CC BY
17
ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2020;(11):70-78 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL PAPER
УДК 622.02:539.2 DOI: 10.25018/0236-1493-2020-11-0-70-78
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ НА РАЗВИТИЕ ПОВРЕЖДЕННОСТИ В ОБРАЗЦАХ ГОРНЫХ ПОРОД
П.В. Николенко
НИТУ «МИСиС», Москва, Россия, e-mail: p.nikolenko@misis.ru
Аннотация: На степень поврежденности горных пород влияет множество факторов, важнейшими из которых можно считать температуру и напряженно-деформированное состояние. Одним из подходов к оценке поврежденности пород в натурных условиях является изучение их акустических свойств, в частности измерение скоростей продольных и поперечных упругих волн. Рассмотрено исследование динамики поврежденности образцов известняка с различной пористостью под воздействием изменяющихся давлений и температур. На основе компьютерного моделирования подтверждена возможность выявления момента достижения термического равновесия межу гранями и центром образца по выполаживанию кривой скорости продольной волны. Произведено сравнение результатов моделирования с реальными экспериментальными данными. По результатам лабораторных экспериментов на специально разработанном стенде установлено, что в пористых известняках рост температуры приводит к более интенсивному росту повреж-денности, чем в известняках с меньшей пористостью. Рост осевого давления, напротив, приводит к снижению интенсивности дефектообразования. С ростом осевого давления до 9 МПа приращение поврежденности с ростом температуры от 20 до 100 °С для плотных известняков сокращается на 24%, а для пористых — на 48%.
Ключевые слова: горная порода, поврежденность, температура, давление, упругие волны, моделирование.
Благодарность: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 19-05-00152.
Для цитирования: Николенко П.В. Экспериментальное исследование влияния температуры и давления на развитие поврежденности в образцах горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2020. - № 11. - С. 70-78. DOI: 10.25018/0236-14932020-11-0-70-78.
Experimental studies into temperature and pressure effect on the quality and fracture of rock samples
P.V. Nikolenko
National University of Science and Technology «MISiS», Moscow, Russia, e-mail: p.nikolenko@misis.ru
Abstract: Quality of rocks can be affected by many factors. The critical factors are the temperature and stress state. One of the approaches to the in-situ estimation of rock quality is investigation of acoustic properties of rocks, in particular, measurement of P- and S-wave velocities. This article studies dynamics of damage accumulation in limestone samples of different poro© П.В. HMKO^eHKO. 2020.
sity under the action of varied temperatures and pressures. Computer-assisted modeling proves detectability of moment of thermal equilibrium between the faces and center of a sample by flattening of the P-wave velocity curve. The modeling results are compared with the real experimental data. The laboratory-scale tests on a specially designed installation have found that the increasing temperature causes a more intense growth in the amount of damage in porous limestone samples than in less-porous limestone. Alternatively, the increase in the axial pressure reduces intensity of damage process. With increasing axial pressure to 9 MPa, the increment in the amount of damages is reduced in massive and porous limestone by 24% and 48%, respectively, at the temperature being risen from 20 to 100 Key words: rock, damage, temperature, pressure, elastic waves, modeling. Acknowledgements: The study was supported by the Russian Foundation for Basic Research, Grant No. 19-05-00152.
For citation: Nikolenko P. V. Experimental studies into temperature and pressure effect on the quality and fracture of rock samples. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2020;(11):70-78. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-11-0-70-78.
Введение
Горные породы, залегающие на различных глубинах, подвергаются воздействию повышенных механических напряжений и температур, значительно изменяющих их свойства. Одним из наиболее распространенных методов оценки изменения свойств пород под влиянием различных внешних факторов является изучение акустических свойств геоматерала. Экспериментальное определение скоростей продольных V и поперечных V волн позволяет оценивать прочность [1 — 3], анизотропию [4, 5] и даже напряженно-деформированное состояние [6 — 7]. В [9 — 11] приводятся результаты исследования акустических свойств пород различного генезиса при высоких температурах и давлениях, и отмечается повышение скоростей ультразвука с ростом механических напряжений. Повышение температуры, напротив, приводит к снижению значений V и У.
Одновременное измерение V и V является основой для вычислений динамических модулей упругости [12 — 14]. Последние можно использовать для оценки степени нарушенности горных пород. Для оценки динамики степени
нарушенности исследуемого материала в [15] предлагаетя использовать понятие поврежденности 4. Очевидно, что модули упругости поврежденного и неповрежденного материалов будут отличаться. Если обозначить модуль упругости неповрежденного материала как Е0, то модуль Юнга поврежденного материала Е можно найти из
Еэфф = Ео (1 — 40 (1)
В данном случае 4 следует трактовать как относительную оценку степени нарушенности материала (степень трещиноватости, пористости).
Также известно, то модуль Юнга материала зависит от температуры. В первом приближении значения Е0 можно определить из
Е0 = Е?с(1 - кЕЛТ) , (2)
где Е0 20 °С — модуль Юнга при 20 °С; ДТ — изменение температуры; к — температурный коэффициент изменения модуля Юнга (кЕ = 3 • 10-4 град-1).
Объединяя (1) и (2), можно получить выражение для оценки изменения степени поврежденности материала при изменении его температуры
"э фф
Е200 С(1-кЕАТ)
(3)
Целью данной работы является экспериментальное установление характера изменения значения поврежденно-сти горных пород с разной степенью исходной пористости при росте температуры и давления.
Методы
В исследовании участвовали образцы двух типов известняков. Группу А составляли известняки Касимовского месторождения с относительно низкой пористостью (Кп = 17,6%). В группе В находились известняки Сары-Ташского месторождения с существенно большей пористостью (Кп = 29,3%). Образцы изготавливались методом сухого пиления в виде призм высотой 82 мм и квадратным основанием 42 на 42 мм. Перед экспериментом измерялись все размеры образцов, а также вес каждого образца. Таким образом, производилась оценка объемного веса р, усредненное значение которого для группы А составило 2267 кг/м3, а для группы В — 1846 кг/м3.
Лабораторные исследования образцов горных пород производились на специализированном лабораторном стенде, позволяющем обеспечивать контролируемые нагрев и одноосное сжатие образца горной породы [16]. Одновременно с нагревом и повышением уровня осевого напряжения а образцы пород
прозвучивались продольными и поперечными упругими волнами ультразвукового частотного диапазона. При этом в качестве основных информативных параметров выступали скорости распространения продольных V и поперечных V волн.
Б
Нагружение производилось до дискретных уровней 3, 6, 9 МПа. Диапазон задаваемых температур составлял от 20 до 100 °С с шагом 10 °С. При достижении целевой температуры на поверхности образца эта температура фиксировалась до полного и равномерного прогрева образца. При этом оценка оптимального времени прогрева является нетривиальной задачей. Ранее в [17] предлагалось вычислять момент полного прогрева образца по выполаживанию кривой V ((). Для получения такой зависимости в процессе нагрева необходимо производить непрерывное измерение V. Для оценки надежности такого подхода в настоящей работе было произведено компьютерное моделирование процесса нагрева образца.
Моделирование производилось в программном пакете СотБо1 МиШрИуБкБ с использованием метода конечных элементов. Модель решалась в двумерной постановке. Образец породы представлялся в виде пластины шириной 42 мм и высотой 82 мм. Отличительной особенностью компьютерной модели было наличие приемного и излучающего преобразователей, закрепленных на торцах образца породы. Указанные преобразо-
Основные характеристики материалов модели Main characteristics of materials
Материал р, кг/м3 Вт/(м-К) с, Дж/(кг-К)
Плотный известняк 2260 2,56 920
Мрамор 2700 1,28 420
Ракушечник 1400 0,46 836
Гипс 2350 1,16 1470
Сталь (корпуса преобразователей) 7800 55 460
a) It Till
б)
ш.
0
т. = 20°С
i Ш(, ¿и v
Т. =20°С
1 init
0
2| Тш-2(ГС
ттттп
Рис. 1. Общая схема компьютерной модели (а) и модель, разбитая на сетку конечных элементов (б): 1, 2 — акустические преобразователи, 3 — образец горной породы
Fig. 1. The general scheme of the computer model (a) and the model, broken down into a finite element mesh (b): 1, 2 — acoustic transducers, 3 — rock sample
ватели находятся в массивных стальных образователи являются радиаторами, на корпусах, выдерживающих при необхо- которых рассеивается часть тепла, пе-димости высокие давления. Но с термо- редаваемого образцу нагревательными динамической точки зрения такие пре- элементами лабораторного стенда.
Рис. 2. Расчетные зависимости T(t) для разных типов пород и определенная эксперимнетально зави-мосость V (t) для образца известняка группы А: 1 — плотный известняк, 2 — мрамор, 3 — ракушечник, 4 — гипс
Fig. 2. Calculated dependences T(t) for different types of rocks and the experimentally determined dependence V (t) for a limestone sample of group A: 1 — dense limestone, 2 — marble, 3 — shell rock, 4 — gypsum
Задача решалась для разных типов пород. При моделировании учитывались объемный вес породы р, теплопроводность X, удельная теплоемкость с. Основные характеристики используемых в модели материалов представлены в таблице [18].
Расчет производился для 1000 с с шагом 1 с. При этом в качестве начальных условий задавалась начальная температура образца и преобразователей Т = 20 °С. В качестве граничных условий задавалась температура на боковых гранях образца, равная 100 °С. На свободных гранях акустических преобразователей задавалось условие излучения температуры в окружающую среду (конвекционное охлаждение не учитывалось). Схема компьютерной модели и пример разбиения на сетку конечных элементов представлен на рис. 1.
На рис. 2 представлены значения температуры для центральной зоны образца, полученные в результате компьютерного моделирования. Также на зависимости Т(Г) наложена реальная зави-
симость V ((), полученная в результате нагрева образца известняка группы А.
Из рис. 2 видно, что формы зависимостей Т(Г) для плотного известняка и V (Г) для известняка группы А условно совпадают. При этом выполаживание графика V (Г) начинается на 150-200 с раньше расчетного графика Т(Г), что соответствует температуре 95 °С. Таким оразом, метод оценки степени полного прогрева образца по анализу экспериментальной зависимости V (Г) можно считать работоспособным при уровне абсолютной погрешности ±5 °С. Для достижения более надежных результатов следует продолжать нагрев образца дополнительно 150-200 с после выпо-лаживания зависимости V (Г). Именно такой подход был применен при экспериментальном исследовании образцов известняка групп А и В.
Результаты экспериментов
и их обсуждение
В результате эксперимента был получен массив данных V (Т, а) и V(Т, а)
,t,--O.06!)<+0.WI.45-J'+().()0(l7<i-2JS5LL0-,!r1-<).O(l()ir-(H-6.86Jli0-'-<TI У = 4I.U7M+Й.Ш 1 Т+0.Ш 5-а-1[ О-'Т^.МШ ■ Гчт+(1.<Х103 ■ о5
А5 - 99,028
А1 - 98,146
б ст, МПа
Рис. 3. Результаты экспериментального определения зависимостей *¥(T, а) для плотного известняка Касимовского месторождения (а) и пористого известняка Сары-Ташского месторождения (б) Fig. 3. Results of experimental determination of the W(T, a) dependences for dense limestone of the Kasimov deposit (a) and porous limestone of the Sary-Tash deposit (b)
для каждого исследуемого образца. Такой массив данных является достаточным для рассчета фактических значений £эфф в соответствие с [19]:
Е = 1 ^ р_12. (4)
эфф у2 _ у2
Р 5
Значения Е (Т, а) были использованы для вычисления значений а) для всего диапазона исследуемых давлений и температур. Сформированный в результате вычислений массив ^(Т, а) можно представить в виде трехмерной аппроксимирующей поверхности вида
= а0 + а^Т + а2а + аъТ2 + аАТа + а5ст2(5)
Качество аппрокимации оценивалось с помощью параметра /?2.
На рис. 3 представлены примеры зависимостей а) для известняков Касимовского и Сары-Ташского месторождений.
Из рис. 3 видно, что рост температуры приводит к росту поврежденности горной породы ЧЛ При осевом давлении а = 0 МПа в плотных известняках группы А прирост поврежденности составляет = 0,25 при повышении температуры от 20 до 100 °С. В тех же условиях прирост поврежденности известняков группы В составил = 0,31. Таким образом, можно утверждать, что более пористые горные породы склонны к более интенсивному разрушению с ростом температуры.
Из рис. 3 также видно, что рост осевого давления а препятствует разрушению породы под действеим температуры. Для обоих групп исследованных образцов изменения ¥ при 20 °С практически не наблюдаются с ростом а. При высокой температуре (100 °С) — напротив, наблюдается значительное снижение ¥ с ростом механической нагрузки. При Т= 100 °С приращения поврежден-
ности с ростом нагрузки для образцов группы А составило = 0,19, а для образцов группы В — = 0,16. Таким образом, осевое давление в значительной степени может противостоять развитию поврежденности вследствие роста температуры, причем этот эффект наблюдается более отчетливо в пористых породах. Это, очевидно, связано с более интенсивным закрытием пор под действием механических напряжений, что, в свою очередь, препятствует развитию термомеханических разрушений. Следует отметить, что максимальные значения осевого дваления, достигаемые в процессе эксперимента, не превышают значений 0,5 от прочности пород на одноосное сжатие и не приводят к значительному образованию новых дефектов в образцах.
Заключение
Автор статьи исследовал влияние температуры и осевой нагрузки на изменения степени поврежденности известняков Касимовского и Сарыташского месторождения и пришел к следующим выводам:
• По результатам компьютерного моделирования была подтверждена эффективность подхода к оценке полного прогрева образца горной породы по анализу зависимости V ((). Для достижения более надежного результата следут продолжать нагрев после выполажива-ния зависимости V (() дополнительные 150-200 с.
• Экспериментально показано влияние температуры на рост поврежденности геоматериала. В более пористых породах наблюдается более интенсивное дефектообразование при росте температуры.
• Осевое давление в значительной мере препятствует образованию термомеханических дефектов. С ростом осевого давления до а = 9 М Па приращение
поврежденности с ростом температуры кращается на 24%, а для пористых из-от 20 до 100 °С для плотных известня- вестняков Сары-Ташского месторожде-ков Касимовского месторождения со- ния — на 48%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kahraman S. Evaluation of simple methods for assessing the uniaxial compressive strength of rock // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2001. Vol. 38. No 7. Pp. 981-994. DOI: 10.1016/S1365-1609(01)00039-9.
2. Karakul H., Ulusay R. Empirical correlations for predicting strength properties of rocks from P-wave velocity under different degrees of saturation // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2013. Vol. 46. No 5. Pp. 981-999.
3. Хаят М. Б., Али Д., Рехман Ю. А., Салим А., Мустафа Н. Разработка эмпирических зависимостей оценки предела прочности пород на одноосное сжатие с помощью нераз-рушающих методов контроля // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2019. - № 6. - С. 25-34.
4. Johnston J. E., Christensen N. I. Seismic anisotropy of shales // Journal of Geophysical Research. 1995. Vol. 100. Pp. 5991-6003.
5. Kim H., Cho J. W, Song I., Min K. B. Anisotropy of elastic moduli, P-wave velocities, and thermal conductivities of Asan Gneiss, Boryeong Shale, and Yeoncheon Schist in Korea // Engineering Geology. 2012. Vol. 147-148. Pp. 68-77.
6. Gladwin M. T., Stagey F. D. Ultrasonic pulse velocity as a rock stress sensor // Tectono-physics. 1974. Vol. 21. No 1-2. Pp. 39-45.
7. Gladwin M. T. Ultrasonic stress monitoring in underground mining // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1982. Vol. 19. No 5. Pp. 221-228.
8. Tian J., Wang E. Ultrasonic method for measuring in-situ stress based on acoustoelasticity theory // Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 2006. Vol. 25. Pp. 3719-3724.
9. Punturo R., Kern H., Cirrincione R., Mazzoleni P., Pezzino A. P- and S-wave velocities and densities in silicate and calcite rocks from the Peloritani Mountains, Sicily (Italy): The effect of pressure, temperature and the direction of wave propagation // Tectonophysics. 2005. Vol. 409. No 1-4. Pp. 55-72.
10. Motra H. B., Zertani S. Influence of loading and heating processes on elastic and geome-chanical properties of eclogites and granulites // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018. Vol. 10. No 1. Pp. 127-137.
11. Scheu B., Kern H., Spieler O., Dingwell D. B. Temperature dependence of elastic P- and S-wave velocities in porous Mt. Unzen dacite // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2006. Vol. 153. Pp. 136-147.
12. Christaras B., Auger F., Mosse E. Determination of the moduli of elasticity of rocks. Comparison of the ultrasonic velocity and mechanical resonance fre-quency methods with direct static methods // Materials and Structures. 1994. Vol. 27. No 4. Pp. 222-228.
13. Gurevich B., Makarynska D., Pervukhina M. Ultrasonic moduli for fluid-saturated rocks: Mavko-Jizba relations rederived and generalized // Geophysics. 2009. Vol. 74. No 4. Pp. N25-N30.
14. Yasar E., Erdogan Y. Correlating sound velocity with the density, compressive strength and young's modulus of carbonate rocks // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2004. Vol. 41. Pp. 871-875.
15. Углов А.Л. Ерофеев В. И. Смирнов А. Н. Акустический контроль оборудования при изготовлении и эксплуатации. - М.: Наука, 2009. - 279 с.
16. Николенко П. В., Шкуратник В.Л. Установка для ультразвуковых измерений на образцах геоматериалов в условиях термобарических воздействий // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2019. - № 5. - С. 89-96. DOI: 10.25018/0236-14932019-05-0-89-96.
17. Николенко П. В. Методические вопросы установления влияния термобарических воздействий на скорость распространения ультразвуковых колебаний в горных породах // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2019. - № 9. - С. 160-167. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-09-0-160-167.
18. Cermak V., Rybach L. Thermal properties: Thermal conductivity and specific heat of minerals and rocks. Berlin: Springer, 1982. 343 p.
19. Jaeger J. C., Cook N. G. W., Zimmerman R. W. Fundamentals of rock mechanics, 4th edn. London: Chapman & Hall, 2007. 475 p. EQ3
REFERENCES
1. Kahraman S. Evaluation of simple methods for assessing the uniaxial compressive strength of rock. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2001. Vol. 38. No 7. Pp. 981-994. DOI: 10.1016/S1365-1609(01)00039-9.
2. Karakul H., Ulusay R. Empirical correlations for predicting strength properties of rocks from P-wave velocity under different degrees of saturation. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2013. Vol. 46. No 5. Pp. 981-999.
3. Khayat M. B., Ali D., Rekhman Yu. A., Salim A., Mustafa N. Developing empirical models for uniaxial compressive strength prediction by using non-destructive test results. Fiziko-tekh-nicheskiye problemy razrabotki poleznykh iskopayemykh. 2019, no 6, pp. 25-34. [In Russ].
4. Johnston J. E., Christensen N. I. Seismic anisotropy of shales. Journal of Geophysical Research. 1995. Vol. 100. Pp. 5991-6003.
5. Kim H., Cho J. W., Song I., Min K. B. Anisotropy of elastic moduli, P-wave velocities, and thermal conductivities of Asan Gneiss, Boryeong Shale, and Yeoncheon Schist in Korea. Engineering Geology. 2012. Vol. 147-148. Pp. 68-77.
6. Gladwin M. T., Stagey F. D. Ultrasonic pulse velocity as a rock stress sensor. Tectonophys-ics. 1974. Vol. 21. No 1-2. Pp. 39-45.
7. Gladwin M. T. Ultrasonic stress monitoring in underground mining. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1982. Vol. 19. No 5. Pp. 221-228.
8. Tian J., Wang E. Ultrasonic method for measuring in-situ stress based on acoustoelasticity theory. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 2006. Vol. 25. Pp. 3719-3724.
9. Punturo R., Kern H., Cirrincione R., Mazzoleni P., Pezzino A. P- and S-wave velocities and densities in silicate and calcite rocks from the Peloritani Mountains, Sicily (Italy): The effect of pressure, temperature and the direction of wave propagation. Tectonophysics. 2005. Vol. 409. No 1-4. Pp. 55-72.
10. Motra H. B., Zertani S. Influence of loading and heating processes on elastic and geome-chanical properties of eclogites and granulites. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018. Vol. 10. No 1. Pp. 127-137.
11. Scheu B., Kern H., Spieler O., Dingwell D. B. Temperature dependence of elastic P- and S-wave velocities in porous Mt. Unzen dacite. Journal of Volcanologyand Geothermal Research. 2006. Vol. 153. Pp. 136-147.
12. Christaras B., Auger F., Mosse E. Determination of the moduli of elasticity of rocks. Comparison of the ultrasonic velocity and mechanical resonance fre-quency methods with direct static methods. Materials and Structures. 1994. Vol. 27. No 4. Pp. 222-228.
13. Gurevich B., Makarynska D., Pervukhina M. Ultrasonic moduli for fluid-saturated rocks: Mavko-Jizba relations rederived and generalized. Geophysics. 2009. Vol. 74. No 4. Pp. N25-N30.
14. Yasar E., Erdogan Y. Correlating sound velocity with the density, compressive strength and young's modulus of carbonate rocks. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2004. Vol. 41. Pp. 871-875.
15. Uglov A. L. Erofeev V. I. Smirnov A. N. Akusticheskiy kontrol' oborudovaniya pri izgo-tovlenii i ekspluatatsii [Acoustical control of equipment during manufacture and operation], Moscow, Nauka, 2009. 279 p.
16. Nikolenko P. V., Shkuratnik V. L. Laboratory setup for ultrasonic testing of rock samples in variable temperature and pressure conditions. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2019, no 5, pp. 89-96. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-05-0-89-96.
17. Nikolenko P. V. Methodical aspects of determination of thermobaric effects on ultrasonic vibration velocity in rocks. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2019, no 9, pp. 160-167. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-09-0-160-167.
18. Cermak V., Rybach L. Thermal properties: Thermal conductivity and specific heat of minerals and rocks. Berlin: Springer, 1982. 343 p.
19. Jaeger J. C., Cook N. G. W., Zimmerman R. W. Fundamentals of rock mechanics, 4th edn. London: Chapman & Hall, 2007. 475 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Николенко Петр Владимирович - канд. техн. наук, доцент, e-mail: p.nikolenko@misis.ru, НИТУ «МИСиС».
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
P.V. Nikolenko, Cand. Sci. (Eng.), Assistant Professor, e-mail: p.nikolenko@misis.ru, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.
Получена редакцией 12.08.2020; получена после рецензии 14.09.2020; принята к печати 10.10.2020.
Received by the editors 12.08.2020; received after the review 14.09.2020; accepted for printing 10.10.2020.
&_
ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВЫПУСК)
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ПРОГНОЗА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВЫРАБОТОК ЧЕРЕЗ ЦЕЛИК РАВНЫЙ ТРЕМ ПРОЛЕТАМ ВЫРАБОТКИ
(2020, № 6, СВ 22, 16 c. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-6-22-3-13) Тхориков Андрей Игоревич" — аспирант, e-mail: s175023@stud.spmi.ru, Сотников Роман Олегович1 — аспирант, Глинский Виталий Витальевич" — аспирант, 1 Санкт-Петербургский горный университет.
При наращивании мощностей по добыче железной руды необходим прогноз напряженно-деформированного состояния рудного массива и прогноз устойчивости выработок. Для этого используются инструменты компьютерного моделирования, например комплекс «Abaqus CAE». Несмотря на использование допущений, использование моделирования позволяет приблизится к реальным условиям. Проведено сравнение двух методов проведения выработок через целик равный 1-м и 2-м пролетам с методом проведения через целик равный трем пролетам выработки.
Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, прогноз, целик, устойчивость, геомеханическое обоснование, вертикальные смещения, метод конечных элементов.
COMPUTER SIMULATION OF GEOMECHANICAL PROCESSES FOR PREDICTION OF STRAIN-STRESS STATE IN FIELD DEVELOPING OF RICH IRON DEPOSITS
A.I. Tkhorikov1, Graduate Student, e-mail: s1750232stud.spmi.ru, R.O. Sotnikov1, Graduate Student, V.V. Glinskiy1, Graduate Student,
1 Saint-Petersburg Mining University, 199106, Saint-Petersburg, Russia.
When increasing the capacity for iron ore production, it is necessary to forecast the stress-strain state of the ore mass and forecast the stability of workings. For this purpose, computer modeling tools are used, such as «Abaqus CAE» complex. Despite the use of assumptions, the use of modeling allows you to get closer to real conditions. The comparison of two methods of carrying out workings through a pillar equal to the 1st and 2nd spans with the method of carrying out workings through a pillar equal to three spans is carried out.
Key words: stress-strain state, forecast, pillar, stability, geomechanical justification, vertical displacements, finite element method.
