Научные основы и методы расчета параметров изменения механического состояния и прочности угольных пластов в призабойной зоне

• Автор: Норель, Бронислав Константинович
• Шифр специальности: 05.15.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1982
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 375 c. : ил

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ НАГРУЖЕНИЯ, ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В МАССИВЕ
1.1. Выбор показателей, характеризующих протекание геомеханических процессов в массиве (анализ гипотез горного давления)
1.2. Факторы, влияющие на прочностные и деформационные характеристики углей и горных пород при механических испытаниях
1.3. О результатах механических испытаний горных пород и углей на установках трехосного неравнокомпонентного сжатия
1.4. Теоретические методы изучения компонент напряжения и деформации горных Цщрод угольных пластов в массиве

1.5. Постановка задачи исследования, реализация работы, использование результатов

2. ПАРАМЕТРЫ ФИЗИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, ОПИСЫВАЩЕЙ ПРОТЕКАНИЕ

ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОБЪЕМНОГО НАГРУЖЕНИЯ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА (СТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ)
2.1. Термодинамическая интерпретация протекания геомеханических процессов в угольном пласте впереди забоев очистных и подготовительных выработок
2.2. Выделение переменных и параметров физической системы угольный пласт в процессе его нагружения в зоне "нетронутого" массива
2.3. Выделение переменных и параметров физической системы угольный пласт в зоне влияния выработки при активном нагружении
2.4. Характер изменения переменных и параметров физической системы угольный пласт в зоне предельных состояний

2.5. Разложение тензора главных напряжений физической системы угольный пласт в различных зонах нагружения
2.6. 0 критериальных условиях для переменных и параметров физической системы угольный пласт
2.7. Выбор характерных стадий протекания геомехани-ческих процессов перераспределения напряжений
в угольном пласте в зоне влияния выработки
2.8. Краткие выводы
3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УГЛЕЙ В ОБЪЕМНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ
3.1. Обоснование условий нагружения в методике механических испытаний углей в объемном напряженном состоянии
3.2. Результаты механических испытаний углей в объемном напряженном состоянии
3.3. Энергетический критерий прочности углей в объемном напряженном состоянии
3.4. Включение параметров вида напряженного состояния в определяющие уравнения механики сплошных сред для описания деформирования углей при объемном нагружении
3.5. Краткие выводы
4. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НАГРУЖЕНИЯ
УГОЛЬНОГО ПЛАСТА В МАССИВЕ И АНАЛИЗ НАТУРНЫХ
НАБЛЮДЕНИЙ

4.1. Физическое моделирование геомеханических процессов, протекающих в угольных пластах и вмещающих породах в призабойной зоне в объемном напряженном состоянии
4.2. Об экспериментальных наблюдениях особенностей нагружения и разрушения угольных пластов и вмещающих пород вблизи горных выработок
4.3. Составление дополнительных уравнений для оценки изменения механических свойств угольного пласта при влиянии реального объемного нагружения в массиве вблизи горных выработок
4.4. Краткие выводы
5. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗМЕНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОЧНОСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ В ОБЪЕМНОМ
НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ
5.1. Физические предпосылки и допущения, учитываемые при составлении математической модели физической системы угольный пласт
5.2. Аналитические формулы определения компонент напряжения в породах кровли впереди забоев в объемном напряженном состоянии
5.3. Математическая модель расчета параметров изменения механического состояния и прочности угольного пласта в призабойной зоне
5.4. Учет влияния горно-геологических факторов на параметры зон предельных состояний угольного пласта в объемном напряженном состоянии
5.5. Краткие выводы

весьма ценные результаты”.
В настоящее время при теоретическом изучении напряженного состояния вмещающих пород и угольного пласта вблизи выработок широко используется математический аппарат механики сплошных сред, и его возможности еще далеко не исчерпаны. Схема составления уравнений для определения величин компонент напряжения и деформации выглядит следующим образом. Прежде всего выписываются уравнения равновесия. Затем применительно к конкретным породам и угольному пласту выбираются уравнения состояния среды.
После этого уже для составления граничных условий рассматриваются расположение и форма выработок. Выработка может быть вертикальной, наклонной или горизонтальной; ее сечение может быть круглым, эллипсовидным, прямоугольным, трапециевидным или комбинированным. В настоящем обзоре нет необходимости останавливаться на решениях задач для стволов и горизонтальных круглых выработок, хотя много интересных решений получено именно для этих случаев.
В связи с направленностью настоящей работы рассматриваются теоретические исследования распределения компонент напряжения и деформации в массиве впереди забоев. В качестве действующих сил на вмещающие породы и угольный плаот принимаются сила веса вышележащей толщи пород и выполняемые горные работы в выработках. Характерной особенностью напряженного состояния является наличие естественного равновесного напряженного состояния "ненарушенного" массива вне зоны влияния выработки. В связи о этим искомые
*<г
компоненты напряжений ег представляются суммой составляющих
о * 90/7
основного & и дополнительного ст.. напряженных состояний
г- J J
од о gorr ,
ву =6-^ + 6'* . Указанная процедура теоретически обоснована в математической теории упругости академиком Н.И.Мусхелишвили [91],