Горный журнал УГГУ - Результаты поиска для: Черданцев Н. В.

Представлены результаты исследований состояния массива горных пород, вмещающего горную выработку, пройденную по угольному пласту достаточно глубоко. В почве угольного пласта расположен слой горных пород, мощность и прочность которого сравнима с прочностью пласта. Условные напряжения пласта и слоя почвы представлены диаграммой Прандтля с постоянной интенсивностью напряжений в предельной области деформирования пласта и породного слоя. Разработанная модель геомеханического состояния массива горных пород описывает его деформирование при переходе в предельное состояние. Она основана на фундаментальных уравнениях механики деформируемого твердого тела и использует уравнения теории упругости, теории прочности горных пород Кулона–Мора и теории сыпучих сред. Модель предполагает, что массив находится в условиях плоской деформации. Получены зависимости размеров максимально напряженной зоны угольного пласта вблизи горной выработки от его характеристик прочности для ряда глубин. Найдены характеристики прочности породного слоя, при которых слой переходит в предельное состояние. Показано, что с увеличением коэффициента крепости угольного пласта значения коэффициента концентрации напряжений в напряженных зонах уменьшаются нелинейно.

В основе разработанной модели геомеханического состояния массива, вмещающего выработку и геологическое нарушение, лежат два метода – фиктивных нагрузок и разрывных смещений. Метод фиктивных нагрузок описывает граничные условия на контуре выработки, а метод разрывных смещений формулирует условия на берегах нарушения. Геологическое нарушение представляет собой узкую щель с заполнителем из упругого материала с заданными характеристиками жесткости на сжатие и сдвиг. В рамках модели проведены исследования напряженного состояния массива в окрестности выработки и щели, в частности построены эпюры нормальных напряжений в кровле выработки и почве щели. Результаты проведенных исследований показывают, что при определенных расстояниях между ними в массиве возникают значительные сжимающие и растягивающие напряжения. Причем максимальными сжимающими напряжениями в кровле выработки являются вертикальные компоненты тензора напряжений, а в почве щели – горизонтальные компоненты этого тензора. Наибольшие растягивающие напряжения и в кровле выработки, и в почве щели представлены только горизонтальными компонентами тензора напряжений. Размеры зон нарушения сплошности массива, возникающих вокруг одиночной выработки, незначительно отличаются от размеров аналогичных зон, образующихся в массиве в окрестности выработки и щели. Максимальное отличие значений коэффициента нарушенности массива для этих случаев составляет около 7 %.

Получено общее аналитическое решение задачи о нарушенности массива горных пород с регулярной прочностной анизотропией в окрестности протяженной цилиндрической выработки. Решение представлено в форме биквадратного уравнения контура зон нарушения сплошности массива. На его основе вычисляются размеры этих зон и отстраиваются картины нарушенности в зависимости от основных параметров среды.

Путем решения объемной задачи теории упругости, построения зон нарушения сплошности и на основе специально введенных показателей нарушенности произведены количественная и качественная оценки техногенной нарушенности массива с регулярной прочностной анизотропией в окрестности забоя горизонтальной горной выработки.

В рамках модели геомеханического состояния анизотропного по прочности массива горных пород с различными его свойствами проведены исследования устойчивости целиков в окрестности системы горизонтальных выработок квадратного сечения, сооружаемых по геотехнологии КГРП (комплекс глубокой разработки пласта).

На базе ранее созданной модели геомеханического состояния анизотропного по прочности массива горных пород разработана новая модель, в которой учтено наличие дизъюнктивного нарушения, расположенного в непосредственной близости от выработки, пройденной по угольному пласту. Также учитывается влияние предельно-напряженных зон в угольном пласте, образующихся в бортах выработки на определенных глубинах ведения горных работ при определенном коэффициенте крепости угольного пласта. Размеры предельно-напряженных зон и величина опорного давления определены в ходе решения упруго-пластической задачи о напряженном состоянии углепородного массива, в которой краевая часть пласта, покрытая сеткой линий скольжения, описывается уравнениями теории предельного состояния. Результаты проведенных вычислений показывают, что на определенной глубине ведения горных работ в бортах выработки образуются значительные по размерам пластические зоны. Их размеры сопоставимы с шириной выработки. Наличие дизъюнктивного нарушения увеличивает размеры предельно-напряженных зон и повышает коэффициенты концентрации напряжений в зонах опорного давления выработки.

Рассмотренный в статье подход к оценке прочности горизонтального слоя горной породы в кровле выработки основан на поэтапном решении задачи о геомеханическом состоянии этого слоя. Сначала в рамках модели геомеханического состояния анизотропного массива определяется поле напряжений в окрестности выработки и на основе критерия прочности Мора–Кузнецова производится оценка предельного состояния слоя по его контакту с основным массивом. Затем методами строительной механики решается задача об изгибе самого слоя. На заключительном этапе определяются суммарные напряжения и производится оценка прочности этого слоя на основе критериев прочности по растягивающим напряжениям или Кулона–Мора.