Исследование напряженно-деформированного состояния при отработке крутопадающих жил на руднике Ушкатын-3
Прогноз изменения напряженно-деформированного состояния горного массива в процессе ведения горных работ. Закономерности перераспределения напряжений в массиве горных пород при новом способе отработки крутых жил, области концентраций напряжений на руднике.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.06.2018 |
| Размер файла | 687,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
|
2 |
Труды университета |
УДК 622.281.2
Карагандинский государственный технический университет, кафедра РМПИ
Исследование напряженно-деформированного состояния при отработке крутопадающих жил на руднике Ушкатын-3
Т.К. ИСАБЕК, д.т.н., зав. кафедрой,
А.Е. СУДАРИКОВ, к.т.н., доцент,
А.Ж. ИМАШЕВ, докторант,
Н. ТИЛЕУХАН, магистрант,
Прогноз изменения напряженно-деформированного состояния горного массива в процессе ведения горных работ является одной из наиболее актуальных и одновременно наиболее сложных проблем в геомеханике. Причем сложность данной проблемы обусловлена, прежде всего, невозможностью получения данных непосредственно из массива горных пород о его состоянии без нарушения целостности указанного массива.
Поэтому при исследовании напряженно-деформированного состояния горного массива приобретают первостепенное значение различные методы моделирования его поведения при ведении горных работ. Одним из таких методов является метод математического моделирования.
В данном случае методами моделирования предполагается выявить закономерности перераспределения напряжений в массиве горных пород при новом способе отработки крутых жил, определение областей концентраций напряжений на руднике Ушкатын-3. Это, в свою очередь, позволит определить возможные ослабленные и трещиноватые зоны в кровле отрабатываемого блока. Наличие таких зон в зависимости от высоты отработки магазина дает возможность рационализировать паспорт буровзрывных работ (БВР). Не выходя за зону предполагаемых ослаблений массива, тем самым имеется возможность экономии взрывчатого вещества и времени на бурение по ослабленному массиву.
Необходимо исследовать, как изменяется напряженно-деформированное состояние (НДС) пород вокруг выработки особенно в той части, которая прилегает к массиву впереди забоя отрабатываемого блока. В данной области должна наблюдаться разгруженная зона горных пород.
Для решения поставленной задачи было проведено математическое моделирование в упругой постановке. В качестве критерия решения данной задачи было выбрано условие наличие растягивающих напряжений в массиве горных пород. деформированный горный напряжение рудник
Как было сказано выше, наличие растягивающих напряжений даже в весьма крепком массиве горных пород приводит к развитию трещиноватости.
Если уровень растягивающих напряжений и деформаций небольшой, то это приводит к микротрещиноватости и незначительному ослаблению массива [1,2]. Увеличение уровня растягивающих напряжений (деформаций) приводит к увеличению раскрытия трещин и, как следствие этого, потере устойчивости массива горных пород. Наличие достаточно прочных горных пород на руднике Ушкатын-3, обладающих высокими прочностными свойствами как на сжатие, так и на растяжение не прогнозируют наличие зон вывалов или опасных участков при отработке даже больших по размеру магазинов. Однако наличие ослабленных зон позволяет использовать этот фактор при разработке рациональных параметров паспортов БВР.
Для решения поставленной задачи наиболее удобным и в достаточной мере достоверным исследованием является проведение численного эксперимента методом граничных интегральных уравнений (ГИУ) [3] в упругой постановке, поскольку аналитическое решение задачи весьма затруднено.
Общий вид модели приведен на рисунке 1, где указаны основные ее размеры. Особо важным является выбор размеров для моделирования. Модель разбивалась на конечное число отрезков ограниченными точками с заданными координатами. Так как в углах модели всегда наблюдается большое скопление дополнительных напряжений и это сказывается на точности расчетов, все углы модели были заменены на фаски (рисунок 2), что отражает более реальную картину выработки.
Рисунок 1 - Общий вид модели
Рисунок 2 - Схема расположения лучей
В качестве основных параметров упругой модели были приняты следующие:
Угол внутреннего трения fi = 300;
Коэффициент Пуассона = 0,25;
Напряжения в нетронутом массиве CX = 1,00 CY = 1,00 TXY = 0,00.
Параметры сканирования массива следующие:
Количество точек разбиения модели N от 50 до 30;
Количество лучей на каждом варианте сканирования nl = 5-7;
Количество точек на луче для сканирования nt=25;
Начальный шаг по лучу sh = 0,20 м;
Остальные шаги по лучу sh1 = 0,20 м.
В результате расчетов были получены напряжения и деформации в точках исследуемой области.
Высота и ширина данной зоны определялась на основании распространения деформации растяжения в массиве. Наличие деформации растяжения в точке по лучу сканирования свидетельствовало о наличии зоны разгрузки в этой точке.
В качестве вариантов были рассмотрены значения высоты отработанного пространства 10 и 50 метров. Мощность отрабатываемого пространства составляла 2-6 метров. Результаты полученных напряжений и деформаций были обработаны с помощью программы «SURFER-7.0» для получения изолиний напряжений и деформаций в исследуемой области. Пример полученных изолиний приведен на рисунке 3.
Как показали проведенные исследования, зона разгрузки или зона растяжения располагается от груди забоя на расстоянии 0,5-3,0. Причем данные размеры почти не изменяются при изменении высоты магазина.
Наличие ослабленной зоны с повышенными деформациями растяжения позволяет использовать в этой части массива меньший удельный расход взрывчатых веществ, а также применять большее расстояние между шпурами. Также возможно неприменение врубовых шпуров в этой части отрабатываемого массива.
Рисунок 3 - Изолинии зоны растяжения вокруг очистного пространства при мощности отработки 6 м и высоте отработки 50 метров
Результаты моделирования были обработаны статистическими методами для нахождения аналитических зависимостей развития зоны разрушения от мощности отрабатываемой жилы и высоты отработки.
Наиболее разработанной в теории статистики является методология так называемой парной корреляции, рассматривающая влияние вариации факторного признака X на результативный Y.
Важным этапом корреляционного анализа связи является оценка практической значимости синтезированных моделей. Проверка практической значимости синтезированных в корреляционно-регрессионном анализе математических моделей осуществляется посредством показателей тесноты связи между признаками X и Y.
Оценка точности аппроксимации парной модели производится по индексу детерминации R. В результате проведенных расчетов высокое значение R2 = 0,98 получено для линейной зависимости.
При значениях показателей тесноты связи, превышающих 0,7, зависимость результативного признака у от факторного х является высокой, а при значениях более 0,9 - весьма высокой. Последнее позволяет считать оправданным применение метода функционального анализа для изучения корреляционной связи, а синтезированные при этом математические модели признаются пригодными для их практического использования.
Поэтому созданные парные математические модели могут быть признаны пригодными для практических целей.
В результате проведенных исследований напряженно-деформированного состояния массива для различных мощностей отрабатываемого рудного тела и различной высоты магазина были определены размеры зоны растяжения впереди отрабатываемого пространства. Как показали исследования, высота отработки магазина не оказывает существенного влияния на размеры зоны растяжения (зоны трещиноватости пород). Наибольшее влияние на размеры зоны растяжения оказывает мощность отрабатываемого рудного тела. При существующем размере рудного тела на руднике Ушкатын-3, равном 4-6 метров, данные размеры составляют 1,5-3,0 метров. Причем меньшее значение соответствует мощности 4 м, а большее мощности 6 метров.
На основании этого можно сделать вывод о рациональной длине шпуров при отработке крутопадающих жильных месторождений, которая не должна превышать размеров растянутой зоны горных пород впереди зоны отработки рудных тел. Расчет зоны растяжения может быть произведен с помощью эмпирических формул без дополнительного математического моделирования, так как статистическая обработка полученных результатов показала хорошую сходимость эмпирических зависимостей с результатами численного моделирования.
Список литературы
1.Ермаков Н.И. Неупругое деформирование массива при извлечении рудной залежи / Институт горного дела УрО РАН. Екатеринбург, 2010.
2.Щуплецов Ю.П. Интерпретация и моделирование деформирования массивов скальных пород около выработанных пространств при разработке рудных месторождений / Институт горного дела УрО РАН. Екатеринбург, 2010.
3.Колоколов С.Б. Расчет параметров поддерживающей и анкерной крепи горизонтальных горных выработок: Учебное пособие / Карагандинский политехнический институт. Караганда, 1990. 64 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Методика выполнения расчётов симметричных и несимметричных сборных конструкций с применением модели "рабочая нагрузка". Отладка расчётной модели по 3-D модели SolidWorks, схемам приложения нагрузки. Расчёт напряженно-деформированного состояния сборки.
лабораторная работа [6,2 M], добавлен 19.06.2019Современное состояние вопроса исследования напряженно-деформированного состояния конструкций космических летательных аппаратов. Уравнения теории упругости. Свойства титана и титанового сплава. Описание комплекса съемочной аппаратуры микроспутников.
дипломная работа [6,2 M], добавлен 15.06.2014Определение технологических параметров при обжиме. Механизм и схема напряженно-деформированного состояния при раздаче. Пути интенсификации процесса отбортовки. Определение напряжений и деформаций при вытяжке. Особенности процессов формовки и осадки.
курс лекций [5,4 M], добавлен 15.06.2009Анализ напряженно-деформированного состояния стержня с учётом собственного веса при деформации растяжения, кручения и плоского поперечного изгиба. Определение касательных напряжений. Полный угол закручивания сечений. Прямоугольное поперечное сечение.
контрольная работа [285,0 K], добавлен 28.05.2014Обзор результатов численного моделирования напряженно-деформированного состояния поверхности материала в условиях роста питтинга. Анализ контактной выносливости экономно-легированных сталей с поверхностно-упрочненным слоем и инструментальных сталей.
реферат [936,0 K], добавлен 18.01.2016Факторы, оказывающие влияние на разрушение горных пород. Определение мощности, затрачиваемой на разрушение горных пород инструментом режуще-скалывающего действия. Построение графиков изменения свойств пород в зависимости от скорости нагружения индентора.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 14.12.2010Исследование напряженно-деформированного состояния боковой створки заднего грузолюка самолета АН-124 "Руслан", определение допустимой площади повреждения сотового заполнителя створки вследствие поражения коррозией; эффективность применения углепластиков.
дипломная работа [5,3 M], добавлен 13.05.20123D моделирование в современном мире и его преимущества. Разработка трехмерных моделей и ассоциативно связанных чертежей компонентов визира. Исследование напряженно-деформированного состояния компонентов визира. Технологический процесс изготовления детали.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 09.11.2016Анализ конструкции регулируемого двухрезцового инструмента для кольцевого резания. Проектирование крепления траверс к корпусу. Автоматизированное исследование напряженно-деформированного состояния. Разработка маршрута обработки изготовления детали.
дипломная работа [3,5 M], добавлен 12.08.2017Классификация магнитных преобразователей. Контроль напряженно-деформированного состояния объектов промышленности и транспорта. Измерение магнитного потока и поля. Схема включения преобразователя Холла. Чувствительность типичных пленочных элементов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.11.2013Разработка принципов создания систем агрегатно-модульного инструмента для тяжелых станков с целью повышения эффективности. Теоретический анализ напряженно-деформированного состояния модульного инструмента с учетом особенностей тяжелых токарных станков.
дипломная работа [5,5 M], добавлен 04.06.2009Этапы технологического процесса формовки JCOE. Технология подгибки кромок на прессе. Методика расчета напряженно-деформированного состояния. Определение технических параметров подгибаемой кромки при однорадиусной формовке и при формовке по эвольвенте.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 29.05.2014Анализ введения в нелинейную теорию упругости и создание трехмерной модели с помощью ANSYS для исследования напряженно-деформированного состояния гиперупругих тел на примере деформации кольца. Проведение исследования методов решения нелинейных задач.
дипломная работа [647,6 K], добавлен 09.12.2021Теория рабочего процесса одновинтовых гидравлических машин с точки зрения влияния упругих свойств эластичной обкладки статора. Определение напряженно-деформированного состояния рабочих органов с использованием пакетов прикладных программ SolidWorks.
научная работа [2,0 M], добавлен 11.04.2013Виды шлифования. Шлифовальное оборудование. Круглошлифовальные, бесцентрошлифовальные станки. Проектирование сборочного цеха. Конструирование устройства для шлифования колец подшипников. Определение напряженно-деформированного состояния детали "Клин".
дипломная работа [3,4 M], добавлен 27.10.2017Оценка физико-химических условий, необходимых для протекания процесса формоизменения металлов и сплавов. Анализ напряженно-деформированного состояния в процессах обработки давлением. Интерпретация кривой упрочнения металлов с позиций теории дислокаций.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 15.01.2017Проведение исследования основных видов шлифования. Планировка участка сборочного цеха. Расчет напряженно-деформированного состояния детали. Анализ выбора метода изготовления и формы заготовки. Особенность избрания режущего и измерительного инструмента.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 12.08.2017Физико-механические свойства материала подкрепляющих элементов, обшивок и стенок тонкостенного стержня. Определение распределения перерезывающей силы и изгибающего момента по длине конструкции. Определение потока касательных усилий в поперечном сечении.
курсовая работа [7,5 M], добавлен 27.05.2012Решение задачи определения напряженно-деформированного состояния сооружения, ее этапы. Особенности статически определимой системы. Определение опорных реакций. Внутренние усилия стержневой системы. Алгоритм метода простых сечений. Метод вырезания узла.
лекция [75,6 K], добавлен 24.05.2014Раскрытие сущности метода конечных элементов как способа решения вариационных задач при расчете напряженно-деформированного состояния конструкций. Определение напряжения и перемещения в упругой квадратной пластине. Базисная функция вариационных задач.
лекция [461,5 K], добавлен 16.10.2014
