Вы здесь

Обґрунтування граничних параметрів концентрації гірничих робіт при відпрацюванні зближених вугільних пластів Західного Донбасу

Автор: 
Васильєв Віталій Євгенович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2006
Артикул:
0406U003560
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
ОБОСНОВАНИЕ ГРАНИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОНЦЕНТРАЦИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ ПРИ ОТРАБОТКЕ
СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ.
2.1 Общие сведения
В данном разделе на основе анализа напряженно-деформированного состояния
исследуемой области слоистого неоднородного массива в окрестности очистных
выработок при использовании полученных корреляционных соотношений определяется
расстояние между очистными забоями, при котором в данных горно-геологических
условиях шахт Западного Донбасса лавы на сближенных пластах могут работать
надежно, эффективно и безопасно.
Согласно нормативным рекомендациям [31] безопасное расстояние между горными
работами на сближенных пластах зависит, в основном, от мощности междупластья и
углов сдвижения горных пород. Однако, определяющими при его отыскании являются
также размеры зон опорного давления впереди лав и величины максимальных
напряжений в этих зонах, размеры областей обрушения пород позади лав в кровле и
почве каждого из смежных пластов, максимальное сближение почвы и кровли в
очистных выработках [127,128].
Обоснование минимально допустимых расстояний между лавами выполнено на базе
метода граничных элементов, для чего разработан алгоритм оценки
напряженно-деформированного состояния горных пород при отработке двух
сближенных пластов с опережающей надработкой. Принятый матема-тический аппарат
и разработанный алгоритм расчета позволяет установить не только
перераспределение напряжений в рассматриваемой области горного массива, но и
определять смещения пород в очистных и подготовительных выработках при
различном их расположении относительно друг друга.
2.2 Описание расчетной схемы
Величины и характер распределения напряжений в породной толще при разработке
свит угольных пластов зависят, прежде всего от структуры массива,
физико-механических свойств угля и пород, вынимаемой мощности пластов и
мощности пород междупластья, глубины разработки и специфики
горно-технологических ситуаций.
Эти факторы, по возможности, должны найти отражение в алгоритме решаемых задач
геомеханики и используемых при этом схемах нагружений.
Из анализа особенностей разработки сближенных угольных пластов на шахтах
Западного Донбасса следует, что для рассматриваемых горно-геологических условий
актуальным является рассмотрение напряженно-деформированного состояния массива
в рамках расчетной схемы, показанной на рис. 2.1.
Рис. 2.1. К определению допустимого расстояния L между очистными
забоями при мощности междупластья h
С ее помощью можно, в частности, установить закономерности распределения
перемещений в кровле, почве и междупластье сближенных пластов, отрабатываемых с
опережающей надработкой. Величины сближений почвы и кровли каждого из смежных
пластов позволит определить адекватные проявления горного давления в конкретных
горно-геологических условиях, допустимые значения мощности междупластья и
расстояния между очистными забоями по смежным пластам и в плоскости одного
пласта.
Общие размеры исследуемой области составляют 220 ґ 30 м2. Часть выработанного
пространства (l – l1) на рис. 2.1 заполнена разрушенными породами. Параметр l1
представляет собой шаг обрушения непосредственной кровли, который по данным
шахтных наблюдений в рассматриваемых условиях составляет 4 м.
Глубина разработки Н, расстояние между забоями L и мощность междупластья h –
варьируемые геометрические параметры. К варьируемым параметрам относятся также
модули упругости породы и угля Еп и Еу. Действующая нагрузка – вес пород: в
вертикальном направлении на бесконечности – gН, а в горизонтальном – lgН.
2.3 Формулировка рассматриваемой задачи в терминах метода
граничных элементов
Задачи определения напряженно-деформированного состояния исследуемой области
массива по описанным в предыдущем параграфе схемам решаются методом граничных
элементов в той его модификации, которую принято называть методом фиктивных
нагрузок [108].
Базовым является аналитическое решение известной задачи Кельвина о действии
нормальных и тангенциальных сил, равномерно распределенных на отрезке,
произвольно ориентированном в бесконечной упругой среде.
Основными являются следующие этапы расчета:
аппроксимация границ исследуемой области конечными элементами и введение в
каждом из них фиктивных нормальных и тангенциальных сил;
задание граничных условий в элементах свободных контуров и условий совместности
деформаций в элементах смежных контуров “кровля – уголь” и “уголь – почва”;
получение с помощью базового решения аналитических соотношений для напряжений и
перемещений в каждом из граничных (в том числе смежных) элементов, выраженных
через неизвестные фиктивные силы и ;
вычисление по полученным соотношениям коэффициентов влияния напряжений и
перемещений; формирование системы уравнений для определения сил и в
соответствии с заданными граничными условиями и условиями совместности
деформаций;
решение полученной системы алгебраических уравнений (в разработанном алгоритме
используется метод Гаусса), вычисление сил и , обеспечивающих выполнение
заданных граничных условий и условий совместности деформаций;
вычисление напряжений и смещений в исследуемой области от найденных сил и
заданной нагрузки, которые вместе обеспечивают выполнение заданных условий.
Соотношение для перемещений в направлении нормали к i-му граничному элементу и
в направлении касательной к нему записываются в виде:
. (2.1)
Соотношения для соответствующих напряжений i-го элемента имеют вид
. (2.2)
В соотношениях (2.1) и (2.2) N – количество граничных элементов;
, ,, - коэффициенты влияни