CC BY
46
снижающих несущую способность крепей капитальных горных выработок. В связи с образованием значительного фонда законсервированных капитальных горных выработок и возможной перспективой их повторного использования, необходимо внести коррективу в существующую методику расчета крепей с учетом длительного воздействия агрессивной среды, чтобы предсказать снижение несущей способности крепи и определится с возможностью и направлением повторного их использования.
Список литературы
1. Долговечность бетона в агрессивных средах / С.Н. Алексеев [и др.]. М.: Стройиздат, 1990. 320 с.
2. Семенов И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. М.: Физматлит, 2002. 336 с.
V. Salnikov, A. Kapylov, O. Konovalov, L. Sheinkman
Factors influencing safety reusing mine workings
The review and the analysis of factors defining prospect and possibility of reusing mine workings is made.
Key words: mining tunnels, ferroconcrete, corrosion.
Получено 17.03.2010
УДК 622.016.34-047.43
А.А. Насонов, аспирант (Россия, Новочеркасск, Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета)
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПОРОД ПОВТОРНО ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ШТРЕКОВ ПРИ ОХРАНЕ ТУМБАМИ
Приведены характеристики тумб БДБ для охраны выработок. Описана объемная конечно-элементная модель штрека с бермовой частью. Рассмотрены основные результаты расчета напряженно-деформированного состояния пород бермы. Сделаны выводы о механизме управляющих воздействий.
Ключевые слова: тумбы, породы бермы штрека, лава, выработанное пространство.
В условиях отработки тонких пластов, залегающих в массивах прочных пород, наиболее эффективным техническим решением является бесцеликовые способы охраны, предусматривающие проведение выработки в нетронутом массиве с последующим её поддержанием на границе выработанного пространства для повторного использования.
Применение этой технологии позволяет практически вдвое снизить объём проведения подготовительных выработок, повысить концентрацию горных работ и уровень нагрузок на очистные забои, обеспечить эффективное проветривание лав за счёт использования прямоточных схем вентиляции, в том числе с подсвежением исходящей струи, упростить цепочку транспортирования угля и материалов.
Поддержание устойчивости выработок осуществляется с помощью различных охранных конструкций.
Важными характеристиками искусственного ограждения являются его деформационно-силовая диаграмма, податливость, несущая способность, устойчивость к боковым силам и подвижкам кровли в плоскости наслоения пород, площадь опорной поверхности и равномерность распределения нагрузки на основание.
В настоящее время на шахтах Донбасса широко применяются блоки БДБ, представляющие собой тумбы цилиндрической формы с наполнением в виде бревен и связующего материала (таблица).
По своим деформационным свойствам блоки относятся к ограниченно податливым, их несущая способность составляет порядка 3000 кН и зависит от прочностных свойств связующего материала, используемого типа хвойных пород и их объемного соотношения.
Практический опыт их применения показывает, что одним из проблемных аспектов эксплуатации блоков БДБ является взаимодействие с бермовой частью выработки, которая может скалываться и разрушаться на большом протяжении штрека даже при высокой прочности боковых пород.
Исследование этого взаимодействия является сложной геомехани-ческой задачей, требующей учета большого комплекса факторов.
Характеристика блоков типа БДБ
Тип блока Диаметр блока, мм Высота блока, мм Объём одного блока, 3 м Масса блока, кг*
Бетон плотностью 25 кН/м3 Раствор плотностью 20 кН/м3 и § 2^ 3 8 £ к д о ^ & к о « Н ^ о с е
номинальный предельные отклонения номинальная предельные отклонения
БДБ 63.15 630 150 0,047 58-66 51-60 39-48
БДБ 63.11 630 ±10 110 ±5 0,034 42-49 37-43 28-35
БДБ 80.11 800 110 0,055 67-76 59-68 45-54
Автором с целью оценки напряженно-деформированного пород бермовой части состояния повторно используемого штрека выполнено численное моделирование объемной задачи методом конечных элементов.
Рассмотрена стандартная выработка прямоугольного сечения площадью 15 м , пройденная в песчаниках и по пласту угля мощностью 1 м.
К одной из боковых стенок выработки примыкало отработанное пространство лавы, образовывая берму высотой 2,0 м.
В выработанном пространстве в шахматном порядке установлены блоки, которые моделировались из однородного материала с приведенным модулем упругости.
Задача решалась в упругой постановке в дополнительных напряжениях, по боковым и нижней внешним сторонам модели задавались ограничения смещений по нормали к граням. Фрагмент модели с укрупненной сеткой конечных элементов представлен на рис. 1.
В результате расчета определись все компоненты объемного тензора напряжений и деформаций в конечных элементах и узлах модели. Далее определялись эквивалентные напряжения в соответствии с теорией прочности Кулона - Мора и параметр Лоде - Надаи, характеризующий вид объемного напряженного состояния.
Анализ результатов расчета показал следующее.
В породах бермы штрека возникают значительные радиальные деформации и растягивающие напряжения, превышающие соответствующие величины в породах противоположного бока выработки в 3 - 3,5 раза.
Рис. 1. Фрагмент объемной численной модели штрека
с бермовой частью
Породы бермы штрека находятся в состоянии объемного растяжения, при этом интенсивность эквивалентных растягивающих напряжений уменьшается от контура вглубь пород бермы (рис. 2).
В, м
Рис. 2. Динамика изменения относительной интенсивности эквивалентных напряжений в породах от контура в глубь бермы штрека
Установленные в шахматном порядке блоки оказывают значительное влияние на подстилающий породный слой бермы штрека, создавая периодическую неоднородность напряжений вдоль оси выработки, достигающую 22...34 %, что обуславливает возможность скола пород в местах контакта. Влияние блока БДБ на интенсивность напряжений в подстилающем породном слое возрастает с увеличением приведенного модуля упругости материала охранной конструкции.
В целом полученные результаты хорошо согласуются с натурными наблюдениями за состоянием пород бермы повторно используемых штреков. Анализ напряженно-деформированного состояния говорит о том, что механизм управляющих воздействия по поддержанию устойчивости бер-мовой части выработок может быть направлен на увеличение сопротивляемости пород растягивающим напряжениям, включение дополнительных конструктивных элементов, предотвращающих трещинообразование и скол пород бермы, а также более обоснованный выбор схемы установки блоков по площади бермы.
Список литературы
1. ТУ 4173.001.00173931 - 2002. Блоки деревянно-бетонные БДБ. Шахты. 2002. 16 с.
A. Nasonov
Evaluating competence of rocks for reuse drifts of using pillars
Characteristics of BDB pillars for protection mine workings are shown. Finite-element solid model the drift with berm part was description. Basic results of calculation stressedly-deformed condition of rocks in the pillar were considered. Conclusions about mechanism of control actions were made.
Key words: pillars, rocks of reuse drift, face, open area.
Получено 17.03.2010
