Обґрунтування параметрів способу забезпечення стійкості протяжних горизонтальних виробок при перетинанні геологічних порушень

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 622.83

Обґрунтування параметрів способу забезпечення стійкості протяжних горизонтальних виробок при перетинанні геологічних порушень

Спеціальність 05.15.09 - “Геотехнічна та гірнича механіка”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ЯНКО Валентин Вікторович

Дніпропетровськ-2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі будівництва і геомеханіки Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ)

Науковий керівник:	доктор технічних наук, професор Соболєв Валерій Вікторович, професор кафедри будівництва і геомеханіки Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ)
Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, професор Новікова Людмила Василівна, професор кафедри вищої математики Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ) кандидат технічних наук Кириченко Володимир Якович, директор ТОВ Західно-Донбаський науково-виробничий центр “Геомеханіка” (м. Павлоград)

Захист дисертації відбудеться “_10_” _квытня 2009 р. о _12_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.04 при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України (49000, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (49000, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19, т. 47-24-11).

Автореферат розісланий “_9_” _березня_ 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.В. Солодянкін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Велика кількість капітальних і підготовчих виробок у вугільних шахтах Донбасу перетинає геологічні порушення, що часто призводить до збільшення вартості прохідницьких робіт і вимагає надалі великих витрат для їх підтримки та експлуатації.

У структурі собівартості вугілля витрати на спорудження та ремонт капітальних і підготовчих виробок складають 15-25%. При цьому в окремих регіонах до 5-10% витрат припадає на підтримку виробок в зоні геологічних порушень.

В умовах постійного зниження глибини ведення гірничих робіт питання забезпечення стійкості підземних виробок в зоні диз'юнктивних геологічних порушень, особливо не виявлених на стадії геологічної розвідки, набуває особливого значення.

В зв'язку з цим підвищення стійкості капітальних і підготовчих виробок на основі встановлених закономірностей руйнування породного масиву при перетинанні ними зони впливу геологічних порушень розривного типу є актуальною науково-технічною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана відповідно з програмою науково-дослідних робіт Національного гірничого університету, яка пов'язана з держбюджетною темою ГП-366 “Закономірності катастрофічних проявів гірського тиску в підземних виробках глибоких вугільних шахт” (№ держреєстрації 0105U000519).

Мета досліджень полягає в геомеханічному обгрунтуванні параметрів способу забезпечення стійкості капітальних і підготовчих виробок, що перетинають геологічне порушення.

Основна ідея роботи полягає в урахуванні міри деструкції породного масиву в зоні впливу геологічного порушення при розробці геомеханічних моделей і розрахунку параметрів кріплення.

Об'єктом досліджень є стійкість протяжної виробки, проведеної в зоні впливу геологічного порушення.

Предметом досліджень є напружено-деформований стан породного масиву, послаблений протяжною виробокою, проведеною в зоні впливу геологічного порушення.

Основні задачі досліджень включають:

- вибір об'єкту досліджень і оцінку основних гірничо-технологічних умов і геомеханічних особливостей спорудження гірничих виробок при перетинанні геологічного порушення;

- проведення натурних досліджень з метою встановлення мінливості властивостей гірських порід в зоні порушення і його розмірів;

- обгрунтування чисельної моделі для оцінки стійкості протяжної виробки при перетинанні нею геологічного порушення;

- розробку інженерної методики визначення діючого навантаження на металеве арочне кріплення протяжних гірничих виробок для розрахунку її конструктивних параметрів;

- розробку рекомендацій з вибору і коригування параметрів кріплення, що відповідає гірничо-геологічним умовам його застосування.

Методи досліджень. Методичну основу досліджень складає комплексний підхід, що включає аналіз і узагальнення літературних даних за темою дисертації, натурні, лабораторні і аналітичні дослідження, виконані з метою вдосконалення розрахункового алгоритму методу чисельного аналізу, математичне моделювання із застосуванням чисельного методу.

Основні наукові положення, що захищаються в дисертації:

- міцність вугілля і вміщуючих порід в межах зони впливу диз'юнктива зменшується від його границь до центру за нелінійним законом, що дозволяє на цій основі розробляти обчислювальні моделі для вивчення геомеханичної ситуації навколо виробки, що перетинає геологічне порушення;

- ширина зони впливу диз'юнктива по нормалі до його осі лінійно змінюється залежно від потужності вугільного пласта, що дозволяє визначати параметри кріплення для забезпечення стійкості виробки в межах геологічного порушення.

Наукова новизна отриманих результатів:

- вперше встановлена закономірність зміни міцності гірських порід і вугілля в межах впливу геологічного порушення в умовах шахт ДП «Добропіллявугілля»;

- вперше розроблена математична модель, що дозволяє досліджувати напружено-деформований стан приконтурного породного масиву навколо протяжної виробки в процесі підходу і перетинання нею геологічного порушення;

- доведено, що під час наближення і перетинання геологічного порушення зона непружних деформацій навколо виробки збільшується в 1,5-2 рази, що призводить до зниження її стійкості.

Наукове значення роботи полягає в розкритті закономірностей зміни механічних властивостей вміщуючих порід і вугілля в районі впливу диз'юнктива і зміни напружено-деформованого стану приконтурного породного масиву навоколо одиночної протяжної виробки при перетинанні нею геологічного порушення для умов шахт ДП «Добропіллявугілля».

Практичне значення роботи полягає в розробці методики визначення параметрів металевого аркового кріплення горизонтальних виробок в зоні геологічних порушень в гірничотехнічних умовах шахт ДП «Добропіллявугілля».

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджується використанням апробованих методів аналітичних і шахтних досліджень; коректністю поставлених завдань, адекватністю розробленої математичної моделі реальним умовам, економічною ефективністю при впровадженні результатів досліджень.

Реалізація роботи в промисловості. Результати досліджень були використані при проектуванні кріплення 6 південного конвеєрного штреку пласта горизонту 550 м на шахті «Алмазна» ДП «Добропіллявугілля». Очікуваний економічний ефект за рахунок зниження експлуатаційних витрат в зоні геологічного порушення становить 196,7 грн/м виробки що ремонтується.

Особистий вклад автора полягає у формулюванні наукової мети, завдань, наукових положень, в розробці математичної моделі і методики досліджень, в аналізі результатів натурних і чисельних експериментів, видачі рекомендацій з проходження геологічних порушень протяжними виробками.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались, обговорені і схвалені на міжнародній науково-технічній конференції “Форум гірників-2007” (Дніпропетровськ, 2007 р.), на конференції молодих вчених “Геотехнічні проблеми розробки родовищ” (Дніпропетровськ, 2007 г.), на міжнародних науково-технічних конференціях студентів, аспірантів та молодих вчених “ Удосконалення технології будівництва шахт і підземних споруд ” (Донецьк, 2008 р.) і “Перспективи освоєння підземного простору” (Дніпропетровськ, 2008 р.), на міжнародній конференції “ Стратегія якості в промисловості та освіті ” (Варна, Болгарія 2008 р.)

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 9 наукових праць, у тому числі 4 у фахових виданнях і 5 в збірниках матеріалів науково-технічних конференцій.

Структура і об'єм. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних джерел з 158 найменувань на 14 сторінках і 2 додатків на 8 сторінках. Містить 130 сторінок машинописного тексту, 57 малюнка і 5 таблиць. Загальний обсяг дисертації складає 169 сторінок.

виробка гірничий кріплення

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Паливно-енергетичний комплекс відіграє провідну роль в економіці всіх промислово розвинених країн.

На теперешній момент вугілля єдиний вітчизняний енергоносій, який є в достатній кількості, на відмінну від природного газу і нафти, розвідані запаси яких в Україні практично відпрацьовані. Накопичений за останнє десятиліття досвід становлення України, як економічно і політично незалежної держави, свідчить, що для досягнення стабільного економічного розвитку країни слід орієнтуватися на власні ресурси і виробничі потужності.

Проблема забезпечення стійкості гірничих виробок на вугільних шахтах при збільшенні глибини розробки набуває великого значення. Середня глибина розробки вугілля в Україні складає близько 800 м і з кожним роком збільшується.

Витрати на спорудження та підтримку капітальних і підготовчих виробок на шахтах України складає близько 15-25% сумарних витрат на видобуток вугілля. Зменшення експлуатаційних витрат є резервом зменшення собівартості вугілля і підвищення його конкурентноздатності.

Собівартість вугілля залежить від багатьох чинників, у тому числі гірничо-геологічних умов проведення і підтримки виробок. Розривні геологічні порушення, які нерідко виявляють лише на стадії спорудження гірничих виробок істотно впливають на витрати з їх проведення і підтримки. У структурі собівартості вугілля витрати на підтримку капітальних і підготовчих виробок в зоні геологічних порушень нерідко доходять до 5-10% і більше.

У зв'язку з цим, виконання досліджень, пов'язаних із забезпеченням стійкості виробок, що проводяться в зоні впливу геологічних розривних порушень, є актуальним науково-технічним завданням.

Дослідження стійкості виробок в складних геологічних умовах в тому числі і в геологічних порушеннях диз'юнктивного типа, присвячені роботи таких відомих учених, як Агєєва В.Г., Аксьонова А.В., Александрова В.Г., Бєлоусова А.П., Васильєва П.В., Глушко В.Т., Грицко Г.І., Звягильського Е.Л., Кирнічанського Г.Т., Кириченка В.Я., Козіонова Е.М., Кужеля С.В., Кузьменка А.М., Назимко В.В., Новикової Л.В., Орлова А.А., Реви В.Н., Сдвижкової О.А., Халимендика Ю.М. та ін.

За основний об'єкт досліджень обрані капітальні і підготовчі виробки шахт «Алмазна» і «Добропільська» ДП «Добропіллявугілля».

Натурні дослідження полягали в оцінці мінливості міцності вугілля і вміщуючих порід в зоні диз'юнктивних порушень.

Відбір проб для визначення межі міцності порід на одноосний стиск здійснювався через кожні 2 м в зоні порушення методом вибурювання кернів з подальшим виготовленням зразків для їх випробування в лабораторії за стандартними методиками. Проведення досліджень з визначення межі міцності на одноосний стиск проводилося також безпосередньо у виробці за допомогою молотка Кашкарова. Відхилення вимірюваної величини, отриманої за стандартною методикою і за допомогою молотка Кашкарова, не перевищувало 5-10%.

За результатами обробки даних були отримані залежності зміни міцності в зоні геологічного порушення (рис. 1):

для порід покрівлі ;

для пород підошви ;

для вугілля ,

де - половина ширини диз'юнктива за довжиною виробки, що перетинається при проходці.

З цих залежностей випливає, що міцність порід і вугілля в зоні диз'юнктива зменшується від його границь до центру за слабко вираженою нелінійною залежністю.

Для спрощення визначення міцності в зоні геологічного порушення, в подальших розрахунках, нелінійна залежність була замінена лінійною, яка має наступний вигляд:

для порід покрівлі ;

для порід підошви ;

для вугілля .

Виконані дослідження дозволили встановити геометричні розміри порушень.

На (рис. 2) наведена залежність ширини диз'юнктива за нормаллю до його вісі від потужності вугільного пласта, яка отримана в ході експерименту.

Дослідження напружено-деформованого стану породного масиву навколо одиночної протяжної горизонтальної виробки до, в час і після перетинання порушення в чисельному вигляді достатньо коректно можна виконати лише на основі об'ємної моделі. Зважаючи на ту обставину, що така задача має бути пружнопластичною, чисельна модель є досить складною. Інтерпретація результатів обчислень при цьому надзвичайно важка. В зв'язку з цим в роботі запропонований спрощений підхід до рішення поставленої задачі, який полягає в наступному.

За основу беруться відомі рішення плоскої пружно-пластичної задачі про перетинання розривного порушення очисною виробкою (лавою) (рішення Сдвижкової О.О., Кузьменка О.М.) і про пружно-пластичну стійкість протяжної одиночної горизонтальної виробки (рішення Шашенка О.М.). Знаходиться штучне рішення основної задачі, що спирається на вирішення цих відомих задач.

Відповідно до цього в першій моделі виробка моделюється прямокутним вирізом, розташованим, приблизно, посередині у відношенні до вертикалі досліджуваного масиву, який поступово наближається і перетинає диз'юнктивне геологічне порушення.

У другій моделі одиночна виробка має арочну форму поперечного перерізу.

Кут нахилу диз'юнктива варіювався від 35 до 90. Зона впливу навколо диз'юнктива була розбита на 10 однакових за шириною частин, кожна з якої мала власні фізико-механічні властивості порід. Зокрема, межа міцності на одноосьовий стиск, що змінюється за лінійним законом у більшу сторону в міру віддалення від осі диз'юнктива, як було показано раніше.

Для відпрацювання наведеного вище спрощеного підходу до рішення поставленої задачі в поперечному перетині був поставлений наступний чисельний експеримент.

Спочатку вирішувалася плоска задача напружено-деформованого стану для однорідного ізотропного масиву, ослабленого окремою виробкою, в умовах гідростатичного тиску. Розрахункова схема наведена на рис. 3.

Виробка, що розміщена в моделі, має арочну форму в поперечному перерізі шириною 4,5 м і висотою 3,2 м. По контуру виробки задавався відпір кріплення.

Для реалізації алгоритму використовується ідеалізована діаграма одноосьового стиску «», що складається з двох ділянок (рис. 4) - прямолінійної, де матеріал деформується за законом Гука, і похилої, котра описується деякою функцією

. (1)

Передбачається також, що розвантаження і повторне навантаження відбуваються за прямою лінією, рівнобіжною початковій пружній ділянці, що визначає досягнуту залишкову деформацію .

Задача вирішується покроково. Зруйнованим вважався елемент, в якому виконувалася умова . Для обчислення еквівалентного напруження в точці використовувалось наступне співвідношення, запропоноване О.М. Шашенком:

, (2)

де та - компоненти головних напружень; - коефіцієнт крихкості, рівний відношенню межі міцності на розтягування до межі міцності на стиск.

Сукупність всіх таких елементів утворює зону розміцнення. Кожна точка інтегрування в середині кожного з цих елементів знаходиться на своїй частині спадаючої ділянки діаграми деформації і має свою поточну межу міцності.

Для даних умов відносна величина зони непружних деформацій дорівнює 2,25, що практично збігається з точним рішенням цієї ж тестової задачі.

На рис. 5. а наведена зона непружних деформацій навколо виробки, отримана в ході чисельного рішення пружнопластичної тестової задачі.

Друга частина вирішуваної задачі також складалася з двох етапів. Перший етап полягає в тому, що масив моделюється без диз'юнктивного порушення, а на другому етапі масив моделюється з диз'юнктивним порушенням. Вирішувалася плоска задача напружено-деформованого стану для однорідного ізотропного масиву, послабленого вирізом прямокутної форми, в умовах гідростатичного тиску.

На рис. 5. б наведена зона непружних деформацій в поперечному перетині тестової задачі на першому етапі моделювання для різного розташування виробки в масиві.

Для того, щоб скінчено-елементна схема, яка, відображена на рис. 5. б, відповідала умовам плоскої задачі стосовно окремої виробки, до її внутрішнього контуру прикладене деяке фіктивне навантаження qф на відстані від вибою, таким чином, щоб зона непружних деформацій, що утворилася в цьому випадку, точно відповідала б розмірам зони непружних деформацій, які були отримані в попередній задачі (див. рис. 5. а).

В результаті досліджень встановлено, що фіктивне навантаження Д повинно бути розподілене вздовж виробки за законом параболи.

У роботі отриманий графік залежності зміни величини в міру збільшення довжини виробки , який наведений на рис. 6.

На рис. 7 наведена форма зони непружних деформацій (ЗНД) в подовжньому перетині після прикладання фіктивного навантаження.

Другий етап чисельного моделюван-ня в подовжньому перетині повторює перший, лише масив має відповідне диз'юнктивне порушення.

На рис. 8 наведена зона непружних деформацій в подовжньому перетині протяжної виробки після прикладання фіктивного навантаження для тестової задачі на другому етапі рішення.

Як видно, зона непружних деформацій збільшується безпосередньо в зоні диз'юнктивного геологічного порушення і плавно зменшується з віддаленням від нього. Зона непружних деформацій безпосередньо в зоні диз'юнктивного геологічного порушення збільшується відносно до цієї ж зони поза порушенням, приблизно, в 1,5-2 рази.

У виконаних вище чисельних розрахунках розглядалася задача для однорідного масиву. У роботі поставлене і вирішене таке ж чисельне завдання для неоднорідного масиву з врахуванням шаруватості, наближене до реальної структури вуглевміщучої товщі по пласту південного конвеєрного штреку ш. «Алмазна».

На рис. 9 наведена зона непружних деформацій, що отримана в результаті розрахунків для чисельних моделей з кутом нахилу порушення від 35 до 90.

В процесі розрахунку в кожному елементі визначалися компоненти напружень і величина запасу міцності .

В результаті розрахунків були отримані графіки залежності коефіцієнта стійкості від відстані вибою до геологічного порушення при різних кутах залягання диз'юнктива на стійкість виробки, які наведені на рис. 10.

Навантаження на кріплення в зоні порушення визначається за формулою (3), виходячи з схеми, яка наведена на рис. 11.

, (3)

де - об'ємна вага порід; - напівпроліт виробки; - відносна величина зони непружних деформацій.

Визначення параметрів кріплення (номера спецпрофілю і відстані між арками) встановлювалося на основі наступного виразу:

, (4)

де - кількість рам на 1 м; - коефіцієнт умови роботи кріплення; - межа текучості сталі; - момент опору перетину прокатного профілю; - максимальний вигинаючий момент.

Задаючись відповідним номером прокатного профілю , визначається величина моменту опору поперечного перетину профілю для рам, встановлених на 1 п. м виробки. Тоді кількість рам на метр визначається за формулою:

.

Для умов шахт ДП «Добропіллявугілля» згідно з розрахунками при використанні спецпрофілю № 27 число рам на 1 м виробки на ділянках , и (рис. 15) відповідно складе: , , рам/м.

Довжина ділянок , , складає:

; ;

де - кут нахилу диз'юнктива

Методика розрахунку кріплення в зоні геологічного порушення прийнята до використання в технічному відділі ш. «Алмазна» з очікуваним економічним ефектом при проведенні виробки 196,7 грн/м.

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на основі вперше встановлених закономірностей руйнування порідного масиву навколо капітальних і підготовчих виробок при перетинанні ними зони впливу геологічних порушень розривного типу, вирішена актуальна науково-технічна задача підвищення їх стійкості шляхом обгрунтування параметрів способу кріплення, що знижує витрати на підтримку виробок і підвищення безпеки гірничо-прохідницьких робіт.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному:

1. Виконані натурні і лабораторні дослідження поводження гірських порід в зоні геологічного порушення для гірничо-геологічних і гірничотехнічних умов ш. «Алмазна» і «Добропільська» ДП «Добропіллявугілля», що дозволило визначити основні параметри і розробити розрахункову схему для комп'ютерного моделювання.

2. Встановлено, що міцність порід і вугілля на одноосьовий стиск в зоні диз'юнктива зменшується від його границь до центру за нелінійним законом, що дозволяє на цій основі розробити обчислювальні моделі для вивчення геомеханичної ситуації навколо виробки що перетинає геологічне порушення.

3. Доведено, що ширина диз'юнктива за нормаллю до його осі лінійно змінюється залежно від потужності вугільного пласта, що дозволяє визначати параметри кріплення для забезпечення стійкості виробки в межах геологічного порушення.

4. Запропонований спрощений метод чисельного моделювання процесу проведення окремої протяжної горизонтальної виробки, що наближається до структурного геологічного порушення, для умов задачі плоскої деформації.

5. Встановлено, що при перетинанні виробокою геологічного порушення зона непружних деформацій має більші розміри у відношенні до протяжної її ділянки поза впливом диз'юнктива, приблизно, в 1,5-2,0 рази.

6. Запропонована методика визначення параметрів металевого аркового кріплення при проходці горизонтальних виробок в зоні геологічних порушень, яка була використана при розробці паспортів кріплення 6 південного конвеєрного штреку пласта горизонта 550 м на шахті «Алмазна» ДП «Добропіллявугілля».

7. Очікуваний економічний ефект за рахунок зниження експлуатаційних витрат виробки в зоні геологічного порушення складає 196,7 грн/м.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Янко В.В. Оценка влияния дизъюнктивного нарушения на устойчивость протяженных выработок / Янко В.В. // Вісник Криворізького технічного університету. - 2007. - Вип. 17. - С. 50-54.

Янко В.В. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния породного массива в окрестности протяженной выработки / Шашенко А.Н., Пустовойтенко В.П., Янко В.В. // Вісті Донецького гірничого інституту. - 2008. - № 1. - С. 3-8.

Янко В.В. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния породного массива в окрестности протяженной выработки, пересекающей дизъюнктивное нарушение / Пустовойтенко В.П., Янко В.В. // Науковий вісник НГУ. - 2008. - №5. - С. 10-13.

Янко В.В. Натурные измерения прочности угля и вмещающих пород в зоне дизъюнктивных нарушений / Янко В.В. // Науковий вісник НГУ.- 2008. - №10. - С. 22-25.

Янко В.В. Оценка влияния на устойчивость направления проведения выработки по отношению к дизъюнктивному нарушению / Шашенко А.Н., Янко В.В., Романенко С.Л. // Матеріали міжнар. науково-техн. конф. “Форум гірників -2007”. - Д.: РВКНГУ. - Т. 2. - 2007. - С. 145-149.

Янко В.В. Оценка влияния угла залегания дизъюнктивного нарушения на устойчивость проведения протяженных выработок / Янко В.В. // Междунар. науч.-техн. конф. “Геотехнічні проблеми розробки родовищ”. - Д.: ІГТМ НАН України. -2007. - Вип. 72. - С. 175-181.

Янко В.В. Оценка влияния дизъюнктивного нарушения на устойчивость протяженных выработок по мере их приближения / Янко В.В., Смоляк Ю.А. // Междунар. науч.-техн. конф. “Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений”. - Донецк: «Норд-пресс». - 2008. - С. 91-93.

Янко В.В. Актуальные задачи обеспечения устойчивости выработок при пересечении зон геологических нарушений / Солодянкин А.В., Янко В.В. // Междунар. науч.-техн. конф. “Перспективы освоения подземного пространства”.- Д: РВКНГУ. - 2008. - С. 43-46.

Янко В.В. Упруго-пластическая задача для горизонтальной выработки, пересекающей дизъюнктивное нарушение / Шашенко А.Н., Янко В.В. // Междунар. конф. “Стратегия качества в промышленности и образовании”. - Днепропетровск-Варна: “Фортуна”-ТУ-Варна. - 2008. - С. 602-607.

АННОТАЦІЯ

Янко В.В. Обґрунтування параметрів способу забезпечення стійкості протяжних горизонтальних виробок при перетинанні геологічних порушень. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.15.09 - «Геотехнічна та гірнича механіка». Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, Дніпропетровськ, 2009.

У дисертаційній роботі викладені результати дослідження зміни межі міцності порід на одноосьовий стиск в зоні впливу геологічного порушення протяжної виробки. В ході візуального обстеження стану протяжних виробок в якості об'єкту досліджень обрані шахти «Алмазна» та «Добропільська» ДП «Добропіллявугілля». Натурні інструментальні спостереження і лабораторні експерименти на породних зразках дозволили обгрунтовано підійти до вивчення втрати стійкості протяжної виробки при перетинанні геологічного порушення. На основі отриманих результатів розроблена чисельна модель, використана в ході чисельних експериментів методом скінчених елементів (МСЕ). На основі цих досліджень запропонований спосіб забезпечення стійкості протяжних виробок в зоні геологічних порушень і розроблена методика визначення його параметрів.

Ключові слова: геологічне порушення, складноструктурний масив, стійкість виробки, кріплення виробки, напружено-деформований стан.

АННОТАЦИЯ

Янко В.В. Обоснование параметров способа обеспечения устойчивости протяженных горизонтальных выработок при пересечении геологических нарушений. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.09 - «Геотехническая и горная механика». Национальный горный университет Министерства образования и науки Украины, Днепропетровск, 2009.

В диссертационной работе изложены результаты исследований изменения предела прочности пород на одноосное сжатие в зоне влияния геологического нарушения протяженной выработки.В ходе визуального обследования состояния протяженных выработок в качестве объекта исследований выбраны шахты «Алмазная» и «Добропольская» ГП «Добропольеуголь».Натурные инструментальные наблюдения и лабораторные эксперименты на породных образцах позволили обосновано подойти к изучению потери устойчивости протяженной выработки при пересечении геологического нарушения. На основе полученных результатов разработана численная модель, используемая в ходе численных экспериментов методом конечных элементов (МКЭ). Численное моделирование при пересечении геологического нарушения проводилось в два этапа. На первом этапе выработка рассматривалась в поперечном сечении, при этом применялся алгоритм, разработанный на основе подхода, учитывающего эффекты разупрочнения и разрыхления в зоне неупругих деформаций, вокруг выработки. Суть подхода заключается в том, чтобы ниспадающий участок полной диаграммы деформирования, полученной при испытаниях породных образцов на сжатие на «жестких» прессах, трактовать как геометрическое место точек, описывающих предельные упругие состояния материала при достигнутых деформациях. Такой подход позволяет при решении упругопластической задачи получать на контуре выработки величины перемещений, достаточно близкие к существующим в реальной выработке. На втором этапе выработка рассматривалась в продольном сечении с геологическим нарушением, при этом, для того, чтобы конечно-элементная схема, полученная в ходе решения, отвечала условиям плоской задачи, применительно к одиночной выработке, к ее внутреннему контуру приложена некоторая фиктивная нагрузка таким образом, чтобы образовавшаяся в этом случае зона неупругих деформаций в точности соответствовала бы размерам зоны неупругих деформаций задачи решенной на первом этапе. На основе этих исследований предложен способ обеспечения устойчивости протяженных выработок в зоне геологических нарушений и разработана методика определения его параметров.

Ключевые слова: геологическое нарушение, сложноструктурный массив, устойчивость выработки, крепь выработки, напряженно-деформированное состояние.

THE SUMMARY

Yanko V.V. Substantiation of parameters of long roadways' stability maintenance technique at crossing geologic failures - the Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand. Tech. Sci. on a speciality 05.15.09 - «the Geotechnical and mining mechanics». National mining university of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2009.

The research results of change of one axial compression rock strength in a zone of influence of geologic failure of long workings are stated in dissertational work. After visual inspection of long roadways' conditions of several mines at the State Enterprise “Dobropolieugol”, there were three developments on “Almaznaya” and “Dobropolskaya” mines chosen as an object of researches. Natural tool investigations and laboratory experiments conducted on rocky specimens have allowed to develop approach of analysis of long development stability loss at crossing geologic failure. On the basis of the received results the numerical model, used during numerical experiments by a Final Elements Method (FEM) is developed. On the basis of these researches it is offered the way of long developments' stability maintenance in a zone of geologic failures and the technique of definition of its parameters is developed.

Keywords: geologic failure, complex rock mass, development stability, a support of the development, the intense-deformed condition.

Размещено на Allbest.ru

...