Численное моделирование процессов сдвижения над короткими лавами с межлавным целиком
Наведено результати моделюванню процесів зрушення земної поверхні методом скінченних елементів над короткими очисними виробками, які розділені міжлавним целіком. Встановлено, що при зменшенні ширини целіка мульди зрушення починають більш інтенсивно перекриватися і на земній поверхні утворюється плос...
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2008
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15883 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Численное моделирование процессов сдвижения над короткими лавами с межлавным целиком / Ю.Н. Гавриленко, Е.О. Маланчук, И.В. Мотылев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2008. — № 3. — С. 52-60. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860058976407781376 |
|---|---|
| author | Гавриленко, Ю.Н. Маланчук, Е.О. Мотылев, И.В. |
| author_facet | Гавриленко, Ю.Н. Маланчук, Е.О. Мотылев, И.В. |
| citation_txt | Численное моделирование процессов сдвижения над короткими лавами с межлавным целиком / Ю.Н. Гавриленко, Е.О. Маланчук, И.В. Мотылев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2008. — № 3. — С. 52-60. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Наведено результати моделюванню процесів зрушення земної поверхні методом скінченних елементів над короткими очисними виробками, які розділені міжлавним целіком. Встановлено, що при зменшенні ширини целіка мульди зрушення починають більш інтенсивно перекриватися і на земній поверхні утворюється плоске дно. Максимальні осідання над целіком в першу чергу залежать від співвідношення ширини целіка до глибини розробки.
The results of modeling of the ground surface displacement processes with the finite element method over the short stope separated by the interfacial pillar are presented. Subsidence profiles begin to overlap more intensive by pillar width shrinkage and the flat bottom over the ground surface appears. Peak subsidences over the pillar depend at first on the correlation of the pillar width and the mining depth.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:03:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008
УДК 622.834.1
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
СДВИЖЕНИЯ НАД КОРОТКИМИ ЛАВАМИ С
МЕЖЛАВНЫМ ЦЕЛИКОМ
Гавриленко Ю.Н., Маланчук Е.О., Мотылев И.В.
(ДонНТУ, г. Донецк, Украина)
Наведено результати моделюванню процесів зрушення зем-
ної поверхні методом скінченних елементів над короткими очис-
ними виробками, які розділені міжлавним целіком. Встановлено,
що при зменшенні ширини целіка мульди зрушення починають
більш інтенсивно перекриватися і на земній поверхні утворю-
ється плоске дно. Максимальні осідання над целіком в першу чер-
гу залежать від співвідношення ширини целіка до глибини розро-
бки.
The results of modeling of the ground surface displacement
processes with the finite element method over the short stope sepa-
rated by the interfacial pillar are presented. Subsidence profiles begin
to overlap more intensive by pillar width shrinkage and the flat bot-
tom over the ground surface appears. Peak subsidences over the pillar
depend at first on the correlation of the pillar width and the mining
depth.
Уменьшение вредного влияния горных работ на объекты,
расположенные на земной поверхности достигается проведением
специальных мероприятий, которые именуют мерами защиты. В
отечественной и зарубежной практике применялись различные
меры защиты, в том числе и горные. Под горными мерами охра-
ны подрабатываемых сооружений и природных объектов пони-
мают специальные способы и последовательность ведения гор-
ных работ и управление горным давлением в одиночных пластах
52
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008
и свите пластов, обеспечивающие уменьшение деформаций зем-
ной поверхности в основании подрабатываемых объектов [1].
Горные меры защиты можно разделить, по нашему мнению,
на следующие группы по характеру уменьшения воздействия:
• уменьшение влияющей мощности:
o целики (вынимаемая мощность равна нулю);
o закладка выработанного пространства;
o частичная выемка по мощности.
• соответствующее расположение выработок относи-
тельно охраняемого объекта:
o отработка широким фронтом;
o гармоническая отработка;
o в обе стороны от разрезной печи;
o выемка угля в несколько этапов.
• оставление целиков между очистными выработками:
o камерная система разработки;
o бурошнековая выемка;
o система отработки короткими лавами с межлавными
целиками;
• варьирование скоростью подвигания очистного забоя
и временем отработки отдельных выработок.
С геомеханической точки зрения наиболее сложной и отно-
сительно малоизученной является система отработки короткими
лавами с межлавными целиками или частичная отработка по
площади. М.А. Иофис [2, 3] отмечает, что параметры выработок
и целиков подбираются методом последовательных приближений
на основе расчета сдвижений и деформаций по существующим
методикам. Однако принятые в настоящее время методики явля-
ются эмпирическими и базируются на данных наблюдений над
выработками, как правило, стандартных размеров (150–200 м).
В работе [4] приводятся примеры частичной выемки цели-
ков в Кузбассе. Но при этом размеры межлавных целиков прини-
мались величиной 10-12% от глубины разработки, исходя из
опыта определения междушахтных барьерных целиков.
Учитывая малую изученность данного вопроса было выпол-
нено моделирование процессов сдвижения толщи и земной по-
верхности над короткими лавами с разделяющими их целиком
53
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008
методом конечных элементов (МКЭ).
При частичной выемке по площади основная задача сводит-
ся к определению оптимальных размеров очистной выработки D
и ширины целика d (рис. 1). Данные параметры должны обеспе-
чивать получение на земной поверхности деформаций, не пре-
вышающих заданных величин.
Рис. 1. Короткие лавы с межлавным целиком
Для моделирования была создана расчетная схема, приве-
денная на рис. 2. Схема включает 3 горизонтальных угольных
пласта мощностью 1 м каждый, расположенные на глубинах
200 м (пласт 1), 300 м (пласт 2) и 400 м (пласт 3). Элементы ори-
ентировались параллельно напластованию. Размеры элементов по
вертикали составляли, в основном, 20 м. Горизонтальные разме-
ры элементов изменялись от 50 м на границах расчетной области
до 10 м в зоне расположения целиков.
Угольные пласты и углевмещающий породный массив
представлялись трансверсально изотропной средой со следую-
щими характеристиками:
• модули упругости yx EE = =1*107 кПа;
• коэффициенты Пуассона xyν = yxν =0,20;
• модуль сдвига =0,020*10xyG 7 кПа;
• объемный вес пород 25 кН/м3.
В соответствии с общим подходом к моделированию, кото-
рый был рассмотрен в работах [5, 6], по каждому пласту было
54
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008
выполнено 5 вариантов расчетов. Они отличались размерами
межлавного целика и размерами выработок.
Рис. 2. Расчетная схема и графики оседаний земной поверх-
ности при различных вариантах отработки пласта 3
(глубина 400 м)
В таблице показаны схемы этих расчетов и параметры вы-
работок и целика. В 1-м варианте размеры и выработок и целика
составляли 60 м; во 2 и 3-м вариантах на 10 м увеличивались
размеры каждой выработки и соответственно на 20 м уменьша-
55
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008
лась ширина целика. Четвертый вариант выполнен для анализа и
представляет собой очистную выработку суммарных размеров
без целика. В пятом и первом вариантах размеры выработок оди-
наковы, но они отличаются шириной целика.
Таблица
Характеристики вариантов расчета при моделировании
Номер
вариан-
та
Размер
целика,
м
Размер
вырабо-
ток, м
Схема
1 60 60
2 40 70
3 20 80
4 0 180
5 20 60
На рис. 2 в качестве примера приведены графики оседаний
земной поверхности при различных вариантах отработки пласта 3
на глубине 400 м.
Анализ этих графиков, а также графиков отработки двух
других пластов позволяет сделать следующие основные выводы:
1. Наличие целика даже небольшого размера (20 м) сущест-
венным образом уменьшают максимальное оседание на поверх-
ности.
2. При относительно больших размерах целика на поверхно-
сти выделяются две мульды сдвижений. С уменьшением ширины
56
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008
целика мульды начинают более интенсивно перекрывать друг
друга и на земной поверхности образовываться что-то наподобие
плоского дна (варианты 3 и 5). При отсутствии целика наличие
плоского дна при исследуемых параметрах выработок не наблю-
дается.
Для оценки степени влияния целиков для каждого варианта
расчета были вычислены соотношения mc ηη и 0ηηc ,
где – оседание над центром целика; cη
mη – оседание над центром короткой лавы;
0η – оседание над центром лавы общего размера без целика.
Графическое представление данных параметров иллюстри-
руется рис. 3.
Рис. 3. Величины оседаний земной поверхности, принятые
для анализа
Предварительный анализ факторов, от которых зависят эти
соотношения показал, что основным является отношение шири-
ны целика к глубине разработки – Hd .
На рис. 4 показан график зависимости отношения оседания
над целиком к оседанию над короткой лавой mc ηη от отношения
ширины целика к глубине разработки Hd . Он достаточно на-
дежно (с коэффициент корреляции 0,92) описывается линейной
функцией вида
H
d
m
c 49,11−=
η
η
. (1)
Из данной формулы следует, что при Hd =0,67 оседание
57
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008
над целиком будет равно нулю. Если принять граничный угол
равный 70°, что характерно для большей части Донбасса, то лавы
не должны взаимодействовать при ширине целика 0,72 Hd . Та-
кое небольшое расхождение (меньше 10%) может свидетельство-
вать о приемлемости формулы (1) для практических целей.
На рис. 5 показан график зависимости отношения 0ηηc осе-
дания над целиком к оседанию над лавой общего размера (т.е.
при отсутствии целика) от отношения ширины целика к глубине
разработки Hd . Его можно описать функцией следующего вида
λ
−
=⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
λ
−=
η
η
Hd
c e
H
dexp 1
0
, (2)
где λ – некоторый эмпирический коэффициент.
На основании анализа полученных результатов моделирова-
ния данный коэффициент составил 0,07, а среднее квадратиче-
ское отклонение фактических данных от функции (2) – 0,08.
Рис. 4. Зависимость отношения оседания над целиком к осе-
данию над короткой лавой mc ηη от отношения ши-
рины целика к глубине разработки
58
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008
ВЫВОДЫ
На основании выполненных исследований можно констати-
ровать следующее:
1. Моделирование методом конечных элементов с использо-
ванием трансверсально изотропной среды может использоваться
для установления качественных и количественных закономерно-
стей сдвижений земной поверхности при частичной выемке угля
по площади короткими очистными выработками с межлавными
целиками.
Рис. 5. Зависимость отношения 0ηηc оседания над целиком
к оседанию над лавой общего размера от отношения
ширины целика к глубине разработки
2. При относительно больших размерах целика на поверхно-
сти выделяются две мульды сдвижений. С уменьшением ширины
целика (при ширине целика менее 0,1 глубины разработки) муль-
ды начинают более интенсивно перекрывать друг друга и на зем-
ной поверхности образовываться плоское дно.
3. Оседания над целиком является функцией отношения ши-
рины целика к глубине разработки, а также величин оседаний над
короткой выработкой и выработкой суммарных размеров без це-
59
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 3, 2008
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 3, 2008
лика. Установленные зависимости должны быть проверены по
результатам натурных наблюдений за деформациями земной по-
верхности. Вместе с тем косвенное сопоставление позволяет уже
сейчас рекомендовать полученные формулы для практического
использования.
4. В дальнейшем целесообразно расширить моделирование
и уделить внимание следующим вопросам: увеличение глубины
расположение пластов; исследования систем, состоящих из не-
скольких целиков; изучение особенностей процессов сдвижения
при частичной выемке по площади в нескольких пластах свиты.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Гусев В.Н., Волохов Е.М. Сдвижение и деформации горных
пород / Санкт-Петербургский государственный горный ин-
ститут (технический университет). СПб., 2003. – 83 с.
2. Иофис М.А., Шмелев А.И. Инженерная геомеханика при под-
земных разработках.- М.: Недра, 1985. – 248 с.
3. Сдвижение горных пород при подземной разработке уголь-
ных и сланцевых месторождений.- М.: Недра, 1970.– 224 с.
4. Геомеханические аспекты сдвижения горных пород при под-
земной разработке угольных и рудных месторождений –
СПб., 2003. – 166 с.
5. Гавриленко Ю.Н. Математическое моделирование сдвижения
горных пород и земной поверхности в слоистом массиве
методом конечных элементов // Известия Донецкого горного
института. – 1997. - №1. – С. 87 – 93.
6. Гавриленко Ю.Н., Петрушин А.Г. Основные принципы моде-
лирования сдвижений и деформаций земной поверхности ме-
тодом конечных элементов // Наукові праці Донецького наці-
онального технічного університету, Серія гірничо-геологічна,
вип.62, Донецьк, ДонНТУ, 2003. – с. 100-114.
60
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-15883 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:03:23Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гавриленко, Ю.Н. Маланчук, Е.О. Мотылев, И.В. 2011-02-02T12:45:07Z 2011-02-02T12:45:07Z 2008 Численное моделирование процессов сдвижения над короткими лавами с межлавным целиком / Ю.Н. Гавриленко, Е.О. Маланчук, И.В. Мотылев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2008. — № 3. — С. 52-60. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15883 22.834.1 Наведено результати моделюванню процесів зрушення земної поверхні методом скінченних елементів над короткими очисними виробками, які розділені міжлавним целіком. Встановлено, що при зменшенні ширини целіка мульди зрушення починають більш інтенсивно перекриватися і на земній поверхні утворюється плоске дно. Максимальні осідання над целіком в першу чергу залежать від співвідношення ширини целіка до глибини розробки. The results of modeling of the ground surface displacement processes with the finite element method over the short stope separated by the interfacial pillar are presented. Subsidence profiles begin to overlap more intensive by pillar width shrinkage and the flat bottom over the ground surface appears. Peak subsidences over the pillar depend at first on the correlation of the pillar width and the mining depth. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Численное моделирование процессов сдвижения над короткими лавами с межлавным целиком Article published earlier |
| spellingShingle | Численное моделирование процессов сдвижения над короткими лавами с межлавным целиком Гавриленко, Ю.Н. Маланчук, Е.О. Мотылев, И.В. |
| title | Численное моделирование процессов сдвижения над короткими лавами с межлавным целиком |
| title_full | Численное моделирование процессов сдвижения над короткими лавами с межлавным целиком |
| title_fullStr | Численное моделирование процессов сдвижения над короткими лавами с межлавным целиком |
| title_full_unstemmed | Численное моделирование процессов сдвижения над короткими лавами с межлавным целиком |
| title_short | Численное моделирование процессов сдвижения над короткими лавами с межлавным целиком |
| title_sort | численное моделирование процессов сдвижения над короткими лавами с межлавным целиком |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15883 |
| work_keys_str_mv | AT gavrilenkoûn čislennoemodelirovanieprocessovsdviženiânadkorotkimilavamismežlavnymcelikom AT malančukeo čislennoemodelirovanieprocessovsdviženiânadkorotkimilavamismežlavnymcelikom AT motyleviv čislennoemodelirovanieprocessovsdviženiânadkorotkimilavamismežlavnymcelikom |