Исследование механизма разрушения угля в условиях, моделирующих напряженно-деформированное состояние пласта-спутника при ведении очистных работ
На основе экспериментальных данных был проведен анализ характера и механизма разрушения угля в условиях моделирующих напряженно-деформированное состояние нарушенного пласта-спутника при ведении очистных работ. С помощью установки неравнокомпонентного трехосного сжатия (УНТС), позволяющей в трех взаи...
Saved in:
| Published in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Date: | 2015 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2015
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135959 |
| 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: | Исследование механизма разрушения угля в условиях, моделирующих напряженно-деформированное состояние пласта-спутника при ведении очистных работ / Л.В. Сергиенко, Е.В. Гладкая, А.В. Молодецкий // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 124. — С. 106-114. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-135959 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Сергиенко, Л.В. Гладкая, Е.В. Молодецкий, А.В. 2018-06-15T17:02:10Z 2018-06-15T17:02:10Z 2015 Исследование механизма разрушения угля в условиях, моделирующих напряженно-деформированное состояние пласта-спутника при ведении очистных работ / Л.В. Сергиенко, Е.В. Гладкая, А.В. Молодецкий // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 124. — С. 106-114. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135959 622.236: 539.375 На основе экспериментальных данных был проведен анализ характера и механизма разрушения угля в условиях моделирующих напряженно-деформированное состояние нарушенного пласта-спутника при ведении очистных работ. С помощью установки неравнокомпонентного трехосного сжатия (УНТС), позволяющей в трех взаимно перпендикулярных направлениях создавать независимые напряжения, аналогичные по величине и направлению в горном массиве, выполнены механические испытания углей различной степени нарушенности. Установлено, что в объемном поле сжимающих напряжений, не зависимо от уровня и вида напряженного состояния, степени нарушенности угля, при разгрузке углепородного массива в пласте – спутнике образуются деформации, соотношение которых, приводит к формированию вида деформационного состояния близкого к обобщенному сдвигу. На основі експериментальних даних було проведено аналіз характеру й механізму руйнування вугілля в умовах, що моделюють напружено-деформований стан порушеного пласта-супутника при веденні очисних робіт. За допомогою установки нерівнокомпонентного тривісного стиску (УНТС), яка дозволяє у трьох взаємно перпендику лярних напрямках створювати незалежні напруження, аналогічні по величині й напрямку в гірському масиві, виконані механічні випробування вугілля різного ступеня порушенності. Встановлено, що в об’ємному полі стискуючих напружень, не залежно від рівня та виду напруженого стану, ступеня порушеності вугілля, при розвантаженні вуглепородного масиву в пласті - супутнику утворюються деформації, співвідношення яких призводить до формування виду деформаційного стану, що близький до узагальненого зсуву. Experimental data have been to analyze both nature and mechanism of coal breaking in the context of modeling stress-and-strain state of a disturbed accompanying bed while mining. A plant of inequicomponent three-axis compression (PITAC) allows development of independent voltages (being similar in their value and direction within rock mass) in three mutually perpendicular directions has been used for mechanical tests of coal with various disturbance degrees. It has been determined that within a three-dimensional field of compressing stresses irrespectively of level and type of stress state as well as a degree of coal disturbance deformations are shaped within an accompanying bed in the process of coal-bearing mass unloading. Ratio of the deformations results in the development of the type of deformation state being close to generalized shift. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Исследование механизма разрушения угля в условиях, моделирующих напряженно-деформированное состояние пласта-спутника при ведении очистных работ Дослідження механізму руйнування вугілля в умовах, моделюючих напружено-деформований стан пласта-супутника при веденні очисних робіт Analysis of coal breaking mechanism under the conditions modelling stress-and-strain state of an accompanying-bed while in of mining work Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Исследование механизма разрушения угля в условиях, моделирующих напряженно-деформированное состояние пласта-спутника при ведении очистных работ |
| spellingShingle |
Исследование механизма разрушения угля в условиях, моделирующих напряженно-деформированное состояние пласта-спутника при ведении очистных работ Сергиенко, Л.В. Гладкая, Е.В. Молодецкий, А.В. |
| title_short |
Исследование механизма разрушения угля в условиях, моделирующих напряженно-деформированное состояние пласта-спутника при ведении очистных работ |
| title_full |
Исследование механизма разрушения угля в условиях, моделирующих напряженно-деформированное состояние пласта-спутника при ведении очистных работ |
| title_fullStr |
Исследование механизма разрушения угля в условиях, моделирующих напряженно-деформированное состояние пласта-спутника при ведении очистных работ |
| title_full_unstemmed |
Исследование механизма разрушения угля в условиях, моделирующих напряженно-деформированное состояние пласта-спутника при ведении очистных работ |
| title_sort |
исследование механизма разрушения угля в условиях, моделирующих напряженно-деформированное состояние пласта-спутника при ведении очистных работ |
| author |
Сергиенко, Л.В. Гладкая, Е.В. Молодецкий, А.В. |
| author_facet |
Сергиенко, Л.В. Гладкая, Е.В. Молодецкий, А.В. |
| publishDate |
2015 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехнічна механіка |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Дослідження механізму руйнування вугілля в умовах, моделюючих напружено-деформований стан пласта-супутника при веденні очисних робіт Analysis of coal breaking mechanism under the conditions modelling stress-and-strain state of an accompanying-bed while in of mining work |
| description |
На основе экспериментальных данных был проведен анализ характера и механизма разрушения угля в условиях моделирующих напряженно-деформированное состояние нарушенного пласта-спутника при ведении очистных работ. С помощью установки неравнокомпонентного трехосного сжатия (УНТС), позволяющей в трех взаимно перпендикулярных направлениях создавать независимые напряжения, аналогичные по величине и направлению в горном массиве, выполнены механические испытания углей различной степени нарушенности. Установлено, что в объемном поле сжимающих напряжений, не зависимо от уровня и вида напряженного состояния, степени нарушенности угля, при разгрузке углепородного массива в пласте – спутнике образуются деформации, соотношение которых, приводит к формированию вида деформационного состояния близкого к обобщенному сдвигу.
На основі експериментальних даних було проведено аналіз характеру й механізму руйнування вугілля в умовах, що моделюють напружено-деформований стан порушеного пласта-супутника при веденні очисних робіт. За допомогою установки нерівнокомпонентного тривісного стиску (УНТС), яка дозволяє у трьох взаємно перпендику лярних напрямках створювати незалежні напруження, аналогічні по величині й напрямку в гірському масиві, виконані механічні випробування вугілля різного ступеня порушенності. Встановлено, що в об’ємному полі стискуючих напружень, не залежно від рівня та виду напруженого стану, ступеня порушеності вугілля, при розвантаженні вуглепородного масиву в пласті - супутнику утворюються деформації, співвідношення яких призводить до формування виду деформаційного стану, що близький до узагальненого зсуву.
Experimental data have been to analyze both nature and mechanism of coal breaking in the context of modeling stress-and-strain state of a disturbed accompanying bed while mining. A plant of inequicomponent three-axis compression (PITAC) allows development of independent voltages (being similar in their value and direction within rock mass) in three mutually perpendicular directions has been used for mechanical tests of coal with various disturbance degrees. It has been determined that within a three-dimensional field of compressing stresses irrespectively of level and type of stress state as well as a degree of coal disturbance deformations are shaped within an accompanying bed in the process of coal-bearing mass unloading. Ratio of the deformations results in the development of the type of deformation state being close to generalized shift.
|
| issn |
1607-4556 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/135959 |
| citation_txt |
Исследование механизма разрушения угля в условиях, моделирующих напряженно-деформированное состояние пласта-спутника при ведении очистных работ / Л.В. Сергиенко, Е.В. Гладкая, А.В. Молодецкий // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — Вип. 124. — С. 106-114. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT sergienkolv issledovaniemehanizmarazrušeniâuglâvusloviâhmodeliruûŝihnaprâžennodeformirovannoesostoânieplastasputnikaprivedeniiočistnyhrabot AT gladkaâev issledovaniemehanizmarazrušeniâuglâvusloviâhmodeliruûŝihnaprâžennodeformirovannoesostoânieplastasputnikaprivedeniiočistnyhrabot AT molodeckiiav issledovaniemehanizmarazrušeniâuglâvusloviâhmodeliruûŝihnaprâžennodeformirovannoesostoânieplastasputnikaprivedeniiočistnyhrabot AT sergienkolv doslídžennâmehanízmuruinuvannâvugíllâvumovahmodelûûčihnapruženodeformovaniistanplastasuputnikaprivedenníočisnihrobít AT gladkaâev doslídžennâmehanízmuruinuvannâvugíllâvumovahmodelûûčihnapruženodeformovaniistanplastasuputnikaprivedenníočisnihrobít AT molodeckiiav doslídžennâmehanízmuruinuvannâvugíllâvumovahmodelûûčihnapruženodeformovaniistanplastasuputnikaprivedenníočisnihrobít AT sergienkolv analysisofcoalbreakingmechanismundertheconditionsmodellingstressandstrainstateofanaccompanyingbedwhileinofminingwork AT gladkaâev analysisofcoalbreakingmechanismundertheconditionsmodellingstressandstrainstateofanaccompanyingbedwhileinofminingwork AT molodeckiiav analysisofcoalbreakingmechanismundertheconditionsmodellingstressandstrainstateofanaccompanyingbedwhileinofminingwork |
| first_indexed |
2025-11-24T20:26:35Z |
| last_indexed |
2025-11-24T20:26:35Z |
| _version_ |
1850495295849234432 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
106
УДК 622.236: 539.375
Сергиенко Л.В., магистр,
Гладкая Е.В., канд. техн. наук, ст.науч.сотр.,
Молодецкий А.В., канд. техн. наук, ст.науч.сотр.
(ИФГП НАН Украины)
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА РАЗРУШЕНИЯ УГЛЯ В УСЛОВИЯХ,
МОДЕЛИРУЮЩИХ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ
СОСТОЯНИЕ ПЛАСТА-СПУТНИКА ПРИ ВЕДЕНИИ ОЧИСТНЫХ
РАБОТ
Сергієнко Л.В., магістр,
Гладка О.В., канд. техн. наук, ст.наук. співр.,
Молодецький А.В., канд. техн. наук, ст.наук. співр.
(ІФГП НАН України)
ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЗМУ РУЙНУВАННЯ ВУГІЛЛЯ В УМОВАХ,
МОДЕЛЮЮЧИХ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ПЛАСТА-
СУПУТНИКА ПРИ ВЕДЕННІ ОЧИСНИХ РОБІТ
Sergiyenko L.V., M.S. (Tech.),
Gladkaya E.V., Ph.D.(Tech), Senior Researcher,
Molodetskiy A.V., Ph.D.(Tech), Senior Researcher
(IPMP NAS of Ukraine)
ANALYSIS OF COAL BREAKING MECHANISM UNDER
THE CONDITIONS MODELLING STRESS-AND-STRAIN STATE OF AN
ACCOMPANYING-BED WHILE IN OF MINING WORK
Аннотация. На основе экспериментальных данных был проведен анализ характера и ме-
ханизма разрушения угля в условиях моделирующих напряженно-деформированное состоя-
ние нарушенного пласта-спутника при ведении очистных работ. С помощью установки не-
равнокомпонентного трехосного сжатия (УНТС), позволяющей в трех взаимно перпендику-
лярных направлениях создавать независимые напряжения, аналогичные по величине и на-
правлению в горном массиве, выполнены механические испытания углей различной степени
нарушенности. Установлено, что в объемном поле сжимающих напряжений, не зависимо от
уровня и вида напряженного состояния, степени нарушенности угля, при разгрузке углепо-
родного массива в пласте – спутнике образуются деформации, соотношение которых, приво-
дит к формированию вида деформационного состояния близкого к обобщенному сдвигу.
Ключевые слова: уголь, механические характеристики, вид напряженного состояния.
На сегодняшний день, дегазация подрабатываемых пластов и выработанно-
го пространства является неотъемлемой частью технологического процесса
при разработке метаноносных угольных пластов Донбасса. Известно, что в не-
тронутом массиве метан находится в трещиновато-поровой среде. При этом
проницаемость угольных пластов низкая и до разгрузки от горного давления
особого метановыделения в дегазационные скважины не происходит [1].
____________________________________________________________________
© Л.В. Сергиенко, Е.В. Гладкая, А.В. Молодецкий, 2015
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
107
При ведении очистных работ происходит разгрузка подрабатываемых пластов-
спутников, нарушается равновесие системы газ-уголь и создаются условия,
способствующие десорбции газа углем и выделение его в выработанное про-
странство и дегазационные скважины. В местах, непосредственно примыкаю-
щих к выработанному пространству, подрабатываемый углепородный массив,
вмещающий пласты-спутники и угольный пласт, находится в предельно-
напряженном состоянии [2]. При этом установлено, что метановыделение про-
исходит из той части пласта-спутника, которая находится в разгруженной зоне,
а максимальное газовыделение наблюдается из пластов-спутников, которые по-
падают в зону обрушения.
Однако, в сложных горно-геологических условиях, как показывает опыт ве-
дения горных работ [3], газовыделение из подрабатываемого массива и перио-
дичность его обрушений носят крайне неравномерный характер, особенно в зо-
нах различной степени нарушенности. При этом влияние трещиноватости раз-
личного генезиса на процесс разрушения подрабатываемых пластов-спутников
при ведении очистных работ не изучено. Поэтому, для установления законо-
мерностей формирования локальных областей разрушения в нарушенном угле-
породном массиве с целью прогнозирования зон скопления свободного метана
в нем, целесообразно изучение влияния естественной (тектонической) трещи-
новатости на вторичное трещинообразование при разгрузке подрабатываемых
углепородных слоёв.
В данной работе, при изучении характера и механизма разрушения угля в
условиях моделирующих напряженно-деформированное состояние нарушенно-
го пласта-спутника при ведении очистных работ использовалась установка не-
равнокомпонентного трехосного сжатия (УНТС), позволяющая в трех взаимно
перпендикулярных направлениях создавать независимые напряжения, анало-
гичные по величине и направлению в горном массиве [4 − 6].
Для проведения лабораторных исследований на УНТС по моделированию
разгрузки подрабатываемого пласта-спутника, были изготовлены угольные об-
разцы кубической формы с размером ребра 55 мм (рис. 1) из угля марки К, пла-
ста d4 ШУ «Покровское». Глубина залегания пласта-спутника d4
1
550 м. Об-
разцы угля испытывались с естественной влажностью.
Рисунок 1 Образец угля марки К пласта d4 ШУ «Покровское»
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
108
В качестве параметров изменения механического состояния подрабатывае-
мых пластов-спутников принимались три главных напряжения σ1, σ2, σ3, из ко-
торых σ1 − максимальное сжимающее напряжение, действующее по направле-
нию нормали к пласту, σ2− промежуточное главное напряжение, действующее
вдоль линии забоя, σ3− минимальное сжимающее напряжение, действующее по
нормали к плоскости пласта, и три главных деформации ε1, ε2, ε3 , действующие
по тем же направлениям. Кроме того, определялись упругие константы (K, E,
G), параметры Надаи—Лоде , , характеризующие вид напряженного и де-
формационного состояния, а также энергетические показатели − работа сил из-
менения объема (Аo) и формоизменения (Аf) [4 − 6].
Моделирование зоны предельного состояния с разгрузкой осуществлялось
при разных уровнях нагружения, различной ориентации естественной (текто-
нической) трещиноватости в угольных образцах по разработанной программе
нагружения, исходя из имеющихся исследований [4 − 6] в зоне предельного со-
стояния угольного пласта, где выделяют три характерных участка разного объ-
емного нагружения и механического состояния.
Первый участок объемного нагружения угольного пласта-спутника d4
1
в
глубине массива вне зоны влияния выработки характеризуется тем, что глав-
ные напряжения связаны соотношениями: H 1
, H 32
( - коэффи-
циент бокового распора). Вначале сжатие образца производилось по трем осям
одновременно (шаровой тензор напряжений и деформаций) до уровня заданно-
го наименьшего напряжения σ3 , то есть по схеме σ1= σ2= σ3. Затем значение
давления σ1 повышалось по оси ОZ, σ3 поддерживалось на заданном уровне.
Значение промежуточного главного напряжения σ2 (ось OY) при этом форми-
ровалось самопроизвольно за счет деформирования образца.
Для моделирования зоны опорного давления в подрабатываемом пласте-
спутнике d4
1
образец нагружался до значений Hk 1 , 132 , где k -
коэффициент концентрации напряжений.
Моделирование разгрузки подрабатываемого пласта-спутника d4
1
осуществ-
лялось двумя способами:
1) σ1− уменьшалось до нуля, σ1 > σ3, σ2− формировалось самопроизвольно
(рис. 2 – 4);
2) σ3 − уменьшалось до нуля, σ1 > σ3, σ2 − формировалось самопроизвольно
(рис. 5, 6).
На графиках проведенных испытаний угольных образцов угля марки «К»
ШУ «Покровское» при моделировании зоны предельного состояния пласта –
спутника с разгрузкой σ1 (рис. 2 - 4), участок (0−1) отражает рост напряжений
от нуля до значений, характерных заданной глубине (550 м). На участке (2−3)
моделирование разгрузки перед зоной опорного давления осуществлялось пу-
тем снижения σ1 до нуля (рис. 2, участок 4). На участке (3−4) σ1 увеличивается
до предельных значений, при этом σ2= σ3 − поддерживается на прежнем уровне.
Участок (5−6) формируется при снижении σ1 до точки, где происходит разру-
шение угольного образца.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
109
Р − давление в цилиндрах УНТС; t − время проведения эксперимента
Рисунок 2 Моделирование зоны предельного состояния по программе H 21
с разгрузкой, 1
Р − давление в цилиндрах УНТС; t − время проведения эксперимента
Рисунок 3 Моделирование зоны предельного состояния по программе H 31
с разгрузкой, 1
Р − давление в цилиндрах УНТС; t − время проведения эксперимента
Рисунок 4 Моделирование зоны предельного состояния по программе H 31
с разгрузкой, 1
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
110
Р − давление в цилиндрах УНТС; t − время проведения эксперимента
Рисунок 5 Моделирование зоны предельного состояния по программе H 31
с разгрузкой, 0
Р − давление в цилиндрах УНТС; t − время проведения эксперимента
Рисунок 6 Моделирование зоны предельного состояния по программе H 31
с разгрузкой, 0
При моделировании зоны предельного состояния пласта – спутника с раз-
грузкой σ3 (рис. 5, 6), на участке (0−1) также моделировались напряжения ха-
рактерные для заданной глубины. На участке (1−2) моделировалась незначи-
тельная разгрузка перед зоной опорного давления за счет снижения 1 до нуля,
при этом σ2 =σ3 − поддерживались на прежнем уровне. Участок (4−9) формиро-
вался при снижении σ3 до точки, где происходит разрушение угольного образ-
ца.
Экспериментальные результаты по данным механических испытаний углей
в объемном неравнокомпонентном напряженном состоянии были обработаны с
помощью специально разработанной программы расчета прочностных и де-
формационных характеристик [4 − 6].
Результаты расчета механических свойств угля представлены в таблице 1.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
111
Таблица 1 –Физико-механические свойства исследуемого угля
№
п/п
Направление
естественной
трещиноватости
в угольном об-
разце
Уровень
нагружения
угольного
образца по
1
Физико-механические свойства угля, отражающие его состоя-
ние в областях предразрушения (верхняя строка) и разруше-
ния (нижняя строка)
М
ех
ан
и
зм
р
аз
р
у
-
ш
ен
и
я
1 ,
МПа
Е,
МПа
G,
МПа
К,
МПа
Ао,
МДж/м3
Аf,
МДж/м3
1.
H2
29,3
10,0
3664
2178
0,16
0,12
2126
1230
2423
1248
0,040
0,006
0,040
0,009
-1,1
-1,0
-1,0
-0,5
сдвиг
2.
H3
27,7
64,3
8075
3500
0,20
0,33
4848
2331
6481
6157
0,016
0,060
0,015
0,245
-1,0
-1,0
-0,6
-0,8
сдвиг
3.
H3
62,9
51,6
8459
1139
0,18
0,36
4236
1043
3503
2597
0,116
0,105
0,060
0,453
-1,0
-1,0
-1,0
-0,8
сдвиг
4.
H3
58,8
47,6
8367
2553
0,17
0,36
4914
1605
5914
5388
0,074
0,04
0,072
0,18
-0,6
-0,3
-1,1
-0,5
сдвиг
5.
H3
60
40
3847
1365
0,20
0,40
4571
961
3847
4936
0,062
0,021
0,060
0,264
-0,5
-0,9
-1,3
-0,8
сдвиг
В результате лабораторного эксперимента установлено, что в объемном по-
ле сжимающих напряжений (μσ – обобщенное сжатие), увеличение пригрузки
пласта-спутника от 2γН до 3γН (рис. 2−4) обусловливает двукратное увеличе-
ние упругих свойств угля с изменением значения модуля Юнга от 3600 МПа до
8000 МПа и значений модуля сдвига от 2100 МПа до 4000 МПа. При этом мо-
дуль объемного сжатия и коэффициент Пуассона изменяются незначительно в
пределах от 2400 МПа до 3500 МПа и от 0,16 до 0,18 соответственно. Начало
разрушения угля происходит при равенстве энергий изменения объема и фор-
моизменения (Ao= Af) и соответствующих видах деформационного и напря-
женного состояний μσ = -1, με = -0,5, что в дальнейшем приводит к увеличению
значений Af и к смене вида деформационного состояния με = 0. Энергия изме-
нения формы и энергия изменения объема становятся равными между собой в
момент разрушения образца и составляют 0,04 МДж/м
3
для первой программы
нагружения при H 21 . При H 31 значение Ao и Af увеличивается и ста-
новиться 0,06 МДж/м
3
. При этом фактическое разрушение образца происходит
только за счет сдвига.
Таким образом, установлено, что в объемном поле сжимающих напряжений
наблюдается несоответствие между параметрами вида деформационного и на-
пряженного состояний при значениях μσ = –1 и με = – 0,9 ÷ − 0,7. Также уста-
новлено, что смена вида напряженного состояния от обобщенного сжатия к
обобщенному сдвигу при моделировании зоны предельного состояния пласта –
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
112
спутника с разгрузкой 3 приводит к увеличению коэффициента поперечной
деформации в среднем в два раза. При этом модуль объемного сжатия, который
характеризуется отношением среднего напряжения и средней деформацией и
модуль Юнга практически не изменяются.
Дальнейший анализ полученных результатов моделирования напряженно-
деформированного состояния пласта-спутника в условии обобщенного сжатия с
переходом в обобщенный сдвиг при его разгрузке показал, что независимо от
ориентации естественных трещин в угольном образце (рис. 7, 8), в условиях
изменения параметра вида напряженного состояния μσ от обобщенного сжатия
до обобщенного сдвига (от −1 до 0), разрушение угля происходит за счет роста
сдвиговых трещин, расположенных под углом α (18 − 22 град.) к линии дейст-
вия максимального главного напряжения, что соответствует [7, 8], где α – угол
разрушения горных пород в объемном поле сжимающих напряжений, который
определяется по формуле Черепанова Г.П. )(
2
1
arcctg , − угол внутренне-
го трения.
Рисунок 7 Механизм разрушения образца угля, деформированного
по программе H )32(1 с разгрузкой, 1
Рисунок 8 Механизм разрушения образца угля, деформированного
по программе H 31 с разгрузкой, 0
Таким образом, полученные результаты показывают, что в объемном поле
а
)
б
)
в
)
а б
)
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
113
сжимающих напряжений, не зависимо от уровня и вида напряженного состоя-
ния, степени нарушенности угля, при разгрузке углепородного массива в пласте
– спутнике образуются деформации, соотношение которых, приводит к форми-
рованию вида деформационного состояния близкого к обобщенному сдвигу
(με= –0,5 ÷0). Использование результатов исследований по влиянию различной
ориентации трещин в угле на вторичное трещинообразование при его разруше-
нии, позволит существенно повысить точность прогноза локальных зон скопле-
ний свободного метана в тектонически нарушенных пластах – спутниках.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бокий, Б.В. Перспектива извлечения метана из техногенных скоплений / Б.В.Бокий, О.И. Ка-
симов // Уголь Украины. − 2005. − № 5. − С. 17 − 21.
2. Аэрогазодинамика выемочного участка / Ф. А. Абрамов, Б. Е. Грецингер, В. В. Соболевский
[и др.]. – Киев: Наукова думка, 1972. − 236 с.
3. Влияние сдвижений пород кровли на газовыделение из выработанного пространства /
И.И. Клочко, Н. И. Лобков, А. И.Сергиенко, Л. В. Сергиенко // Сб. науч. труд. Физико-технические
проблемы горного производства. – Донецк. – 2010. − №13. – С.103 – 108.
4. Норель, Б. К. Изменение механической прочности угольного пласта в массиве / Б. К. Норель.
М.: Наука, 1982. 128 с.
5. Алексеев, А.Д. Физика угля и горных процессов / А.Д. Алексеев. − Киев: Наукова думка, 2010.
424 с.
6. Алексеев, А.Д. Разрушение горных пород в объемном поле сжимающих напряжений /
А.Д. Алексеев, В. Н. Ревва, Н. А. Рязанцев. – Киев: Наукова думка, 1989. – 168 с.
7. Алексеев, А.Д. Предельное состояние горных пород / А.Д. Алексеев, Н.В. Недодаев. Киев:
Наукова думка, 1982. 198 с.
8. Черепанов, Г.П. Механика хрупкого разрушения / Г. П. Черепанов. М.: Недра, 1974. 640 с.
REFERENCES
1. Bokiiy, B.V. and Kasimov, O.I. (2005), “Prospect of extraction of methane from technogenic conges-
tions”, Coal of Ukraine, № 5, pp. 17 − 21.
2. Abramov, F.A., Gretsinger, B.E., Sobolevsky, V.V. [and others] (1972), Aerogazodinamika
vyemochnogo uchastka [Aerogasdynamics ofworking site], Naukova Dumka, Kiev, SU.
3. Klochko, I.I., Lobkov, N.I., Sergienko, I.A. and Sergienko, L.V. (2010), “The influence of motions of
breeds of a roof on gas emission from goaf ”, Physical and technical problems of mining, no. 13, pp. 103 −
108.
4. Norel, B. K. (1982), Izmenenie mekhanicheskoy prochnosti ugolnogo plasta v massive [The change in
the mechanical strength of the coal seam in the array], Nauka, Moscow, SU.
5. Alekseev, A.D. (2010), Fizika uglya i gornykh protsessov [Physics of coal and mining processes],
Naukova Dumka, Kiev, UA.
6. Alekseev, A.D., Revva, V.N. and Ryazantsev, N.A. (1989), Razrusheniye gornykh porod v obyemnom
pole szhimayushchikh napryazheniy [Destruction of rocks in the volume field of compressive stresses],
Naukova Dumka, Kiev, SU.
7. Alekseev, A.D. and Nedodaev, N.V. ( 1982), Predelnoye sostoyaniye gornykh porod [Limit state of
rocks, Naukova Dumka, Kiev, SU.
8. Cherepanov, G. P. (1974), Mekhanika khrupkogo razrusheniya [Mechanics of brittle fracture], Nedra,
Moscow, SU.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Сергиенко Лиана Валерьевна, магистр, младший научный сотрудник отдела управления состоя-
нием горного массива, Институт физики горных процессов Национальной академии наук Украины
(ИФГП НАН Украины), Днепропетровск, Украина, sergienko@mail.ru.
Гладкая Елена Викторовна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, испол-
няющий обязанности заведующего отдела управления состоянием горного массива, Институт физики
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2015. №124
114
горных процессов Национальной академии наук Украины (ИФГП НАН Украины), Днепропетровск,
Украина, gladkaya_ev@mail.ru.
Молодецкий Андрей Владимирович, кандидат технических наук, научный сотрудник отдела
управления состоянием горного массива, Институт физики горных процессов Национальной акаде-
мии наук Украины (ИФГП НАН Украины), Днепропетровск, Украина, molodoy27@yandex.ru.
About the authors
Sergienko Liana V., Master of Sciences, junior Researcher in the department of control the state massif,
Institute of Physics of Mining Processes the National Academy of Sciences of Ukraine (NASU IPhMP),
Dnepropetrovsk, Ukraine, sergienko@mail.ru.
Gladkaya Elena V., Ph.D., Candidate of technical Science (Ph.D.), Senior Researcher, Performing
duties of Head of Department of control the state massif , Institute of Physics of Mining Processes the
National Academy of Sciences of Ukraine (NASU IPhMP), Dnepropetrovsk, Ukraine,
gladkaya_ev@mail.ru.
Molodetskyy Andrey V., Ph.D., Candidate of technical Science (Ph.D.), Researcher in the department of
control the state massif , Institute of Physics of Mining Processes the National Academy of Sciences of
Ukraine (NASU IPhMP), Dnepropetrovsk, Ukraine, molodoy27@yandex.ru.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. На основі експериментальних даних було проведено аналіз характеру й
механізму руйнування вугілля в умовах, що моделюють напружено-деформований стан по-
рушеного пласта-супутника при веденні очисних робіт. За допомогою установки
нерівнокомпонентного тривісного стиску (УНТС), яка дозволяє у трьох взаємно перпендику-
лярних напрямках створювати незалежні напруження, аналогічні по величині й напрямку в
гірському масиві, виконані механічні випробування вугілля різного ступеня порушенності.
Встановлено, що в об’ємному полі стискуючих напружень, не залежно від рівня та виду на-
пруженого стану, ступеня порушеності вугілля, при розвантаженні вуглепородного масиву в
пласті - супутнику утворюються деформації, співвідношення яких призводить до формуван-
ня виду деформаційного стану, що близький до узагальненого зсуву.
Ключові слова: вугілля, механічні характеристики, вид напруженого стану.
Abstract. Experimental data have been to analyze both nature and mechanism of coal breaking
in the context of modeling stress-and-strain state of a disturbed accompanying bed while mining. A
plant of inequicomponent three-axis compression (PITAC) allows development of independent
voltages (being similar in their value and direction within rock mass) in three mutually perpendicu-
lar directions has been used for mechanical tests of coal with various disturbance degrees. It has
been determined that within a three-dimensional field of compressing stresses irrespectively of level
and type of stress state as well as a degree of coal disturbance deformations are shaped within an
accompanying bed in the process of coal-bearing mass unloading. Ratio of the deformations results
in the development of the type of deformation state being close to generalized shift.
Key-words: coal, mechanical characteristics, type of stress state.
Статья поступила в редакцию 11.11.2015
Рекомендовано к печати д-ром технических наук Курносовым С.А.
mailto:gladkaya_ev@mail.ru
mailto:gladkaya_ev@mail.ru
|