Определение зон повышенных напряжений, влияющих на устойчивость демонтажной камеры в зоне очистных работ
В ходе вычислительного эксперимента выполнен расчет напряженно- деформированного состояния (НДС) массива горных пород вокруг лавы при пошаговом приближении забоя к демонтажному штреку. Выявленные особенности НДС близлежащего массива позволяют обоснованно подходить к выбору схем поддержания подготови...
Saved in:
| Published in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2014
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/109486 |
| 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: | Определение зон повышенных напряжений, влияющих на устойчивость демонтажной камеры в зоне очистных работ / Г.А. Симанович, В.В. Фомичев, В.А. Соцков // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 114. — С. 113-124. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860218933215232000 |
|---|---|
| author | Симанович, Г.А. Фомичов, В.В. Соцков, В.А. |
| author_facet | Симанович, Г.А. Фомичов, В.В. Соцков, В.А. |
| citation_txt | Определение зон повышенных напряжений, влияющих на устойчивость демонтажной камеры в зоне очистных работ / Г.А. Симанович, В.В. Фомичев, В.А. Соцков // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 114. — С. 113-124. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехнічна механіка |
| description | В ходе вычислительного эксперимента выполнен расчет напряженно- деформированного состояния (НДС) массива горных пород вокруг лавы при пошаговом приближении забоя к демонтажному штреку. Выявленные особенности НДС близлежащего массива позволяют обоснованно подходить к выбору схем поддержания подготовительной выработки с учетом влияния приближающейся лавы. Построение функции перехода, основанной на сформированных допущениях, позволило определить координаты оптимального обрушения породных слоев. Полученные результаты анализа вычислительного эксперимента, проведенного для условий шахт Западного Донбасса, показали возможность эффективного использования для обоснования технических решений параметров зон концентрации напряжений в условиях взаимного влияния подготовительной выработки и очистного забоя.
Під час обчислювального експерименту виконано розрахунок напружено- деформованого стану (НДС) масиву гірських порід навколо лави при покроковому наближенні вибою до демонтажного штреку. Виявлені особливості НДС прилеглого масиву дозволяють обґрунтовано підходити до вибору схем підтримки підготовчої виробки з урахуванням впливу лави, що наближається. Побудова функції переходу, основаної на сформованих припущеннях, дозволила визначити координати оптимального обвалення породних шарів. Отримані результати аналізу обчислювального експерименту, проведеного для умов шахт Західного Донбасу, показали можливість ефективного використання для обґрунтування технічних рішень параметрів зон концентрації напружень в умовах взаємного впливу підготовчої виробки і очисного вибою.
In process of a computing experiment a stress-strain state of the rock massif around the longwall was calculated at face stepwise approaching to the dismantling drift. The detected specificity of the stress-strain state in the nearby massif allows to choose proper schemes for channel supporting with taking into account impact of the approaching longwall. A constructed function of transition based on the established assumptions allowed to determine coordinates for optimal failure of the rock layers. Analytical findings of this computing experiment conducted for the conditions of the Western Donbass mines showed a possibility of their effective use for making technical decisions concerning parameters of the stress concentration zones in conditions of interdependences between preparatory roadway and face.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:17:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
113
УДК 622.833.5.622.016.52
Г.А. Симанович, д-р техн. наук, профессор,
В.В. Фомичов, канд. техн. наук, доцент,
В.А. Соцков, аспирант
(ГВУЗ «НГУ»)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОН ПОВЫШЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, ВЛИЯЮЩИХ
НА УСТОЙЧИВОСТЬ ДЕМОНТАЖНОЙ КАМЕРЫ В ЗОНЕ
ОЧИСТНЫХ РАБОТ
Г.А. Симанович, д-р техн. наук, професор,
В.В. Фомичов, канд. техн. наук, доцент,
В.О. Соцков, аспірант
(ДВНЗ «НГУ»)
ВИЗНАЧЕННЯ ЗОН ПІДВИЩЕННИХ НАПРУЖЕНЬ, ЩО
ВПЛИВАЮТЬ НА СТІЙКІСТЬ МОНТАЖНОЇ КАМЕРИ В ЗОНІ
ОЧИСНИХ РОБІТ
G.A. Simanovich, D.Sc. (Tech.), Professor,
V.V. Fomichov, Ph.D. (Tech.), Associate Professor
V.A. Sotskov, Doctoral Student
(SHEE “NMU”)
DETERMINATION OF AREAS WITH HIGH STRESSES IMPACTING ON
DISMANTLING DRIFT STABILITY IN A ZONE WITH WINNING
OPERATIONS
Аннотация. В ходе вычислительного эксперимента выполнен расчет напряженно-
деформированного состояния (НДС) массива горных пород вокруг лавы при пошаговом
приближении забоя к демонтажному штреку. Выявленные особенности НДС близлежащего
массива позволяют обоснованно подходить к выбору схем поддержания подготовительной
выработки с учетом влияния приближающейся лавы. Построение функции перехода, осно-
ванной на сформированных допущениях, позволило определить координаты оптимального
обрушения породных слоев. Полученные результаты анализа вычислительного эксперимен-
та, проведенного для условий шахт Западного Донбасса, показали возможность эффективно-
го использования для обоснования технических решений параметров зон концентрации на-
пряжений в условиях взаимного влияния подготовительной выработки и очистного забоя.
Ключевые слова: вычислительный эксперимент, очистные работы, демонтажный штрек
Актуальность. Взаимное влияние горных выработок может носить различ-
ный характер. При неизменных геометрических составляющих сопряжения вы-
работок анализ их устойчивости следует проводить с применением статических
постановок задачи [1 - 3].
__________________________________________________________________
© Г.А. Симанович, В.В. Фомичов, В.А. Соцков, 2013
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
114
Однако в ходе технологического процесса по добычи угля возникает необ-
ходимость прогнозирования устойчивости выработок, характеристики взаимно-
го влияния которых изменяются во времени.
В ряде исследовательских работ [4, 5] было показано, что определяющими
показателями повышения точности проводимых вычислений является адекват-
ное описание геометрии и механических характеристик горного массива. При
этом выбор рациональных характеристик крепи возможен только при проведе-
нии расчетов в системе «крепь – горный массив». При грамотном определении
показателей моделирования [6, 7] становится возможным получать высокоточ-
ные решения, на основе которых появляется возможность оптимизировать па-
раметры крепежной системы таким образом, чтобы максимально снизить нега-
тивное влияние горного давления.
Проведение подобного моделирования для шахт Западного Донбасса позво-
ляет выработать методику вычислительного эксперимента, а также определить
специфические характеристики напряженно-деформированного состояния гор-
ного массива, анализ которых выявляет картину деформаций контура горной
выработки, находящейся в зоне влияния другой выработки.
Цель работы состоит в определении геометрических и механических пока-
зателей зон повышенного горного давления в окрестности демонтажного штре-
ка при подходе к нему очистного забоя. Выявленные особенности деформации
контура выработки позволяют более обоснованно подойти к выбору схемы
поддержания подготовительной выработки с учетом очистного забоя.
Постановка задачи. В рамках задачи проводимого вычислительного экспе-
римента было выполнено определение деформационных процессов массива
горных пород вокруг 161-ой лавы при пошаговом приближении забоя к демон-
тажному штреку. Для проведения расчетов были использованы таблицы физи-
ко-механических свойств пород (исследование проб в лаборатории ИГТМ им.
Н.С. Полякова НАН Украины) и сводная литологическая колонка, описываю-
щая структуру горного массива в окрестности 161-ой лавы. Полученная струк-
тура горного массива в окрестности выбранной пластовой выработки представ-
лена на рис. 1.
Рисунок 1 - Общий вид поперечного сечения модели в разрезе
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
115
Полная расчетная модель состоит из 13 породных слоев и угольного пласта,
ее размеры составляют: по восстанию/падению – 60м, по высоте – 22м, по ши-
рине выработок – 2м, угол падения пласта – 4 градуса.
Механические характеристики моделируемых горных пород: аргиллит име-
ет модуль деформации Е=0,1*104 МПа, алевролит – Е=0,5*104 МПа, песчаник –
Е=2*104 МПа, уголь – Е=0,3*104 МПа. Коэффициент Пуассона задан значени-
ем 0,3 для всех литологических разностей. Мощность угольного пласта 0,9 м.
На расстоянии 15 м от левого края модели расположен штрек, сечение кото-
рого моделировалось арочной формы под крепь КШПУ. Для его поддержания
использовалась комбинация рамной крепи и анкеров. В сечение вписана рамная
крепь с профилем СВП-27. Все элементы крепи моделировались как отдельные
детали, обладающие соответствующими механическими характеристиками.
Механизированная крепь для уменьшения размерности задачи моделировалась
как цельный прямоугольный блок с реакцией сопротивления горному давле-
нию, максимально реальной конструкции. Размеры блока полностью соответст-
вуют секции механизированной крепи.
Анализ формирования зон повышенных напряжений при подвигании
очистного забоя к демонтажному штреку. После завершения расчета для
анализа результатов были выбраны эпюры вертикальных напряжений, а также
эпюра интенсивности напряжений по Мизесу.
Первый шаг расчета был выполнен при расположении очистного забоя на
расстоянии 20 м от демонтажного штрека, при этом выработанное пространст-
во задано шириной 15 м вплоть до первой границы модели (рис. 2, а). Впереди
лавы отчетливо просматривается зона опорного давления. В приконтурной об-
ласти коэффициент концентраций достигает максимального значения 8,75, эта
зона сравнительно небольшая (высота-1,5м; ширина - 0,75 м) и по контуру име-
ет несколько меньшие значения нагрузок. Далее следует более обширная зона с
резким понижением напряжения σy и коэффициентами концентраций 4…6,5,
размеры которой по высоте – 12 м, а по ширине – 4 м. Третья часть этой зоны
характеризуется плавным снижением интенсивности сжимающих нагрузок, что
показывает и коэффициент концентрации в этой части до 2,5. В тоже время эта
зона представлена значительными размерами: высота – 18м, ширина – 10…15м.
В выработанном пространстве, а также в окружающих породах формируется
зона разгрузки. Растягивающие напряжения здесь колеблются в пределах 4-8
МПа. Аналогичная зона разгрузки наблюдается в кровле и почве вокруг выра-
ботки. На данном этапе обе зоны приблизительно равны и составляют 4…5м по
высоте и 3…4м по ширине, при σy = 2-6 МПа. По бокам выработки, в угольном
пласте и окружающих породах появляются сжимающие напряжения, интенсив-
ность которых увеличивается сверху вниз и достигает максимальных значений
в области опор стоек рамы.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
116
а)
б)
в)
г)
Рисунок 2 - Эпюра вертикальных напряжений σy при расстоянии
до демонтажного штрека: а) 20м; б) 10м; в) 5м; г) при выходе очистного забоя в штрек.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
117
Так если на уровне угольного пласта коэффициент 1,5, то под опорой стойки
рамы достигает значений 8,5 и более. Вся эта зона по высоте занимает пример-
но 2,3…2,8м, а по ширине около 1м. Стоит отметить, что со стороны подхода
очистного забоя зона этих напряжений меньше по размерам и по интенсивно-
сти, чем с противоположной стороны. Однако эта разница не столь значитель-
ная, чтобы можно было разделить напряжения в отдельные группы.
При продвижении очистного забоя на 10 м эпюры вертикальных напряже-
ний σy претерпели значительные изменения (см. рис. 2, б). Зона опорного дав-
ления теперь занимает пространство не только перед механизированной кре-
пью, но и все пространство в почве и кровле. Соответственно, описываемая зо-
на значительно увеличилась в размерах и по степени интенсивности сжимаю-
щих напряжений относительно первого этапа расчета. Можно выделить два
участка с запредельными коэффициентами нагрузок: в районе груди забоя и за
механизированной крепью непосредственно перед выработанным пространст-
вом. Здесь коэффициенты достигают значений 8,75 и более, также эти зоны
оконтуриваются пограничной полосой с коэффициентом 7,5, после чего идет
значительный спад нагрузки. Следующая зона концентраций с достаточно вы-
сокими сжимающими напряжениями σy (коэффициент концентраций 4…6) за-
нимает значительную часть зоны опорного давления и имеет размеры: 18 м по
высоте и 10…12 м по ширине. Далее нагрузки плавно снижаются и перетекают
в средние по всей модели в данном расчете. Плавный переход выражен на эпю-
ре небольшим каскадом из 6-7 ступеней, где коэффициент понижается от 3,75
до 1. Данный процесс простирается на 3…5 м в ширину по всему контуру пре-
дыдущей зоны концентрации напряжений. Стоит отметить, что в породных
пластах над механизированной крепью в результате данного расчета образова-
лась небольшая зона пониженных коэффициентов концентраций в интервале
2,5…3,2.
Позади ярко выраженной зоны опорного давления в выработанном про-
странстве и окружающих породных слоях образуется зона разгрузки с коэффи-
циентом растягивающих напряжений до 4 МПа. Эта область занимает по ши-
рине 20…25 м и высоте 16…18м. Аналогичная зона наблюдается и вокруг вы-
работки. Здесь также пространство подвержено растягивающим напряжениями
до 6 МПа без значительных перепадов. Размеры по высоте14…16 м, по ширине
8…12 м. Только в местах контакта рамы с породами почвы и анкеров с породой
отмечаются сравнительно небольшие очаги возникновения сжимающих напря-
жений, точечно достигающих больших коэффициентов.
В первую очередь, при перемещении очистного забоя на расстоянии до 5 м
от штрека (см. рис 2, в), стоит рассмотреть зону опорного давления. Как и ра-
нее, зона состоит из двух частей: основной, находящейся впереди очистного за-
боя и локальной в районе ограждения секции механизированной крепи. На дан-
ном этапе расчета основная зона сильно увеличилась и теперь составляет по
высоте 6…8 м, а по ширине около 2 м. Коэффициент концентрации в этой зоне
достигает максимальных значений и составляет от 9 до 12. Относительно не-
значительные размеры имеет вторая зона с запредельными концентрациями,
находящаяся на границе механизированной крепи и выработанного простран-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
118
ства (ширина 0,5…1 м, высота 1,5…2 м). При этом в данной области коэффи-
циент концентрации достигает 10.
Далее следует самая крупная по размеру область сжимающих нагрузок, ко-
торая занимает практически все пространство от обрушенных пород и до де-
монтажного штрека. Все ранее описанные зоны также входят в ее состав и
формируют наиболее значительный блок в эпюре. Размеры зоны: по высоте
18…20 м, по ширине 10…12 м. Коэффициент концентраций (не учитывая вы-
шеописанные зоны) колеблется в диапазоне 3…5. Примечательно, что сжи-
мающие нагрузки практически полностью исчезают в непосредственной близо-
сти к демонтажному штреку.
Если в предыдущем расчете данная зона растягивающих напряжений зани-
мала пространство вокруг штрека, то сейчас в связи с приближением очистного
забоя на достаточно близкое расстояние, зона опорного давления также при-
близилась вплотную к выработке и теперь оказывает непосредственное влияние
на напряженно-деформированное состояние со стороны подвигания забоя. В
связи с этим, область сжатия сдвинулась в сторону относительно штрека и со-
ставляет примерно 15 м в ширину и 13…16 м в высоту, при величине до 5 МПа.
Четвертый этап расчета выполнялся при условии непосредственного выхода
механизированной крепи к демонтажному штреку. По сравнению с предыду-
щими этапами расчета здесь сразу же просматривается абсолютно другая кар-
тина распределения вертикальных напряжений.
В первую очередь выделим наличие двух зон опорного давления, примерно
равных по размеру. Первая зона находится в районе ограждения механизиро-
ванной крепи и начала выработанного пространства. Однако, если ранее эта зо-
на либо вообще отсутствовала, либо имела небольшие размеры, то на данном
этапе размер этой области с коэффициентом концентраций, достигающим 10,
увеличился до 4…5 м в высоту и до 1,5…2 м в ширину. Значительные размеры
и коэффициент концентраций сжимающих напряжений, показанные на эпюре
дает отчетливое представление о нагрузках, которым подвергается механизиро-
ванная крепь. Также, анализируя эпюру результатов расчета можно отметить,
что данная зона имеет специфическую форму, в некоторых местах имеются
разрывы и смещения в область с меньшими уровнями концентраций напряже-
ний. Вторая зона опорного давления расположилась с другой стороны демон-
тажного штрека. Она непосредственно контактирует с боковыми стенками вы-
работки и оказывает воздействие на рамную крепь. Очевидно, это связано с
близостью выработанного пространства и перераспределением нагрузок на
контактах породных слоев массива, залегающих над выработкой. Данная об-
ласть имеет более однородную форму и коэффициент концентраций, дости-
гающий 11. При этом размеры второй зоны достаточно близки к первой: высота
– 5…6 м, а ширина – 1,5…2 м.
Справа относительно штрека, находится более обширная зона, которая за-
няла все пространство между выработкой и выработанным пространством. Она
оказывает значительное влияние на крепление демонтажного штрека, что ска-
зывается на нагрузках, действующих на рамную крепь и анкера. Размеры опи-
сываемой области по высоте – 19…21 м, по ширине 5…8 м. Коэффициент кон-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
119
центраций напряжений 4…7. На противоположной стороне выработки наблю-
дается вторая область, которая окружает зону опорного давления. Она анало-
гична первой по своим свойствам, форме и воздействию на выработку. Однако
имеет немного меньшие размеры (высота 17…19 м, ширина 2…4 м) и коэффи-
циент концентраций 3,5…6, также оказывает определенное воздействие на кре-
пежную систему, используемую в демонтажном штреке. Несмотря на достаточ-
но близкое расположение этих двух зон, они не имеют ярко выраженных мест
соединения, если визуально провести линию их пересечения над или под выра-
боткой, то коэффициент концентраций в этом месте будет на порядок ниже.
Очевидно, в породах кровли это связано с влиянием анкерного крепления, ко-
торые снижают величины сжимающих напряжений в данной области, что сни-
жает давление на верхняк рамной крепи. В тоже время, в породах почвы на-
блюдается зона действия растягивающих напряжений, что является признаком
пучения почвы и вдавливания стоек крепи в породу. Это явление хорошо ото-
бражено на эпюре, где на контакте стоек крепи и пород появляются зоны с вы-
соким коэффициентом концентраций от 15 и выше, что еще раз свидетельству-
ет о разрушении породы под стойками и их вдавливании в почву на некоторую
глубину.
Позади механизированной крепи начинается зона действия выработанного
пространства на окружающие горные породы. Она характеризуется достаточно
равномерным распределением растягивающих нагрузок по всему массиву без
явных очагов пониженных или повышенных напряжений. Характерной чертой
этой области являются обрушенные породы, что способствует ослаблению кон-
тактов между породными слоями в кровле и появлению мульды сдвижения на
поверхности. Размеры этой области примерно 35 м по ширине и 20 м по высоте.
Величина растягивающих напряжений доходит до 8 МПа.
Для оценки степени воздействия зон концентраций напряжений, на распре-
деление нагрузок воспринимаемых крепежной системой штрека и механизиро-
ванной крепью, воспользуемся приведенными характеристиками размеров этих
зон и средних величин концентрации усилий в их пределах. При определении
приведенных размеров зон повышенных напряжений в направлении напласто-
вания используем длину опорной площадки механизированной крепи. В этом
смысле приведенный размер зон концентрации напряжений определяется как
отношение длины участка повышенных напряжений, в два и более раза, к дли-
не зоны контакта между моделью механизированной крепи породным масси-
вом. А для усредненного приведенного коэффициента концентрации напряже-
ний используем значение напряжений в угольном пласте, расположенном в ле-
вой части расчетной области. Первоначально вычисляется разница между мак-
симальным и минимальным напряжениями в зоне концентрации. Затем, полу-
ченное значение соотносится с максимумом напряжений в нетронутом уголь-
ном пласте. Результаты аппроксимации данных величин на рис.3.
Как видно, совокупный анализ графиков позволяет определять качественное
и количественное воздействие двух выработок на картину изменения напряже-
ний.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
120
Рисунок 3 - Графики, характеризующие зону повышенного горного давления:
а) усредненный приведенный коэффициент концентрации напряжений;
б) приведенный линейный размер зон концентрации напряжений
Оперируя этими графиками, можно выделить три характерных отрезка су-
ществования зоны повышенного горного давления: первая – от 0 до 8 м, эффек-
тивное воздействие очистного забоя на состояние контура выработки демон-
тажного штрека; вторая - от 8 м до 17 м, активный рост взаимного влияния гор-
ных выработок; третья от 17 м и больше, отсутствие взаимного влияния.
Влияние зон повышенного горного давления на трещиноватость горно-
го массива при выходе лавы в демонтажный штрек. Для определения этого
влияния рассмотрим две эпюры приведенных напряжений по Мизесу: плос-
кость очистного забоя находится на расстоянии 10 м от демонтажного штрека
(рис. 4, а) и при выходе забоя в штрек (см. рис 4, б).
В первом случае (см. рис. 4, а), зоны концентрации напряжений имеют ло-
кализованный характер. Легко определяются уступы будущего обрушения по-
родных слоев кровли за очистным забоем. При этом максимальные значения
интенсивности напряжений наблюдаются во всей модели по плоскости очист-
ного забоя. Хотя влияние забоя на деформирование контура демонтажного
штрека уже просматривается, на это указывает всплеск напряжений на конце
левого канатного анкера, оно не является доминантным в боках выработки и
даже не приводит к значительным нагрузкам сталеполимерных анкеров и соб-
ственно рамы.
В этих условиях, исходя из общих положений теории разрушения, описы-
вающих процесс образования и роста трещин, можно выделить две отдельно
стоящих зоны ослабления прочностных характеристик горного массива.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
121
а)
б)
Рисунок 4 - Эпюра интенсивности напряжений по Мизесу при положении очистного
забоя: а) 10м до демонтажного штрека; б) при выходе очистного забоя в штрек
Первая - в породах кровли очистного забоя на некотором расстоянии от гра-
ницы обрушения непосредственной кровли. В этой зоне, исходя из характера
картины напряжений, будут образовываться магистральные трещины, приво-
дящие к блочному обрушению кровли. Вторая зона примыкает непосредствен-
но к плоскости очистного забоя и характеризуется интенсивным, относительно
мелким, трещинообразованием. Следовательно, природа разрушения в этих зо-
нах различна, а значит, различаются размеры конечных деформаций.
Во втором случае (см. рис. 4, б), крепь демонтажного штрека и очистного
забоя уже работают в общей грузонесущей системе. Для этой системы харак-
терно образования свода повышенной интенсивности напряжений, в пределах
которого возможно как массовое трещинообразование, так и локализация маги-
стральной трещины. Выбор того или иного сценария должен происходить ис-
ходя из изменения картины распределения напряжений при подходе очистного
забоя. Легко видно, что оптимальным направлением развития магистральной
трещины является плоскость от верхнего угла консоли непосредственной кров-
ли очистного забоя до конца правого канатного анкера. Чтобы разгрузить дан-
ное направление необходимо спровоцировать обрушение блоков породных
слоев над выработанным пространством.
Для поиска координат местоположения плоскости очистного забоя, в кото-
ром следует спровоцировать обрушение, применим подход последовательного
наложения суммарных приведенных значений интенсивности напряжений по
Мизесу. Для этого сформируем два графика указывающих на горизонтальную
координату плоскости с максимальной величиной интенсивности напряжений.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
122
В каждом выбранном вертикальном сечении производится суммирование на-
пряжений вычисленных в определенных точках расчетной модели. Затем, по-
лученные результаты соотносятся с максимальным значением, вычисленным в
одном из выбранных сечений. Такой алгоритм реализуется в рамках каждого из
проведенных расчетов.
На рис. 5 приведены два графика, представляющих собой два крайних со-
стояния системы. При этом с движением очистного забоя система переходит из
состояния (б) в состояние (а) выполаживанием кривых и перемещением макси-
мальных значений к левой границе графика. Построение функции перехода, ос-
нованной на приведенных допущениях позволило определить сечение опти-
мального обрушения породных слоев на расстоянии 7,4 м от вертикальной оси
симметрии демонтажного штрека.
Рисунок 5 - Графики распределения интенсивности напряжений по вертикали в расчет-
ной модели для случаев: а) 10м до демонтажного штрека;
б) при выходе очистного забоя в штрек.
Такой подход легко реализуется программно и может быть с успехом при-
менен при проведении инженерных расчетов по обоснование параметров под-
держания выработок, находящихся в зоне взаимного влияния.
Выводы. Полученные результаты анализа вычислительного эксперимента,
проведенного для условий шахт Западного Донбасса показали возможность
эффективного использования для принятия технических решений параметров
зон концентрации напряжений в условиях взаимного влияния подготовитель-
ной выработки и очистного забоя. Картина трещинообразования и активного
роста магистральных трещин хорошо согласуется с зонами роста интенсивно-
сти напряжений по Мизесу, и, следовательно, может быть компилятивно ис-
пользована при определении параметров поддержания демонтажного штрека
при подходе к нему очистного забоя.
–––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методика прогноза перемещений контура крепи выемочной выработки, расположенной в
слоистом массиве слабых пород / В.И.Бондаренко, И.А.Ковалевская, Г.А. Симанович, [и др.]. Бро-
шюра. – Днепропетровск: РИК НГУ, 2008. – 49 с.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
123
2. Геомеханика нагружения крепи очистных и подготовительных выработок в слоистом массиве
слабых пород / В.И. Бондаренко, И.А. Ковалевская, Г.А. Симанович, В.Г. Черватюк. В монографии. –
Днепропетровск: ЛізуновПрес, 2012. – 340 с.
3. Фомичёв, В.В. Анализ достоверности получаемых результатов вычислительных эксперимен-
тов при прогнозе перемещений контура подготовительных выработок / В. В. Фомичёв, А.И. Скитенко
// Збірник наукових праць / НГУ. – Днепропетровск, ДВНЗ «НГУ», 2012. – Вып. № 37. – С. 30-39.
4. Ткачев, В.А. Обеспечение устойчивости подготовительных выработок в сложных горно-
геологических условиях / В.А. Ткачев, А.Ю. Компанейцев // Перспективы развития Восточного Дон-
басса: сб. науч. тр. Часть 1. – Новочеркасск: УПЦ «Набла», 2008. – С. 145-151.
5. Обоснование и исследование пространственной геомеханической модели сдвижения вокруг
пластовой выработки тонкослоситого массива слабых пород / В.И. Бондаренко, И.А. Ковалевская,
Г.А. Симанович, В.В. Фомичёв // Вісті Донецького гірничого інституту, 2009. – №1. – С.183-190
6. Зацепин, М.А. Прогноз напряженно-деформированного состояния пологозалегающего массива
горных пород на основе численных методов. / М.А. Зацепин // – В сб.: «Проблемы недропользования
2008»: Материалы II Всероссийской молодежной научно-практической конференции по проблемам
недропользования, УРО РАН. – Екатеринбург, 2008. – С. 373-378
7. Господариков, А.П. Численное моделирование на основе метода конечных разностей некото-
рых прикладных задач геомеханики/ А.П. Господариков, М.А. Зацепин, А.В. Мелешко //Записки
Горного института - Т. 182. – СПб, 2009. – С. 238-240
REFERENCES
1. Bondarenko, V.I., Kovalevskaya, I.А., Simanovich, G.А. and Fomichov, V.V. (2008), Metodika
prognoza peremeshchenii kontura krepi vyemochnoi vyrabotki, raspolozhennoi v sloistom massive slabykh
porod [Methods of the forecast displacements contour support of the excavation drift located in the layered
soft rock massif], Brochure, RIK NGU, Dnepropetrovsk, Ukraine .
2. Bondarenko, V.I., Kovalevskaya, I.А., Simanovich, G.А. and Chervatyuk, V.G. (2012), Geomek-
hanika nagruzheniya krepi ochistnykh i podgotovitelnykh vyrabotok v sloistom massive slabykh porod
[Geomechanics weighting roof support stope and development drift in the layered massif of soft rock] / In
the monograph, Lizunov Pres, Dnepropetrovsk, Ukraine.
3. Fomichov, V.V. and Skitenko А.I. (2012), “Analysis of the credibility of the results of computational
experiments at the forecast displacement contour development gallery”, Zbirnyk naukovykh prats NGU,
no.37, pp. 30-39.
4. Tkachev,V.A. and Kompaneitsev, A.Yu. (2008), “Ensuring the sustainability of development
workings in complex mining and geological conditions”, Perspektivy razvitiya Vostochnogo Donbassa: sb.
nauch. tr., vol. 1. pp.145-151.
5. Bondarenko, V.I., Kovalevskaya, I.А., Simanovich, G.А. and Fomichov, V.V. (2009), “Rationale and
research the spatial of the geomechanical model displacement around the in-seam working thin-layer massif
of soft rock”, Visti Donets'kogo girnychogo instytutu, no. 1, pp.183-190.
6. Zatsepin, M.A. (2008), “Prediction of stress-strain state of flat-lying rock mass on the basis of
numerical methods”, Problemy nedropolzovaniya 2008, II Vserossiiskaya molodezhnaya nauchno-
prakticheskaya konferentsiya po problemam nedropo'zovaniya [II All-Russian Youth Scientific and practical
conference on problems of subsoil use], Ekaterinburg, Russia, pp. 373-378.
7. Gospodarikov, A.P., Zatsepin, M.A. and Meleshko, A.V. (2009), “Numerical simulations based on
the finite difference method of some applied tasks of geomechanics”, Zapiski Gornogo instituta, vol. 182,
pp. 238-240.
–––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Симанович Геннадий Анатольевич, доктор технических наук, профессор кафедры подземной-
разработки месторождений, Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный
университет» Министерства образования и науки Украины (НГУ), Днепропетровск, Украина,
Фомичев Вадим Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры подземной разра-
ботки месторождений, Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный
университет» Министерства образования и науки Украины (НГУ), Днепропетровск, Украина, fomi-
chov@inbox.ru
Соцков Вадим Александрович, аспирант кафедры подземной разработки месторождений, Госу-
дарственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет» Министерства образо-
вания и науки Украины (НГУ), Днепропетровск, Украина, vadimsockov@gmail.com
mailto:vadimsockov@gmail.com�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
124
About the authors
Simanovich Gennagiy Anatolievich, Doctor of Technical Sciences (D.Sc.), Professor of the department
of Underground mining, State higher educational establishment «National mining university» (SHEE
«NMU») of Ministry of Education and Sciense of Ukraine (NMU), Dnepropetrovsk, Ukraine,
Fomichоv Vadim Vladimirovich, Candidate of Technical Sciences (Ph. D), Associate Professor of the
department of Underground mining, State higher educational establishment «National mining university»
(SHEE «NMU») of Ministry of Education and Sciense of Ukraine (NMU), Dnepropetrovsk, Ukraine, fomi-
chov@inbox.ru
Sotskov Vadim Aleksandrovich, Doctoral Student of the department of Underground mining, State
higher educational establishment «National mining university» (SHEE «NMU») of Ministry of Education
and Sciense of Ukraine (NMU), Dnepropetrovsk, Ukraine, vadimsockov@gmail.com
–––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Під час обчислювального експерименту виконано розрахунок напружено-
деформованого стану (НДС) масиву гірських порід навколо лави при покроковому набли-
женні вибою до демонтажного штреку. Виявлені особливості НДС прилеглого масиву дозво-
ляють обґрунтовано підходити до вибору схем підтримки підготовчої виробки з урахуванням
впливу лави, що наближається. Побудова функції переходу, основаної на сформованих при-
пущеннях, дозволила визначити координати оптимального обвалення породних шарів.
Отримані результати аналізу обчислювального експерименту, проведеного для умов шахт
Західного Донбасу, показали можливість ефективного використання для обґрунтування тех-
нічних рішень параметрів зон концентрації напружень в умовах взаємного впливу підготов-
чої виробки і очисного вибою.
Ключові слова: обчислювальний експеримент, очисні роботи, демонтажний штрек
Abstract. . In process of a computing experiment a stress-strain state of the rock massif around
the longwall was calculated at face stepwise approaching to the dismantling drift. The detected
specificity of the stress-strain state in the nearby massif allows to choose proper schemes for
channel supporting with taking into account impact of the approaching longwall. A constructed
function of transition based on the established assumptions allowed to determine coordinates for
optimal failure of the rock layers. Analytical findings of this computing experiment conducted for
the conditions of the Western Donbass mines showed a possibility of their effective use for making
technical decisions concerning parameters of the stress concentration zones in conditions of
interdependences between preparatory roadway and face.
Keywords: computing experiment, coal-face work, dismantling drift
Статья поступила в редакцию 28.10.2013
Рекомендована к печати д-ром техн. наук В.Г. Шевченко
mailto:vadimsockov@gmail.com�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
125
УДК 622.831.3
И.В. Антипов, д-р техн. наук, профессор,
Н.И. Лобков, д-р техн. наук, доцент,
Е.Д. Стаднюк, аспирант
И.В. Жуковцов, аспирант
(ИФГП НАН Украины)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШАГА ОБРУШЕНИЯ ПОРОДНОГО СЛОЯ НАД
ВЫРАБОТАННЫМ ПРОСТРАНСТВОМ ЛАВЫ
І.В. Антипов, д-р техн. наук, професор,
М.І. Лобков, д-р техн. наук, доцент,
К.Д. Стаднюк, аспірант
І.В. Жуковцов, аспірант
(ІФГП НАН України)
ВИЗНАЧЕННЯ КРОКУ ОБВАЛЕННЯ ПОРОДНОГО ШАРУ НАД
ВИРОБЛЕНИМ ПРОСТОРОМ ЛАВИ
I.V. Antypov, D. Sc. (Tech.), Professor,
N.I. Lobkov, D. Sc. (Tech.), Associate Professor,
Ye.D. Stadniuk, Doctoral Student,
I.V. Zhukovtsov, Doctoral Student
(IFGP NAS of Ukraine)
DETERMINATION OF THE ROCK FAILURE STEPS OVER A GOAF IN
THE LONGWALL
Аннотация. В статье приведены актуальные исследования сдвижения горных пород над
выработанным пространством, показана роль слоистой структуры горного массива. На осно-
ве проведенных исследований сдвижения породных слоев в выработанном пространстве раз-
работан расчетный метод прогноза обрушения пород во время первичной и вторичных поса-
док основной кровли. Установлено, что распространение трещины в изгибающихся пород-
ных слоях с учетом эффективной поверхностной энергии (трещиностойкости), как постоян-
ной материала породы в слое, позволяют рассчитывать предельные пролеты породных слоев
перед обрушением. Полученные выражения для определения первичного и последующих
обрушений породных слоев позволяют прогнозировать шаг посадки основной кровли в лаве
по данным геологоразведки на стадии проектирования очистных работ.
Ключевые слова: боковые породы, посадка кровли, очистной забой, лава, призабойное
пространство, вмещающий массив.
В периоды первичной и вторичных посадок обрушение пород кровли в вы-
емочном поле лав часто приводит к аварийной ситуации на добычном участке.
Так, при залегании слабых пород в кровле пласта крепостью 5≤f по шкале
Протодьяконова (глинистые сланцы, песчаные сланцы), происходит разруше-
ние пород кровли пласта в зоне опорного давления на мелкие фракции.
_______________________________________________________________
© И.В. Антипов, Н.И. Лобков, Е.Д. Стаднюк, И.В. Жуковцов, 2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-109486 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:17:20Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Симанович, Г.А. Фомичов, В.В. Соцков, В.А. 2016-11-30T11:28:39Z 2016-11-30T11:28:39Z 2014 Определение зон повышенных напряжений, влияющих на устойчивость демонтажной камеры в зоне очистных работ / Г.А. Симанович, В.В. Фомичев, В.А. Соцков // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 114. — С. 113-124. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/109486 622.833.5.622.016.52 В ходе вычислительного эксперимента выполнен расчет напряженно- деформированного состояния (НДС) массива горных пород вокруг лавы при пошаговом приближении забоя к демонтажному штреку. Выявленные особенности НДС близлежащего массива позволяют обоснованно подходить к выбору схем поддержания подготовительной выработки с учетом влияния приближающейся лавы. Построение функции перехода, основанной на сформированных допущениях, позволило определить координаты оптимального обрушения породных слоев. Полученные результаты анализа вычислительного эксперимента, проведенного для условий шахт Западного Донбасса, показали возможность эффективного использования для обоснования технических решений параметров зон концентрации напряжений в условиях взаимного влияния подготовительной выработки и очистного забоя. Під час обчислювального експерименту виконано розрахунок напружено- деформованого стану (НДС) масиву гірських порід навколо лави при покроковому наближенні вибою до демонтажного штреку. Виявлені особливості НДС прилеглого масиву дозволяють обґрунтовано підходити до вибору схем підтримки підготовчої виробки з урахуванням впливу лави, що наближається. Побудова функції переходу, основаної на сформованих припущеннях, дозволила визначити координати оптимального обвалення породних шарів. Отримані результати аналізу обчислювального експерименту, проведеного для умов шахт Західного Донбасу, показали можливість ефективного використання для обґрунтування технічних рішень параметрів зон концентрації напружень в умовах взаємного впливу підготовчої виробки і очисного вибою. In process of a computing experiment a stress-strain state of the rock massif around the longwall was calculated at face stepwise approaching to the dismantling drift. The detected specificity of the stress-strain state in the nearby massif allows to choose proper schemes for channel supporting with taking into account impact of the approaching longwall. A constructed function of transition based on the established assumptions allowed to determine coordinates for optimal failure of the rock layers. Analytical findings of this computing experiment conducted for the conditions of the Western Donbass mines showed a possibility of their effective use for making technical decisions concerning parameters of the stress concentration zones in conditions of interdependences between preparatory roadway and face. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Определение зон повышенных напряжений, влияющих на устойчивость демонтажной камеры в зоне очистных работ Визначення зон підвищенних напружень, що впливають на стійкість монтажної камери в зоні очисних робіт Determination of areas with high stresses impacting on dismantling drift stability in a zone with winning operations Article published earlier |
| spellingShingle | Определение зон повышенных напряжений, влияющих на устойчивость демонтажной камеры в зоне очистных работ Симанович, Г.А. Фомичов, В.В. Соцков, В.А. |
| title | Определение зон повышенных напряжений, влияющих на устойчивость демонтажной камеры в зоне очистных работ |
| title_alt | Визначення зон підвищенних напружень, що впливають на стійкість монтажної камери в зоні очисних робіт Determination of areas with high stresses impacting on dismantling drift stability in a zone with winning operations |
| title_full | Определение зон повышенных напряжений, влияющих на устойчивость демонтажной камеры в зоне очистных работ |
| title_fullStr | Определение зон повышенных напряжений, влияющих на устойчивость демонтажной камеры в зоне очистных работ |
| title_full_unstemmed | Определение зон повышенных напряжений, влияющих на устойчивость демонтажной камеры в зоне очистных работ |
| title_short | Определение зон повышенных напряжений, влияющих на устойчивость демонтажной камеры в зоне очистных работ |
| title_sort | определение зон повышенных напряжений, влияющих на устойчивость демонтажной камеры в зоне очистных работ |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/109486 |
| work_keys_str_mv | AT simanovičga opredeleniezonpovyšennyhnaprâženiivliâûŝihnaustoičivostʹdemontažnoikameryvzoneočistnyhrabot AT fomičovvv opredeleniezonpovyšennyhnaprâženiivliâûŝihnaustoičivostʹdemontažnoikameryvzoneočistnyhrabot AT sockovva opredeleniezonpovyšennyhnaprâženiivliâûŝihnaustoičivostʹdemontažnoikameryvzoneočistnyhrabot AT simanovičga viznačennâzonpídviŝennihnapruženʹŝovplivaûtʹnastíikístʹmontažnoíkamerivzoníočisnihrobít AT fomičovvv viznačennâzonpídviŝennihnapruženʹŝovplivaûtʹnastíikístʹmontažnoíkamerivzoníočisnihrobít AT sockovva viznačennâzonpídviŝennihnapruženʹŝovplivaûtʹnastíikístʹmontažnoíkamerivzoníočisnihrobít AT simanovičga determinationofareaswithhighstressesimpactingondismantlingdriftstabilityinazonewithwinningoperations AT fomičovvv determinationofareaswithhighstressesimpactingondismantlingdriftstabilityinazonewithwinningoperations AT sockovva determinationofareaswithhighstressesimpactingondismantlingdriftstabilityinazonewithwinningoperations |