Особенности механизма деформаций угольного пласта в зоне влияния очистных работ
Розглянуто механізм деформацій вугільного шару в зоні впливу очисного вибою. Наведено аналітичне рішення визначення розмірів зони зруйнованого вугілля в крайовій частині шару. Mechanism of coal layer deformations in the influence zone of breakage face is considered. Analytical decision of area size...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Дата: | 2005 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2005
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/190015 |
| 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: | Особенности механизма деформаций угольного пласта в зоне влияния очистных работ / И.В. Антипов, Д.В. Щербинин, Р.В. Дегтярь // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 104-110. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859625411429793792 |
|---|---|
| author | Антипов, И.В. Щербинин, Д.В. Дегтярь, Р.В. |
| author_facet | Антипов, И.В. Щербинин, Д.В. Дегтярь, Р.В. |
| citation_txt | Особенности механизма деформаций угольного пласта в зоне влияния очистных работ / И.В. Антипов, Д.В. Щербинин, Р.В. Дегтярь // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 104-110. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физико-технические проблемы горного производства |
| description | Розглянуто механізм деформацій вугільного шару в зоні впливу очисного вибою. Наведено аналітичне рішення визначення розмірів зони зруйнованого вугілля в крайовій частині шару.
Mechanism of coal layer deformations in the influence zone of breakage face is considered. Analytical decision of area size determination of blasted coal inlayer regional part is giving.
|
| first_indexed | 2025-11-29T11:03:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика горных процессов на больших глубинах
У Д К 622.834:622.26
О С О Б Е Н Н О С Т И М Е Х А Н И ЗМ А Д Е Ф О Р М А Ц И Й У Г О Л Ь Н О ГО
П Л А С Т А В ЗО Н Е ВЛ И Я Н И Я О Ч И С Т Н Ы Х РА Б О Г
д.т.н . А нтипов И В. (ИФГП Н АН Украины), инж. Щ ербинин Д .В .
(ДонУГИ), к.т.н. Д егтярь Р.В. (ИФГП НАН Украины)
Розглянуто механгзм деформацп, вугтьного шару в зон! впливу очисного
вибою. Наведено аналгтичне решения визначення розмгргв зоны зруйнованого ву-
гшля в крайовш частит шару.
Г Е А Т 1Ж Е 8 О Р С О А Ь Ь А У ЕК О ЕРО КМ АТ1СЖ8 1К Т Н Е ЕЧГШ ЕМСЕ
2,014Е О Р 8ЕССЖ О \УОКК1!ЧС
А п(уроу 1.У., 8сЬ егЫ пт О.У., О едЦ аг К.У.
МесНатзт о/сои! 1ауег Ае/огтаНот т !ке т/1иепсе ю пе о / Ьгеакау,е/асе гг
сопз1бегеЛ. Апа1уНса1 <Аес1$10п о / агеа зг:е с1е(егт1паИоп о / Ыа$1е<1 соа1 1п1ауег ге-
Допа1 раг( гг
При сдвижении пород горного массива впереди очистного забоя
формируются три зоны напряженно-деформированного состояния: зона
разрушенного угля, зона повышенной концентрации напряжений и зона
геостатических напряжений в массиве вне области влияния очистных ра
бот [1-5].
В зоне повышенной концентрации напряжений создаются условия,
предопределяющие поведение пород и их устойчивость на концевых уча
стках лав и сопряжений с подготовительными выработками.
В результате сдвижения пород кровли происходят отслаивание и за
висание кровли, а также опускзние пород по плоскостям трещин в выра
ботанное пространство, образовавшихся в результате выемки угля. По
этим трещинам происходит опускание кровли отдельными призмами, ко
торые могут удерживаться от обрушения силами трения на контактах их
боковых граней [6-9].
В необрушенных породах кровли, угольном пласте и его почве под
влиянием оседания пород происходят изменения зон напряженного со
стояния, размеры которых зависят от строения и свойств вмещающих по
род, угольного пласта и горно-технических факторов.
В угленосной толще пород прослеживается граница, разделяющая
зоны упругих и неупругих деформаций [10-15]. Так, в зоне упругих де
формаций свойства пород угленосной толши сохраняются в исходном со
стоянии. Зона неупругих деформаций пород разбита системой взаимно пе
ресекающихся трещин скольжения, вдоль которых происходит взаимное
перемещ ение породных блоков. В ес пород, зависших над выработанным
пространством в зоне упругих деформаций, передается на краевую часть
104
Физика горных процессов на больших глубинах
угольного пласта и обуславливает повышенные концентрации напряжений
впереди очистного забоя. В зоне повышенной концентрации напряжений,
величина которых в несколько раз превышает геостатические напряжении,
краевая часть пласта угля переходит постепенно в пластическое состояние
и дону разрушенного угля.
При расположении начала координат на границе зоны разрушенного
угля, граница зоны раздела упругих и неупругих деформаций описывается
равнением:
т е а - величина пролета кровли, м;
а а ] Ч- 23р у,
а г расстояние между задним целиком и забоем, м;
8РУ- размер зоны разрушенного угля, м;
Ь- максимальная высота зоны неупругих деформаций:
. „ ' /?
I де гср - показатель удельной прочности пород, м .
Физический смысл показателя удельной прочности породы одного
петрографического состава определяется выражением:
где стр1 - предел прочности г того слоя породы на растяжение, Па;
у, - плотность 1-того слоя породы, кН/м3.
Прочность пород угольной толщи увеличивается с увеличением сте
пени метаморфизма углей. Характер изменения прочности пород толщи в
зависимости от степени метаморфизма угленосных отложений и глубины
разработки представлен на рис. 1.
При подвигании забоя, когда величина пролета становится равной:
где Н — глубина разработки, м.
Обрушение пород в выработанном пространстве достигает поверх
ности, и над задним целиком и угольным забоем образуются идентичные
консоли, определяющие границу раздела зон упругих и неупругих дефор-
м щий, уравнение которой имеет вид:
( 1)
(9)
а = 2 (ср4 н (3)
105
Физика горных процессов на больших глубинах
Рис. 1. График изменения среднего показателя прочности пород от
степени метаморфизма угля.
: = Н 1 - соз-
лх
21
, при {0 < лс < / т|г }, (3)
где 1™п - минимальная длина консоли над выработанным пространством, м.
Длина зависших над выработанным пространством консолей опре
деляется по формуле:
/ т ,„ = 0 ,5 / с̂ Т / . (4)
При подвигании забоя размер консоли у заднего целика остается по
стоянным, а размер консоли над движущимся забоем постепенно увеличи
вается, достигая максимальной величины:
ш̂ах = /с г ^ Н . (5)
Уравнение консоли зависшей над выработанным пространством
имеет вид:
Как только размер консоли зависшей над забоем достигает макси
мальной величины, происходит разлом пород (посадка кровли) по кривой,
пределяемой уравнением (6). При этом размер консоли становится мини
мальным и определяется по формуле (3). Осадки кровли происходят на
Расстояниях, описываемых формулой:
Физика горных процессов на больших глубинах
М 1 + « ) / „ 7 я , (7)
где п - целое число.
Величина повышенной концентрации напряжений определяется
размерами зависшей над выработанным пространством консоли. Вес кон
соли передается на краевую часть угля впереди очистного забоя. Закон из
менения опорного давления, создаваемого зависшей консолью, при усло
вии полной подработки земной поверхности, выражается формулой:
.58— +1 |со81,745 — - .57/71,745—
/ ) И Я
(Ю )
Наибольшее давление на пласт в точке х = 0 и равно:
Я о = УН
I 12
1 + 2 ,2 2 — + 1,40 —
Я Я
(1.И)
Краевая часть угольного пласта переходит в хрупко-пластическое
состояние, образуя зону разрушенного угля. Размер этой зоны определяет
ся по формуле:
5 =
2Х 1%р
1п {яо ~ 2с УХ)
_ с{2х[Л1%р +1) ( 12)
где гп - мощность пласта, м;
- тангенс угла внутреннего трения угля, град;
А. - коэффициент бокового распора;
РЯ = ^ 45° + ^ ;
с - сцепление угля, Па;
Яо - максимальное давление на пласт,Па.
Рассчитанные по формуле (12) относительные (в долях от мощности
пласта) размеры зон разрушенного угля, приведены на рис. 2.
Таким образом, угольный пласт при сдвижении толщи пород горно
го массива впереди очистного забоя в зонах напряженно-
деформированного состояния деформируется упруго, затем пластически и
хрупко. Каждое из этих свойств в зависимости от внешних условий
107
Физика горных процессов на больших глубинах
марка угля Д
Г лубина разработки, м
Рис. 2. Графики изменения размеров зон разрушенного угля в зави
симости от глубины разработки для различных марок углей.
108
проявляется на различных стадиях нагружения. При решении технических
ыдач для анализа процесса деформирования и разрушения краевой части
.ю льного пласта необходимо рассматривать все виды деформации. Изме
нения механических свойств характеризуют систему, в которую превра
щается уголь, переходя из сплошного в дискретное состояние. Именно с
ним явлением связаны различного рода масштабные эффекты.
Результаты расчетов подтверждаются данными натурных наблюде
нии в шахтах, что позволяет использовать разработанный метод определе
ния размеров зон разрушенного угля на практике для обоснования сило
вых и геометрических параметров механизированных крепей, а также для
расчета параметров паспортов крепления и управления горным давлением
в очистных забоях.
С П И С О К Л И Т Е Р А Т У РЫ
1 Антипов И.В., Щ ербинин Д .В ., Поляков М .В. Новая малометаллоемкая
механизированная крепь для очистных забоев // Уголь Украины,- 2001.- N
4,- С. 26-28
2 Антипов И.В., Щ ербинин Д.В. Определение силовых и геометрических
параметров механизированной крепи // Физико-технические проблемы
I орпого производства,- Донецк: Китие 1999,- С. 97-101
с Антипов И.В., Кравченко В.Е., Щ ербинин Д .В . Шахтные исследования
I онвергенции вмещающих пород // Уголь Украины,- 2000.- N 10.- С. 24-27
4. Щербинин Д .В . Исследование процесса сдвижения кровли в рабочем
пространстве очистного забоя // Физико-технические проблемы горного
производства.- Донецк: ДУНВГО, 2001.- С. 158-166.
5, Дубов Е.Д., Поляков М .В., Щ ербинин Д.В. Основные закономерности
проявления горного давления в очистных забоях пологих пластов / / Сб.
науч. тр. Донуги. Вып. 102,- Донецк: Донуги,- 1999.
6 Александров С.Н. Принципы обеспечения устойчивости подготовил ель-
ных выработок управлением эффектом саморасклинивания вмещающих по
род // Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк ООО
"Лебедь",- 2001,- № 3,- С. 36-39.
7. Александров С.Н. Геомеханические принципы обеспечения устойчиво
сти выработки на основе применения эффекта саморасклинивания вме
щающих пород // Известия донецкого горного института.- 2002,- № 1.-
( ’. 7-10.
8 Александров С.П., Красько Н И. Исследование перераспределения на
пряжений в процессе саморасклинивания пород//Ф изико-технические про
блемы горного производства,- Донецк- ООО "Лебедь"- 2001.- № 4,- С. 29-34.
9. А1ехапс1гоу 8.Ы. 1пуев1щапоп об тлегбасе “улеЮ госк Ьок - госк тавз” //
1’гос. 8гко1а екврЬЛаср росШетпеф- Кхако\у: АОН.- 2002.- Р. 12-13
Ю.Хапнлова Н.С. Оценка протяженности призабойной пластической зоны
разрабатываемого угольного пласта // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн.
Физика горных процессов на больших глубинах
109
Физика горных процессов на больших глубинах
ископаемых,- 1974,- № 3,- С. 23-27.
11 .Хапилова Н.С. Определение границы пластической зоны в пласте по
лезного ископаемого, ослабленного трехмерной выработкой // Теорет. и
прикл. механика,- Харьков: Основа, 1991,- Вып. 22,- С. 6-10.
12.КЬарПоуа N .3 . А з!ибу оГ 1Ье сауШез Фа! Богт т буп атю рЬепота т соа]
т т е з II ,1оита1 оБ таФ етаБ са1 зс1епсез.- 1995, Б есетЬ ег .- Уо1. 77,- N 6.-
Р. 3547-3550.
13.Хапилова Н.С. Напряженно-деформированное состояние упругого по
лупространства на перфорированном упругом основании с учетом пласти
ческих зон // Физика и техника высоких давлений,- 1997.- Т 7, № 4,-
С. 84-87.
14.Хапилова Н.С. Пространственная задача о напряженно-
деформированном состоянии массива скальных пород в окрестности вы
работки с учетом пластической зоны // Напряженное состояние массивов
горных пород и управление горным давлением,- Бишкек: Илим, 1990.- С.
327-330.
15.Хапилова Н.С. Пластические зоны в пласте полезного ископаемого, ос
лабленном трехмерными выработками // Тезисы докладов. X М еждуна
родная конференция по механике горных пород,- М.: Паука, 1993.- С. 43.
110
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-190015 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2664-1771 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T11:03:07Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Антипов, И.В. Щербинин, Д.В. Дегтярь, Р.В. 2023-05-17T13:31:39Z 2023-05-17T13:31:39Z 2005 Особенности механизма деформаций угольного пласта в зоне влияния очистных работ / И.В. Антипов, Д.В. Щербинин, Р.В. Дегтярь // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 104-110. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 2664-1771 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/190015 622.834:622.26 Розглянуто механізм деформацій вугільного шару в зоні впливу очисного вибою. Наведено аналітичне рішення визначення розмірів зони зруйнованого вугілля в крайовій частині шару. Mechanism of coal layer deformations in the influence zone of breakage face is considered. Analytical decision of area size determination of blasted coal inlayer regional part is giving. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Физика горных процессов на больших глубинах Особенности механизма деформаций угольного пласта в зоне влияния очистных работ Features of coal layer deformations in the influence zone of second working Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности механизма деформаций угольного пласта в зоне влияния очистных работ Антипов, И.В. Щербинин, Д.В. Дегтярь, Р.В. Физика горных процессов на больших глубинах |
| title | Особенности механизма деформаций угольного пласта в зоне влияния очистных работ |
| title_alt | Features of coal layer deformations in the influence zone of second working |
| title_full | Особенности механизма деформаций угольного пласта в зоне влияния очистных работ |
| title_fullStr | Особенности механизма деформаций угольного пласта в зоне влияния очистных работ |
| title_full_unstemmed | Особенности механизма деформаций угольного пласта в зоне влияния очистных работ |
| title_short | Особенности механизма деформаций угольного пласта в зоне влияния очистных работ |
| title_sort | особенности механизма деформаций угольного пласта в зоне влияния очистных работ |
| topic | Физика горных процессов на больших глубинах |
| topic_facet | Физика горных процессов на больших глубинах |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/190015 |
| work_keys_str_mv | AT antipoviv osobennostimehanizmadeformaciiugolʹnogoplastavzonevliâniâočistnyhrabot AT ŝerbinindv osobennostimehanizmadeformaciiugolʹnogoplastavzonevliâniâočistnyhrabot AT degtârʹrv osobennostimehanizmadeformaciiugolʹnogoplastavzonevliâniâočistnyhrabot AT antipoviv featuresofcoallayerdeformationsintheinfluencezoneofsecondworking AT ŝerbinindv featuresofcoallayerdeformationsintheinfluencezoneofsecondworking AT degtârʹrv featuresofcoallayerdeformationsintheinfluencezoneofsecondworking |