CC BY
48
P.A. Demenkov, A.D. Kuranov
DETERMINA TION OF A DEEP EXCAVATION SLOPE STEEPNESS CONSTRUCTED IN DIFFERENT SOIL CONDITIONS WITH AN ACCOUNT OF SUPPLEMENTARY LOAD
Analysis of deep excavation slope behavior during construction of multifunctional underground complex in different soil conditions with an account of supplementary load is done. Dependence of safety factor on slope deformation and slope steepness are obtained.
Key words: deep excavation, slope, soil, multifunctional underground complex,
FEM.
Получено 20.04.11
УДК 622.23
A.B. Дягилева, канд. техн. наук, доц., (83842) 39-63-19), dvagileva1952@mail.ru.
И.А. Ермакова, д-р техн. наук, проф., (83842) 39-63-19), inna-e@inbox.ru,
B.А. Гоголин, д-р техн. наук, проф., (83842) 39-63-19)
(Россия, Кемерово, КузГТУ)
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОПОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ВЫЕМКЕ ПЛАСТОВ С МЯГКИМ ПРОСЛОЕМ
Проведено численное моделирование напряженного состояния горных пород при выемке пластов с мягким прослоем. Получены зависимости параметров распределения опорного давления от глубины разработки, длины выработанного пространства, коэффициента боковогораспора и мощности прослоя.
Ключевые слава: очистная выемка, метод конечных элементов, параметры опорного давления, мягкий прослои пласта.
При очистной выемке угольных пластов актуальной геомеханиче-ской задачей является анализ и прогноз напряженного состояния массива горных пород. Поставленная задача решалась многими учеными с использованием аналитических методов [1-6]. Следует отметить, что область применения аналитических методов ограничена, и не включает в себя решение задач для пластов сложного строения. Целью данной работы являлось установление зависимостей параметров опорного давления от горногеологических и горнотехнических факторов при выемке пластов с мягким прослоем. Для решения поставленной задачи в работе использовался метод конечных элементов (МКЭ), реализованный в программе ELCUT-Professional, версия 5.8 производственного кооператива ТОР.
Рассматривались следующие условия разработки. Глубина разработки H изменялась в пределах от 200 до 600 м, длина половины выработанного пространства L - от 200 до 600 м, коэффициент бокового распора X принимал значения от 0,5 до 1,5. Прослой пласта занимал одно из
положений - центральное - у кровли пласта и у почвы пласта; его мощность h принимала значения: h = 0; 0,5; 1,0 м.
Расчетная область состоит их нескольких блоков, в которых были заданы следующие деформационные и силовые характеристики. Пласт угля нагружен объемной силой 7=14000 H/м с модулем линейных деформаций E= 108 H/м2 и модулем поперечных деформаций v=0,25. Блок вмещающих пород нагружен объемной силой 7=25000 H/м , соответствующей
9 2
удельному весу вмещающих пород; E=10 H/м , v=0,25. Область выработанного пространства и обрушенных пород нагружена объемной силой
3 7 2
у=20000 H/м , E= 10 H/м , v=0,25. Мягкий прослой имеет модуль линей-
7 2
ных деформаций того же порядка, что и обрушенная порода: Е=Ъ10‘ H/м , v=0,25, у=14000 H/m3.
Моделирование проводилось при фиксированной мощности пласта m =4 м, при этом высота зоны обрушенных пород над выработанным пространством M = 5-m = 20 м [7].
При решении задачи вычислялись значения вертикальных напряжений в кровле пласта при удалении от линии забоя l (рис. 1), откуда находились значения следующих параметров:
i\ max тт/ 2
1) максимум опорного давления ayy , H/м ; имеет отрицательное
значение, так как в программе расчетов сжимающие напряжения считаются отрицательными;
2) расстояние до максимума опорного давления от забоя lmax, м;
3) длина зоны опорного давления l0n0p, м; было принято, что в этой
зоне значения вертикальных напряжений превышают (по модулю) соответствующие напряжения в нетронутом массиве в 1,1 раза.
оуу (*107НУм^)
Рис. 1. Распределение вертикальных напряжений в кровле пласта при Н = 200 м, L = 200 м, 1 = 0,5 м, h = 0 м
Количество численных экспериментов составило 189, а узлов сетки конечных элементов в расчетной области - около 104. При обработке результатов экспериментов устанавливалось влияние факторов Н, L, X, h на значения параметров опорного давления. Полученные значимые регрессионные зависимости со значимыми коэффициентами регрессии приведены в таблице. Анализ полученных уравнений позволяет сделать следующие выводы.
1. Максимум опорного давления 0^* (имеет отрицательное значение).
При отсутствии прослоя его величина зависит от трех факторов, причем увеличение половины длины выработанного пространства L и глубины разработки Н повышает модуль этой величины, а рост коэффициента бокового распора X его уменьшает. Увеличение мощности мягкого прослоя h независимо от его местоположения внутри пласта приводит к уменьше-
max
НИЮ модуля Оyy .
Регрессионные зависимости параметров опорного давления для пластов без прослоя и при наличии мягкого прослоя
1. Пласт без прослоя
атх = (- 0,0019 • Ь - 0,0066 • Н + 0,2933 107, Н/м2; 1тах = 6,4444 + 0,0084 • Ь - 0,0034 • Н + 2,1 -X, м; ¡опор = 0,1969• Ь + 0,4156• Н - 70-X, м
2. Имеется мягкий прослой
Расположение в пласте верх атах = 0 0062 • H - 0,0018 • L + 0,2615 • X + 0,3333 • h)• 107, Н/м2;
центр
низ
верх 1тах - 5,8167 + 0,0061 • L + 2,7278 • 1 + 2,3023 • h, м
центр
низ 1тах = 5,9809 - 0,0024 • Н + 0,0075 • L + 2,8482 • 1 +1,8407 • h, м
верх ¡опор = 170,5463 - 0,0321 • L - 2,5 -Х + 6,6111 • h, м при Н = 200 м;
центр
низ ¡опор = 260,463 + 0,1306 • L - 60,6667 • X +16,5556 • h ,при Н = 400 м
2. Расстояние до максимума опорного давления от забоя ¡тах.
При отсутствии прослоя этот параметр зависит от трех факторов: увеличение Ь и X повышает это расстояние, а рост глубины разработки Н, наоборот, его уменьшает.
При расположении мягкого прослоя в верхней и центральной частях пласта увеличение его мощности приводит к повышению lmax. Следует отметить, что в этом случае исключается влияние фактора Н - глубины разработки. Таким образом, наличие мягкого прослоя в верхней и центральной частях пласта компенсирует вес обрушенных пород на кровле выработки.
Если прослой находится в нижней части пласта, в уравнение регрессии включается фактор Н, причем с увеличением глубины разработки расстояние до максимума опорного давления уменьшается. Такое же воздействие фактор Н оказывает на изучаемый параметр и в том случае, когда прослой отсутствует. Увеличение мощности мягкого прослоя при таком расположении, так же, как и в двух других случаях, приводит к увеличению lmax .
3. Длина зоны опорного давления lonop.
При отсутствии прослоя 10П0р зависит от трех факторов: увеличивается с ростом длины выработанного пространства L и глубины разработки Н, уменьшается с ростом коэффициента бокового распора X.
При наличии мягкого прослоя в пласте величина 10П0р становится
независимой от глубины разработки Н.
Если прослой расположен в верхней или центральной части пласта, ТО увеличение ТОЛЩИНЫ прослоя h приводит К увеличению 10П0р , но эта
закономерность наблюдается только при глубине разработки Н = 200 м. При большей глубине разработки наличие мягкого прослоя в центре или верхней части пласта не оказывает влияния на величину 10П0р .
Наличие мягкого прослоя в нижней части пласта оказывает влияние на величину 10П0р при глубине разработки Н = 400 м, с увеличением его
мощности 10П0р также увеличивается.
Приведенные регрессионные зависимости позволяют количественно оценить значения параметров опорного давления при наличии мягкого прослоя в пласте.
Список литературы
1. БаренблаттГ.И., Христианович С.А. Об обрушении кровли при горных выработках// Изв. АН СССР, ОТН. 1955. №11. С. 73-86.
2. Теория защитных пластов / И.М. Петухов и [др.]. М.: Недра, 1976. 224 с.
3. БаклашовИ.В. Деформирование и разрушение породных массивов. М.: Недра, 1988. 271 с.
4. Миренков В.Е., Шутов В.А. Математическое моделирование деформирования горных пород около ослаблений /Новосибирск: Наука, 2009. 176 с .
5. РыжковЮ.А., Волков А.Н. , Гоголин В.А. Механика и технология формирования закладочных массивов/М.: Недра, 1985. 191 с.
6. Грицко Г.И., Власенко Б.В. Эксперементально-аналитический метод определения напряжений в массиве горных пород/ Новосибирск: Наука, 1976. 190 с.
7. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород / Л.: Недра, 1977. 503 с.
A. V. Dyagileva, I. A. Ermakova, V. A. Gogolin
FEATURES OF MINE PRESSURE PARAMETERS DURING CLEAN MINING COAL SEAM WITH WEAK LAYER
Article contains results of numerical experiments by the finite element method for a condition of rocks during stopping coal seam with weak layer. The received dependences show influence of thickness of layer, mining depth, lengths of the mined-out space, horizontal pressure for mine pressure parameters.
Key words: stopping, the finite element method, mine pressure parameters, coal seam with weak layer.
Получено 20.04.11
УДК 622.016.52’112.3
A.B. Евсеев, мл. науч. сотр., (342) 216-37-03, evseev@mi-perm.ru (Россия, Пермь, ГИ УрО РАН)
УСТОЙЧИВОСТЬ ПОРОД КРОВЛИ ОЧИСТНЫХ КАМЕР ПРИ ОДНОВРЕМЕННОЙ ОТРАБОТКЕ СМЕЖНЫХ ПАНЕЛЕЙ
Методами математического моделирования установлено, что при совместной отработке панелей в условиях интенсивного деформирования подработанного массива минимизация горного давления иувеличениеустойчивости пород кровли могут быть достигнуты путем выбора оптимального расстояния между фронтами очистных работ.
Ключевые слова: устойчивость кровли выработок, сближенные пласты, математическое моделирование.
На Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей применяется камерная система разработки с поддержанием кровли на относительно «жестких» целиках. Способ подготовки - панельный, ширина панели составляет 400 м. Выемка руды осуществляется комбайновым способом. При отработке сближенных сильвинитовых пластов KpII и АБ из-за высокого содержания глинистого материала в продуктивной толще остро встала проблема устойчивости пород кровли очистных камер. Не-
