Управление состоянием горного массива

Вблизи забоя (у мест большой концентрации напряжений) она более частая, с удалением от забоя (и уменьшением концентрации напряжений) размеры элементов увеличивается.

Программой предусматривается разбиение расчетной области на 1100 элементов при 600 узлах. Область на контуре нагружена вертикальными напряжениями , боковыми напряжениями .

При расчете для каждого элемента определяются горизонтальные и вертикальные перемещения. Расчеты производятся как в упругой постановке , так и с учетом вязко-упругого деформирования и разрушения элементов массива за период полного технологического цикла, т.е. выемка очередной стружки угля и разгрузка крепи для передвижки.

По результатам расчетов строятся диаграммы напряжений и перемещений в массиве в окрестности механизированного комплекса (забоя). Методика расчета зон предельно-напряженного состояния массива горных пород очистного забоя более подробно описывается в работах [3,4].

3.2 Расчет параметров управления труднообрушающимися кровлями в очистных выработках

К труднообрушающимся относятся кровли, осадки которых в призабойном пространстве происходят при разрушении по линии забоя зависающих на значительных площадях прочих слоев пород основной кровли.

При труднообрушающихся кровлях наблюдается существенное отличие в формировании проявлений горного давления и взаимодействии крепей с вмещающими породами по сравнению с обычными кровлями.

В периоды между осадками состояния кровли и угольного пласта характеризуется повышенной напряженностью, связанной с зависанием труднообрушающихся пород. В зоне опорного давления максимальные вертикальные сжимающие напряжения достигают (3,0ё3,5) перед первой осадкой и (2,0ё2,5) перед последующими осадками кровли. Над призабойным пространством имеют место значительные горизонтальные растягивающие напряжения.

При достижений предельных размеров зависаний труднообрушающихся слоев пород происходит осадка кровли, что приводит к снижению напряжений в зоне опорного давления и над призабойным пространством. Резко повышаются величина и скорость смещений кровли, а также нагрузка на крепь, особенно со стороны выработонного пространства.

Труднообрушающимися кровлями можно управлять различными способами: принудительным первичным обрушением, передовым торпедированием, гидрообработкой кровли [8,2,9], а также путем повышения сопротивления кровли.

3.2.1 Расчет деформаций основной кровли

Деформация основной и непосредственной кровли характеризуются двумя режимами: начального (от проведения разрезной печи до первого обрушения) и установившегося движения (периодическое обрушение по мере подвигания очистного забоя).

Для описания начального движения основной кровли можно воспользоваться моделью прямоугольной плиты, защемленной со всех сторон и лежащей на упругом основании [6]. Во втором случае можно рассмотреть плиту на упругом основании, защемленную с трех сторон и свободную со стороны выработанного пространства. Нагрузка на плиту зависит от конкретных горно-геологических условий. Это может быть вес (или часть веса) покрывающих пород.

На породы кровли действует также и боковое сжатие. Поэтому рассматривается продольно-поперечный изгиб пластинки. для простоты можно пренебречь влиянием упругого основания.

Плоской пластинкой (или тонкой плитой) называется упругое тело призматической или цилиндрической формы с малой, по сравнению с размерами основания, высотой.

Пределы применимости теории:

, ,

где h- толщина пластинки; а- наименьший размер основания; Wmax- максимальный прогиб.

3.2.2 Расчет напряженно-деформированного состояния кровли до первой осадки труднообрушающихся пород

Аналитические исследования показали, что при отходе очистного забоя от разрезной выработки в кровле над выработанным пространством образуется зона растягивающих напряжений уу в форме свода (рис. 2.3).

Напряжения внутри зоны возрастает к ее центру. Максимальные значения напряжений возникают над серединой выработанного пространства на расстоянии, равном половине высоты зоны растяжений hp.

На величины уу и hp в основном влияют глубина разработки „Н” и расстояние от целика до очистного забоя Lп.

Напряжения уу над серединой выработанного пространства рассчитываются по формуле:

,

где г - удельный вес пород, тс/м3.

Высота зоны растяжений hp определяется из уравнения:


,

Кровля в выработанном пространстве расслаивается по межслоевым контактам по напластаванию при условии:

,

где - предел прочности межслоевых контактов на отрыв, тс/м2.

Предельные размеры пролетов, при которых произойдет первое обрушение труднообрушающихся пород кровли, рассчитываются с помощью уравнений (табл. 2), полученных путем статистической обработки экспериментальных данных о первом шаге обрушения L0' - в зависимости от влияющих факторов: мощности h0 и коэффициента крепости ѓ0 - пород основной кровли, мощности пласта m, мощности hн и коэффициента крепости ѓн непосредственной кровли, глубины разработки Н, длины лавы Lл.

Определение равнодействующей крепи и координаты ее приложения

Реакция крепи на контакте перекрытия с кровлей имеет вертикальный характер, но для расчетов можно принимать осредненные значения. Наиболее характерен следующий вариант:

I-вариант - механизированные крепи с неравномерным распределением сопротивления по перекрытию;

Выражения, определяющие взаимосвязь сопротивления крепи q, распределенного по контакту перекрытия с кровлей, и заданного

сопротивления крепи по рядам, получены путем решения системы уравнений равновесия «крепь-кровля».

Для I-варианта эти выражения имеют вид:

на призабойном конце перекрытия:

;

со стороны выработанного пространства:

,

где R1, R2 - сопротивление крепи по первому и второму рядам от забоя, тс;

а1, а2 - расстояние от призабойного конца перекрытия до первого и второго рядов крепи, м;

в - длина перекрытия, м.

= 0,166 мПа;

= -0,001 мПа,

При креплении механизированной крепью равнодействующая Q и ее положение С относительно призабойного конца перекрытий определяется следующим образом:

;

,

= 1,291;

= 1,35 м.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сагинов А.С., Гращенков Н.Ф. и др. Управление состоянием массива горных пород.- Караганда. - 1986. - 80с.

2. Брагин Е.П., Векслер Ю.А. и др. Методика расчета зон предельно-напряженного состояния массива горных пород вокруг очистного забоя и уточнение силовых параметров механизированных крепей для конкретных горно-геологических условий методом конечных элементов с учетом ползучести и разрушения. - Караганда: КНИУИ, 1987.-53с.

3. Комиссаров С.Н. Управление массивом горных пород вокруг очистных выработок. - М.: Недра, 1983.- 237с.

4. Борисов А.А. Механика горных пород и процессов. - М.: Недра, 1980.- 360с.

5. Вайнберг А.А., Вайнберг Е.Д. Расчет пластин. - Киев: Будевельник, 1970

6. Ержанов Ж.С., Каримбаев Т.Д. Метод конечных элементов в задачах механики горных пород. - Алма-Ата: Наука, 1975.

7. Временная инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения труднообрушаемой кровли на выемочных участках. Л. ВНИМИ, 1976, 143с.

8. Коровкин Ю.А., Микляев Е.И., Литвин Ю.А. О создании комплексов оборудования для пластов с труднообрушаемой кровлей. Уголь, 1979, №3.

9. Журило А.А. Методика выбора и расчета параметров управления труднообрушающимися кровлями в очистных выработках. - М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1980. - 50с.

Размещено на Allbest.ru