Геомеханическое обеспечение устойчивости подземных подготовительных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве

Никитина, Анастасия Михайловна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геомеханическое обеспечение устойчивости подземных подготовительных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Геомеханическое обеспечение устойчивости подземных подготовительных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве"

На правах рукописи

НИКИТИНА Анастасия Михайловна

ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В СЛОИСТОМ НЕОДНОРОДНОМ УГЛЕПОРОДНОМ МАССИВЕ

Специальность 25.00.20 - «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

Ведущая организация — Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Зашита состоится «19» декабря 2006г в 15.00 часов на заседании диссертационного совета; Д 212.252.03 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирском государственном индустриальном университете по адресу ул. Кирова, 42, Новокузнецк, Кемеровской обл., 654007, Телефон 74-89-91, Факс (8-3843) 46-57-92, E-mail: ftyanov@sibsiu. ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет».

Автореферат разослан «18» ноября 200бг

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Фрянов Виктор Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Шрепп Борис Валентинович

кандидат технических наук Волошин Владимир Анатольевич

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Чубрнков А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современное состояние технологии подземной угледобычи характеризуется увеличением пиковых нагрузок на очистной комплексно - механизированный забой н неравномерностью его подвигания, обусловленными внезапными обрушениями пород кровли на сопряжениях очистного забоя н выемочных выработок, снижением несущей способности крепи, в том числе вследствие разрушения рамной крепи, выпадания или срыва гаек анкеров, отжима породных слоев и угольных пачек на боках подготовительных выработок.

Существующие методические указания и руководства не обеспечивают необходимую для практики надежность прогноза этих явлений. Одной из причин несоответствия прогнозируемых и фактических параметров является представление слоистого углепородного массива в методических указаниях в виде модели сплошной среды, то есть без учета анизотропии, неоднородности и наличия ослабленных контактов между соседними слоями.

Известные способы и средства управления состоянием слоистого углепородного массива, ослабленного по контактам между слоями, пока не применяются на практике, так как отсутствуют представительные результаты исследования процессов деформирования слоистого углепородного массива, необходимые для разработки методических рекомендаций дня составления паспортов крепления подготовительных выработок. Известные научные разработки в основном посвящены процессу деформирования неоднородных искусственных материалов на микро-, макро- и мезо-уровнях, и весьма ограничены исследования, направленные па установление закономерностей в слоистых углепородных массивах, что подтверждается недостаточной надежностью способов и средств управления устойчивостью горных выработок угольных шахт.

Таким образом, актуальной научно-практической задачей является геомеханическое обеспечение устойчивости подземных подготовительных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве с учетом влияния ослабленных контактов между соседними слоями углепородного массива и разных деформационных свойств порол соседних слоев.

Работа выполнена в рамках:

Федеральной целевой программы «Интеграция» - «Полевые исследования геодинамической активности региона Алтае-СаянскоЙ складчатой области под влиянием природных тектонических, сейсмических и техногенных воздействий дня безопасной отработки месторождений Горной Шорни ы Хакасии». Государственный контракт № Э0123, № ГР 01200302559; Государственного контракта № 38-6, заказ-нарцд № 12 - «Разработка теории разрушения анизотропных горных пород в условиях объемного напряженного состояния при комплексном воздействии на горный массив механических инденторов и гидравлических струй», № ГР 01200117892; Работа выполнена по тематическому плану НИР СибГИУ по заданию Минобразования РФ; «Разработка теории миграции флюидов в неоднородном массиве под влиянием переменных механических напряжений и температуры», № ГР 012 00409401.

Целью работы является геомеханическое обеспечение устойчивости подземных подготовительных выработок в слоистом неоднородном углепородном

массиве на основе установленных закономерностей неравномерного смешения соседних породных слоев по контактам и распределения напряжений и деформаций в породных слоях.

Основная н.1 ея работы заключается в использовании закономерностей периодичности количественного распределения в неоднородном углепородном массиве напряжений н деформаций по мощности породных слоев и на их контактах для определения нагрузки на крепь подготовительных выработок шахт.

Задача исследований:

- разработать методику н программу лабораторных и численных исследований распределения деформаций и напряжений в слоистом углепородном массиве в окрестности подземных подготовительных выработок;

- установить закономерности распределения деформаций н напряжений в нетронутом углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления;

• изучить влияние поверхностей ослабления на распределение деформаций н напряжений в углепородном массиве в окрестности одиночной горной выработки;

- установить закономерности распределения деформаций и напряжений в неоднородном углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления в зоне совместного влияния подготовительных и очистных выработок;

- разработать рекомендации по геомеханическому обеспечению устойчивости подземных горных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве.

Методы исследований: физическое моделирование процессов деформирования слоистых образцов; фотофиксадни с использованием цифровой камеры для визуализации результатов и измерения смешений на мониторе персонального компьютера; конечных элементов для расчета параметров напряженно-деформированного состояния; визуализация и экспертная оценка с использованием пакетов компьютерных программ.

Научные положения, выниснмые на защиту:

- адекватность распределения смешений, измеренных па физической модели слоистого массива и вычисленных методом конечных элементов для этой модели, обеспечивается включением в физическую и математическую модели жестких и мягких слоев при отношении их прочности в пределах 3-200 и использованием в математической модели модуля упругости и коэффициента Пуассона эквивалентного материала, определяемых при изгибе балок;

- амплитуда графиков периодического распределения напряжений и деформаций в нетронутом слоистом углепородном массиве возрастает с увеличением угла падения и глубины залегания пород, уменьшением предела прочности мягкого слоя;

- влияние ослабленных контактов в углепородном массиве в окрестности подготовительной горной выработки проявляется в виде сдвига мягких слоев относительно жестких, изгиба и среза анкерных болтов в породах кровли;

-отношение вертикальных напряжений в слоистом массиве к напряжениям в сплошном массиве в боках выработки в угольном целике между очистным выра-

ботанным пространством и подготовительной выработкой возрастает с интенсивностью 0,025 м'1 при увеличении ширины целика от 4 до 20м.

Научная новизна работы состоит в:

- развитии метода измерения смещений на поверхности физической модели из эквивалентных материалов посредством фотографирования цифровой камерой с компьютерной обработкой снимков с помощью компьютерной программы, визуализацией и измерением результатов на мониторе персонального компьютера;

- ранжировании горно-геологических и горнотехнических факторов: угла падения, предела прочности и глубины залегания жестких и мягких слоев по степени влкятщ на неравномерность распределения напряжений и деформаций в нетронутом слоистом углепородном массиве;

- установлении закономерностей периодического изменения разности напряжений и деформаций в жестких и мягких слоях углепорсдиого массива в окрестности одиночной подготовительной выработки;

• установлении закономерностей увеличения в сплошном массиве по сравнению со слоистым массивом напряжений и деформаций в окрестности подготовительной выработки, охраняемой межучастковым ленточным угольным целиком шириной 4-20м.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций иодткерждастся:

-соответствием смещений марок, установленных на поверхности физической модели и вычисленных методом конечных элементов, отклонения - 4-17%;

-совпадением вычисленных вертикальных напряжений для сплошного нетронутого массива горных пород и с включением мягких слоев с вертикальными напряжениями гравитационного поля напряжений по Диннику;

-соответствием форм и графиков вычисленных смещений соседних породных слоев по поверхностям ослабления амплитудам 8-образного изгиба металлических стержней анкеров в натурных условиях;

- достаточным объемом лабораторных и численных экспериментов, испытано 18 вариантов физической модели, проведено исследование 560 вариантов расчетных схем при изменении влияющих параметров в пределах: глубина разработки 300-700 м, ширина горной выработки 3-7 м, предел прочности пород в поверхностях ослабления 0,2-38 МПа, угол падения поверхностей ослабления 0-40°, толщина искусственных поверхностей ослабления (мягких слоев) 0,025-1 м, ширина угольного целика 4 - 20м.

Личный вклад автора состоит в:

- развитии метода фотофиксации, заключающегося в измерении смещений на поверхности физической модели посредством фотографирования цифровой камерой и компьютерной обработки полученных оптических изображений эквивалентных образцов в реальном масштабе времени с точностью до 0,1 мм;

- установлении закономерностей периодического распределения напряжений и деформаций в нетронутом слоистом углепородном массиве по мощности породных жестких и мягких слоев;

• установлении влияния поверхностей ослабления в слоистом углепородном массиве на характер распределения смещений угля и пород в окрестности подго-

товителыюй горной выработки: выдавливание слабых слоев в выработку и армирование углепородного массива жесткими слоями;

- установлении закономерностей влияния очистного выработанного пространства на устойчивость подготовительной выработки и межучасткового ленточного угольного целика в слоистом неоднородном углепородном массиве при изменении ширины целика в пределах 4-20 м;

- разработке рекомендаций д ля геомеханического обеспечения устойчивости подземных горных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве: определение высоты свода обрушения в слоистом неоднородном углепородном массиве для расчета нагрузки на крепь.

Научное значение работы состоит в установлении закономерностей периодического распределения параметров НДС в слоистом неоднородном углепородном массиве в окрестности выработки для геомеханического обеспечения их устойчивости.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты позволяют;

- изучать методом физического и численного моделирования закономерности распределения деформаций и напряжений в слоистом углепородном массиве в окрестности выработок с использованием разработанной методики фотофиксации с компьютерной обработкой;

- устанавливать по разработанной методике расчета параметров НДС слоистого неоднородного углепородного массива в окрестности выработок угольных шахт параметры анкерной крепи в паспортах выемочных участков и проектах;

• использовать результаты исследований при изучении дисциплины «Геомеханика» студентами вузов.

Реализация работы. Результаты работы, оформленные в виде методики расчета геомеханических параметров слоистого неоднородного углепородного массива в окрестности подготовительных горных выработок, были представлены на конкурс на лучший экспонат, проводимый в рамках XIII Международной выставки «Уголь России и майнипг 2006» и награждены серебряной медалью, а так же переданы участникам выставки для применения на шахтах Кузбасса. Научные результаты и практические рекомендации использованы в отделе технологии крепления выработок ОАО ОУК «Южкузбассуголь», а так же в учебном процессе Сибирского государственного индустриального университета при изучении дисциплин специальности 130400-«Горное направление»- 130400.

Апробация работы. Основные выводы и результаты диссертации докладывались и получили одобрепие на: Международных научно-практических конференциях «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (г.Новокузнецк, 2000,2004,2005гг.); «Перспективы развития горнодобывающей промышленности» (г.Новокузнецк, 2000г.); «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (г .Ново кузнецк, 2005,2006гг.); Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых СнбГИУ: «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (г.Новокузнецк, 2002г.).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 10 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, изложенных на 197стрэницах машинописного текста. Включает 150 рисунков и 9 таблиц, список литературных источников из 137 наименований, приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе проведен анализ влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на устойчивость горных выработок при подземной разработке угольных месторождений.

Значительный вклад в исследования по обеспечению устойчивости подземных горных выработок в слоистом углепородном массиве с учетом его напряженно-деформированного состояния внесли: В£. Ануфриев, Н.С. Булычев, В.В, Болотин, В Л. Волошин, ЮЗ. Громов, Ж.С. Ержанов, В.Ю. Изаксон, ВВ. Иванов, ГЛ. Кузнецов, C.B. Кузнецов, С.А. Константинова, ГЛ. Кулаков, MJ3. Курленя, ЮЛ. Кузнецов, С.М. Простоя, А.Г. Протосеня, В.В. Соколовский, ГЛ. Фисенко, ВЛ. Фрянов, OA. ХачаЙ, С.А. Христианович, В.А. Хямяляйнен, Е.И. Шемякин, БВ. Шрепп, О. Якоби и др.

Установлено, что для повышения устойчивости горных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве необходимо заранее прогнозировать параметры напряженно-деформированного состояния в породных слоях и на их контактах для последующего обоснования нагрузок на крепь подготовительных выработок угольных шахт.

Выявлено, что существующие методические указания и руководства не обеспечивают надежного прогнозирования следующих геодинамических явлений: внезапных обрушений пород кровли на отдельных участках выработок, отжима угля и пород с боков выработки, снижения несущей способности крепи вследствие выпадания или срыва гаек анкерной крени. Поэтому С целью развития научных основ геомеханики и получения геомеханических параметров прогноза, адекватных параметрам реального массива, актуальной научно-практической задачей является геомеханическое обеспечение устойчивости подземных горных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве с учетом влияния ослабленных контактов между соседними слоями углепородного массива.

Во втором разделе разработана методика и программа лабораторных и численных исследований распределения деформаций и напряжений в слоистом углепородном массиве в окрестности подземных подготовительных выработок методом конечных элементов (МКЭ).

Основой методики является физическое моделирование процессов деформирования слоистых образцов с использованием метода фотофиксации. Для этого разработан лабораторный стенд, проведены тарировка лабораторной установки и оценка точности метода фотофиксации с помощью цифровой камеры и персонального компьютера, обоснованы рецепты состава эквивалентного материала физической модели.

В настоящей работе применен метод фотофиксации, сущность которого состоит в установке марок на образце, испытании на прессе и фотографировании марок с помощью цифровой камеры на различных этапах деформирования образца, рисунок I. После проведения испытаний до полного разрушения проводится обработка результатов с помощью компьютерной программы.

Фотоаппарат Системный блок Монитор Птипеп

Рисунок 1 - Схема передачи информации от физической модели пользователю

Дня контроля смещений марок на поверхности модели и экране монитора используется тензометр, рисунок 2.

а) б) в)

Рисунок 2 -Измерение тензометром на поверхности физической модели деформаций одиночной выработки: а) исходный образец, б) появление первой трещины в образце, в) конечное разрушение образца

Для оценки адекватности результатов моделирования численным методом конечных элементов с результатами физического моделирования, деформации физической модели, измеренные с помощью тензометра, сравнивались с деформациями, вычисленными МКЭ для физической модели. Результаты сравнительного анализа вычисленных и измеренных деформаций высоты отверстия представлены на рисунке 3, где приведена зависимость измеренных на модели и вычисленных МКЭ деформаций в сплошном массиве и массиве с одиночной выработкой при отношении гипса и инертной пыли 50:50 %. Также получена зависимость измеренных деформаций от вычисленных МКЭ при рассмотрении модели слоистого массива с одиночной выработкой. Отклонение составляет 4-17%.

Доказано, что адекватность распределения смещений, измеренных на физической модели слоистого массива и вычисленных методом «»печных элементов для этой модели, обеспечивается включением в физическую и математическую модели жестких и мягких слоев при отношении их прочности в пределах 3-200 и использованием в математической модели модуля упругости и коэффициента Пуассона эквивалентного материала, определяемых при изгибе балок в лабораторных условиях.

а) [ ю

! 8 \ 6

б)

I *

Кии* 0,30 ► 7.1< г*

о,9б; Л >Ф

10 8 б 4 2 О

0,80 •7.10 $

Л = >,9401 ьк <

У ♦

0 2 4 б 8 10 Измеренные вертикальные деформации е,„ Ю-", м

0 2 4 6 8 10 Измеренные вертикальные деформации е^ЛО4, м

Рисунок 3 - Зависимость между измеренными ( Еизм ) и вычисленными МКЭ ( бмкз ) деформациями в: а) сплошном массиве; б) массиве с одиночной выработкой при отношении гипса и инертной пыли 50:50%

В третьем разделе установлены закономерности распределения деформаций и напряжений в нетронутом углепородном массиве, осложнённом природными поверхностями ослабления, при варьировании горно-геологических и горнотехнических факторов в пределах: глубина разработки 300-700 м, угол падения жестких и мягких слоев 0-40°, предел прочности пород в мягких слоях 0,2*38 МП а, толщина искусственных поверхностей ослабления 0,025-1 м. Для этого была разработана следующая модель массива горных пород, рисунок 4. Массив горных пород рассматривается как пакет породных слоев с разными деформационными и прочностными параметрами. В углепородном массиве выделяются жесткие и мягкие породные слои. Жесткие слои характеризуются прочностными и деформационными свойствами пород, определяемых традиционными способами. Мягкие слои распределяются между жесткими. Отношения модулей деформации и пределов прочности пород в жестких и мягких слоях определяются из соотношений:

Еж бежж

10 <-> 30*, 8 <-< 15,

Ем ёежм

(1)

где Еж, Ем - модуль деформации пород соответственно в жестких и мягких слоях; бежж, • предел прочности пород при сжатии соответственно в жестких и мягких слоях.

Предполагается, что прочностные и деформационные свойства искусственных слоев соответствуют аналогичным свойствам природных поверхностей ослабления. Характер перемещения соседних слоев относительно друг друга предполагается идентичным при естественных контактах и искусственных мягких слоях. Мягкие слои имитируют естественные ослабления массива по породным контактам и позволяют моделировать процессы деформирования слоистого массива горных пород, разрыв сплошности и дискретности смещений соседних породных слоев.

а) б)

Породный слой п Породный слой п+1

Породный жесткий

слой л Искусственный mimtft слой между п и п+1

* W У" ' '.'.V «'* ■!'*•'

Искусственный мяттй слой между п+1 и п+2 I Породный жесткий

СЛОЙ 0+Э Искусственный мяг

слой между ir+2 н п+3

Рисунок 4 — Слоистый углепородный массив с: а) - естественными; б) - жесткими и мягкими породными слоями, имитирующими естественные поверхности ослабления

Дня установления закономерностей деформирования слоистого массива горных пород, включающего жесткие и искусственные мягкие слои, было проведено математическое моделирование распределения параметров НДС численным методом конечных элементов.

Для моделирования принят геологический разрез длиной 600-1000 м, глубиной 200-800 м. Модель разделена на 100 породных слоев и 200 вертикальных колонок, Мощность слоев принята переменной от 0,05 до 80 м. Длина стороны треугольного конечного элемента в горизонтальной плоскости принята переменпой в интервале 0,05-50м, Предел прочности породных жестких слоев при сжатии принят равным 40 МПа, а мягких слоев—2 МП а.

Разработанная методика исследований представлена на рисунке 5.

На основе анализа результатов проведенных 240 численных экспериментов установлены закономерности периодического распределения деформаций и па-

пряжений в нетронутом углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления.

Дня иллюстрации закономерностей распределения НДС, в качестве примера влияния горно-геологических факторов, приведен график зависимости распределения горизонтальных деформаций от угла падения слоев ослабленного массива, рисунок 6.

Установлено, что изменение угла падения слоев в пределах от 0-40° приводит к резкому увеличению деформаций растяжения в мягких слоях. Горизонтальные деформации возрастают в ISO раз в мягких слоях и снижаются в 26 раз в жестких породных слоях. Ослабленные контакты способствуют дифференциации напряжений и деформаций в углепородном массиве.

Аналогичные графики были построены при исследовании влияния глубины залегания и предела прочности мягких и жестких слоев на характер распределения напряжений и деформаций в нетронутом слоистом углепородном массиве.

Рисунок 5 — Структура методики исследования закономерностей распределения напряжений и деформаций в углепородном массиве, осложненном природными и искусственными мягкими слоями

Установлено, что амплитуда графиков распределения напряжений и деформаций в нетронутом слоистом углепородиом массиве возрастает с увеличением угла падения и глубины залегання, уменьшением предела прочности мягкого слоя.

я 0,5

О-0.5

-1

гЯ * . 1 ^ * Л "

/Й * , Ьй- > =-* /

Оград; « - - - 10 град; — - —20 град;

-1 0 12345678___ 30 град;

Гор даонтальныедефор нации, мм/м _ _ 40 град

Рисунок 6 - Зависимость горизонтальных деформаций (е,) пород в нетронутом массиве от отношения (Ь{/Ь)

В четвертом разделе по разработанной методике изучено влияние поверхностей ослабления на распределение деформаций и напряжений в углепородаом массиве в окрестности одиночной горной выработки. Для этого были рассмотрены две расчетные схемы: с подготовительной выработкой в сплошном слоистом массиве, рисунок 7, а, и подготовительной выработкой в ослабленном слоистом массиве, рисунок 7, б. Для исследования принята стратиграфическая колонка, включающая систему породных слоев. В базовом варианте приняты модуль упругости н предел прочности всех жестких породных слоев одинаковыми, ширина

АУ |

ЕЙ1

4-3-2-10 1 2 Расстояние от оси выработки, ы

-4-3-2-10 1 2 3 Расстояние от оси выработки, ы

Рисунок 7 — Вертикальные смещения в окрестности подготовительной выработки: а - сплошной массив; б - ослабленный массив

горной выработки 5м, высота Зм, глубина разработки 300м. По результатам моделирования определялись полные вектора напряжений, деформаций и смещений. В качестве примера на рисунке 7 приведено распределение вертикальных смещений под влиянием выработки, проведенной в сплошном и ослабленном слоистых массивах. Учитывая большой объем полученной информации и сложность ее интерпретации при варьировании параметров НДС, на модели были выбраны характерные вертикальные сечения, по которым проведена выборка расчетных величин и построены графики. По боку выработки сечение I-I и по оси выработки сечение II-II, рисунок 7.

Установлено влияние ослабленных контактов в углепородиом массиве в окрестности подготовительной горной выработки, которое проявляется следующим образом: в боках выработки при увеличении глубины разработки разность горизонтальных смещений в жестких и мягких слоях увеличивается, соответственно разность смещений жесткого и ослабленного слоев возрастает. Так при глубине разработки Н = 300м амплитуда отклонения смещений от среднего составляет 30%, при [Í = 500м -50%, при Н = 700м -67%. Установлена закономерность значительного превышения горизонтальных смещений пород жестких слоев в кровле в сторону оси выработки, а в почве преобладание смещений мягких слоев в сторону оси выработки, рисунок 8.

Вертикальные смещения пород кровли и почвы в поперечном сечении по вертикальной оси выработки при отношении предела прочности пород мягкого слоя к пределу прочности пород жесткого слоя К = 0,005-1,000 больше в 2-2,4 раза чем в породах кровли и почвы по боку выработки. Установлено, что горизонтальные напряжения в породах кровли и почвы в мягких слоях значительно выше напряжений в жестких слоях. По вертикальной оси выработки горизонтальные напряжения знакопеременные.

В результате исследований установлено влияние ослабленных контактов в углепородном массиве в окрестности подготовительной горной выработки в виде

Рисунок 8 — Зависимость горизонтальных смешений при разных отношениях прочностей в боках выработки {сечение 1*1) от расстояния в кровле выработки

-6-4-2 0

Горизонтальные смещения, мм Отношение предела прочности пород мягкого слоя к пределу прочности пород жесткого спои (К):

------0,05 -0,005

сдвига мягких слоев относительно жестких, изгиба и среза анкерных болтов в породах кровли.

В пятом разделе установлены закономерности распределения деформаций и напряжений в реальном неоднородном углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления, в зоне совместного влияния подготовительных и очистных выработок,

В качестве объекта исследования принят углепородный массив, представляющий собой совокупность угольных н породных слоев пологой брахисинкли-нальной складки, типичной для условий шахт Южного Кузбасса. Технологическая схема представляет собой вариант системы разработки длинными столбами по простиранию при панельной подготовке шахтного поля, рисунок 9. Длина очистного забоя 200м.

Рисунок 9 - Технологическая схема выемочного участка с межучастковым угольным целиком: 1 — выемочный столб; 2 — вентиляционный штрек; 3 - конвейерный штрек; 4 — угольный целик; 5 — отработанный выемочный столб; 6 - очистной забой

Методика исследования включает сравнительные расчеты параметров НДС в окрестности подготовительной выработки, охраняемой межучастковым ленточным угольным целиком .для сплошного слоистого массива и массива с включением мягких слоев при ширине угольного целика 4-20 м.

Учитывая большой объем информации, в качестве характерных были выбраны следующие вертикальные сечения, по которым проведена выборка расчетных величин и построены графики: по боку выработки со стороны выработанного пространства (сечение 1-1); по середине выработки (сечение П-Н); по боку выработки со стороны угольного массива (сечение Ш-Ш); по середине угольного целика (сечение ГУ-ГУ). На рисунке 10 приведены графики распределения вертикальных напряжений в зоне совместного влияния подготовительных и очистных выработок по середине целика при его ширине 4 м и 20 м, сечение IV-! V.

В поперечном сечении ГУ-ГУ в породах кровли охранного межучасткового ленточного угольного целика отношение вертикальных напряжений в слоистом с включением мягких слоев массиве к напряжениям в сплошном массиве по мере

увеличения ширины целика постепенно уменьшается от 0,8 до 0,7. При этом следует отметить, что в породах кровли и почвы наличие ослабленных слоев приводит к неравномерному распределению вертикальных напряжений, что обусловлено неравномерностью горизонтальных смещений в этих зонах.

а)

в 2

1°

1-1

-6

У 0 (Г |Ьу о* /-г

—1» ■ 4. 1 •¡V \ '(к«ИПЫ

4 ---

-29 -27 -25 -23 -21 -19 -17 -15 -13 -11 -9 -7 -5

1 г Чт О Ш Г Гмк 1ЙР а - я та тя | -----ы 1

I Обуе Ики ь 'Зн Е В41*Д4 1 ЬР- ч _

-18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 Вертикальные напряжения, МПа

-без ослабления - - - - с ослаблением

Рисунок 10 - Изменение распределения вертикальных напряжений в зоне влияния очистного забоя по сечению ГУ-ГУ: а) при ширине целика 4м;6) при ширине целика 20 м

Установлено, что отношение вертикальных напряжений в слоистом неоднородном массиве к вертикальным напряжениям в сплошном массиве в поперечном

сечении угольного целика при увеличении его ширины от 4 до 20м возрастает с интенсивностью 0,025 м"1.

Для определения высоты свода обрушения и нагрузки на крепь предлагается использовать отношения остаточной прочности к исходной в зоне совместного влияния подготовительных и очистных выработок при переменной ширине ох-рашюго ленточного угольного целика. Установлено, что в породах кровли и почвы в зоне совместного влияния подготовительных и очистных выработок за счет подвижек между породными слоями происходит разрушение по мягким слоям посредством выдавливания породных слоев в очистное выработанное пространство и подготовительную выработку, особенно в почве пласта. В кровле пласта нац целиком образуется устойчивое ядро прочных неразрушенных пород, площадь которого уменьшается с увеличением глубины разработки. В ослабленном массиве горных пород коэффициент концентрации вертикальных напряжений в узком целике в боках выработки меньше единицы (0,8; 0,9), а в широком целике в ослабленном слоистом массиве больше единицы (3,2).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой решена задача геомеханического обеспечения устойчивости подземных горных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве, имеющая существенное значение для подземной угледобычи.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему:

1. Разработана методика исследований распределения деформаций и напряжений в слоистом углепородном массиве в окрестности подземных подготовительных выработок, основанная на физическом моделировании с использованием разработанного метода фотофиксации, заключающаяся в фотографировании цифровой камерой марок на поверхности физической модели из эквивалентных материалов с компьютерной обработкой по программе и визуализацией результатов на мониторе персонального компьютера с точностью до 0,1 мм. Обеспечена адекватность результатов физического моделирования с результатами численного моделирования соответствием смещений марок, установленных на поверхности физической модели и вычисленных методом конечных элементов. Отклонения составляют 4-17%.

2. Адекватность математической модели реальному углепородному массиву, осложненному природными поверхностями ослабления, обеспечивается адаптацией формы и размеров конечных элементов, вершины которых располагаются на контактах породиых слоев углепородного массива, искусственных поверхностей ослабления, контура выработки, а свойства материалов в каждом элементе соответствуют свойствам оконтуренных конечными элементами жестких и мягких пород, при отношении их прочности в пределах 3-200.

лабления 0 - 40°, толщина искусственных поверхностей ослабления 0,025 - 1м, расстояние между поверхностями ослабления 0,5 - 2м, ширина горной выработки 3 - 7м. Влияние горно-геологических и горнотехнических факторов на увеличение неравномерности распределения напряжений и деформаций в слоистом угле-породном массиве ранжируется следующим образом: увеличение угла падения, уменьшение предела прочности.мягкого слоя, рост глубины залегания жестких и мягких слоев, увеличение ширины горной выработки, уменьшение расстояния между поверхностями ослабления.

4. Установлено влияние ослабленных контактов в углепородном массиве в окрестности подготовительной горной выработки, которое проявляется следующим образом: в боках выработки при увеличении глубины разработки разность горизонтальных смещений в жестких и мягких слоях возрастает, соответственно разность смещений жесткого и ослабленного слоев растет. Так при глубине разработки Н = 300м амплитуда отклонения смещений от средних составляет 30%, при Н = 500м -50%, при Н = 700м -67%. Установлена закономерность значительного превышения горизонтальных смещений пород жестких слоев в кровле в сторону оси выработки, а в почве преобладание смещений мягких слоев в сторону оси выработки.

5. Вертикальные смещения пород кровли и почвы в поперечном сечении по вертикальной оси выработки при отношении предела прочности пород мягкого слоя к пределу прочности пород жесткого слоя К = 0,005-1,000 больше в 2-2,4 раза чем в породах кровли и почвы по боку выработки. Горизонтальные напряжения в породах кровли и почвы в мягких слоях значительно выше напряжений в жестких слоях. В поперечном сечении по вертикальной оси выработки горизонтальные напряжения знакопеременные,

6. При изменении ширины подготовительной выработки от 3 до 7 м влияние поверхностей ослабления на горизонтальные напряжения н деформации в окрестности выработки уменьшается по оси выработки в породах кровли в 1,5 раза, в почве в 4 раза.

7. Отношение вертикальных напряжений в угольном целике между очистным выработанным пространством и подготовительной выработкой в слоистом неоднородном массиве к вертикальным напряжениям в сплошном массиве при увеличении ширины целика от 4 до 20м возрастает с интенсивностью 0,025 м"1.

8. Реализация разработанной методики геомеханического обеспечения устойчивости подземных горных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве в виде программного комплекса позволяет повысить уровень информационного обеспечения для разработки методических рекомендаций при составлении паспортов крепления подготовительных выработок посредством прогноза параметров свода обрушений пород в кровле выработки, отжима угля и пород в боках выработки и зоны пучения пород почвы для выбора длины и плотности установки анкеров и несущей способности рамной крепи. Научные результаты и практические рекомендации использовались отделом технологии крепления выработок ОАО ОУК «ГОжкузСассуголь», а так же переданы участникам XIII Международной выставки «Уголь России и майиинг 2006» для применения на шахтах Кузбасса.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Никитина А.М. Разработка технических решений по повышению устойчивости подготовительных выработок в угольных шахтах / AJvI. Никитина // Перспективы развития горнодобывающей промышленности: Материалы VII Между-нар. научно-практич. конф. 6-9 нюня, 2000.-Новокузнецк, 2000.-С. 106- 107.

2. Никитина АЛЬ Альтернативные решения повышения устойчивости подготовительных выработок в угольных шахтах / А.М. Никитина // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Тр. V Междунар. конф.21-22 ноября 2000. - Новокузнецк, 2000. - С. 200-201.

3. Никитина А.М. Геомеханическое обоснование параметров технологии профилактики пучения пород почвы подготовительных выработок в угольных шахтах / А.М. Никитина // Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения: Тр. регион, научной конф. студ., аспир, и молод, учен., 23-25 апреля 2002. - Новокузнецк, 2002.-С. 137-138

4. Никитина AAÍ. Совершенствование метода измерения деформаций породных образцов при испытании их на прочность в лабораторных условиях / А.М: Никитина, JLB. Разумова, B.IL Фрянов // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Тр. IX Междунар, конф. -Новокузнецк: СибГИУ, 2004. - С. 53-54

5. Никитина А.М. Геомеханическое обоснование параметров технологии подземной угледобычи при проведении выработок в дезинтегрированном углепород-ном массиве / А.М. Никитина, В Л. Фрянов // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Тр. IX Междунар. конф.-Новокузнецк: СибШУ, 2004. - С. 45-47

6. Никитина А.М. Оценка точности определения смещений марок методом фотофиксации / А.М. Никитина // Наукоемкие технология разработки и использования минеральных ресурсов: Материалы Междунар. научно-практич. конф. — Новокузнецк: СибГИУ, 2005.-С. 132-134

7. Никитина А.М. Исследование закономерностей распределения напряжений н деформаций в нетронутом неоднородном углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления / А.М. Никитина, В.Н. Фрянов // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых; Тр. X Междунар. конф. 7-8 декабря 2005г. - Новокузнецк, 2005. — С. 22-25.

8. Никитина А.М. Исследование закономерностей распределения напряжений и деформаций в неоднородном углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления в окрестности подготовительной горной выработки/ А.М. Никитина, В.Н. Фрянов // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых; Тр. X Мевдуиар. конф. 7-8 декабря 2005г. - Новокузнецк, 2005. - С. 26-32.

9. Никитина А.М. Исследование влияния глубины разработки на распределение напряжений н деформаций в слоистом углепородном массиве в зоне влияния одиночной горной выработки / Aiví. Никитина // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Материалы Междунар. научно-практич. конф. 6-9 июня 2006.—Новокузнецк, 2006. — С. 30-36.

10. Никитина A.M. О методике расчета геомеханических параметров слоистого углепородного массива в окрестности подготовительных горных выработок / A.M. Никитина // Горный информационно-аналитический бюллетень, — М.: Изд-во МГТУ, 2006, Кг 10. - С. 72-75.

Изд. Лиц. № 01439 от 05.04.2000г. Подписано в печать 14.11,2006г. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л.1,1 Уч. - изд. л. 1,24 Тираж 100 экз. Заказ 117

ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова 42. Издательский центр ГОУ ВПО «СибГИУ»

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Никитина, Анастасия Михайловна

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

1.1 Анализ устойчивости горных выработок угольных шахт.

1.2 Результаты и направления исследований влияния природных и техногенных поверхностей ослабления горного массива на параметры напряженно-деформированного состояния.

1.3 Анализ алгоритмов прогнозирования напряженно-деформированного состояния углепородного массива в окрестности подземных горных выработок.

1.4 Цель, задачи и актуальность исследования.

2 МЕТОДИКА И ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНЫХ И ЧИСЛЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ В ОКРЕСТНОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В СЛОИСТОМ УГЛЕПОРОДНОМ МАССИВЕ.

2.1 Программа исследований распределения напряженно-деформированного состояния в окрестности подготовительных выработок в слоистом углепородном массиве.

2.2 Методика тарировки лабораторной установки и оценка точности метода фотофиксации с помощью цифровой камеры и персонального компьютера.

2.2.1 Методика тарировки лабораторной установки.

2.2.2 Оценка точности метода фотофиксации с помощью цифровой камеры и персонального компьютера.

2.3 Методика физического моделирования процессов дезинтеграции породных массивов в окрестности выработок.

2.3.1 Методика изготовления физической модели объекта исследований.

2.3.2 Разработка методики исследования смещений поверхности физической модели из эквивалентного материала с использованием метода фотофиксации.

2.3.3 Оценка адекватности расчетных параметров напряженно-деформированного состояния измеренным.

2.4 Численные исследования распределения смещений и напряжений в модели слоистого массива из эквивалентного материала в окрестности подготовительной горной выработки.

2.5 Выводы.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ В НЕТРОНУТОМ УГЛЕПОРОДНОМ МАССИВЕ, ОСЛОЖНЕННОМ ПРИРОДНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ОСЛАБЛЕНИЯ.

3.1 Методика исследования закономерностей распределения НДС в нетронутом углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления.

3.2 Закономерности распределения деформаций и напряжений в нетронутом углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления.

3.2.1 Исследование влияния глубины залегания породных слоев на распределение напряжений и деформаций в нетронутом углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления.

3.2.2 Исследование влияния угла падения слоев на распределение напряжений и деформаций в нетронутом углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления.

3.2.3 Исследование влияния предела прочности пород в искусственных породных слоях на распределение напряжений и деформаций в нетронутом углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления.

3.2.4 Исследование влияния толщины мягкого слоя на распределение напряжений и деформаций в нетронутом углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления.

3.3 Выводы.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ В УГЛЕПОРОДНОМ МАССИВЕ, ОСЛОЖНЕННОМ ПРИРОДНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ОСЛАБЛЕНИЯ

В ОКРЕСТНОСТИ ОДИНОЧНОЙ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ.

4.1 Закономерности распределения деформаций и напряжений в углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления, в зоне влияния одиночной горной выработки.

4.1.1 Исследование влияния глубины залегания породных слоев на распределение напряжений и деформаций в слоистом углепородном массиве в зоне влияния одиночной горной выработки.

4.1.2 Исследование влияния угла падения слоев на распределение напряжений и деформаций в слоистом углепородном массиве в зоне влияния одиночной горной выработки.

4.1.3 Исследование влияния предела прочности мягких породных слоев на распределение напряжений и деформаций в слоистом углепородном массиве в зоне влияния одиночной горной выработки.

4.1.4 Исследование влияния ширины горной выработки на распределение напряжений и деформаций в слоистом углепородном массиве в зоне влияния одиночной горной выработки.

4.2 Выводы.

5 ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СЛОИСТОГО НЕОДНОРОДНОГО УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА, ОСЛОЖНЕННОГО ПРИРОДНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ОСЛАБЛЕНИЯ В ЗОНЕ СОВМЕСТНОГО ВЛИЯНИЯ

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ И ОЧИСТНЫХ ВЫРАБОТОК.

5.1 Исследование закономерностей распределения деформаций и напряжений в слоистом неоднородном углепородном массиве в зоне влияния подготовительной выработки.

5.2 Исследование закономерностей распределения деформаций и напряжений в слоистом неоднородном углепородном массиве в зоне совместного влияния подготовительных и очистных выработок.

5.3 Разработка рекомендаций по геомеханическому обеспечению устойчивости подземных горных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве.

5.4 Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геомеханическое обеспечение устойчивости подземных подготовительных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве"

Актуальность работы. Современное состояние технологии подземной угледобычи характеризуется увеличением пиковых нагрузок на очистной комплексно - механизированный забой и неравномерностью его подвигания, обусловленными внезапными обрушениями пород кровли на сопряжениях очистного забоя и выемочных выработок, снижением несущей способности крепи, в том числе вследствие разрушения рамной крепи, выпадания или срыва гаек анкеров, отжима породных слоев и угольных пачек на боках подготовительных выработок.

Известные способы и средства управления состоянием слоистого углепородного массива, ослабленного по контактам между слоями, пока не применяются на практике, так как отсутствуют представительные результаты исследования процессов деформирования слоистого углепородного массива, необходимые для разработки методических рекомендаций для составления паспортов крепления подготовительных выработок. Известные научные разработки в основном посвящены процессу деформирования неоднородных искусственных материалов на микро-, макро- и мезо-уровнях, и весьма ограничены исследования, направленные на установление закономерностей в слоистых углепородных массивах, что подтверждается недостаточной надежностью эффективных способов и средств управления устойчивостью горных выработок угольных шахт.

Работа выполнена в рамках:

Федеральной целевой программы «Интеграция» - «Полевые исследования геодинамической активности региона Алтае-Саянской складчатой области под влиянием природных тектонических, сейсмических и техногенных воздействий для безопасной отработки месторождений Горной Шории и Хакасии». Государственный контракт № Э0123, № ГР 01200302559; Государственного контракта № 38-6, заказ-наряд № 12 - «Разработка теории разрушения анизотропных горных пород в условиях объемного напряженного состояния при комплексном воздействии на горный массив механических инденторов и гидравлических струй», № ГР 01200117892; Работа выполнена по тематическому плану НИР СибГИУ по заданию Минобразования РФ: «Разработка теории миграции флюидов в неоднородном массиве под влиянием переменных механических напряжений и температуры», № ГР 012 00409401.

Целью работы является геомеханическое обеспечение устойчивости подземных подготовительных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве на основе установленных закономерностей неравномерного смещения соседних породных слоев по контактам и распределения напряжений и деформаций в породных слоях.

Основная идея работы заключается в использовании закономерностей периодичности количественного распределения в неоднородном углепородном массиве напряжений и деформаций по мощности породных слоев и на их контактах для определения нагрузки на крепь подготовительных выработок шахт.

Задачи исследований:

- разработать методику и программу лабораторных и численных исследований распределения деформаций и напряжений в слоистом углепородном массиве в окрестности подземных подготовительных выработок;

- установить закономерности распределения деформаций и напряжений в нетронутом углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления;

- изучить влияние поверхностей ослабления на распределение деформаций и напряжений в углепородном массиве в окрестности одиночной горной выработки;

-установить закономерности распределения деформаций и напряжений в неоднородном углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления в зоне совместного влияния подготовительных и очистных выработок;

Методы исследований: физическое моделирование процессов деформирования слоистых образцов; фотофиксации с использованием цифровой камеры для визуализации результатов и измерения смещений на мониторе персонального компьютера; конечных элементов для расчета параметров напряженно-деформированного состояния; визуализация и экспертная оценка с использованием пакетов компьютерных программ.

Научные положения, выносимые на защиту:

- адекватность распределения смещений, измеренных на физической модели слоистого массива и вычисленных методом конечных элементов для этой модели, обеспечивается включением в физическую и математическую модели жестких и мягких слоев при отношении их прочности в пределах 3-200 и использованием в математической модели модуля упругости и коэффициента Пуассона эквивалентного материала, определяемых при изгибе балок;

-отношение вертикальных напряжений в слоистом неоднородном массиве к напряжениям в сплошном массиве в боках выработки в угольном целике между очистным выработанным пространством и подготовительной выработкой возрастает с интенсивностью 0,025 м"1 при увеличении ширины целика от 4 до 20м.

Научная новизна работы состоит в:

- развитии метода измерения смещений на поверхности физической модели из эквивалентных материалов посредством фотографирования цифровой камерой с компьютерной обработкой снимков с помощью программы AutoCAD, визуализацией и измерением результатов на мониторе персонального компьютера;

- ранжировании горно-геологических и горнотехнических факторов: угла падения, предела прочности и глубины залегания жестких и мягких слоев по степени влияния на неравномерность распределения напряжений и деформаций в нетронутом слоистом углепородном массиве;

- установлении закономерностей периодического изменения разности напряжений и деформаций в жестких и мягких слоях углепородного массива в окрестности одиночной подготовительной выработки;

- установлении закономерностей увеличения в сплошном массиве по сравнению со слоистым массивом распределения напряжений и деформаций в окрестности подготовительной выработки, охраняемой межучастковым ленточным угольным целиком шириной в пределах 4-20м.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

-совпадением вычисленных вертикальных напряжений для сплошного нетронутого массива горных пород, и с включением мягких слоев с вертикальными напряжениями гравитационного поля напряжений по Диннику;

-соответствием форм и графиков вычисленных смещений соседних породных слоев по поверхностям ослабления амплитудам S-образного изгиба металлических стержней анкеров в натурных условиях;

Личный вклад автора состоит в:

- установлении влияния поверхностей ослабления в слоистом углепородном массиве на характер распределения смещений угля и пород в окрестности подготовительной горной выработки: выдавливание слабых слоев в выработку и армирование углепородного массива жесткими слоями;

- разработке рекомендаций для геомеханического обеспечения устойчивости подземных горных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве: определение высоты свода обрушения в слоистом неоднородном углепородном массиве и нагрузки на крепь.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:

- устанавливать по разработанной методике расчета геомеханических параметров слоистого неоднородного углепородного массива в окрестности выработок угольных шахт параметры анкерной крепи в паспортах выемочных участков и проектах;

- использовать результаты исследований при изучении дисциплины «Геомеханика» студентами вузов.

Реализация работы. Результаты работы, оформленные в виде методики расчета геомеханических параметров слоистого неоднородного углепородного массива в окрестности подготовительных горных выработок были представлены на конкурс на лучший экспонат, проводимый в рамках XIII Международной выставки «Уголь России и майнинг 2006» и награждены серебряной медалью, а так же переданы участникам выставки для применения на шахтах Кузбасса. Научные результаты и практические рекомендации использованы в отделе технологии крепления выработок ОАО ОУК «Южкузбассуголь», а так же в учебном процессе ГОУ ВПО Сибирского государственного индустриального университета при изучении дисциплин специальности 130400 - «Горное направление».

Апробация работы. Основные выводы и результаты диссертации докладывались и получили одобрение на: Международных научно-практических конференциях «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (г.Новокузнецк, 2000,2004,2005гг.); «Перспективы развития горнодобывающей промышленности» (г.Новокузнецк, 2000г.); «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (г.Новокузнецк, 2005,2006гг.); Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых СибГИУ: «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения (г.Новокузнецк, 2002г.).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 10 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, изложенных на 197 страницах машинописного текста. Включает 150 рисунков и 9 таблиц, список литературных источников из 157 наименований, приложения.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Никитина, Анастасия Михайловна

5.4 Выводы

Таким образом, разработанная методика расчета геомеханических параметров слоистого неоднородного углепородного массива в окрестности подготовительных горных выработок, с учетом влияния ослабленных контактов между соседними слоями углепородного массива и разных деформационных свойств пород соседних слоев, позволяет:

1. Оценивать устойчивость подземных подготовительных выработок при совокупном влиянии угла падения породных слоев, глубины ведения горных работ, предела прочности пород и определять удельный вклад каждого учтено-го фактора в изменение напряженно-деформированного состояния слоистого неоднородного углепородного массива.

2. Определять высоту свода обрушения и нагрузку на крепь с учетом перехода пород в окрестности подготовительной выработки из упругого в упруго-пластическое и запредельное деформированное состояние.

3. Определять параметры напряженно-деформированного состояния слоистого неодногодного углепородного массива в окрестности горной выработки.

4. Повысить объем и достоверность информации, необходимой для выбора длины и плотности установки анкеров и несущей способности рамной крепи при разработке методических рекомендаций и инструкций, составлении паспортов выемочных участков и крепления подготовительных выработок, посредством прогноза параметров свода обрушений пород в кровле выработки, отжима угля и пород в боках выработки и зоны пучения пород почвы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему:

1. Разработана методика исследований распределения деформаций и напряжений в слоистом углепородном массиве в окрестности подземных подготовительных выработок, основанная на физическом моделировании с использованием разработанной методики фотофиксации, заключающаяся в фотографировании цифровой камерой марок на поверхности физической модели из эквивалентных материалов с компьютерной обработкой в программе и визуализацией результатов на мониторе персонального компьютера с точностью до 0,1 мм. Обеспечена адекватность результатов физического моделирования с результатами численного моделирования соответствием смещений марок установленных на поверхности физической модели и вычисленных методом конечных элементов. Отклонения составляют 4-17%.

2. Адекватность математической модели реальному углепородному массиву, осложненному природными поверхностями ослабления, обеспечивается адаптацией формы и размеров конечных элементов, вершины которых располагаются на контактах породных слоев углепородного массива, искусственных поверхностей ослабления, контура выработки, а свойства материалов в каждом элементе соответствуют свойствам оконтуренных конечными элементами жестких и мягких породных слоев, при отношении их прочности в пределах 3-200.

3. Установлены закономерности периодического распределения деформаций и напряжений в углепородном массиве, осложненном природными поверхностями ослабления, посредством варьирования горно-геологических и горнотехнических параметров в пределах: глубина разработки 300 - 700м, предел прочности пород в поверхностях ослабления 0,2-38 МПа, угол падения поверхностей ослабления 0 - 40°, толщина искусственных поверхностей ослабления 0,025 - 1м, расстояние между поверхностями ослабления 0,5 - 2м, ширина горной выработки 3 - 7м. Влияние горно-геологических и горнотехнических факторов на увеличение неравномерности распределения напряжений и деформаций в слоистом углепородном массиве ранжируется следующим образом: увеличение угла падения, уменьшение предела прочности мягкого слоя, увеличение глубины залегания жестких и мягких слоев, увеличение ширины горной выработки, уменьшение расстояния между поверхностями ослабления.

4. Установлено влияние ослабленных контактов в углепородном массиве в окрестности подготовительной горной выработки, которое проявляется следующим образом: в боках выработки при увеличении глубины разработки разность горизонтальных смещений в жестких и мягких слоях возрастает, соответственно разность смещений жесткого и ослабленного слоев растет. Так при глубине разработки Н = 300м амплитуда отклонения смещений от средних составляет 30%, при Н = 500м -50%, при Н = 700м -61%. Установлена закономерность значительного превышения горизонтальных смещений пород жестких слоев в кровле в сторону оси выработки, а в почве преобладание смещений мягких слоев в сторону оси выработки.

5. Вертикальные смещения пород кровли и почвы в поперечном сечении по вертикальной оси выработки при отношении предела прочности пород мягкого слоя к пределу прочности пород жесткого слоя К= 0,005-1,000 больше в 22,4 раза чем в породах кровли и почвы по боку выработки. Горизонтальные напряжения в породах кровли и почвы в мягких слоях значительно выше напряжений в жестких слоях. В поперечном сечении по вертикальной оси выработки горизонтальные напряжения знакопеременные.

6. При изменении ширины подготовительной выработки от 3 до 7 м влияние поверхностей ослабления на горизонтальные напряжения и деформации в окрестности выработки уменьшается по оси выработки в породах кровли в 1,5 раза, в почве в 4 раза.

7. Отношение вертикальных напряжений в угольном целике между очистным выработанным пространством и подготовительной выработкой, в слоистом неоднородном массиве к вертикальным напряжениям в сплошном массиве при увеличении ширины целика от 4 до 20м возрастает с интенсивностью 0,025 м-1.

8. Реализация разработанной методики геомеханического обеспечения устойчивости подземных горных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве в виде программного комплекса позволяет повысить уровень информационного обеспечения для разработки методических рекомендаций при составлении паспортов крепления подготовительных выработок, посредством прогноза параметров свода обрушений пород в кровле выработки, отжима угля и пород в боках выработки и зоны пучения пород почвы для выбора длины и плотности установки анкеров и несущей способности рамной крепи. Научные результаты и практические рекомендации использовались отделом технологии крепления выработок ОАО ОУК «Южкузбассуголь», а так же переданы участникам XIII Международной выставки «Уголь России и майнинг 2006» для применения на шахтах Кузбасса.

198

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Никитина, Анастасия Михайловна, Новокузнецк

1. Айзаксон Э. Давление горных пород в шахтах / Э. Айзаксон; Под ред. К.В. Руппенейта. -М.: Госгортехиздат, 1961. - 176с.

2. Аннин Б.Д. Упруго пластическая задача /Б.Д. Аннин, Т.П. Черепанов. -Новосибирск: Наука, 1983.-240с.

3. Баклашов И.В. Механика горных пород / И.В. Баклашов, Б.А. Картозия. М.: Недра, 1975.-271с.

4. Баклашов И.В. Механика подземных сооружений и конструкций крепей / И.В. Баклашов, Б.А. Картозия. М.: Недра, 1992. - 544с

5. Болыпинский М.И. Обеспечение устойчивости выработок на угольных шахтах / М.И. Болыпинский // Уголь Украины. 1995. №2. - С. 11-13.

6. Болотин В.В. Механика многослойных конструкций / В.В. Болотин, Ю.Н. Новичков. М.: Машиностроение, 1980. - 375 с.

7. Булычев Н.С. Выбор рациональной конструкции шахтного ствола на Сопчинском месторождении / Н.С. Булычев, И.А. Турчанинов, Э.В. Каспарьян // Физика и технология разработки недр. М.;Л.: Наука, 1965. - С. 124- 132.

8. Васильев Л.М. расчет горизонтальных напряжений в горном массиве / Л.М. Васильев // ФТПРПИ. 1994.- №4. С.9-13.

9. Галеркин Б.Г К вопросу об исследовании напряжений и деформаций в упругом изотропном теле // Докл. АН СССР. 1930. Сер. А. №14.-С.353-358.

10. Грицко Г.И. Экспериментально-аналитический метод определения напряжений в массиве горных пород / Г.И. Грицко, Б.В. Власенко. -Новосибирск: Наука, 1976. 187с.

11. Динник А.Н. Распределение напряжений вокруг подземных горных выработок/ А.Н. Динник, А.Б. Моргалевский, Г.И Савин. // Труды совещания по управлению горным давлением. M.-JL: АН СССР, 1938. -С.176- 185.

12. Домрачев А.Н. Освоение угленосных складчатых структур в сложных горно-геологических условиях: Монография / А.Н. Домрачев. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2002. - 162с.

13. Егоров П.В. Проявление горного давления в подготовительных выработках шахт Кузбасса и прогрессивные способы повышения их устойчивости / П.В. Егоров, В.Е. Ануфриев // Горный вестник. 1998. - №2. - С.42-50.

14. Егоров П.В. Геомеханика / П.В. Егоров, Г.Г. Штумпф, А.А. Ренев, Ю.А. Шевелев и др. Учебное пособие / Кузбас. Гос. Техн. Ун-т. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001. - 276с.

15. Ержанов Ж.С. Предел текучести трещиноватого массива горных пород рудного месторождения //Изв. вузов. Горн. журн.-1957.-№8.-С. 18-27.

16. Ержанов Ж.С. Напряжения в гравитационном пространстве с отверстием произвольной формы, произвольно ориентированном относительно главных напряжений на бесконечности /Ж.С. Ержанов, В.Ю. Изаксон, Ю.Ф. Глазков //ФТПРПИ.-1973.-№6. С. 14-18.

17. Ершов J1.B. Механика горных пород / J1.B. Ершов, JI.K. Либерман, И.Б. Нейман.-М.: Недра, 1987.- 192с.

18. Журавков М.А. Естественное напряженное состояние породной толщи / М.А. Журавков //Известия вузов. Горный журнал. 1999. - №1,2. - с.32-38.

19. Зильберман А.И. Решение на ЭВМ задачи о распределении напряжений и деформаций в массиве горных пород в зоне сопряжения двух выработок /А.И. Зильберман, J1.B. Новикова, B.C. Лесников //Шахтное строительство. -1983. №5. С. 9-10.

20. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам. Л.: В НИМИ, 1988. -86с.

21. Инструкции к правилам безопасности в угольных шахтах. Самара: Самар. Дом печати, 1995 - 352 с.

22. Изаксон В.Ю. Массивы горных пород в окрестности выработки несимметричного сечения. /В.Ю. Изаксон, А.И. Закамалдин. //ФТПРПИ.-1979.-№3.-С. 28-33.

23. Изаксон В.Ю. Методы расчета устойчивости выработок, пройденных комбайнами, в условиях Кузбасса: Дис. д-ра техн. наук.-Новосибирск, 1975.-361 с.

24. Изаксон В.Ю. Применение метода граничных интегральных уравнений в механике /В.Ю. Изаксон //Расчётные методы механики деформируемого твёрдого тела.-Новосибирск, 1995.-С.31.

25. Исследование прочности и деформируемости горных пород / А.И. Берон, Е.С. Ватолин, М.И. Койфман и др.; Под ред. А.И. Берона. М.: Наука, 1973.-210с.

26. Исследование проявления горного давления в подготовительных выработках в различных горно-геологических условиях / Н.А. Буткин, Н.В. Минаев, А.П. Широков и др. Прокопьевск: Кузниуи, 1970. - 55с.

27. Кандалов Н.Н. Деформация слоистой кровли как изгиб слоев с поперечным сдвигом и вертикальным обжатием / Н.Н. Кайдалов, В.Г. Лабазин, Г.М. Федорова // Устойчивость и крепление горных выработок: Межвузовский сборник В №4.-Л.: ЛГИ, 1977.-С. 19-28.

28. Каспарьян Э.В. К расчету зон ослабления вокруг вертикальных выработок, пройденных в массиве скальных трещиноватых пород /Э.В. Каспарьян, JI.A. Новиков //Физика и технология разработки рудных месторождений Заполярья.-Л.: Наука, 1967.-С. 94-106.

29. Колоколов С.Б. О зоне разрушения пород вокруг выработки, образующейся при росте сдвиговых трещин /С.Б. Колоколов, Ю.А. Векслер, Г.И. Гуменюк //Тр. Всесоюз. совещания по механике горных пород и горному давлению.-Апатиты, 1970.-С. 49-57.

30. Колоколов С.Б. Механизм формирования зон разрушения вокруг подготовительных выработок и их воздействия на поддерживающую крепь: Дис . д-ра техн. наук.-Караганда, 1991.-270 с.

31. Картозия Б.А. Инженерные задачи механики подземных сооружений: учебное пособие / Б.А. Картозия, В.Н. Борисов; 2-е изд. перераб., и доп. -М.: Изд-во МГГУ, 2001. 246с.

32. Константинова С.А. Устойчивость мелкослоистого соляного массива вокруг выработки прямоугольной формы / С.А. Константинова, В.Н. Кетиков, И.Ф. Саврасов // Известия вузов. Горный журнал. 1988. - №7. - с. 37- 45.

33. Кашников Ю.А. О параметрах призм сдвижения трещиноватого массива пород висячего бока рудных месторождений / Ю.А. Кашников, С.Н. Кутовой // Известия вузов. Горный журнал. 1989. - №10. - с. 39 - 42.

34. Килячков А.П. Технология горного производства: Учебник для вузов. М.: Недра, 1992.-415с.

35. Кипко Э.Я. Деформируемость трещиноватых и трещиновато пористых горных пород после тампонажа / Э.Я. Кипко, H.JI. Быков, А.А. Шубин // Шахтное строительство. - 1990. -№11. - С. 9 - 12.

36. Кишнер Н.Я. Напряженное состояние вокруг горных выработок в зонах геологических нарушений / Н.Я. Кишнер // Известия ВУЗов. Горный журнал -1988.-№4.-С.36-41.

37. Козина A.M. Эквивалентные материалы для моделирования слабых пород / A.M. Козина. М.: Углетехиздат, 1958. - 200 с.

38. Колмагоров В.М. Управление геомеханическими и физическими процессами при подземной разработке угольных пластов / В.М. Колмагоров. Кемерово: Кузвассвузиздат, 2002. - 133с.

39. Комиссаров С.Н. Расчеты напряженно-деформированного состояния горного массива на ЭВМ методом конечных элементов с целью выбора технологии механизированной выемки пологих пластов / С.Н. Комиссаров, А.С. Бурчаков.-М.:МГИ, 1974.-110с.

40. Калинин С.И. Геомеханическое обеспечение эффективной выемки мощных пологих пластов с труднообрушаемой кровлей механизированными комплексами / С.И. Калинин, В.М. Колмогоров. Кузбассвузиздат, 2002.-113с.

41. Кузнецов Г.Н. Предельные состояния твердых горных пород с учетом пространственной ориентировки поверхностей ослабления //Тр. ВНИМИ.-Л., 196. №43.-С. 98-112.

42. Кузнецов Г-Н. Изучение проявлений горного давления на моделях / Г-Н. Кузнецов. М.: Углетехиздат, 1959. - 284с.

43. Кузнецов Г.Н. Механические свойства горных пород / Г.Н. Кузнецов. -М.: Углетехиздат, 1947. 179с.

44. Кузнецов С.Т. Влияние и определение прочности слабых межслоевых участков в толще горных пород путем испытания косонаправленных кернов /С.Т. Кузнецов, И.Н Воронин. //Технология добычи подземным способом.-1967.-№ 1.-С. 42-46.

45. Кузнецов С.Т. Методическое пособие по изучению слоистости и прогнозу расслаиваемости осадочных пород /С.Т. Кузнецов, И.Н. Воронин.-Л.: ВНИМИ, 1967.-62с.

46. Кузнецова Т.Ю. Определение физических свойств горных пород по образцам малых размеров (микропробам) / Т.Ю. Кузнецова // Горн, инф.-анал. бюллетень МГГУ. 2002. №2. - С.43 - 45.

47. Курленя М.В. Расчет напряженного состояния массива пород с использованием натурных данных о деформировании / М.В. Курленя, В.Е. Миренков, А.В. Шутов // ФТПРПИ. 1999. - №3. - С.27 - 35.

48. Левшин А.А. Напряженно-деформированное состояние анизотропного массива горных пород / А.А. Левшин, Р.И. Мануйленко // Теория и прикладная механика (Киев). 1997. - №27. - С.81 - 86.

49. Либерман Ю.М. Методика расчета напряжений и деформаций угольного пласта при различных способах управления кровлей / Ю.М. Либерман, Р.И. Хаимова Малькова. -М.: ИГ Дим. А.А. Скочинского, 1976.-28с.

50. Лехницкий С.Г. Теоретическое исследование напряжений в анизотропном теле вблизи подземной выработки эллиптического сечения //Тр. ВНИМИ.-Л.: 1961. №45.-С. 43-57.

51. Лушникова О.Ю. Контроль и управление состоянием массива при защите горных выработок от водопритоков / О.Ю. Лушникова, В.А. Логунов, Г.Ф.Шилин.-М.: Недра, 1995.-236с.

52. Михайлов A.M. Напряженное состояние массива горных пород в окрестности пласта с выработкой. Трехмерная задача / A.M. Михайлов // ФТПРПИ. 1999. - №5. С. 35-41.

53. Маньковский Г.И. Специальные способы проходки горных выработок / Г.И. Маньковский. М.: Углетехиздат, 1958. - 454с.

54. Маньковский Г.И. Специальные способы сооружения стволов шахт / Г.И. Маньковский. М.: Недра, 1965. - 31 бс.

55. Методика расчета параметров прочности и предельных состояний угольных пластов призабойной зоне / С.Е. Чирков, Б.К. Норель, М.Н. Цырульников, Г.Л. Фисенко. М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1983. - 40с.

56. Методическое руководство по применению анкерной крепи на шахтах ЗАО УК «Южкузбассуголь» / С.Р. Ногих, П.В. Васильев, В.А. Волошин и др.;

57. Под ред. В.Н. Фрянова. Новокузнецк: Изд-во ЗАО УК «Южкузбассуголь», 2002. - 47с.

58. Методические указания по технологии изготовления и определению физико-механических свойств эквивалентных материалов. Л.: ВНИМИ, 1980.-78с.

59. Методические указания по исследованию проявлений горного давления на моделях из эквивалентных материалов. Л.: ВНИМИ, 1976. - 69 с.

60. Моделирование процессов гидравлической технологии добычи угля: Учебное пособие / В.В. Сенкус, В.Н. Фрянов, О.А. Атрушкевич, К.Д. Лукин.- Новокузнецк: СибГИУ, 2002. 229 с.

61. Морозов Е.М. Метод конечных элементов в механике разрушения 1 Е.М. Морозов, Г.Н. Никишков. М.: Наука, 1980. - 254с.

62. Ногих С.Р. Воспроизводство шахтного фонда действующих, строящихся и восстанавливаемых шахт: Монография / С.Р. Ногих; Под редакцией В.Н. Фрянова. Томск: Издательство Томского университета, 2002. - 240с.

63. Назарова Л.А. Напряженное состояние наклонно слоистого массива горных пород вокруг выработки. // ФТПРПИ.-1985.- №2. С. 33 - 37.

64. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел / А. Надаи. М.: Недра, 1969.-863с.

65. Никитина А.М. Оценка точности определения смещений марок методом фотофиксации / A.M. Никитина // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Материалы Междунар. научно-практич. конф. Новокузнецк: СибГИУ, 2005. - С. 132-134

66. Никитина A.M. Исследование влияния глубины разработки на распределение напряжений и деформаций в слоистом углепородном массиве в зоне влияния одиночной горной выработки / A.M. Никитина //

67. Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Материалы Междунар. научно-практич. конф. 6-9 июня 2006. -Новокузнецк, 2006. С. 30-36.

68. Никитина A.M. О методике расчета геомеханических параметров слоистого углепородного массива в окрестности подготовительных горных выработок / A.M. Никитина // Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.: Изд-во МГГУ, 2006, №10. С. 72-75.

69. Оловянный А.Г. Пластическое деформирование пород вокруг горных выработок / А.Г. Оловянный // Устойчивость и крепление горных выработок:

70. Межвузовский сборник В №4. Д.: ЛГИ, 1977. - С. 29 - 33.

71. Открытие № 400. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок / Е.И. Шемякин, М.В. Курленя, В.Н. Опарин и др. Б.И. №1. 1992.

72. Петухов И.М. Геодинамика недр / И.М. Петухов, И.М. Батугина. М.: Недра, 1996.-217с.

73. Понасенко С.Л. Обоснование и разработка технологии возведения тампонажно дренажных завес вокруг горных выработок; Автореф / КузГТУ. -Кемерово, 2002. - 21с.: граф. - Библиогр.: с. 20 (8 назв).

74. Попов П.В. Применение методов граничных элементов для оценки устойчивости подземных выработок / П.В. Попов // Устойчивость и крепление горных выработок. Устойчивость выработок в сложных условиях: Сборник научных трудов. Л.: ЛГИ, 1990. - С 34 - 37.

75. Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03). Серия 05. Выпуск И / Колл. авт. М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003 .-296с.

76. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. СПб., 1998.-291с. (Минтопэнерго РФ.РАН. Гос. НИИ горн, геомех и маркшейд. дела).

77. Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах (сборник документов) / Колл. авт. М.: Государственное предприятие НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2000. - 320с.

78. Писецкий В.Б. Механизм разрушения осадочных отложений и эффекты трения в дискретных средах. // Известия вузов «Горный журнал». -2005.-№1. -С. 48 65.

79. Программирование на Фортране 77: Пер. с англ. / Дж. Ашкрофт, Р. Элдридж, Р. Полсон, Г. Уилсон. -М.: Радио и связь, 1990. -272 с.

80. Промышленные испытания технологии упрочнения горного массива / А.В. Лебедев, А.А. Трубицин, С.П. Ворошилов и др. // Безопасность труда в промышленности. 1996. -№12. - С. 17-19.

81. Проскуряков Н.М. Управление состоянием массива горных пород / Н.М. Проскуряков.-М.: Недра, 1991.-368с.

82. Протодьяконов М.М. Материалы для урочного положения горных / М.М. Протодьяконов. М.: ЦК союза горнорабочих, 1926. - 171с.

83. Протодьяконов М.М. Методы оценки трещиноватости и прочности горных пород в массиве. М.: Углетехиздат, 1964. - 214 с.

84. Протосеня А.Г. Дилатансия горных пород / А.Г. Протосеня // Устойчивость и крепление горных выработок: Межвузовский сборник В №4. JL:1. ЛГИ, 1977.-С.9-12.

85. Протосеня А.Г. Приложение дилатансионной теории пластичности к задачам горной геомеханики / А.Г. Протосеня // Устойчивость и крепление горных выработок: Межвузовский сборник В №6. Л.: ЛГИ, 1980. - С. 1928.

86. Протосеня А.Г. Уравнение состояния горных пород, основанные на теории вязкопластичности / А.Г. Протосеня // Устойчивость и крепление горных выработок. Устойчивость выработок в сложных условиях: Сборник научных трудов. Л.: ЛГИ, 1990. - С 4 - 9.

87. Проявления горного давления в окрестности охраняемой для повторного использования выработки в зависимости от свойств опор и технологии их применения / В.Е. Ануфриев, А.В. Ремезов, С.К. Тризно, В.И. Дубровский // Уголь. 1992. - №9. - С.20-23.

88. Разработка весьма сближенных пластов на шахтах Кузбасса / Б.В. Кра-сильников, П.В. Егоров, С.И. Калинин, В.Н. Замышляев. Новокузнецк, 1992. - 190с.

89. Расчет прочностных и деформационных характеристик по данным механических испытаний углей и горных пород в объемном напряженном состоянии.- М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1981. 43с.

90. Рева В.Н. Геомеханическое обоснование рационального выбора крепи горных выработок / В.Н. Рева // Горное давление и горные удары: Сборник научных трудов. СПб.: ВНИМИ, 1993. - С. 10 -16.

91. Рева В.Н. Поддержание горных выработок / В.Н. Рева, О.И. Мельников, В.В. Райский. М.: Недра, 1995. - 270с.

92. Рогинский В.М. Определение величины сцепления между слоями пород //Шахтное строительство.-1966.-№2.-С. 28-32.

93. Руппенейт К.В. Введение в механику горных пород / К.В. Руппенейт, Ю.М. Либерман. М.: Госгортехиздат, 1960. - 356с.

94. Руппенейт К.В. Деформируемость массивов трещиноватых горных пород/К.В. Руппенейт. -М.: Недра, 1986.-221с.

95. Рыжиков Ю.И. Программирование на Фортране PowerStation для инженеров. Практическое руководство / Ю.И. Рыжиков. СПб.: КОРОНА принт, 1999.-160с.

96. Свойства горных пород и методы их определения / Е.И. Ильницкая, Р.И. Тедер, Е.С. Ватолин, М.Ф. Кунтыш; Под ред. М.М. Протодьяконова. -М.: Недра, 1969. "392с.

97. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов / Л. Сегерлинд; Пер. с англ. -М.: Мир, 1988 . -392с.

98. Серяков В.М. Расчет напряжений и деформаций в слоистом массиве горных пород с помощью МКЭ / В.М. Серяков, А.С. Лгунов // Аналитические и численные исследования в механике горных пород: Сб. науч. тр. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1981. - С.77 - 83.

99. Слесарев В.Д. Механика горных пород и рудничное крепление. М.: Углетехиздат Западугля, 1948. - 303 с.

100. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды.-М.: Гостехиздат, 1957.-206 с.

101. Скрипка В.П. Деформирование полостей нефте- и газохранилищ, расположенных в соляных отложениях на больших глубинах/ В.П. Скрипка, В.Л. Федулин, С.М. Михайлов // механика горных пород: Зап. ЛГИ. Т. 123. Л.: 1990. С.47-52

102. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород / Под ред. Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, М.М. Протодьяконова. М.: Недра, 1975. -297с.

103. Ставрогин А.Н. Механика деформирования и разрушения горных пород / А.Н. Ставрогин, А.Г. Протосеня. М.: Недра, 1992. - 224с.

104. Ставрогин А.Н. Прочность горных пород и устойчивость горных выработок на больших глубинах / А.Н. Ставрогин, А.Г. Протосеня. М.: Недра, 1985.-271с.

105. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости: Пер. с англ./ С.П. Тимошенко, Дж. Гудьер; Под ред. Г.С. Шапиро.-2-е изд. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979, 560 с.

106. Турчанинов И.А. Основы механики горных пород /И.А. Турчанинов, М.А. Иофис, Э.В. Каспарьян.-М.: Недра, 1989.-488 с.

107. Терентьев Н.Я. О классификации способов сохранения горных выработок/Н.Я. Терентьев//Уголь. 1989. -№3. -С. 14-16.

108. Технологические проблемы разработки месторождений Сибири / М.В. Курленя, А.А. Еременко, J1.M. Цинкер, Б.В. Шрепп. Новосибирск: Нука, 2002.-240с.

109. Технология упрочнения горных пород полиуретановыми смолами на шахтах Кузбасса / В.М. Герасимов, К.А. Зырянов, В.В. Синельников, Ю.А. Златицкая // Безопасность труда в промышленности. 2004. -№5. - С. 17-19.

110. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике / А.Б. Фадеев. М.: Недра, 1987.-221с.

111. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. Изд. 4-е, дополненное, JL, 1986. 222с. (М-во угольной промышленности СССР. ВНИМИ горн, геомех. и маркшейд. дела).

112. Фармер Я. Выработки угольных шахт / Я. Фармер; Пер. с англ. Е.А. Мельниковой. М.: Недра, 1990. - 269с.

113. Фисенко Г.Л. Прочностные характеристики массива горных пород // Механика горных пород и маркшейдерское дело: Сб-М.: Углетехиздат, 1959.-С. 26-38.

114. Фисенко Г.Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок / Г.Л. Фисенко.-М.: Недра, 1976.-272с.

115. Фрянов В.Н. Исследование характера сдвижения горных пород при выемке пологих угольных пластов короткими забоями в условиях Кузбасса: Дисс. канд. техн. наук. -Кемерово, 1969. 174с.

116. Фрянов В.Н. Исследование сдвижения горных пород и земной поверхности в условиях Байдаевского гидрорудника / В.Н. Фрянов // Технология добычи угля подземным способом: Сб. науч. тр. 1969. - №5.- С. 21 - 26.

117. Фрянов В.Н. Обоснование параметров технологии подготовки и отработки мощных пологих пластов / В.Н. Фрянов, А.В. Чубриков. Новокузнецк: СибГИУ ,2002.-216с.

118. Фрянов В.Н. Отработка угольных пластов в сложных горно-геологических условиях/В.Н. Фрянов//Уголь. 1995.-№1.-С. 15-18.

119. Фрянов В.Н. Сборник задач по геомеханике / В.Н. Фрянов. Новокузнецк: СибГИУ, 1993.-78с.

120. Хачай О.А. О выработке критериев оценки устойчивости массива горных пород по данным объемного электромагнитного мониторинга / О.А. Хачай, Е.Н. Новгородова, О.Ю. Хачай // ФТПРПИ. 2004. - № 3. С. 79 -89.

121. Хлопцов В.Г, О постановке задач при оценке устойчивости подземных горных выработок / В.Г. Хлопцов, И.В. Баклашов // Горн, инф.-анал. бюллетень МГГУ. 2004. - №4. - С.69-75.

122. Христианович С.А. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1981 .-484с.

123. Хямяляйнен В.А. Цементация слоистых пород/ В.А. Хямяляйнен, А.В. Угляница.-Кемерово: РАЕН, КузГТУ, 2000.-218с.

124. Хямяляйнен В. А. Формирование цементационных завес вокруг капитальных горных выработок/ В.А. Хямяляйнен, Ю.В. Бурков, П.С. Сыркин. М.: Недра, 1994. - 400 с.

125. Хямяляйнен В.А. Физико-химическое укрепление пород при сооружении выработок / В.А. Хямяляйнен, В.И. Митраков, П.С. Сыркин. М.: Недра, 1996.-352с.

126. Чантурия А.В. Решение трехмерной задачи об определении напряжений в упругом массиве с выработками методом граничных элементов / А. В. Чантурия // Горное давление и крепление горных выработок. Томск. -1989. -С.58-61.

127. Черданцев Н.В. Некоторые трехмерные и плоские задачи геомеханики / Н.В. Черданцев, В.Ю. Изаксон. Кемерово: КузГТУ, 2004. - 189с.

128. Чересло И.Я. Тампонаж закрепного пространства горных выработок с использованием длинных трубопроводов / И.Я. Чересло, П.Е. Полтавский // Уголь Украины. 1995. - №2. - С. 18 - 19.

129. Черников А.К. Упруго-пластический анализ НДС массива вокруг выработок сложной формы в пространстве / А.К. Черников // Известия вузов. Горный журнал.-2000.-№3.-С. 1-7.

130. Черняк И.Л. О периодическом проявлении горного давления в одиночных выработках / И. Л. Черняк, В.Е. Зайденварг, Н.Я. Кузьмич // Уголь. -1991.-№11.-С. 11-13.

131. Черняк И.Л. Повышение устойчивости подготовительных выработок / И.Л. Черняк. М.: Недра, 1993. - 256с.

132. Черняев В.И. Расчет напряжений и смещений пород при разработке свиты пластов / В.И. Черняев. К.: Техника, 1987. - 148с.

133. Чубриков А.В. Управление геомеханическими процессами горного производства: Учебное пособие / А.В. Чубриков, Новокузнецк: СибГИУ, 2000-139с.

134. Чубриков А.В. Профилактика опасных геомеханических явлений в угольных шахтах: Учебное пособие / А.В. Чубриков. Новокузнецк: СибГИУ, 2001.-95с.

135. Шабаров А.Н. Активные способы управления горным и газовым давлением при отработке свит пластов / А.Н. Шабаров, B.C. Сидоров, И.В. кротов //Горн, инф.-анал. бюллетень МГТУ. 1998. - №6. - C.I 70 - 173.

136. Шрепп Б.В. Напряженно-деформированное состояние массива в зоне очистной выемки / Б.В. Шрепп, А.В. Мозолев, В.И. Бояркин и др. Горн. журн.-1979.-№ 12.-С. 41-43.

137. Шрепп Б.В. Управление геомеханическими процессами при отработке удароопасных месторождений: Учебное пособие / Б.В. Шрепп. -Новокузнецк: СибГИУ, 1998.-188с.

138. Штумпф Г.Г. Деформация и разрушение горных пород вокруг капитальных и подготовительных выработок / Г.Г. Штумпф // ФТПРПИ. -1990. -№3-С.27-34.

139. Штумпф Г.Г. Расчет смещений пород и нагрузок на крепи подготовительных выработок / Г.Г. Штумпф // Организационно-технические проблемы шахтного строительства: Сборник научных трудов. Кемерово: КузГТУ, 1992.-С.56-61.

140. Штумпф Г.Г. Физико-механические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна // Г.Г. Штумпф, Ю.А. Рыжков, В.А. Шаламанов, А.И. Петров. М.: Недра, 1994. - 447с.

141. Якоби О. Практика управления горным давлением / О. Якоби. М.: Недра, 1987.-566с.

142. Golf-Racht, T.D. Fundamentals of fractured reservoir engineering / T.D. Golf-Racht/ Amsterdam; Oxford; New York: Elsevier scientific publishing company, 1982.-608 p.

Информация о работе

Никитина, Анастасия Михайловна
кандидата технических наук
Новокузнецк, 2006
ВАК 25.00.20

Диссертация

Геомеханическое обеспечение устойчивости подземных подготовительных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Геомеханическое обеспечение устойчивости подземных подготовительных выработок в слоистом неоднородном углепородном массиве - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы