Теорiя i основнi закономiрностi процесу вiджиму вугiльного пласта

2. Побудовано інтеграли системи рівнянь теорії ідеальної пластичності в тривимірному випадку. Розроблено алгоритми реалізації побудованих аналітичних розв'язків просторових задач, на основі яких виконано розрахунки меж пластичних зон у вугільних пластах з виробками в формі прямокутного паралелепіпеда і колового циліндра.

3. Побудовано математичну модель процесу раптового віджиму. Сформульовано умови його виникнення. Розроблено методи розв'язання систем трансцендентних рівнянь спеціальної форми, які містять початкові параметри процесу як невідомi величини. Запропоновано методи побудови області , яка містить усі можливі довжини пробок і зон зруйнованого вугілля, для яких існують початкові параметри раптового видавлювання. Показано, що із зростанням глибини залягання пласта і модуля пружності порід область збільшується; коефіцієнт Пуассона порід і тертя на контакті пласта з породою практично не впливають на величину .

4. Запропоновано способи розв'язання системи трансцендентних і диференціальних рівнянь, яка описує процес раптового віджиму. Здобуто кiлькісну оцінку швидкості, величини зсування пробки, часу протікання віджиму та інших характеристик процесу.

Досліджено залежність інтенсивності процесу від фізико-механічних властивостей вугілля і порід. Встановлено, що при зменшенні безрозмірного параметру від 2000 до 1000 і збереженні значень решти безрозмірних сталих які входять у рівняння, зсування пробки, віднесене до потужності вугільного пласта, змінюється від 0,53 до 0,4, максимальна швидкість зменшується на 3,5 м/с, час перебігу процесу скорочується на 4 млс. При збільшенні коефіцієнту Пуассона від 0,2 до 0,3 вказані величини, які характеризують інтенсивність процесу віджиму, зростають на 3-5%. Зменшення тертя на контакті вугілля з породою в два рази приводить до збільшення зсування пробки в 4 рази, швидкості - в 3 рази, при цьому час продовження процесу зростає на 30%.

5. Встановлено характерну ознаку виникнення досліджуваного динамічного явища. При звичайному віджимі нормальні зсування максимальні поблизу забою, по мірі віддаляння в глиб масиву вони зменшуються. У випадку зародження динамічного явища ця закономірність змінюється: нормальні зсування точок контактної поверхні вугілля - порода і швидкості їх зближення в глибині масиву набагато більше, ніж поблизу забою. Особливо значна ця відміна в початковий період процесу: на протязі перших 5-10 млс зазначені величини на відстані 4-5 потужностей вугільного пласта від забою на два-три порядки більше, ніж в околах забою, де вони практично близькі до нуля.

6. На основі моделі показано, що

- раптовий віджим виникає на певній глибині , величина якої залежить від фізико-механічних властивостей вугілля і порід. Для умов Донбасу глибина більше 360 метрів. Наприклад, при Е=0,98.МПа, МПа, МПа, величина дорівнює 400м, при Е=1,47.10МПа, 2,94 Мпа, МПа, глибина =546м;

- із зростанням глибини збільшується мінімальна протяжність зони подрібненого вугілля, необхідна для виникнення раптового віджиму. Так, при Н=1000м величина м; якщо м, то м (Е/=2000; ; м);

- для глибин порядку 2000-2500 м протяжності зон подрібненого вугілля, які можуть утворитися в початковий момент процесу, цілком достатні для його інтенсивного протікання.

7. Для похилих i крутих вугільних пластів протяжності зон подрібненого вугілля, при яких може відбутися раптовий віджим, в 2,5-3 рази менше, ніж у випадку пологих пластів. Для крутоспадних пластів за більш короткий проміжок часу пробка зміщається на відстань, вдвічі більшу в порівнянні з випадком горизонтального залягання.

8. Для різних реальних значень параметрів, що характеризують фізико-механічні властивості вугілля і порід, довжина пробки і протяжність другої ділянки в процесі віджиму зростають на 5-25%; характерною особливістю раптового віджиму є значне збільшення протяжності третьої ділянки : за час перебігу процесу його довжина зростає на 40-260%. Таким чином, провокуванням процесу віджиму призабійної області можна збільшити загальну протяжність пластичної зони на 50-200%.

За час продовження процесу віджиму максимум опорного тиску знижується на 17-40%. Величина його віддалення в напрямку від забою до глибини масиву в залежності від конкретних умов коливається від 0,8 до 6 потужностей розроблюваного пласта. Зменшення максимуму опорного тиску і віддалення його від забою створюють безпечні умови для виймання вугілля.

9. Виконано узагальнення моделі процесу раптового віджиму на випадок кусково-однорідного вугільного пласта. Показано, що стрибкообразне зменшення пластичної сталої на деякій відстані від забою приводить до додаткового зменшення абсолютного значення максимуму опорного тиску і збільшення його зниження в процесі віджиму в порівнянні з випадком однорідного пласта; при цьому протяжність пластичної зони і віддалення максимуму опорного тиску від забою збільшуються. Тому зменшення на деякій відстані від забою перед провокуванням віджиму сприяє ліквідації небезпечної ситуації після завершення процесу.

Таким чином, у дисертації узагальнені теоретичні дослідження просторового напружено-деформованого стану масиву гірських порід поблизу виробки з урахуванням пластичності вугілля; виявлено закономірності статичної рівноваги і динаміки видавлювання пластичної зони розроблюваного пласта при наближенні забою до області зруйнованого вугілля.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ У ТАКИХ РОБОТАХ

1. Хапилова Н.С. Теория внезапного отжима угольного пласта. - Киев: Наук.думка, 1992. - 232с.

2. Хапилова Н.С. О давлении породы на пласт вблизи забоя // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископаемых. - 1973. - № 3. - С.110-113.

3. Хапилова Н.С. Оценка протяженности призабойной пластической зоны разрабатываемого угольного пласта // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископаемых. - 1974. - № 3. - С.23-27.

4. Хапилова Н.С. Определение начальных параметров процесса внезапного выдавливания разрабатываемого угольного пласта // Механика твердого тела. - Киев: Наук.думка, 1974. - Вып. 6. - С.136-143.

5. Кузнецов С.В., Хапилова Н.С. О внезапном выдавливании разрабатываемого угольного пласта // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. - 1975. - № 3. - С.104-108.

6. Хапилова Н.С. Об условиях возникновения процесса внезапного выдавливания разрабатываемых угольных пластов // Механика твердого тела. - Киев: Наук.думка, 1976. - С.106-122.

7. Хапилова Н.С. Внезапное выдавливание неоднородного угольного пласта. Основные соотношения // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископаемых. - 1976. - № 5. - С.24-30.

8. Хапилова Н.С. Фильтрация жидкости в трещиновато-пористом угольном пласте при нагнетании ее через длинные скважины // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископаемых. - 1977. - № 2. - С.107-114.

9. Кодак Н.И., Хапилова Н.С. К расчету начальных параметров процесса внезапного выдавливания угольного пласта // Механика твердого тела. - Киев: Наук.думка, 1977. - Вып. 9. - С.136-142.

10. Хапилова Н.С. Об отжиме призабойной части неоднородного угольного пласта // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископаемых. - 1977. - № 6. - С.13-21.

11. Хапилова Н.С. Внезапное выдавливание разрабатываемого угольного пласта под действием сил горного давления // Прикладные задачи механики горных пород. - М.: Наука, 1977. - С.124-127.

12. Кузнецов С.В., Хапилова Н.С., Левшин А.А. Оценка влияния торцовой нагрузки на пластическое течение в слое между жесткими плитами // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископаемых. - 1978. - № 1. - С.3-8.

13. Хапилова Н.С. К исследованию области существования начальных параметров процесса внезапного выдавливания // Теорет. и прикл.механика. - Киев: Вища школа, 1978. - Вып.9. - С.81-90.

14. Хапилова Н.С. Зависимость основных параметров процесса внезапного выдавливания от смещения призабойной пробки // Теорет. и прикл.механика. - Киев: Вища школа, 1978. - Вып.9. - С.90-97.

15. Кузнецов С.В., Хапилова Н.С. Численное исследование процесса внезапного выдавливания разрабатываемого угольного пласта // Журн. прикл. мех. и техн. физики. - 1978. - № 6. - С.129-136.

16. Хапилова Н.С. К задаче о внезапном выдавливании наклонного угольного пласта // Теорет. и прикл.механика. - Киев: Вища школа, 1979. - Вып.10. - С.98-105.

17. Хапилова Н.С. О сближении боковых пород при внезапном выдавливании разрабатываемого угольного пласта // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн.ископаемых. - 1980. - № 1. - С.14-18.

18. Хапилова Н.С. К расчету процесса внезапного выдавливания наклонного угольного пласта // Теорет. и прикл.механика. - Киев: Вища школа, 1980. - Вып. 11. - С.77-83.

19. Хапилова Н.С. Влияние глубины залегания пласта и физико-механических свойств угля и пород на интенсивность процесса внезапного выдавливания // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископаемых. - 1980. - № 4. - С.11-17.

20. Хапилова Н.С. К расчету начальных параметров процесса внезапного выдавливания неоднородного угольного пласта // Теорет. и прикл.механика. - Киев: Вища школа, 1981. - Вып. 12. - С.104-110.

21. Хапилова Н.С. О перемещении максимума опорного давления при быстром отжиме околозабойной зоны угольного пласта в очистной выработке // Аналитические и численные исследования в механике горных пород. - Новосибирск: СО АН СССР, 1981. - С.47-53.

22. Хапилова Н.С. Влияние глубины залегания угольного пласта на возникновение и интенсивность динамических явлений в выработках // Горное давление в капитальных и подготовительных выработках. - Новосибирск: СО АН СССР, 1981. - С.82-85.

23. Хапилова Н.С. К постановке задачи о внезапном отжиме призабойной зоны разрабатываемого угольного пласта // Теорет. и прикл. механика. - Киев: Вища школа, 1982. - Вып. 13. - С.88-94.

24. Хапилова Н.С. Влияние подвигания забоя очистной выработки на выдавливание краевой части угольного пласта // Аналитические методы и применение ЭВМ в механике горных пород. - Новосибирск: СО АН СССР, 1982. - С.54-59.

25. Хапилова Н.С. Влияние изменения пластических свойств угля в призабойной зоне на процесс внезапного выдавливания // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископаемых. - 1983. - № 6. - С.109-112.

26. Кодак Н.И., Хапилова Н.С. К расчету трехмерного опорного давления на угольный пласт в окрестности трапецеидальной в плане выработки // Теорет. и прикл. механика. - Киев: Вища школа, 1984. - Вып. 15. - С.118-123.

27. Кодак Н.И., Хапилова Н.С. Распределение пространственного опорного давления в окрестности ниши очистной выработки // Теорет. и прикл. механика. - Киев: Вища школа, 1986. - Вып. 17. - С.29-32.

28. Полухин В.А., Хапилова Н.С. Зависимость длины разгрузочных полостей от глубины проведения горных выработок // Известия высш. учебн. заведений. Горный журнал. - 1989. - № 12. - С.14-19.

29. Полухин В.А., Хапилова Н.С. Оптимальные технологические параметры взрывополостной разгрузки подготовительных выработок в зоне влияния лавы // Оптимизация горных работ и фрагменты САПР. - Новосибирск: Институт горного дела СО АН СССР, 1990. - С.110-112.

30. Хапилова Н.С. Определение границы пластической зоны в пласте полезного ископаемого, ослабленного трехмерной выработкой // Теорет. и прикл. механика. - Харьков: Основа, 1991. - Вып. 22. - С.6-10.

31. Khapilova N.S. A study of the cavities that form in dynamic phenoma in coal mines // Journal of mathematical sciences. - 1995, December . - Vol. 77. - N 6. - P.p. 3547-3550.

32. Хапилова Н.С., Дуброва С.Б., Залетов В.В. Пространственное напряженно-деформированное состояние сжимаемого пластического слоя вблизи полости // Физика и техника высоких давлений. - 1996. - Т. 6, № 24. - С.100-107.

33. Хапилова Н.С. Напряженно-деформированное состояние упругого полупространства на перфорированном упругом основании с учетом пластических зон // Физика и техника высоких давлений . - 1997. - Т. 7, № 4. - С.84-87.

34. Хапилова Н.С. Расчет границы пластической зоны в окрестности цилиндрической выработки, пройденной в пласте полезного ископаемого // Известия вузов. Горный журнал. - 1998. - №11-12. - С.182-186.

35. Кузнецов С.В., Хапилова Н.С. Об одной форме проявления горного давления в скальном массиве с мягкой прокладкой // Горные удары, методы оценки и контроля удароопасности массивов горных пород. - Фрунзе: Илим, 1979. - С.134-139.

36. Хапилова Н.С. Пространственная задача о напряженно-деформированном состоянии массива скальных пород в окрестности выработки с учетом пластической зоны // Напряженное состояние массивов горных пород и управление горным давлением. - Бишкек: Илим, 1990. - С.327-330.

37. Хапилова Н.С. Осесимметричная смешанная задача для полупространства на упругом основании // Труды междунар. научной конф., “Современные проблемы концентрации напряжений”. - Донецк: Донец. гос. ун-т., “Кассиопея” - 1998. - С.242-246.

38. Хапилова Н.С. Один класс решений системы уравнений теории идеальной пластичности в пространственном случае // Труды междунар. конф. “Математика в индустрии - Таганрог: Таганрогский госуд. педагогический ин-т. - 1998. - С.313-315.

39. Хапилова Н.С. Внезапное выдавливание разрабатываемого угольного пласта под действием сил горного давления // Тезисы докладов V Всесоюзной конференции по механике горных пород (Москва, 7 - 9 января 1975г.) - М., 1974. - С.46.

40. Хапилова Н.С. Об одной форме проявления внезапных выбросов в очистных выработках // Тезисы докладов VII Всесоюзной конференции по механике горных пород. (Днепропетровск, 29 сент. - 1 окт. 1981г.). М.: Наука, 1981. - С.47-48.

41. Хапилова Н.С. О напряженном состоянии в окрестности очистной выработки при мгновенном подвигании забоя // Тезисы докладов. Республиканский симпозиум Концентрация напряжений. - Донецк, 1983. - С. 122-123.

42. Хапилова Н.С. Оценка размеров зоны разрушенного угля на основе математической модели динамических явлений в шахтах // Методы математического моделирования в научных исследованиях. Тезисы докладов II школы-семинара (9-11 сентября 1990г.). - Донецк: Институт прикладной математики и механики АН УССР, 1990.

43. Хапилова Н.С. Пластические зоны в пласте полезного ископаемого, ослабленном трехмерными выработками // Тезисы докладов. Х Международная конференция по механике горных пород (27.09 - 1.10.1993г.). - М.: Наука, 1993. - С.43.

Размещено на Allbest.ru