Вы здесь

Геомеханічне обгрунтування параметрів способу керування напруженим станом порід навколо виробок камерного типу

Автор: 
Гавриш Артем Костянтинович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2004
Артикул:
3404U003371
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОМПЕНСАЦИОННЫХ ПОЛОСТЕЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПОРОДНОГО МАССИВА В ОКРЕСТНОСТИ ОДИНОЧНОЙ КАМЕРЫ
2.1. Обзор методик расчета устойчивых параметров основных несущих элементов камерных систем разработки
Эффективность камерных систем разработки, а также безопасность эксплуатации подземных объектов народно-хозяйственного назначения, размещаемых в формируемых выработках, в значительной мере определяется научно обоснованным выбором размеров основных несущих элементов этих выработок - междукамерных целиков и потолочин. Многообразие горно-геологических и горнотехнических условий разработки, неизученность многих вопросов проявлений горного давления предопределили создание и совершенствование многочисленных методик расчета устойчивых размеров целиков и камер, основанных на специальных гипотезах и методах теории сплошных сред.
В инженерной практике расчет устойчивых параметров целиков и потолочин, как правило, производят по первой группе предельных состояний (стадия разрушения). При этом необходимо определить действующие в рассматриваемых элементах нагрузки (напряжения) и сравнить их с несущей способностью элементов (предельными напряжениями) посредством коэффициента запаса прочности следующим образом:

.(2.1)
При расчете действующих на целики нагрузок обычно исходят из двух гипотез. Согласно первой, впервые примененной Турнером, нагрузка на МКЦ равна весу пород от кровли камер до дневной поверхности. Л. Д. Шевяков, развивая эту гипотезу, предложил формулы для определения нагрузки на прямоугольные и ленточные целики [40, 41], которые для залежей значительной про-тяженности нашли широкое применение. При определении нагрузки на МКЦ для залежи ограниченных размеров, когда ее ширина соизмерима с глубиной разработки, а длина имеет значительные размеры, как показали исследования, выполненные методами моделирования [42 - 45], в расчетные формулы Л. Д. Шевякова необходимо вводить поправочный коэффициент, показывающий, какая именно часть веса пород фактически составляет нагрузку на МКЦ.
Согласно второй гипотезе, нагрузка на целики значительно меньше полного веса вышележащих пород [46, 47]. Авторы работ [42, 43, 45, 48] аналитическими и экспериментальными исследованиями в шахтных условиях подтвердили эту гипотезу.
На основе указанных выше гипотез построено множество методик определения действующих на МКЦ нагрузок.
Широкое применение теории упругости с использованием функций Колосова-Мусхелишвили для расчета напряженного состояния целиков и потолочин стало возможным после разработки Д. И. Шерманом [49, 50] общего метода решения задач для многосвязных областей. Ему удалось решить несколько конкретных задач [49 - 51] по определению напряженного состояния ленточных целиков для упругого однородного изотропного породного массива. В результате проведенных исследований, отличающихся строгой постановкой задач и высокой точностью решений, установлено, что напряжения в целиках распространяются неравномерно и при ограниченном их количестве среднее давление на целики значительно меньше веса вышележащих пород. Метод позволяет определять напряжения в любой точке породного массива в окрестности выработки.
Среди исследований, выполненных с использованием функций комплексного переменного, следует отметить работы [52 - 54], направленные на разработку приближенных методов определения напряженного состояния целиков для изотропных и анизотропных сред. Установлено, что для двухосного напряженного состояния с увеличением бокового давления увеличиваются области целиков, находящихся в состоянии всестороннего сжатия, что повышает их прочность. Авторы работы [55] исследовали напряженное состояние ленточных и столбчатых целиков для условий, когда материал целика и вмещающих пород отличен друг от друга. Установлены закономерности изменения давлений на конечное число целиков в зависимости от различных горнотехнических факторов. Исследовано влияние ползучести на нагруженность целиков.
Методы определения напряженного состояния целиков, основанные на применении функций комплексного переменного отличаются высокой степенью точности, однако из-за отсутствия решений в замкнутом виде не нашли широкого применения.
В связи с этим К. В. Pуппенейтом был предложен относительно простой приближенный метод расчета давлений на МКЦ, основанный на методах строительной механики и теории упругости [56]. Давление на целики определяют путем решения статически неопределимой задачи из условия совместности перемещений кровли и деформаций целика. Основное упрощение задачи заключается в замене многосвязной области, односвязной, при этом действие целиков на почву и кровлю заменяют реактивным равномерно распределенным напряжением. Дальнейшее развитие метода получено в работах [42, 48, 57]. Вместе с тем, реализация метода К. В. Pуппенейта и его учеников достаточно сложна, требует составления вспомогательных таблиц и выполнения большого объема вычислений, а принятые упрощения могут приводить к значительным погрешностям в расчетах.
Один из наиболее удобных и эффективных путей исследования прочности междукамерных целиков, позволяющий учесть практически все многообразие внешних нагрузок и условий работы материала целика в объемном напряженном состоянии, был предложен Л. Я. Парчевским и реализован вместе с М. И. Козенко для случая гидростатически сжатого породного массива [58]. Затем он получил развитие в совместных работах с А. Н. Шашенко [31, 59], в которых произведен учет негидростатического распределения напряжений в нетронутом породном массиве, формы камер и временных факторов. При определении действующих в породном массиве напряжений был использован принцип суперпозиции, который к исследованиям целиков был впервые применен П. М. Цимбаревичем [60] для гидростатически сжатого массива. Возможность использования принципа суперпозиции при изучении напряженного состояния конструкций, находящихся в упругом состоянии, была подробно исследована и обоснована С. П. Тимошенко [61].