Анализ механизма оконтуривания трещинами породного блока с вертикальным анкером с использованием энергетических критериев разрушения

Анализ механизма оконтуривания трещинами породного блока с вертикальным анкером с использованием энергетических критериев разрушения

Выполнен анализ развития трещин вокруг вертикального анкера. Получена оценочная картина протекания процессов оконтуривания.

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2012
Hauptverfasser: Круковский, А.П., Лещинский, С.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2012
Schriftenreihe:Геотехническая механика
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54176
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:Analysis of contouring of rock block by cracks with a vertical anchor using energy failure criteria / А.П. Круковский, С.А. Лещинский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 126-133. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-54176
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-541762025-02-23T18:22:09Z Анализ механизма оконтуривания трещинами породного блока с вертикальным анкером с использованием энергетических критериев разрушения Analysis of contouring of rock block by cracks with a vertical anchor using energy failure criteria Круковский, А.П. Лещинский, С.А. Выполнен анализ развития трещин вокруг вертикального анкера. Получена оценочная картина протекания процессов оконтуривания. The analysis of the development of cracks around the vertical anchor. Good reference picture of contouring processes. 2012 Article Analysis of contouring of rock block by cracks with a vertical anchor using energy failure criteria / А.П. Круковский, С.А. Лещинский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 126-133. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54176 622.281.74 ru Геотехническая механика application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Выполнен анализ развития трещин вокруг вертикального анкера. Получена оценочная картина протекания процессов оконтуривания.
format Article
author Круковский, А.П.
Лещинский, С.А.
spellingShingle Круковский, А.П.
Лещинский, С.А.
Анализ механизма оконтуривания трещинами породного блока с вертикальным анкером с использованием энергетических критериев разрушения
Геотехническая механика
author_facet Круковский, А.П.
Лещинский, С.А.
author_sort Круковский, А.П.
title Анализ механизма оконтуривания трещинами породного блока с вертикальным анкером с использованием энергетических критериев разрушения
title_short Анализ механизма оконтуривания трещинами породного блока с вертикальным анкером с использованием энергетических критериев разрушения
title_full Анализ механизма оконтуривания трещинами породного блока с вертикальным анкером с использованием энергетических критериев разрушения
title_fullStr Анализ механизма оконтуривания трещинами породного блока с вертикальным анкером с использованием энергетических критериев разрушения
title_full_unstemmed Анализ механизма оконтуривания трещинами породного блока с вертикальным анкером с использованием энергетических критериев разрушения
title_sort анализ механизма оконтуривания трещинами породного блока с вертикальным анкером с использованием энергетических критериев разрушения
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate 2012
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54176
citation_txt Analysis of contouring of rock block by cracks with a vertical anchor using energy failure criteria / А.П. Круковский, С.А. Лещинский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 126-133. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series Геотехническая механика
work_keys_str_mv AT krukovskijap analizmehanizmaokonturivaniâtreŝinamiporodnogoblokasvertikalʹnymankeromsispolʹzovanieménergetičeskihkriterievrazrušeniâ
AT leŝinskijsa analizmehanizmaokonturivaniâtreŝinamiporodnogoblokasvertikalʹnymankeromsispolʹzovanieménergetičeskihkriterievrazrušeniâ
AT krukovskijap analysisofcontouringofrockblockbycrackswithaverticalanchorusingenergyfailurecriteria
AT leŝinskijsa analysisofcontouringofrockblockbycrackswithaverticalanchorusingenergyfailurecriteria
first_indexed 2025-11-24T09:47:27Z
last_indexed 2025-11-24T09:47:27Z
_version_ 1849664626120196096
fulltext Выпуск № 103 126 роликоопорами, радиуса ролика, упругих свойств ленты и физико- механических свойств груза. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Лаухофф, Х. Действительно ли регулирование скорости ленточных конвейеров способствует эконо- мии энергии? // Gluckauf. – 2006.–с. 142. 2.Трощило, В.С. Соотношения между составляющими сопротивления движению ленты на роликоопоре / В.С. Трощило, А.Н. Бондаренко // Сборник науч. тр. Национального горного университета. – Днепропет- ровск. – 2002. - №32. – С. 123-128. 3.Шешко, Е.Е. Ленточные конвейеры для шахтных карьеров./ В.М. Гущин, Е.Е. Шешко // Развитие и со- вершенствование шахтного и карьерного транспорта, ред. А.О. Спиваковский, М.:Недра. 1973. стр. 120-125. 4.Смирнов, В.К. Сопротивление движению ленты от шевеления материала при проходе роликов / В.К. Смирнов, И.А. Шпакунов // Горнорудные машины и автоматика: сб. науч.тр. – М.: Недра, 1966. – Вып. 2. – С. 228-235. 5.Вялов, С.С. Реологические основы механики грунтов / С.С. Вялов – М.: Высш. Школа, 1978. – 447с. 6.Тимошенко, С.П. Пластины и оболочки / С.П. Тимошенко, С. Войковский , Р. Кригер. – М.: Физ-мат. Литература, 1963. – 635 с. 7.Дьяков, В.А. Ленточные конвейеры в горной промышленности // В.А. Дьяков, В.Г. Шахмейстер, В.Н. Дмитриев, ред. А.О. Спиваковский М.: Недра, 1982. –348с. УДК 622.281.74 А.П.Круковский, к. т. н, ст.науч.сотр., С.А. Лещинский, инж. 1 кат. (ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины) АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ОКОНТУРИВАНИЯ ТРЕЩИНАМИ ПОРОДНОГО БЛОКА С ВЕРТИКАЛЬНЫМ АНКЕРОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ РАЗРУШЕНИЯ Выполнен анализ развития трещин вокруг вертикального анкера. Получена оценочная картина протекания процессов оконтуривания. ANALYSIS OF CONTOURING OF ROCK BLOCK BY CRACKS WITH A VERTICAL ANCHOR USING ENERGY FAILURE CRITERIA The analysis of the development of cracks around the vertical anchor. Good reference picture of contouring processes. В настоящее время на угольных шахтах достаточно широко применяется технология анкерного крепления подготовительных и капитальных горных выработок. Так, на шахтах ПАО «ДТЭК Павлоградуголь» и ПАО «Красно- донуголь» объемы проводимых выработок с анкерной и анкерно-рамной кре- пью достигли 50-80%, а общая протяженность за последние четыре года пре- высила 300 км. Применение анкеров является эффективным способом повы- шения устойчивости горных выработок, снижения расходов на материалы и поддержание выработок в процессе эксплуатации, повышения безопасности ведения горных работ [1]. Как показала практика, выбор схемы установки анкеров имеет большое значение для повышения несущей способности сформированной в прикон- турной области горной выработки анкерно-породной конструкции [2]. Было замечено, что в определенных горно-геологических условиях при установке "Геотехническая механика" 127 анкеров вертикально, согласно простым схемам, между рядами анкеров начи- нают появляться трещины, массив разделяется на блоки, рис. 1. а) б) Рис. 1 – Виды трещин в кровле выработки: а) продольные; в) поперечные Имели место случаи обрушения этих блоков внутрь выработки. Анкер препятствует расслоению пород и образованию трещин в перпен- дикулярном направлении, а образованию трещин, направленных параллельно или под острым углом к нему, не препятствует. Наиболее часто трещины об- разуются между анкерами, которые отстоят друг от друга на величину, пре- вышающую расстояние их эффективного взаимодействия. Так, если рассмот- реть поперечное сечение выработки, представленное на рис. 2а, можно отме- тить достаточно большое расстояние между анкерами, установленными в кровлю и в борта выработки. В слабых породах в этой области образуется трещина на границе кровля-борт выработки. Такие трещины могут иметь зна- чительную протяженность вдоль выработки. Образованные в кровле и бортах породные блоки получают возможность смещаться внутрь выработки. Анало- гично при большом расстоянии между рядами анкеров развиваются трещины в плоскости, перпендикулярной оси выработки, рис. 2б. а) б) Рис. 2 – Схема расположения трещин в а) поперечном, б) продольном сечении горной выработки с анкерами, установленными по простой схеме Для описания указанных процессов необходимо создание модели, описы- Выпуск № 103 128 вающей трещинообразование и развитие трещин с высокой степенью точно- сти. Как известно, линейная механика разрушения хорошо описывает хрупкое и квазихрупкое разрушение. В этом случае задачу о теле с трещиной можно сформулировать в терминах коэффициентов интенсивности напряжений. Если в кончике трещины будет находиться большая пластическая зона, то в такой постановке задача относится к нелинейной механике разрушения. В этом случае в качестве параметра трещиностойкости используется J-интеграл (Черепанова-Райса). J-интеграл определяется следующим образом:           Г i i ds x u TWdyJ , где Г – контур, который обходит против часовой стрелки вокруг вершины трещины; W – плотность энергии деформации; iT - компоненты вектора по- верхностной силы; iu - компоненты перемещений. Плотность энергии деформации определяется следующим образом:    ij 0 mnmndW , (1) где mn  - компоненты тензора напряжений; mn  - компоненты тензора дефор- маций. Доказано, что величина J-интеграла не зависит от контура интегрирова- ния, т.е. он является инвариантным. Хотя это доказательство относится к уп- ругим (линейно или нелинейно) телам, оно может быть справедливым и в применении к телам с упругопластическими свойствами. Это следует из эк- вивалентности физической и нелинейной теории упругости и деформацион- ной теории пластичности при отсутствии разгрузки. Для оценки трещиностойкости материалов низкой и средней прочности можно использовать следующий однопараметрический энергетический кри- терий: cJJ  , (2) где cJ – упругопластическая вязкость разрушения (константа материала). При использовании этого критерия необходимо решение двух задач. Во- первых, для заданной геометрии тела с трещиной и условий нагрузки нужно определить текущее значение J-интеграла, которое расположено в левой час- ти соотношения (2), а во-вторых, определить критическое значение параметра "Геотехническая механика" 129 cJ , расположенное в правой части (2). К настоящему времени разработано много как экспериментальных, так и расчетных методов определения текущих значений J-интеграла. Один из та- ких методов основывается на использовании метода конечных элементов и непосредственном использовании формулы (3). Ниже приведены основные особенности применения такого подхода. Как известно, матрицы жесткости изопараметрических элементов интег- рируются численно по квадратурным формулам Гаусса. Поскольку в интеграл Черепанова-Райса входят члены того же самого порядка, что и во время под- счета матриц жесткости, то естественно выбрать контур, который проходит через точки интегрирования матриц жесткости и пользоваться тем же самым правилом интегрирования. Характерные контуры интегрирования показаны на рис.3. Рис. 3 – Характерные контуры интегрирования для вычисления J-интеграла Если контур пересекает элемент и проходит, например, в направлении const , то интегрирование ведется по другой локальной координате и вклад от данного элемента в интеграл составит:                                       d d dx x v x u d dy x v x u 2 1 J 1 1 yyxxyx T i , (3) Выпуск № 103 130 где  , – локальные координаты элементов. Величины производных ddx та ddy , что входят в формулу (3) легко получить из матрицы Якоби, которая определяется для каждой точки интег- рирования при вычислении матрицы дифференцирования перемещений. Предположим для моделирования существование 2-х вертикальных тре- щин по обе стороны анкера в следствии наличия либо естественной трещино- ватости, либо участков слабых пород, находящихся вне зоны сжатия анкера, достаточной для создания монолита, но воспринимающей сжимающее воз- действие от анкеров с обеих сторон. В следствии особенностей напряженного состояния, для его описания наиболее подойдет модель краевой трещины нормального отрыва в условиях плоско-деформированного состояния. В фи- зическом плане такая модель будет иметь вид (для упрощения модель будет представлять 1 краевую трещину нормального отрыва, а общие выводы будут получаться путем зеркального отображения в следствии симметричности за- дачи): Рис. 4 – Модель краевой трещины. При моделировании МКЭ модель была еще упрощена вследствие наличия оси симметрии. При моделировании были использованы прямоугольные и треугольные изопараметрические конечные элементы. Для моделирования кончика трещины были использованы элементы со смещенными узлами для моделирования сингулярности. Полученная модель имеет вид: "Геотехническая механика" 131 Рис. 5 – Конечно-элементная модель трещины Для верификации задаем нагружение, соответствующее состоянию стра- гивания трещины, получаем такую картину смещений (следует отметить, что при механизме нормального отрыва такие нагрузки минимальны по сравне- нию с другими критериями механики разрушений): Рис. 6 - Наложение недеформированной и раскрывающейся трещины Для полноты картины представлено распределение интенсивностей на- Выпуск № 103 132 пряжений у вершины трещины. Рис. 7 - Распределение интенсивности напряжений Дальнейший рост трещины, превышающий ее характерный начальный размер, как правило протекает в неустойчивом режиме, т.е происходит стре- мительный рост трещины (прощелкивание) даже при снятии нагрузки, в след- ствии того, что было накоплено необходимое количество энергии у вершины трещины для подпитки ее роста. Таким образом, трещины вокруг анкера прощелкиваются, этот процесс сопровождается изменением напряженно- деформированного состояния области вокруг анкера, оконтуренной 2-мя трещинами. Проявляется это в большем нагружении участка кровли над оконтуренной по бокам областью. В случае наличия горизонтальных наруше- ний в кровле, слоистости кровли, аналогичный процесс роста дефекта наблю- дается в горизонтальном направлении. Следствием вышеописанного является выделение породного блока, кото- рый имеет опасность выпадения непосредственно в выработку. Это может быть представлено такой схемой: "Геотехническая механика" 133 Рис. 8 – Выпадение оконтуренного породного блока с вертикальным анкером Рассмотренная в статье модель является идеализированной (упрощенной), вследствие необходимости аналитической иллюстрации механизмов образо- вания породного блока. Разработанная модель является эффективным инструментом изучения изме- нения напряженно-деформированного состояния приконтурных пород, разделе- ния его на блоки, условий, приводящих к вывалообразованию. Дальнейшие исследования в данном направлении могут быть направлены на обобщение разработанной математической модели с учетом усложненных мо- делей контактного взаимодействия интерфейса «породный блок - горный мас- сив» и усовершенствования методик определения траекторий развития трещин. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Булат А.Ф. Опорно-анкерное крепление горных выработок угольных шахт / А.Ф. Булат, В.В. Вино- градов. – Днепропетровск, 2002. – 372 с. 2. СОУ 10.1.05411357.010:2008. Система забезпечення надійного та безпечного функціонування гірни- чих виробок із анкерним кріпленням. Загальні технічні вимоги. – К.: Мінвуглепром України, 2008. – 83 с. Выпуск № 103 134 УДК 622.272 А.В. Мартовицкий, к.т.н., ген.директор (ПАО «ДТЭК Павлоградуголь») О ВЕЛИЧИНЕ ПЕРВИЧНОГО ШАГА ОБРУШЕНИЯ ПОРОД КРОВЛИ В СТРУГОВОЙ ЛАВЕ ПРИ ОТРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В ЗАПАДНОМ ДОНБАССЕ Метою цих досліджень є встановлення закономірностей розвитку геомеханічних про- цесів при відході лави від монтажної камери і до першого обвалення порід основної покрі- влі. Спорудження монтажної камери вносить першу зміну в початковий напружено- деформований стан вуглепородного масиву. Навколо виробки внаслідок концентрації на- пружень утворюється зона непружних деформацій. Подальше посування очисного вибою, викликає збільшення концентрації напружень попереду вибою і падіння напружень над виробкою. ABOUT THE VALUE OF INITIAL STEP OF ROOF ROCK FALL IN LONGWALL WHEN MINING COAL SEAMS IN WESTERN DONBASS The construction of the mounting chamber makes the first changes in the initial stress-strain state of coal-rock massif. Due to stress concentrations around the working, a zone of inelastic de- formations is formed. The following longwall advance causes an increase of stress concentrations ahead of longwall and decreasing tensions over the mine working. The purpose of this research is to establish the laws of geomechanical processes when the moving longwall away the mounting chamber and before the first fall of the main roof rock. Основными направлениями повышения эффективности горных работ в угольных шахтах является их концентрация и повышения темпов отработки угольных пластов на основе новой производительной техники. Одним из эф- фективных способов отработки является применение струговых комплексов, которые в состоянии не только обеспечить необходимый уровень добычи, но и существенно повысить безопасность труда горнорабочих. Интенсивное ведение горных работ предполагает быстрое обнажение по- род кровли в лаве на значительной площади. Это сопровождается первичным обрушением пород основной кровли, ди- намической нагрузкой на крепь комплекса, оконтуривающих выработок, по- вышенным газовыделением [1]. Геомеханические процессы, которые разви- ваются при этом, в условиях слабометаморфизированных вмещающих пород Западного Донбасса изучены в недостаточной мере, что обуславливает акту- альность исследований в этом направлении. Целью настоящих исследований является установление закономерностей развития геомеханических процессов при отходе лавы от монтажной камеры и до первого обрушения пород основной кровли. Теоретические предпосылки. Сооружение монтажной камеры вносит пер- вое изменение в начальное напряженно-деформированное состояние (НДС) углепородного массива. Вокруг выработки вследствие концентрации напря- жений образуется зона неупругих деформаций (ЗНД). Последующее подвига- ние очистного забоя, вызывает увеличение концентрации напряжений впере- ди забоя и падение напряжений над выработкой, т.е. образование зон опорно-

Ähnliche Einträge