Геомеханические условия формирования выбросоопасных зон при слоевой выемке сильвинитовых пластов

• Автор: Некрасов, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 143 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1Л. Геологические и горнотехнические условия разработки Старобинского месторождения калийных солей
1.2. Внезапные выбросы соли и газа из почвы горных выработок при отработке 2, 3 сильвинитовых слоев Третьего калийного пласта

1.3. Газодинамические явления в калийных рудниках: прогноз и управление

1.4. Существующие представления о механизме газодинамических явлений

1.5. Модели массива пород и методы пространственного математического моделирования геомеханических процессов

1.6. Цель и задачи исследований

2. РАЗРАБОТКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КУСОЧНООДНОРОДНОЙ ТРЕХМЕРНОЙ УПРУГОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ НЕПРЯМОГО МЕТОДА ГРАНИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
2.1. Обоснование метода пространственного математического моделирования геомеханических процессов
2.2. Постановка краевой задачи и идеология непрямого метода граничных элементов
2.3. Итерационная схема решения однородной задачи
2.4. Итерационная схема решения кусочно-однородной задачи
2.5. Результаты решения тестовых задач по оценке напряженно-деформированного состояния непрямым методом граничных элементов
2.5.1. Одноосное растяжение кубического образца
2.5.2. Напряженно-деформированное состояние вокруг выработки кругового поперечного сечения
2.5.3. Сферическая полость в бесконечной среде под газовым давлением
2.5.4. Одноосное растяжение кусочно-однородного образца в форме параллелепипеда
2.6. Метод суперпозиции решений для оценки напряженно-деформированного состояния горного массива
2.7. Выводы

3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫБРОСООПАСНЫХ ЗОН ПРИ СЛОЕВОЙ ВЫЕМКЕ ТРЕТЬЕГО ПЛАСТА
ЗЛ. Постановка задачи и обоснование выбора расчетной схемы
3.2. Пространственный анализ геомеханического состояния пород почвы при отработке лавой 4 сильвинитового слоя Третьего калийного пласта
3.3. Пространственный анализ геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы лавы при отработке
2.3 сильвинитовых слоев Третьего калийного пласта
3.4. Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫБРОСООПАСНЫХ ЗОН В ПОРОДАХ ПОЧВЫ ПРИ СЛОЕВОЙ ВЫЕМКЕ ТРЕТЬЕГО КАЛИЙНОГО ПЛАСТА
4.1. Экспериментальные исследования геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы выемочного столба лавы № 40 рудника 1 РУ
4.2. Экспериментальные исследования геомеханических условий формирования выбросоопасных зон в породах почвы выемочного столба лавы № 50 рудника 1 РУ и эффективности заблаговременной дегазации пород почвы вертикальными скважинами
4.3. Рекомендации по дегазации пород почвы при отработке лавами
2.3 сильвинитовых слоев Третьего пласта
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы диссертации. Разработка месторождений калийных солей существенно осложняется газодинамическими явлениями, которые в большинстве случаев наносят значительный материальный ущерб калийным предприятиям и представляют реальную угрозу жизни горнорабочих. За последние три десятилетия внесен существенный вклад в исследование природы, механизма, разработку методов прогноза и способов предотвращения газодинамических явлений в калийных рудниках.
Однако, несмотря на достигнутые к настоящему времени определенные успехи в решении проблемы газодинамических явлений она еще далека от своего окончательного решения. Практика ведения горных работ показала, что в условиях Старобинского калийного месторождения появилась новая природная опасность - внезапные выбросы соли и газа из почвы подготовительных и очистных горных выработок. Наиболее мощные внезапные выбросы соли и газа произошли в условиях рудника 1РУ РУП “ПО “Беларуська-лий” из почвы на сопряжении лава-штрек за крепью сопряжения. В результате выбросов соли и газа были травмированы шахтеры, и значительные повреждения получило дорогостоящее очистное оборудование. В связи с этим фактом появилась настоятельная необходимость в изучении данного типа газодинамических явлений и разработки возможных способов предотвращения внезапных выбросов соли и газа из почвы.
Создание методов прогнозирования и разработка способов борьбы с внезапными выбросами соли и газа требуют изучения закономерностей и установление зависимостей, описывающих количественную сторону взаимовлияния основных факторов в механизмах этих опасных явлений. Поэтому представляет научный и практический интерес проведение геомеханического анализа, который позволит объяснить природу внезапных выбросов соли и газа из почвы при слоевой выемке калийного пласта в рудниках Старобинского месторождения.

строить конечно-элементную сетку для решения задачи о НДС в почве лавы в окрестности забоя. С учетом двух плоскостей симметрии поставленной задачи в расчетную схему была включена только четверть рассматриваемой области. При этом ее размеры получились равными 500:500:800 м. В то время как размеры области детального изучения НДС составили 10:20:100 м. На внешней границе расчетной области характерный размер конечных элементов был задан равным 40 м.
Минимальный характерный размер элементов, покрывающих анализируемую область, при котором был возможен дальнейший численный расчет, составил 4 м. При этом “ядро решателя” системы АпБуБ “затребовало” памяти в размере 16 вЬ, а общее число узлов конечных элементов составило около 400 тыс. Построенная сетка оказалась достаточно грубой для анализа полученного на ней решения поставленной задачи. А дальнейшее измельчение сетки в данной области приводило к катастрофическому росту числа узлов и, соответственно, объемов компьютерной памяти, необходимой для вычислений.
Таким образом, в тех случаях, когда геометрия расчетной схемы задачи значительно превышает по размерам область детального изучения напряженно-деформированного состояния горных пород использование классических методов оценки напряженно-деформированного состояния горных пород, таких, как МКЭ или МГП, является не целесообразным. Сгущение сетки конечных элементов в данной области при применении, например, МКЭ приводит к вышеперечисленным трудностям, и оценка объемов оперативной памяти, необходимых для расчетов некоторых конкретных задач, может на один-два порядка превышать доступные на сегодняшний день возможности вычислительных мощностей персональных компьютеров.
В этой связи предлагается использовать в расчетах более совершенные в данном смысле и потенциально более точные методы моделирования напряженно-деформированного состояния (НДС) горных пород, которым, однако, присущи и некоторые недостатки, сужающие класс решаемых ими за-