Оценка степени влияния водных растворов ХАВ на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов
В настоящей работе приводятся результаты определения зоны отжима и влияние на ее размеры водных составов ХАВ с использованием результатов натурных и лабораторных исследований с применением установки объемного неравнокомпонентного нагружения, позволяющей моделировать процесс деформирования горных пор...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Datum: | 2001 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2001
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189751 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Оценка степени влияния водных растворов ХАВ на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов / Г.П. Стариков, В.И. Чистоклетов, А.Д. Меляков // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2001. — Вип. 3. — С. 125-131. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-189751 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Стариков, Г.П. Чистоклетов, В.И. Меляков, А.Д. 2023-04-21T15:18:59Z 2023-04-21T15:18:59Z 2001 Оценка степени влияния водных растворов ХАВ на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов / Г.П. Стариков, В.И. Чистоклетов, А.Д. Меляков // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2001. — Вип. 3. — С. 125-131. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2664-17716 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189751 622.831 В настоящей работе приводятся результаты определения зоны отжима и влияние на ее размеры водных составов ХАВ с использованием результатов натурных и лабораторных исследований с применением установки объемного неравнокомпонентного нагружения, позволяющей моделировать процесс деформирования горных пород и оценивать прочностные и деформационные свойства исследуемых материалов. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Оценка степени влияния водных растворов ХАВ на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Оценка степени влияния водных растворов ХАВ на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов |
| spellingShingle |
Оценка степени влияния водных растворов ХАВ на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов Стариков, Г.П. Чистоклетов, В.И. Меляков, А.Д. |
| title_short |
Оценка степени влияния водных растворов ХАВ на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов |
| title_full |
Оценка степени влияния водных растворов ХАВ на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов |
| title_fullStr |
Оценка степени влияния водных растворов ХАВ на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов |
| title_full_unstemmed |
Оценка степени влияния водных растворов ХАВ на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов |
| title_sort |
оценка степени влияния водных растворов хав на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов |
| author |
Стариков, Г.П. Чистоклетов, В.И. Меляков, А.Д. |
| author_facet |
Стариков, Г.П. Чистоклетов, В.И. Меляков, А.Д. |
| publishDate |
2001 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физико-технические проблемы горного производства |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| format |
Article |
| description |
В настоящей работе приводятся результаты определения зоны отжима и влияние на ее размеры водных составов ХАВ с использованием результатов натурных и лабораторных исследований с применением установки объемного неравнокомпонентного нагружения, позволяющей моделировать процесс деформирования горных пород и оценивать прочностные и деформационные свойства исследуемых материалов.
|
| issn |
2664-17716 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189751 |
| citation_txt |
Оценка степени влияния водных растворов ХАВ на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов / Г.П. Стариков, В.И. Чистоклетов, А.Д. Меляков // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2001. — Вип. 3. — С. 125-131. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT starikovgp ocenkastepenivliâniâvodnyhrastvorovhavnaformirovaniezonyotžimapriotrabotkevysokopročnyhantracitov AT čistokletovvi ocenkastepenivliâniâvodnyhrastvorovhavnaformirovaniezonyotžimapriotrabotkevysokopročnyhantracitov AT melâkovad ocenkastepenivliâniâvodnyhrastvorovhavnaformirovaniezonyotžimapriotrabotkevysokopročnyhantracitov |
| first_indexed |
2025-11-26T16:58:26Z |
| last_indexed |
2025-11-26T16:58:26Z |
| _version_ |
1850763735669407744 |
| fulltext |
УДК 622.831
ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ВЛИЯНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ХАВ НА
ФОРМИРОВАНИЕ ЗОНЫ ОТЖИМА ПРИ ОТРАБОТКЕ
ВЫСОКОПРОЧНЫХ АНТРАЦИТОВ
к.т.н. Стариков Г.П. (ОФТГП ДонФТИ НАНУ), икж Чистохле-
тов В.И. (ГХК "Октябръуголь"), ннж Меляков А.Д. (ОФТГП Д он
ФТИ НАНУ)
В работах [1,2] установлено, что наибольшее влияние на
прочностные и деформационные свойства высокопрочностных ач
трацитов оказывают водные растворы химически-активных ве
ществ (ХАВ), в частности щавелевая кислота и бихромат натрия. С
точки зрения геомеханических процессов, протекающих в приза
бойной зоне пласта, целесообразно оценить степень их влияния на
формирование зоны опорного давления, движущуюся впереди очи
стного забоя с учетом зоны отжима Под зоной отжима следует по
нимать краевую часть пласта у обнажения, где деформации проис
ходят па падаюшем участке кривой разгрузки. Это связано с тем
фактом, что применительно к условиям отработки пластов высоко
прочных антрацитов ( > 30 МПа) с низкими деформационными
свойствами, обусловленных их химической структурой, где напря
жения на кромке пласта не превышают его прочности, несмотря на
влажность в угле в пределах 2,5 - 3,5 %, этот параметр составляет
1 0 -2 0 % от мощности пласта. Целенаправленное управление вели
чиной отжима обеспечит решение целого ряда технологических за
дач, в том числе, снижение энергоемкости разрушения угля и соот
ветственно улучшение гранулометрического состава, а также улуч
шение состояния вмещающих пласт пород кровли и почвы.
Этой проблеме посвящено значительное количество работ [3-
8], однако практическое использование их затруднительно, по
скольку, входящие в структуру расчетных формул показатели, либо
физически не обоснованы, либо требуют значительных лаборатор
ных и натурных исследований.
В настоящей работе приводятся результаты одре деления зо
ны отжима и влияние на ее размеры водных составов ХАВ с ис
пользованием результатов натурных и лабораторных исследований
с применением установки объемного неравнокомпонентного на-
хружения, позволяющей моделировать процесс десЬормирования
горных пород и оценивать прочностные и деформационные свой
ства исследуемых материалов. Наиболее корректное решение по
определению юн опорного давления приведено н работе [9]. Следу
ет отметить, что в отличие от авторов работы [9], ассоциирующих
125
зависимость о-, = ] { а ) как предельное и запредельное состояние
призабойной части угольного пласта, мы считаем, что данная зави
симость характеризует предельное состояние, формирующееся в
результате разгрузки пласта и вмещающих пород.
На рис 1 приведена схема, характеризующая структуру зоны
опорного давления. С учетом этой схемы расстояние от поверхно
сти очистного забоя до максимума горного давления определяется
по формуле
0,5 т
КЗау,*/^)1
« - 0,%| — ;— — | А", |
6
т ,
где <усж /[ И/) прочность угля на одноосное сжатие, МПа,
А'1 - коэффициент интенсивности напряжений, соответст
вующий геометрии выработки
А , = я у , ^0,5яХй ;
1(Р] - нормирующая функция,
а,н - величина горного давления, МПа,
т - мощность пласта, м;
ЛЪ - размер выработки, в месте определения зоны опорного
давления, м.
Рис. 1. Схема, характеризующая структуру зоны опорного
давления
126
Напряжение в зоне опорного давления равно
т
где ОоТ - величина зоны отжима, м.
Как следует из приведенных формул, наряду с использовани
ем геометрических характеристик, определяющих параметры зоны
опорного давления, требуются дополнительные сведения о физико
механических и прочностных свойствах угля. Учитывая структуру
формул и однозначность используемых параметров рассчитать за
висимость (г1 -- / (о) не представляет большой сложности. Основную
проблему, которую необходимо решить при определении глубины
01 жима, это установление пороговых значений гц на кривой раз
грузки. связанных с разрушением угля Фактически для оц< нки
значений о; требуется привлечение одной из теорий прочности.
Анализ теорий прочности приведенный в работе [10] показывает,
что для горных пород в условиях объемного неравнокомионентного
нагружения наиболее приемлемой является пятая теория прочно
сти (Губерта Генки, Мизеса), основанная на определении энерготъ
ческих показателей. Условие разрушения выполняется в случае
Превышения работы формоизменения (А,) над работой изменения
объема (А„) т. е. А( > А„.
Работа формоизменения и работа изменения ооъема рассчи
тываются по формулам
Для получения необходимых данных на установке трехосного
нагружения были проведены исследования по определению упру
гих и прочностных свойств горных пород и угля в условиях пре
дельных нагрз зок и разгрузки, применительно к горно-
геологическим и технологическим условиям залегания и отработки
пласта - “Наталья”. Для этих углей образцы антрацита пласта ку
бической формы с размером ребра фан и 60 мм нагружались по
программ, <Т| * аг * , где ст^-КуН, п2 = —— КуН, ст, = асж) {№ ),
1 - V
V - коэффициент Пуассона.
Коэффициент концентрации напряжений К рассчитывался
по формуле [6]
АV 12 С
127
(ТуН I,. Л)
Программа нагружения выполнялась в два этапа. На первом
этапе формировалось предельное напряженное состояние, кон гро-
лем которого являлось появление растягивающих деформаций по
линии стз. На втором этапе величина а з снижалась до нуля с фикса
цией начала разрушения и остаточной прочности у г,ля Результаты
испытаний образцов с естественным содержанием влаги увлаж
ненных водой и различными типами ХАВ приведены на рис. 2 в
виде зависимостей интенсивности напряжений (а.) от интенсивно
сти деформаций (ы) и отношения > наиболее полно характери
зующих механизм разрушения угля сдвигом.
Анализ полученных зависимостей показывает, что водные
растворы ХАВ снижают предельную и остаточную прочность углей
О/
1200
1000
800
600
400
200
0
0 20 40 60 80 100
►
0 0.6 1,2 1,8 2,4 3,0
Рис. 2. Результаты испытаний образцов:
1 - образцы с естественной влажностью (\\;е = 2,5 %, <тост -
25,7 МПа)
2 образцы увлажненные водой (IV = 4,5 %, аост= 19,5 МПа)
3 - образцы обработанные 2 % раствором щавелевой кисло
ты САХ) = ’АГе + 2,47 %, аост = 18,2 МПа)
4 - образцы обработанные 1 % раствором бихромат натрия
ОЛЮ - \Уе ■+ 2,75 %, аост = 17,9 МПа).
128
а , М П а
Рис 3. Формирование юны отжима в зависимости от со
держания в угле адсорбированных сред:
1 сг, = /(о) для угля с естественной влажностью 'А/ = 2,5 %;
2 - сг, = / (а) для угля увлажненного водой \У = 4,5 %;
3 - су = /(и) для угля обработанного 2 % раствором щавеле
вой кислоты \У = XVе + 2,47 %;
4 - сГ[ — / (а) для угля обработанного 1 % раствором бихромаг
натрия IV = \Уе + 2,75 %;
в 1,5 - 1,7 раза, при этом сдвиговые деформации приводят к на
А г
рушению сплошности (повреждаемости) образцов при - > 2
Л
Сравнительная оценка параметров зоны о~жима и влияния
на них водных растворов ХАВ производилась графическим по
строением (рис. 3) и аналитическим расчетом (табл. 1).
Графическое пси тпоение производилось следующим образом.
Первоначально были построены зависимости оу = / (а ) , а затем по
результатам лабораторных исследований определено критическое
значение су, характеризующее по критерию прочности разрушение
угля Пересечение кривых 1, 2, 3, 4 с линией разрушения (су = 50
МПа) определило глубину зоны отжима. Аналогично была получена
аналитическая формула определения величины зоны отжима (а,т)
при совместном ре шении двух уравнений, определяющих сфорчи
ровавшееся напряженное состояние и напряжение разрушения
129
Таблица 1 Аналитический рагчет параметром зоны отжима
Напряже
ние на
кривой
разгрузки
АГпри — > 2
А
Геомс[рические характери
стики призабойной зоны и
физико-механические свой
ства угля и кровли пласта
Расчетные
значения па
раметров зо
ны опорного
давлешгя
Фактиче
ское от
ношение
величины
отжима
углян,
м
Хо,
м
(Тсж,
МПа
К ,
МПа
IV,
%
а,
м
&от}
м
Псп 1 = 5,0 460 200 32 203,7 2,50 1,88 0,20 0,15 - 0,2
Оср 2 = 5,0 460 200 23 203,7 4,50 2,24 0,53 -
Оср з = 5,0 460 200 20 203,7 2,47 2,76 0,72 -
оСр 4 5,0 460 200 18,2 203,7 2,75 2,86 0,85 -
при — >2 и опорной зоне. Величину зоны отжима следует опре-
Ау.
целят* по формуле
'-г Ч у- «
1,3-оу„.
Полученные результаты, приведенные в табл. 1 и на рис. 3,
показывают, что зоной отжима можно \ правлять за счет увлажне
ния уюльного массива водными растворами ХАВ в режиме фильт
рации. Длина зоны отжима может увеличиват ься в среднем до 0,80
м и близка к размерам исполнительного органа добычных комбай
нов. Критерием достоверности результатов являются практически
близкие значения данных шахтных замеров размеров зоны отжи
ма, формирующейся в призабойной части пласта с естественным
содержанием влаги в угле в пределах 2 - 2,5 %, с расчетными. Ко
тестненно, что предлагаемый метод оценки размеров зон отжима
носит в большей степени качественный характер, но тем не менее
может позволить разработать технологтгческие параметры способа
увлажнения высокопрочных антрацитов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Стариков Г.П., Чистоклетов В.И., Шевченко Л.В. Физико
химический способ снижения прочности высокометаморфгзо-
ванных углей // Физике технические проблемы горного произ
водства. Вып. 2, Донецк., 1999. с. 10 - 13.
2. Г.П. Стариков., А.В. Шевченко, В.И Чистоклетов. Изменение
механических свойств антрацитов под влиянием водных рас-
130
1 воров химичес ки-акливных веществ. // Геотехническая меха
ника. Вып. 27, Днепропетровск, 2001. - с. 15 -19.
3. Аршапа В.Г., Осипов С.Н. Упругие свойстна углей и безопас
ность подземной разраоотки. Киев. - Техника, 1979, 159 с.
4. Мурашов В.Н. Исследование перемещения зон опорного давле
ния впереди выработок на сухих и предварительно увлажнен
ных участках. В кн Проявление горного давления на увлаж
ненных угольных пластах. М. Недра, 1968, с. 48.
5. Якоби О. Практика управления горным давлением. М., Недра
1987 - 566 с.
6. Ходот В.В. Внезапные выбросы угля и газа. ГНТИ, Москва,
1961, 362 с.
7. Баренблн! Г.И., Хрнстианович С.А. Об обрушении кровли при
горных вьшаботках. - Изв. АН СССР, отн, 1955, № 11, с. 73 - 86.
8. Кузнецов С.В. Об управлении кровлей горной выработки. - В
кн. Математические методы в горном деле. Новосибирск. Нау
ка, 1969,33 - 60.
9. Петухов И. М., Линьков А.Ш Механика горных ударов и выбро
сов. М., Недра, 1983, 280 с.
10. Алексеев А.Д., Недодаев Н.В. Предельное состояние горных по
род. Киеп: Наукова думка 1982, - 200 с.
131
|