Прогнозирование геомеханических ситуаций при добыче известняка Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 622.355.11

Д.О. Прохоров, канд. техн. наук, доц., (4872)33-42-44, dp@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ СИТУАЦИЙ ПРИ ДОБЫЧЕ ИЗВЕСТНЯКА

Сформирована расчетная схема моделирования геомеханических ситуации при ведении выемочно-погрузочных работ в массиве известняка на примере реальной технологической схемы. Предложена блок-схема метода прогнозирования. Рассмотрены вопросы вычисления величин напряжений скального трещиноватого массива как математических ожиданий и определения уровня критерия предельного состояния реального массива известняка.

Ключевые слова: выемочно-погрузочные работы, метод прогнозирования, массив известняка.

При формировании расчетной схемы, нам необходимо, в качестве исходных данных, ввести следующие параметры, отражающие физикомеханические свойства пород слагающих исследуемый массив: расчетные сопротивления породы на одноосное и двухосное сжатие для предельных состояний первой и второй групп, определяемые делением экспериментально полученных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности, расчетные сопротивления породы на двухосное растяжение для предельных состояний первой и второй групп, определяемые делением экспериментально полученных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности, объемная масса породы, составляющей исследуемый массив.

Геометрические параметры исследуемой части массива, обусловливающие конфигурацию расчетной схемы, определяем исходя из параметров принятой технологической схемы - схемы разработки уступа экскаватором за два подхода с применением автомобильного транспорта и предварительного рыхления с помощью буровзрывных работ (рис. 1.). Основными параметрами технологической схемы необходимыми нам для расчетов являются: ширина рабочей площадки, высота уступа и ширина забоя.

При определении нагрузочных характеристик расчетной схемы нам необходим анализ принятой технологической схемы и физикомеханических свойств пород контактирующих с исследуемой частью массива. Анализ принятой технологической схемы показывает, что надо учитывать нагрузки от технологического оборудования, разрыхленной горной массы, упругий отпор пород почвы уступа, отпор нетронутых пород граничащих с исследуемой областью.

Рис. 1. Технологическая схемаразработкиуступа за два подхода

Исходя из выше сказанного расчетная схема, в данном случае будет выглядеть следующим образом (рис. 2).

В данной расчетной схеме наиболее полно учтено многообразие факторов влияющих на геомеханическую ситуацию в забое.

Наиболее четкое представление о производимых при моделировании гемеханических ситуаций в скальных трещиноватых забоях действиях и их последовательности дает блок-схема методики (рис. 3.)

Рис. 3. Блок-схемаметодапрогнозированиягеомеханических ситуаций при ведении выемочно-погрузочныхработ в скальных трещиноватых массивах

Величины напряжений скального трещиноватого массива могут быть вычислены как математические ожидания [1], т. е.

^2СК Цупр^2упр ^ Цбл^гбл ’

^'хек Ц упр^ хупр ^ Чб^хбл;

а - ц & + ц & ;

уск 1 упр уупр * ол уол9

где дупр - вероятность приближения реального скального массива к упругому монолитному основанию; дбл - вероятность приближения скального

трещиноватого массива к основанию блочного строения.

Для вычисления напряжений в упругом монолитном массиве используются методы теории упругости [2, 3], а для вычисления напряжений в массиве блочного строения - методы теории, построенной для безрас-порной зернистой среды [1]. Что касается вероятностей приближения, то они должны определяться по характеру развития трещин в скальном трещиноватом основании на основе геологических обследований.

Для определения уровня критерия предельного равновесия исследуемой области массива горных пород, используем условие прочности предложенное проф. Л.И. Зиборовым [4].

Уравнение предельной поверхности, ограничивающей область прочного сопротивления, представим в виде

где А , В , С , В , ¥ - экспериментально определяемые коэффициенты.

Принимая за расчетные параметры величины: Яс - прочность при сжатии; Яр - прочность при растяжении; Я2с , Я2 - соответственно проч-

ности при двуосном сжатии и растяжении равных) интенсивностей; Якр - прочность при чистом кручении, можно определить постоянные коэффициенты условия (1) посредством формул

(А + Bcos3ф)-т + (С + Dcos3^)-от + ¥ ,

(1)

А = >/2 ( «2с - Я + Я - Я

\

2 Я + 2Я2 Я + 2Я,

у р 2 с с

2 р )

---- ----------------------1-------------------‘

л/8 Я2 Я2 (Я + 2 Я2 ) Я2 Я (Я + 2 Я2 ) ’

* 2 с 2р\р 2с / 2 р с \ с 2р/

в = л/2 ( Я2с - Яр _ Яс - Я2 р '

2 Ч Яр + 2Я2с Яс + 2Я2р у

(2)

л/8 Я2 Я2 (Я + 2 Я2 ) Я2 Я (Я + 2 Я2 ) ’

* 2 с 2 р\р 2 с / 2 р су с 2 р /

С = -9_

С л/8

¥

Яр + 2^2 с

Я2 с - Яр

1

Я + 2Я

2 р Я - Я

■ +

2 р

В =

- ¥

ЯрЯ2с (Яр + 2Я2с) Я2рЯс (Яс + 2Я2р )

л/8

Яр + 2 Я2 с

Я2 с - Яр

Яс + 2 я2 р

(2)

Яс - Я2 р

ЯрЯ2с (Яр + 2Я2с) Я2рЯс (Яс + 2Я2р )

¥ =

Я2 с - Яр

V Яр + 2 Я2с

Я - Я

+

2 р

Я + 2 Я2

с 2 р у

Я + 2Я2

р 2 с

Я2 + 2 Я22

2 р

______у______^______|______^____________

Я2Я2р (Яр + 2 Я2с) Я,Д (Яс + 2Я2р)

- 1

Рассмотрим применение условия (1) к плоскому напряженному состоянию, о3=0:

+

(3)

+ (С + Осо83ф)-(ст1 + а2)-(^12 + (7% ~охо212 + ¥,

причем для одноосного сжатия о2=0, о1=-Кс, или о1=0, о2=-Кс; при одноосном растяжении или о2=0, о1=Яр, или о1=0, о2=Яр; для двухосного растяжения равной интенсивности о1=о2=К2р; при двуосном сжатии равной интенсивности о1=о2=-К2с;и при чистом кручении или -о2=о1=Ккр, или о1=-^2=Ккр.

Данное условие прочности, которое учитывает различие прочности породы при растяжении, сжатии и иных напряженных состояниях было выбрано нами для моделирования геомеханических ситуаций происходящих в скальных трещиноватых массивах.

Список литературы

1. Каретников В.Н., Прохоров Д.О. Решение задач геомеханики на основе совместного применения метода начальных параметров и метода конечных разностей//Проблемы освоения подземного пространства. Тула, 2000. С. 76-78.

2. Каретников В.Н., Клейменов В.Б., Бреднев В.А. Автоматизированный расчет и конструирование металлических крепей подготовительных выработок. М.: Недра, 1984. 312 с.

D. Prochorov

Forecasting geomechanical situations by extraction of limestone

Calculation scheme for modeling geomechanical situations by extraction of limestone with using real technological scheme was formed. The block-scheme of the forecasting method was proposed. Problems of calculating crumbling rocky massif stresses and estimating limit condition of real limestone massif were considered.

Key words: taking-out-supplying works, forecasting method, limestone massif.

Получено 22.09.10