Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,858

ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ВОКРУГ ВЫРАБОТОК С УЧЕТОМ ГЛАВНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Демин В.Ф. 1 Яворский В.В. 2 Демина Т.В. 1
1 Карагандинский государственный технический университет
2 Карагандинский государственный индустриальный университет
Установлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния. Определены зависимости от угла расположения выработки относительно главных максимальных горизонтальных напряжений. Определено влияние угла падения пласта, мощности пласта. Установлена связь с глубиной разработки. Количественные и качественные характеристики этих параметров исследовались аналитическим моделированием. Использовались эмпирические данные.
анкерное крепление
напряженное состояние массива
горно-технические факторы
дефектность эксплуатационных выработок
технологические условия
боковые породы
эмпирические зависимости
главные максимальные горизонтальные напряжения
1. Демин В.Ф., Баймульдин М.М., Демина Т.В. Повышение устойчивости выработок угольных пластов (монография). Издательство LAP LAMBERT Academic Publishing is a trademark of AV Akademikerverlag GmbH& Co. KG, Germany: 2014. – 397 с.
2. Демин В.Ф., Демина Т.В., Яворский В.В. и др. Эффективность использования геомеханической системы «горный массив – анкерное крепление» для повышения устойчивости горных выработок (статья). //Уголь. – 2014. – № 2. – С. 18–22.
3. Демин В.Ф., Смагулова А.С. Исследование влияния главных максимальных горизонтальных напряжений на горные выработки // Международный научный журнал «Актуальные проблемы современности». Серия «Технические науки». – Караганды: Болашак-Баспа, 2010. – № 6(56). – С. 43–46.
4. Демин В.Ф., Яворский В.В., Демина Т.В. Исследование напряженного состояния приконтурного массива вокруг выемочных выработок в зависимости от влияния горно-технологических факторов. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 7. – Часть 2. – С. 196–200.
5. Dolgonosov V., Fofanov O., Yavorsky V. Analytical method of calculating of open pit slopes stability on a weak base of unlimited thickness // Mechanical Engineering, Automation and Control Systems: Proceedings of International Conference, Tomsk, October 16–18, 2014. – Tomsk: TPU Publishing House, 2014 – Р. 1–5.

Для исследования влияния горно-технологических факторов на шахтах проведены наблюдения за 55 горными выработками на предмет их дефектности. Целью явилось установление влияния горнотехнических факторов на устойчивость эксплуатационных выработок. В качестве влияющих факторов выбраны: мощность (m) [м] и угол падения пласта (α) [ %]; глубина разработки (H) [м]; размер площади поперечного сечения в свету (s) [м2]; угол проведения (Ψ) [ %], форма сечения и вид крепления выработки. Результативными факторами являются главные напряжения σ1 и σ2 [МПа].

Исследованы зависимости напряжений от мощности пласта. При металлоарочном креплении зависимость напряжений от мощности пласта характеризуется формулами 1, 2, а при анкерном креплении – 3 и 4. Зависимости приведены для Саранского участка Карагандинского угольного бассейна . Коэффициенты корреляции обозначены как r

dem01.wmf r = 0,86, (1)

dem02a.wmf

dem02b.wmf, r = 0,92, (2)

dem03.wmf r = 0,9, (3)

dem04.wmf, r = 0,87, (4)

где dem05.wmf и dem06.wmf – напряжения σ1 и σ3 для металлоарочного крепления;

dem07.wmf и dem08.wmf – напряжения σ1 и σ3 для анкерного крепления.

Значения мощности варьировались для металлоарочного – в пределах от 2,0 до 5,5 м, а для анкерного – 1,5 до 5,5 м. Выходные значения dem05.wmf изменяются в промежутке от 81,6 до 87,1 МПа, dem06.wmf – от 19,5 до 25,5 МПа. А значения dem07.wmf изменяются в диапазоне от 65,6 до 74,2 МПа, dem08.wmf – от 9,7 до 11,8 МПа (рис. 1). Таким образом, значение напряжения dem05.wmf больше, чем dem06.wmf в 3,86 раза. Значения напряжения dem08.wmf при анкерном креплении почти не меняются. Исследованы зависимости напряжений от угла падения пласта.

При металлоарочном креплении зависимость напряжений от угла падения пласта характеризуется формулами 5, 6, а при анкерном креплении – 7 и 8 – рис. 2 (r = 0,98)

dem16.wmf (5)

dem17.wmf (6)

dem18.wmf (7)

dem19.wmf. (8)

Функции dem20.wmf, dem21.wmf, dem22.wmf характеризуются кубическими полиномами, а функция dem23.wmf описывается экспоненциальной функцией.

Значения угла падения пласта для металлоарочного крепления варьировались в пределах α = 9–19,1 %, а для выработок с анкерным креплением – α = 7–14 %. Функция dem24.wmf – возрастающая. Исследование зависимости напряжений от глубины разработки. При металлоарочном креплении зависимость напряжений от глубины разработки пласта характеризуется формулами 9, 10 [1], а при анкерном креплении – 11 и 12 – рис. 3 (r = 0,8)

dem25.wmf (9)

dem26.wmf (10)

dem27.wmf (11)

dem28.wmf. (12)

demin1a.tif demin1b.tif

а) б)

Рис. 1. Влияние мощности пласта на величину напряжений σ1 и σ3, возникающих вокруг контура выработки, закрепленной металлоарочной (а) и анкерной (б) крепью

demin2a.tif demin2b.tif

а) б)

Рис. 2. Влияние угла падения пласта на величину напряжений σ1 и σ3, возникающих вокруг контура выработки, закрепленной металлоарочной (а) и анкерной (б) крепью

demin3a.tif demin3b.tif

а) б)

Рис. 3. Влияние глубины разработки на величину напряжений σ1 и σ3, возникающих вокруг контура выработки, закрепленной металлоарочной (а) и анкерной (б) крепью

Значения глубины разработки H варьировались для металлоарочного крепления от 270 до 620 м; для анкерного крепления – от 290 до 730 м.

Напряжение σ1 при металлоарочном креплении возрастает от 64 МПа до 134 МПа или в 2 раза, а при анкерном креплении – от 48 МПа до 84,5 МПа или в 1,8 раза. Как видно из графика, σ3 при металлоарочном креплении возрастает от 12 МПа до 26 МПа или в 2,2 раза.

Анализ результатов наблюдений в диапазоне от 300 до 600 м показывает, что значение напряжения σ1 при металлоарочном креплении в 1,5 раза больше, чем при анкерном креплении, что свидетельствует об устойчивости выработок [2] при анкерном креплении, чем металлоарочном с ростом глубины.


Библиографическая ссылка

Демин В.Ф., Яворский В.В., Демина Т.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ВОКРУГ ВЫРАБОТОК С УЧЕТОМ ГЛАВНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 8. – С. 18-20;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35090 (дата обращения: 23.10.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252