Болотов А

Елена Вралова преди 2 години Преглеждания:

2 Един от начините за локализиране на негативните прояви на скален натиск в дългата стена преди първоначалното кацане на трудно срутващ се покрив е предварителното завъртане на линията на спиране, когато дългата стена се отдалечава от монтажната камера [3]. Тъй като механизмът и параметричните характеристики на спускането на покрива по време на алтернативно-диагоналното разкриване на неговия масив не са проучени, изследванията на разглеждания въпрос са уместни. Целта на работата е да се разработи математически модел, базиран на осреднените начални характеристики на открит масив от трудно срутващ се покрив, за да се определи състоянието на напрежение и деформация и слягането на съставните му скали по време на поетапно завъртане на линията за измиване от инсталационната камера. Формулирани са следните задачи: да се разработи математически модел на напрегнато-деформираното състояние на трудноразрушим покривен масив с помощта на метода на крайните елементи, когато линията на производствената повърхност се обръща в различни участъци по дългата стена; да се установят особеностите на формирането на зони на разрушаване на открития труден за срутване слой на покрива, естеството и степента на неговото потъване за условията на развитие на антрацитни слоеве от дълбоки мини на украинския Донбас. При моделирането са взети предвид следните условия: дълбочина на изработките H = 1000 m, дебелина на хоризонталния пласт m = 1,0 m; директен покрив (първи слой) шисти с дебелина 3,5 m, якост на едноосов натиск 50 MPa, трудноразрушим (втори слой) пясъчник (8,0 m; 90 MPa); обемното тегло на скалите и въглищата съответно е 2,7 и 1,6 kN/mблизо до последното съответно l y = 201,6 m и l x = 78,4 м. Симулирането на напрегнато-деформираното състояние (НДС) на масива в околностите на лавата е извършено по метода на крайните елементи (МКЕ) с помощта на софтуерния пакет ЛИРА. При изчислението беше използван обемно деформиран модел в нелинейна настройка, използвайки обемни крайни елементи (FE) от тип 236 [4]. При изчисляване на симулирания масив под действието на собственото му тегло размерите му трябва да надвишават зоната на влияние на почистването. В този случай формата на изследваната зона е избрана под формата на паралелепипед [5]. За определяне на размерите на проектната схема (Фигура 1), включително зоната на влияние на минните операции, бяха взети предвид: ψ 1, ψ 2 и ψ 3

3 изследваната площ; δ 0 е граничният ъгъл на преместването му по протежение на линията на спирачката. Фигура 1 Схема на триизмерен модел на ССС на разработения скално-въглищен масив FEM: 1 изкопано пространство на изследваната площ; 2 въглищен пласт; 3 стълб При решаването на проблема, определянето на размера на изследваната площ на скалната маса около дълъг стълб се извършва по формулите [5]: L у1 = (H + l y /2 sinα) ctg (ψ 1 - α) + у 1, m; (1) L y2 = (H - l y /2 sinα) ctg (ψ 2 + α) + y 2, m; (2) L x3 = H ctg δ 0 + x 3, m; (3) L x4 = H ctg ψ 3 + x 4, m, (4)

4 където L y1, L y2 и L x3, L x4 са разстоянията от лицето съответно до лявата и дясната вертикална граница на проектната схема по осите Y и X, m; α ъгъл на наклон на пласта, deg (в разглежданата схема α = 0 0 ); 1, y 2, x 3 и x 4 имат граници на разстояние, свързани с необходимостта от подобряване на точността на определяне на границата на зоната на изместване на земната повърхност, равна на м. Разстоянията от дъното до горната граница на проектната схема се приемат равни на дълбочинатаразработка H, а до долната H 1 най-малко 300 m [5]. За изследваните условия, съгласно [6]: ψ 1 = ψ 2 = ψ 3 = 55 0 ; δ0 = 700; L y1 и L y2 са не по-малки от 750 m, L x3 и L x4 са съответно не по-малки от 414 и 750 m. Тогава размерите на модела по осите X, Y и Z ще бъдат: L X = L x3 + L x4 + l x m; (5) L Y = L y1 + L y2 + l y m; (6) L Z = H + H 1 + t, м. (7) Изчислителната схема, покриваща областта на симулацията, е показана на фигура 2, а. Според метода на изчисление в модела (Фигура 1) се приемат само вертикални премествания на страничните граници на изследваната зона, а твърдото закрепване е на дъното. На горната граница близо до земната повърхност могат да възникнат както вертикални, така и хоризонтални движения. Симулираното пространство е разделено на блокове (Фигура 2, а): въглищен пласт B1, първият слой на покрива B2, вторият B3. Горният пласт на масива е представен от блок B4, а подлежащият B5. Минималният размер на FE се приема за 1,0x1,6 m, максималният 42,6x43,2 м. Удебеляването на мрежата в блокове B1-B3 се извършва в зоната на изследване, симулиращ изкопаването на въглищен пласт при завъртане на линията на производственото лице, като се използват елементи в равнината на пласта с трапецовидна форма. Изследваната зона и нейният фрагмент с разбивка на площта върху CE са показани на фигура 2, b и 2, c. Изчисляването на SSS с помощта на модела се извършва във физически нелинейна настройка по метода на стъпкова итерация с разделяне на 2 равни стъпки. За всички FE модели е приет експоненциалният закон за деформация на геоматериала [4], чиито средни якостни характеристики са представени в таблица 1.

5 Y X Y X a) Y X c) b) d) Фигура 2 Първоначален изчислителен модел на моделиране: общо; b на изследваната площ 1 в равнината на пласта 2; във фрагмент от ъгловата част на минното пространство 3; g от позицията на линиите на ограничителя 4 atзавой в страничните крайни части 5 и 6 на въглищната маса, свързани с изработките, съответно транспорт и вентилация на различни етапи на изчисление 2-12: І и ІІ участъци с контури на разкритие с редуващо се диагонално завъртане на дебитната линия

6 Таблица 1 Якостни характеристики на скалите Тип скала Количествена стойност на параметъра за якост на скалата, MPa крайна якост на модул на еластичност натиск при опън Коефициент на Поасон Символ σ com σ r E μ Пясъчник 2 Глинени шисти 25 Въглищен пласт 27 І и ІІ по отношение на страничните крайни части на въглищната маса, свързани с дългия вал, съответно при транспортиране (етапи 2-7) и вентилация ( етапи 8-12) изработки (Фигура 2, d), чиито изчислени параметри са представени в Таблица 2. пластове над въглищния пласт (Фигури 3 и 4).

Y X b масив 4 във височина: 5 вторият слой на покрива; 6 въглищен пласт; 7 и 8, съответно въглищният пласт и покривът са разрушени.Първият слой на покрива е разрушен на изчислителния етап 3 (Фигура 3, а) и образува контура на зоната с максимални размери X 3 = 12,8 m и Y 3 = 75,2 m, съответно, по осите X и Y и площ S 3 = 740 m 2 (таблица 3). Напредване на запушалката при транспортиране и вентилацияизработки възлизат съответно на Vt 3 = 22,4 m и Vv 3 = 3,2 m. X 7 = 59,2 m и Y 5 = 153,6 m; Y 7 = 172,8 m, с площи S 5 = 4303 m 2 и S 7 = 6863 m 2, съответно.

8 при максимални и минимални стойности на придвижване на лава, съответно в транспортните изработки Vt 8 = 68,8 m и вентилационни Vv 8 = 24,0 m изработки. Вертикалните стойности на напреженията на натиск по протежение на посочените секции (Фигура 3, b) са максималните стойности N z3 = 21,1 MPa; N z5 \u003d 24,1 MPa; N z7 =26,1 MPa и N z8 =22,6 MPa, съответно, на изчислителни етапи 3, 5, 7 и 8, разпръснати около крайните части на отстранената въглищна маса. Минималните стойности на тези напрежения са 4,2-5,2 MPa. Таблица 3 Размери на формираните контури на зоните на разрушаване на първия слой на покрива в зоните на завъртане Вторият слой на покрива (Фигура 4) се разрушава в първия участък на завоя на лавата, като се започне от изчислителния етап 6, когато уплътнението се премества близо до транспортните и вентилационните отвори, съответно, Vt 6 = 56 m и Vv 6 = 8 m. Площта на зоната на разрушаване на този слой е Sр 6 = 837 m 2 с обща площ на експозицията му So 6 = 4981 m 2 (таблица 4). На изчислителен етап 7 (Vt 7 = 67,2 m и Vv 7 = 9,6 m) общите площи на разкритията и зоните на разрушаване се увеличават и възлизат съответно на Sо 7 = 7862 m 2 и Sр 7 = 4644 m 2. 2, Sp9 = 9454 m 2 и Sp 10 = 12358 m 2 с обща площ на разкритията So 8 = 9623 m 2, So 9 = m 2 и So 10 = 12549 m 2. Пълното формиране на зоната на разрушаване на втория слой на покрива по цялата дължина на лавата става при изчисляване на етап 10 (Vt 10 = 72 m и Vv 10 = 52 .8 m). Както може да се види от фиг. 4, разрушаването на покрива не се случва в ъгловите участъци на зоната на разкритието и с обръщането на лавата тяхната стойност намалява.

9 a) b) c) d) e) f) Фигура 4 Контури на образуваните разрушени 1 и неразрушени 2 зони на втория слой на покрива в рамките на експозицията на изследваната площ: a, b, c, d, e и f, съответно, според резултатите от изчислителните етапи 6, 7, 8, 9, 10 и 11: C7 C11 точки на максимално слягане на покрива

10 Таблица 4 Съотношение между площите на оголването на втория слой на покрива и разрушаването му в зоните на етапите на обръщане. Максималното участие в процеса на втория слой на покрива се случва на изчислителния етап 7 с най-голямо увеличение на относителната стойност на p s, равно на 0,42. Графична интерпретация на промените в слягането на втория слой на покрива по етапи на изчисление 7, 9 и 11 е показана на фигури 5 и 6. Максималната стойност на слягането на покрива в точка С7 на етап на изчисление 7 (фигури 5, а и 6, а) е 126 mm и е разположена по дължината на дългата стена на разстояние 40 m спрямо транспортната работа, свързана с дългата стена и 30,4 m по протежение на напредването на дългата стена от монтажната камера. На етапи на изчисление 9 и 11 максималните стойности на спускане на покрива в точки C9 и C11бяха съответно 256 mm и 521 mm. В същото време точките по дължината на дългата стена спрямо транспортната изработка се изместиха в съответствие с координатите 59,2 m и 100,8 m, а по протежение на стъпалото 30,4 m и 44,8 m (фигури 5, b, c и 6, b, c).

11 Спускане, спускане, спускане, a) b) c) Фигура 5 Графична интерпретация на промените при спускането на втория покривен слой, съответно въз основа на резултатите от изчислителните етапи 7 (a), 9 (b) и 11 (c)

12 a) c) C Обредът на максимално спускане, стремейки се към центъра на зоната на прозореца. Изводи. Площта на зоната на унищожаване на непосредствения покрив се увеличава с редуващо се диагонално разкритие на масива в различни части на обхвата на неговото окачване по дължината на лавата. Пълното разрушаване на този слой по отношение на вентилационните и транспортни изработки, свързани с лавата, настъпва съответно при максимални разстояния на зависване от 24 и 68,8 m, с участието на труден за пещера слой в процеса на изместване.

13 Параметрите на контурите на разпределението на вертикалните напрежения на натиск, разрушаването и слягането на алтернативно откритата покривна маса зависят от участъците на окачването. Повърхността на прогиба на труднопропадащия слой е с неправилна вдлъбната форма с асиметрично разположение на центъра в точките на максимално слягане, като се движи при оголване на масива. Пълното разрушаване на труднодостъпния слой настъпва по цялата площ на разкритието с максимална стойностслягане 521 mm при разстояние от лявата крайна част на въглищния масив при инсталационната камера 44,8 m и транспортна изработка 100,8 m, което приблизително съвпада с центъра на лавата по нейната дължина и настъпление. Върху ъгловите участъци на лавата трудно срутващият се слой на покрива виси и при разкриването му площта на неразрушената му част намалява. Математическите модели на напрегнатото състояние на масива по метода на крайните елементи се препоръчват да се използват за прогнозиране при определени начални условия на зоните на разрушаване на покривния масив преди първоначалното му кацане по време на поетапния завой на лавата. Литература 1. Журило А. А. Минен натиск в шахти с трудни за срутване покриви / А. А. Журило. Москва: Недра, стр. 2. Овчинников В.П. Геомеханична технология за грундиране за управление на важно свлачищно покритие върху формации, безопасни за викидон // V.P. Овчинников, Ю.М. Халимендик, В.Д. Петренко, В.П. Романенко. Луганск: Книжен свят, с. 3. Борзих А.Ф. Опитът от поетапното първично кацане на покрива в сложно-механизирани дълги стени / A.F. Борзих, А.П. Болотов, В.Н. Григоряк // Въглища на Украйна C Лира 9.4. Примери за изчисляване и проектиране: учебник /[ Борисов В.Е., Гензерски Ю.В., Гераймович Ю.Д. и т.н.]. К.: ФАКТ, с. 5. Комисаров С.Н. Управление на скалната маса около спирките / С.Н. Комисаров. Москва: Недра, стр. 6. Правила за доставяне на будност, спори и природни обекти в случай на поява на вугил по подземен начин. GSTU K.: Minpalivenergo на Украйна, стр. Препоръчано за публикуване от д.т.н., проф. Борзих А.Ф.