Разработка метода расчета целиков с учетом опасности горных ударов

• Автор: Тлеужанов, Муратжан Ашимкулович
• Шифр специальности: 05.15.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Фрунзе
• Количество страниц: 232 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Существующие подходы к расчету целиков с учетом опасности горных ударов . . .

1.2. Цель, задачи и структура работы .

ГЛАВА П. ГЕОЫЕХАНЙЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И ПОСТРОЕНИЕ

ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ СООТНОШЕНИЙ

2.1. Полные диаграммы напряжениедеформация для материала горных пород и силасмещения для
целика.

2.2. Основные способы использования целиков и заключения о методах их расчета.

2.3. Построение соотношений, описывающих поведение целиков .

2.4. Построение соотношений, описывающих поведение вмещающих пород
2.5. Уравнения для системы вмещающие породы
целики.
ВЫВОДЫ
ГЛАВА Ш. УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМЫ ЦЕЛИКОВ
3.1. Определения и условия устойчивости
3.2. Необходимые и достаточные условия устойчивости
и неустойчивости
3.3. Оценка энергии, выделяющейся при потере устойчивости .
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 1У. ЧИСЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ
НАГРУЗОК, СМЕЩЕНИЙ И УСТОЙЧИВОСТИ ЦЕЛИКОВ
4.1. Определение нагрузок на целики и их смещений
для изолированной выработки .
4.2. Определение нагрузок и смещений для системы
выработок
4.3. Анализ возможности упрощения уравнений .
4.4. Расчеты для широких целиков и учет разупрочнения краевой части
4.5. Реализация метода на ЭВМ
4.5.1. Особенности численной реализации .
4.5.2. Оценка точности метода
4.6. Примеры расчетов
ВЫВОДЫ
ГЛАВА У. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
И СРАВНЕНИЕ С ДАННЫМИ ПРАКТИКИ
5.1. Влияние горнотехнических факторов на
воспринимаемые целиками нагрузки .
5.2. Влияние горнотехнических факторов на локальные
жесткости вмещающих пород
5.3. Анализ типовых схем
5.4. Сравнение с данными практики горных работ и с
данными наблюдений в шахтах и рудниках . . .
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА У1. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО
КЕТОДА РАСЧЕТА ЦЕЛИКОВ
6.1. Подготовка данных,используемых при расчетах . .
6.2. Порядок выполнения расчетов .
6.2.1. Расчеты с использованием ЭВМ .
6.2.2. Расчеты с использованием таблиц и
номограмм для типовых схем .
6.3. Анализ режима работы и удароопасности целика
6.4. Корректировка исходной информации и оптимизация параметров целиков . .
6.5. Ограничения на метод расчета
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Имеющиеся решения этой задачи в первую очередь связаны с представлением вмещающих пород как упругой среды, а очистных выработок как математических разрезов и, следовательно, требуют использования аналитического аппарата механики сплошных сред. Впервые в такой постановке задачу об определении нагрузок на целики рассмотрел Шерман Д. И. [ ] . Результаты его исследования показали: во-первых, нагрузка на целик мало зависит от конфигурации сечения выработки и представление выработки в виде математического разреза не вносит существенных погрешностей; во-вторых, нагрузка на целик, как правило, меньше ьеса столба вышележащих пород, но стремится к нему с увеличением ширины и количества целиков в пределах изолированной выработки. Последующие работы были направлены на поиски более простых расчетных методов, которые основывались бы на допустимых упрощениях. Один из таких методов был предложен Руппенейтом К. Б. [7ll . С целью упрощения задачи автор принял ряд исходных предпосылок. Во-первых, учитываются только нормальные компоненты векторов нагрузок Р и смещений . Во-вторых считается, что касательные усилия не оказывают влияния на сближение кровли и почвы. И, наконец, в-третьих, истинное распределение нормальных напряжений по сечению целика заменяется равномерным распределением. Дальнейшее развитие этого метода в направлении, позволяющем рассматривать более сложные схемы расположения целиков, осуществлено Ли-берманом Ю. М., Гомесом Ц [] , Рахимовым В. Ержановым Ж. С. [ 2б] . Так, для плоской схемы изучены лишь горизонтальны расположенные изолированные выработки или их система в пределах одного пласта, а в пространственном случае -горизонтально расположенные изолированные панели, которые в плане имеют форму круга (или эквивалентного по площади квадрата). Это обстоятельство не есть недостаток расчетных методов, а, главным образом, отражает ограниченность числа схем, для которых возможно построение замкнутого аналитического решения, пригодного к непосредственному практическому использованию. В этой связи следует отметить, что успехи, достигнутые в решении задач горной геомеханики с привлечением численных методов (МКЭ, ГИУ и др. К примеру, можно развить методы расчета нагрузок на целики с учетом сложных пространственных кофигураций выработок или систем выработок. Теперь остановимся на результатах имеющихся исследований по определению нагрузок на целики. Они показывают, что в рамках обсуждаемой схемы периодического расположения широких барьерных и узких поддерживающих целиков нагрузки на последние, в зависимости от их деформационных свойств (податливости), могут быть меньше веса столба вышележащих пород на -% [,*] . В условиях изолированных залежей небольших размеров нагрузки на поддерживающие целики-столбы заметно (до $) меньше веса столба вышележащих пород [] . Причем, этот эффект наиболее сильно проявляется для целиков, близко примыкающих к массиву горных пород или к широким барьерным целикам. Б рамках обсуждаемой схемы расположения целикоЕ, как следует из вышесказанного, возможно снижение уровни нагрузок на целик путем изменения его податливости или с помощью выбора рациональной схемы расположения целиков, что отражает преимущество такой схемы. Зто особенно важно с точки зрения предупреждения горных ударов, поскольку обеспечение условия прочности (1. Имеется положительный опыт практического использования этого способа [, ] . В условие прочности (1. Задача Еыбора коэффициента запаса Еесьма сложна и в некоторой степени неопределенна. Это, как известно, составляет особенность свяких расчетов, проводимых по допускаемым нагрузкам. Поэтому при выборе кр ориентируются главным образом на предшествующий опыт видения горных работ в аналогичных условиях. Так, согласно данным работ [ , , , ] значение к'р изменяются в пределах от 1,4 до 1,9. Ряд авторов [ ,] рекомендуют и более Еысокие значения кр >у 3. Понятно, что в условиях, опасных по горным ударам, когда разрушение целика может привести к серьезным последствиям, к выбору запаса прочности должны предъявляться серьезные требования. Обоснованность запаса прочности зависит от того; насколько расчетные модели, используемые при определении величин р И Рт , соответствуют реальным условиям, то есть насколько точно оцениваются эти величины.