Математическое моделирование параметров крепей подготовительных и нарезных выработок для сложных горно-геологических условий

• Автор: Шаймярдянов, Илдар Касымович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧТА И КОНСТРУКЦИЙ КРЕПЕЙ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

1.1. Современные методы определения нагрузки на крепь горных выработок

1.2. Существующие методы моделирования параметров крепей горных выработок.

1.3.Анализ существующих конструкций рамных крепей горных выработок для сложных горногеологических условий.

1.4. Цели, задачи и методы. ВЫВОДЫ

2. СОСТОЯНИЕ КРЕПЛЕНИЯ, НЕОБХОДИМОСТЬ И НАПРАВЛЕНИЯ ЕГО УЛУЧШЕНИЯ ДЛЯ ШАХТ ДОНСКОГО ГОКА
2.1. Горногеологическис условия и работоспособность применяемых Рамных крепей горизонтальных выработок шахт Донского ГОКа.

2.2. Разработка и реализация методики экспериментальных исследований

по оценке деформированного состояния рамных крепей

3. АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МЕХАНИКИ СПЛОШНОЙ СРЕДЫ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАВНЫХ РЕПЕЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ СИЛ И КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
3.1. Алгоритм решения задач геомеханики на основе метода конечных элементов.
3.2. Характеристика программы АРМ iг .
3.3. Алгоритм расчта стержневых строительных конструкций на основе метода конечных элементов с применением программы АРМ Vi
3.4. Алгоритм моделирования параметров крепей произвольного очертания на основе метода сил строительной механики
3.5. Моделирование параметров крепи по программе АРКА.
3.6. Моделирование параметров рамных крепей горных выработок на основе применения программы АРМ Vi3.
3.6.1. Исследование влияния очертания крепи на с несущую способность
3.6.2. Моделирование параметров применяемой на шахтах Донского ГОКа
рамной крепи горизонтальной подготовительной выработки.
Выводы.
4. РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО КРЕПЛЕНИЮ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ И НАРЕЗНЫХ ВЫРАБОТОК ШАХТ ДОНСКОГО ГОКА.
4.1. Общие положения.
4.2. Обоснование целесообразности применения рамной крепи по патенту РФ 2
4.3. Обоснование рекомендаций по креплению выработок рамной крепью по патенту РФ 6.
4.4. Рекомендации по эффективному применению рамной крепи по АС СССР
Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Все гипотезы для условий локального вывалообразования характеризуются общим подходом к определению нагрузки на крепь подземной выработки - нагрузка рассматривается как вес части пород, отделившейся от их массива в объеме образовавшегося свода обрушения. При этом считается, что выше свода обрушения породы находится в устойчивом состоянии, образуя как бы свод естественного равновесия, и не оказывают влияния на крепь подземной выработки. Определению нагрузки на крепь в условиях локального вывалообразования соответствует жесткопластическая геомсханическая модель породного массива. Гипотеза горного давления М. М. Протодьяконова [, ], доработанная П. М. Цимбаревичем [4], и в настоящее время не потеряла своего значения - находит применение в практике расчета конструкций подземных сооружений и получает дальнейшее развитие в модифицированном виде [8]. Достоинство гипотезы М. М. Протодьяконова видится в правильном подходе к процессу разрушения массива и образования свода обрушения над кровлей подземной выработки, и определению условий обеспечения устойчивости этого свода - сдвигающие силы в пятах свода не должны превосходить сил внутреннего трения породы. На основе этой предпосылки М. М. Протодьяконов определил достоверно коррелирующие зависимости между пролетом, высотой свода обрушения и предложенным им коэффициентом крепости пород, как кажущимся коэффициентом внутреннего трения, относящимся ко всем горным породам. В других гипотезах сводообразования (группы 2-6) определение параметров сводов обрушения производится на основе методов механики сплошной среды - теорий упругости, пластичности, ползучести при линейных и нелинейных схемах деформирования породного массива и разрушения его от растягивающих и сдвигающих напряжений [8]. Формирование нагрузки на крепь горных выработок в условиях сплошного сводообразования соответствует жесткопластической и упругопластической неоднородной геомеханическим моделям породного массива. Исследования в этом направлении определения нагрузки при представлении породного массива жссткопластической средой проведены В. Г. Березанце-вым , Н. С. Булычевым [, , ], упругопластической неоднородной средой - И. Т. Алимжановым, И. В. Баклашовым [6, 8, 9, ], Б. А. Картозия [8], Ю. М. Либерманом [, ], А. П. Максимовым [], Г. Л. Фисенко [2]. При этом решение задачи определения нагрузки на крепь дано для круглого поперечного сечения горной выработки. Формирование нагрузки на крепь в условиях ее совместного деформирования с породным массивом не характерно для подготовительных выработок шахт, поэтому в настоящей работе не рассматривается. Особое место при исследовании проявлений горного давления в подземных выработках принадлежит экспериментальным и экспериментальноаналитическим методам. Результаты проведения исследований с применением этих методов используются: для непосредственного проектирования крепей в соответствующих условиях [, , ]; для определения по одним замерным контактным напряжениям других контактных напряжений из условий контакта с массивом при решении этой задачи взаимодействия крепь -массив [, , ]; для определения фактической нагрузки по замеренным перемещениям крепи посредством задачи теории оболочек [] или строительной механики стержневых систем [, ], по которой затем производится расчет крепи. Экспериментальные или экспериментально-аналитические методы определения нагрузки на крепь горных выработок являются в настоящее время наиболее достоверными и входят в графическом виде в нормативные документы. Экспериментально-аналитический метод определения нагрузки на крепь по замеренным ее перемещениям представляется возможным считать из-за своей простоты и достаточной точности более предпочтительным по сравнению с методом непосредственного замера нагрузки на крепь. При этом он может использоваться для проверки аналитических теорий определения нагрузки на крепь горных выработок. Таким образом, произведенный краткий обзор методов определения нагрузки на крепь горных выработок позволяет сделать вывод, что в настоящее время расчет конструкций крепи производится как по заданным нагрузкам, так и по контактным напряжениям.