Разрушение пород в разгруженной зоне
Розглянуто змінення напружень та граничного опору порід на розрив у розвантаженій зоні. Наведені залежності визначення відстані, на якій виникає руйнування порід, вміщуючих виробку. The variation of stresses and limiting resistance of soils on a breaking in a unloading zone is reviewed. The dependen...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Дата: | 2003 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2003
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189846 |
| 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: | Разрушение пород в разгруженной зоне / Е.И. Кольчик, А.И. Демченко // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2003. — Вип. 6. — С. 130-137. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-189846 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кольчик, Е.И. Демченко, А.И. 2023-04-27T18:42:36Z 2023-04-27T18:42:36Z 2003 Разрушение пород в разгруженной зоне / Е.И. Кольчик, А.И. Демченко // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2003. — Вип. 6. — С. 130-137. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2664-1771 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189846 622.281.74 Розглянуто змінення напружень та граничного опору порід на розрив у розвантаженій зоні. Наведені залежності визначення відстані, на якій виникає руйнування порід, вміщуючих виробку. The variation of stresses and limiting resistance of soils on a breaking in a unloading zone is reviewed. The dependencies of definition of spacing interval are reduced, on which one there is a breaking down of soils containing a development. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Разрушение пород в разгруженной зоне The rocks failure in stress relief zone Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Разрушение пород в разгруженной зоне |
| spellingShingle |
Разрушение пород в разгруженной зоне Кольчик, Е.И. Демченко, А.И. |
| title_short |
Разрушение пород в разгруженной зоне |
| title_full |
Разрушение пород в разгруженной зоне |
| title_fullStr |
Разрушение пород в разгруженной зоне |
| title_full_unstemmed |
Разрушение пород в разгруженной зоне |
| title_sort |
разрушение пород в разгруженной зоне |
| author |
Кольчик, Е.И. Демченко, А.И. |
| author_facet |
Кольчик, Е.И. Демченко, А.И. |
| publishDate |
2003 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физико-технические проблемы горного производства |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
The rocks failure in stress relief zone |
| description |
Розглянуто змінення напружень та граничного опору порід на розрив у розвантаженій зоні. Наведені залежності визначення відстані, на якій виникає руйнування порід, вміщуючих виробку.
The variation of stresses and limiting resistance of soils on a breaking in a unloading zone is reviewed. The dependencies of definition of spacing interval are reduced, on which one there is a breaking down of soils containing a development.
|
| issn |
2664-1771 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/189846 |
| citation_txt |
Разрушение пород в разгруженной зоне / Е.И. Кольчик, А.И. Демченко // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2003. — Вип. 6. — С. 130-137. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kolʹčikei razrušenieporodvrazgružennoizone AT demčenkoai razrušenieporodvrazgružennoizone AT kolʹčikei therocksfailureinstressreliefzone AT demčenkoai therocksfailureinstressreliefzone |
| first_indexed |
2025-11-25T22:29:34Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:29:34Z |
| _version_ |
1850564018525175808 |
| fulltext |
У ДК 622.281.74
РА ЗРУ Ш Е Н И Е П О РО Д В РА ЗГ РУ Ж Е Н Н О Й ЗО Н Е
к.т.н. К ольчи к Е.И. (ИФ ГП Н АН Украины), инж. Д ем ченко А.И. (шахта
".Красноармейская-Западная № 1")
Розглянуто змшення напружень та граничного опору пор1д на розрив у
розвантаженш зош. Наведет залежностс визначення в'сдстанс, на якш виникае
руйнування пор1д, вмщуючих виробку.
Т Н Е К О С К 8 Р А 1Ы Ж Е IX 8 Т К Е 8 8 КЕ1ЛЕЕ 2<Ж Е
Ко1сЫк ЕЛ. апс! П етсЬ епко АЛ.
ТИе шпаИоп о / з1геззез апсI ИтШп% гешШпсе о/зоИз оп а Ьгеактд т а ип-
1оасИп& гопе и гессеыес/. Тке дерепдепс1ез о/- дерпШоп о / зраст% т1егуа/ аге ге-
дисед, оп ыЫск опе 1Неге и а Ъгеакт% доып о/зоИ з соп1амш% а АеуеЬртеШ.
За последние 20 лет на угольных шахтах широкое распространение
получило анкерное крепление горных выработок. Так, в Австралии анкер
ной крепью закреплено до 87% выработок от общей их протяженности, в
КНР - до 83%, в СШ А - до 52%, а в Великобритании - до 41% [1].
На шахтах Украины объем применения анкерного крепления очень
мал и составляет всего 0,15% от общей протяженности горных выработок.
Малый объем внедрения анкерного крепления в нашей стране объясняется
в основном тем, что не на всех шахтах и не на всех пластах возможно его
применение. Так, на шахтах Павлоградско-Петропавловского, Красноар
мейского и Донецко-М аксевского районов Донбасса в 9О1 годы прошло
го столетия разрабатывалось 243 шахтопласта. Из них только 10 шах-
топластов имеют устойчивую непосредственную кровлю (таблица 1 ).
Таблица 1. Распределение шахтопластов по категориям устойчиво
сти пород их непосредственной кровли и почвы.
№
п/п
Категория пород Количество шахтопластов шт.
Доля шахтопластов от общего количества, %
Непосредственная
кровля
Непосредственная поч
ва
1 Устойчивые 1 0 30
4,1 12,4
2 Средней устойчивости 87 125
35,9 51,4
3 Неустойчивые 133 8 8
54,7 36,2
4 Весьма неустойчивые 13
5,3
130
146 шахтопластов (60,0% от общего количества) имеют неустойчивую и
весьма неустойчивую непосредственную кровлю. С устойчивой непосред
ственной почвой отрабатывалось 30 шахтопластов (12,4%), а с неустойчи
вой почвой 8 8 шахтопластов (36,2%).
Практически все шахтопласты имеют ложную кровлю (табл.2). Так,
на 46 шахтопластах (18,9% от общего количества) распространение лож
ной кровли достигает 75% и более площади пласта, а на 135 шахтопластах
(55,6%) - 25% площади.
В основной кровле большинство шахтопластов залегают легко и
средне обрушающиеся породы. Доля таких шахтопластов составляет, со
ответственно 30,4 и 51,5% (табл.З). С трудно и весьма трудно обрушаю-
щейся кровлей разрабатывалось всего 44 шахтопласта (18,1%).
Из вышеизложенного видно, что на большинстве шахтопластов при
менение анкерного крепления не возможно. Однако, несмотря на наличие
большого количества шахтопластов со слабыми боковыми породами пол
ностью исключать этот способ поддержания выработок нельзя. Для усло
вий, при которых возможно применение анкерного крепления, необходимо
выполнять технико-экономическое сравнение вариантов способов поддер
жания выработок, и принимать к реализации наиболее экономичный.
Таблица 2. Распределение шахтопластов по распространению лож
ной кровли.
Показатели Распространение ложной кровли по
площади шахтопласта,%
Всего
до 25 26 ...50 51...75 более 75
Количество шахтопла
стов, шт.
135 55 7 46 243
Доля шахтопластов от
общего количества, %
55,6 2 2 , 6 2,9 18,9 1 0 0
Таблица 3. Распределение шахтопластов по обрушасмости основной
кровли.
Показатели
Тип основной кровли
Всего
Легко
обрушаю-
щаяся
Средне
обрушаю-
щаяся
Трудно
обрушаю-
щаяся
Весьма
трудно
обрушаю-
щаяся
Количество шах
топластов, шт.
74 125 36 8 243
Доля шахтопла
стов от общего ко
личества, %
30,4 51,5 14,8 3,3 1 0 0
131
Кроме результатов технико-экономического сравнения вариантов
необходимо знать механизм взаимодействия вида крепи с горным масси
вом и величину смещения пород.
Известно, что на устойчивость выработок основное влияние оказы
вает напряженное состояние горного массива. С увеличением напряженно
го состояния горного массива происходит рост зоны неупругих деформа
ций вокруг выработки. Образование зоны неупругих деформаций приводит
к увеличению объема пород, находящихся в ней, за счет появления трещин
и разрушения пород. Увеличение объема пород приводит к уменьшению
площади поперечного сечения выработки и полому крепи. Поэтому, при
выборе параметров горных выработок необходимо учитывать параметры
зоны разрушения пород в горном массиве. Для повышения устойчивости
выработок необходимо использовать такие типы крепи, которые снижают
развитие зоны неупругих деформаций.
При решении задач о напряженном состоянии и деформируемости
пород использовались прямоугольная, цилиндрическая и сферическая сис
темы координат [2]. Компоненты напряженного состояния горного масси
ва в указанных системах координат приведены на рисунке 1 .
Наиболее простым является упругое решение о перераспределении
естественного напряженного состояния вокруг выработки. С целью упро
щения задача решается для круглого сечения выработки. Согласно теории
упругости г орная порода принимается как однородная среда, описываемая
законом Гука. В плоской постановке задача сводится к решению вопросов
распределения напряжений вокруг отверстия в тонкой пластине.
На рисунке 2 представлена расчетная схема для данного случая, где
к - коэффициент концентрации напряжений (к = 0 . . . 1 ); у - объемная плот
ность горных пород; Н - глубина разработки; 1 - расстояние до рассматри
ваемой точки; г - радиус выработки; а,; ст0 - константы составляющих на
пряженного состояния, соответственно, радиальная и тангенциальная.
Величина этих напряжений может быть определена по формулам [3]:
( \ + Х)уН .. г 2 ( \ - Л )уН 3г 4 4 г \
” а + - г - - р ) с * 2 в ш о )
( \ + Л ) )Н .л г 2 ( \ - Л ) у Н /л З г \а д ='- - ^ —(1 + — )+'- -П— (\ + -— ) СОз2в, (2 )
где X - коэффициент бокового распора, X. = 0 1 .
При гидростатическом поле естественно напряженного состояния
(А. = 1 ) они принимают следующий вид:
г 2а г = уН (1-— ), (3)
(7в =уН (\+ Г— ), (4)
132
Рис.1. Компоненты напряженного состояния: а - в прямоугольной системе
координат; б - в цилиндрической системе координат; в - в сферической
системе координат.
л
У х
133
"► X
ах=куН
Рис.2. Расчетная схема для решения задачи о распределении напряжений
вокруг выработки.
Однако, решение задачи в упругой постановке для горных пород не
приемлемо, поскольку в них протекают еще и упруго-пластические де
формации [3].
Исследования по разрушению хрупких тел показали, что условие их
разрушения может быть описано в виде [4, 5]
ст. + -СТр (/с Т 2 /+ /< ТЪ О-= (Ур .п р .> (5)
где ст(; а 2; сг3 - компоненты главных напряжений, МПа;
стр - сопротивление пород растяжению, МПа;
стсж - сопротивление пород сжатию, МПа;
Стр ,,?, - предельное сопротивление пород на разрыв в массиве, МПа.
В результате выполненных по (5) расчетов для условий шахты
«Красноармейская-Западная» №1 установлено, что предельное сопротив
ление пород на разрыв (а сж = 50 МПа; Н = 800 м) зависит от протяженно
сти разгруженной зоны и описывается уравнением
сТр.пр. = 0,05+1,05Х°8, (6)
где Стр.пр. - предельное сопротивление пород на разрыв в долях от уН;
X - расстояние от кромки породного массива в долях от протяжен
ности разгруженной зоны (1р).
134
Напряжения в разгруженной зоне при X = 1 изменяются от 0 до уН и
могут быть описаны уравнением
где N - напряжения в долях уН.
Условие неразрушаемости породы в зоне разгрузки может быть опи
сано выражением
где стэт - напряжения, создаваемые отпором пород от выработки до рас
сматриваемой точки, МПа;
а - напряжения, действующие со стороны массива, МПа.
Найдем точку А (рис.З) в боку выработки, удаленную на расстояние
Х 1 от нее, в которой разрушение не будет происходить. Для этого проин
тегрируем выражение (7) для левой и правой частей уравнения (8 )
где Ыэт - напряжения отпора пород в долях от уН;
Ы„ - напряжения, действующие со стороны массива в долях от уН.
Вычисленные для левой и правой частей уравнения (8 ) по выраже
ниям (9) и (10) значения приведены на рис.4, из которого видно, что на
расстоянии Х>Х| разрушение породы не произойдет. Точка пересечения
(7)
о„>а (8)
( 10)
(9)
а
уН
Рис.З. Схема к решению условия не разрушаемости пород.
135
кривых 1 и 2 характеризует предельное состояние пород на расстоянии X,
от выработки (рис.4, точка А). При значениях Х<0,62 1р породы в данных
условиях разрушатся. С учетом роста предельного сопротивления пород на
разрыв расстояние Х| уменьшается. Для рассмотренных условий оно
уменьшается на 0,05 1р (рис.4, точка Б).
Рассмотренное условие разрушения пород (8 ) не учитывает влияние
отпора крепи. С учетом этого влияния разрушение произойдет, если
Сток + Стог + (Триест, (11)
где а ок - отпор крепи выработки, МПа.
В случае использования анкерной крепи (рис.5) непосредственная
кровля усиливается за счет ее «подшивки» к основной кровле [6 ], и оценку
ее по условию разрушения можно производить по выражению (11). При
этом о от будет характеризоваться несущей способностью анкерного креп
ления.
Основная кровля испытывает в данном случае большую нагрузку,
чем при рамном креплении выработки. Условие разрушения основной
кровли в местах заделки анкера будет описываться выражением
а ( / а 2 /+ /ст ъ /)
с^ ̂ + ° н , * ° РпР.. (12)
где стнк - напряжения, создаваемые весом непосредственной кровли и
анкерной крепью, МПа.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 X
Доли от 1р
Рис.4. Схема к определению точки разрушения пород: 1,2,3 - кривые, ха
рактеризующие рост отпора пород, изменение напряжений со стороны
массива и рост отпора пород с учетом предельного сопротивления на раз
рыв, соответственно.
136
Рис.5. Схема крепления выработки с помощью анкеров, где 1 - выработка;
2 — непосредственная кровля; 3 - анкер; 4 - основная кровля.
Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. При выборе сравниваемых типов крепи необходима проверка
разрушаемости пород по условиям ( 1 1 ) и ( 1 2 ).
2. Выбор способа крепления выработок необходимо производить
на основании технико-экономического сравнения вариантов.
3. Использование предлагаемого метода оценки пород по разру-
шасмости позволит более обоснованно применять рациональ
ную крепь для поддержания горных выработок.
С П И С О К Л И Т Е РА Т У РЫ
1. Терещук Р.М. Обгрунтування параметр! в анкерного кр!плення
каштальних похилих виробок в умовах шахт ДХК
“Доброш ллявуплля” . - автореферат дисертацн на здобуття ученого
ступеня канд.техн.наук. - Дншропетровськ: 2002,-17с.
2. Боклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. - Недра. -
М.:1975.-272с.
3. Троллоп Д.Х., Бок X., Бест Б.С., Уоллес К., Фултон М.Дж. Введение в
механику скальных пород. - Мир,- М.: 1983.-276с.
4. Леонов М.Я. Механика деформаций и разрушения. - Фрунзе: Илим,
1987.-278с.
5. Нагда Ю.А., Солодовская В.Г. Неупругие деформации и разрушение
горных пород. - Деформирование и разрушение горных пород. -
И лим.-Биш кек: 1990, с.253-257.
6 . Касьян М.М. Геомехашчш основи управлшня зоною зруйнованих
порщ навколо виробок для забезпечення Тх стш косп на великих
глибинах. - автореферат дисертацп на здобуття наукового ступеня
докт.техн. наук. - ДонНТУ. - Донецьк: 2002. - 35с.
137
|