9. – С. 202 – 210.
2. Кольчик Е.И., Кольчик И.Е. Исследование влияния геологических нарушений
на устойчивость выработок // Физико-технические проблемы горного произ-
водства. – Донецк: ООО «Апекс». - 2002. – Вып. 5. – С. 61 – 64.
3. Ланда А.И. Исследование и оценка устойчивости горных выработок, сооружае-
мых в зонах геологических нарушений // Автореф. дис… канд. техн. наук:
05.15.02 / ДПИ. – Донецк, 1982. – 22 с.
4. Кошелев К.В., Петренко Ю.А., Новиков А.О. Охрана и ремонт горных вырабо-
ток. – М.: Недра, 1990. – 218 с.
5. Руководство по упрочнению неустойчивых горных пород и углей нагнетанием
пенополиуретанового состава. – М.: ИГД им. А.А. Скочинского. – 1988. – 28 с.
6. Гелескул М.И., Кузнецов Г.И., Танг В.А. Опыт упрочнения горных пород за
рубежом. – М.: ЦНИЭИуголь, 1977. – 47 с.
7. Александров С.М. Керування стійкістю підготовчих виробок регулюванням
ефекту саморозклинювання вміщуючих порід // Автореф. дис… д-ра техн. наук:
05.15.11. / ДНГУ – Дніпропетровськ, 2004. – 36 с
Прогноз и управление состоянием горного массива
118
8. Способ охраны выработок: А.С. № 1481419 СССР. МКИ2 Е21Д 13/02// Н.Н. Касьян,
А.Ф. Морозов, О.Ю. Кузьмич, Е.И. Кольчик. – Опубл. 23.05.89. Бюл. № 19. – 3 с.
9. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. – М.: ГИФМЛ, 1960. – 243 с.
10. Изаксон В.Ю. О зоне нарушений сплошности вокруг горизонтальной выработ-
ки круглого сечения в массиве с поверхностями ослабления // Современные
проблемы механики горных пород. – Л.: Наука. – 1972. – С. 71 – 73.
11. Кузнецов Г.Н. Графические методы оценки предельных состояний трещинова-
того массива вокруг горных выработок // Современные проблемы механики
горных пород. – Л.: Наука. – С. 34 – 44.
12. Кириченко В.Я., Рубец Г.Г., Соколовский В.И. Аналитическое описание зон
разрушенных пород вокруг длительно эксплуатируемых горных выработок //
Геотехническая механика. – Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины. – 2005. –
Вып. 61. – С. 149 – 173.
|