Обоснование рациональных пространственно-планировочных и технологических решений на базе эффективного управления геомеханическими процессами на угольных шахтах

Казанцев, Владимир Георгиевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование рациональных пространственно-планировочных и технологических решений на базе эффективного управления геомеханическими процессами на угольных шахтах
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование рациональных пространственно-планировочных и технологических решений на базе эффективного управления геомеханическими процессами на угольных шахтах"

На правах рукописи

Казанцев Владимир Георгиевич

УДК 622.33.014.2:658.012.2.313

Обоснование рациональных пространственно-планировочных и технологических решений на базе эффективного управления геомеханическими процессами на угольных шахтах

Специальность: 25.00.22 «Геотвхнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА-2003

Работа выполнена в Российском научно-исследовательском институте горноспасательного дела (РосНИИГД)

Научный консультант

доктор технических наук, профессор МИХЕЕВ ОЛЕГ ВИТАЛЬЕВИЧ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КРАСЮК НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ,

доктор технических наук, профессор КАТКОВ ГЕННАДИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ,

доктор технических наук, профессор МУРАШЕВ ВЯЧЕСЛАВ ИВАНОВИЧ

Ведущая организация - ОАО «Компания «Кузбассуголь» (г. Кемерово).

Защита диссертации состоится " 16 " мая 2003 г. в 13 час. на заседании диссертационного совета Д-212.128.03 в Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан " 15 " апреля 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

В.В.Мельник

£ \у8

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рыночные отношения как один из доминирующих факторов преобразований экономического уклада России в своей динамике существенно опережают готовность большинства отраслей народного хозяйства к соответствующей реструктуризации. Это в полной мере относится и к угольной промышленности. Попытки форсировать процессы перехода шахтного фонда отрасли к эффективной деятельности в новых условиях, наряду с утратой межотраслевых связей, стремительным ростом потребляемых ресурсов, критически низким дотационным бюджетным финансированием практически предопределили необходимость технического перевооружения перспективных шахт в направлении резкого увеличения интенсификации горных работ при безусловном повышении уровня безопасности и экологичности горного производства.

Поиском принципиально новых пространственно-планировочных и технико-технологических решений по вскрытию и отработке запасов высокоугленосных месторождений, их успешной практической реализацией занимаются ученые ИПКОН РАН, ИГД СО РАН, ИГД им. Скочинского, ВНИМИ, МГГУ, С-ПбГИ, ВостНИИ, КузНИУИ, КузГТУ, РосНИИГД, ученые других институтов.

Сложность проблемы состоит в том, что интенсификация горного производства не беспредельна, как не может быть беспредельным увеличение нагрузок на очистной забой, на подготовительные и технологические выработки, поскольку речь идет о реализации техногенных условий добычи угля, близких к критическим по параметрам устойчивости, текущей и длительной прочности горных выработок, связана с недостаточной изученностью закономерностей ударо- и выбросоопасности.

Широко известно, что техногенные и природные опасности это в основном следствие возмущения гравитационных, гидродинамических и газовых сил. Именно эти силы "вытягивают" за собой цепочку главных опасностей, проявляющих себя в виде обрушений и вывалов, напора жидкости и ее прорыва в горные выработки, горных ударов, внезапных выбросов угля и газа, взрывов пылегазовых смесей, выводят из строя технологическое оборудование, вызывают другие аномалии.

Горное производство в таком новом качестве требует переосмысления традиционных представлений о методах диагностики состояния угольных пластов и вмещающих пород, новых подходов к обоснованию пространственно-планировочных и технологических решений.

Прежде всего это связано с тем, что существующие подходы к отработке запасов угленосных месторождений базируются на методиках и руководящих материалах, не связывающих из-за сложности проблемы совокупный, одновременно действующий на массив и стало быть влияющий на его состояние комплекс силовых воздействий, включающий действие гравитационных, газовых и гидродинамических сил. Поэтому ключ к успешному решению проблем реализации прогрессивных и безопасных технологий отработки запасов высокоугленосных месторождений заключается в том числе в создании надежной диагностики геомеханического состояния углепородного массива на базе объективного учета одновременно действующих силовых факторов с выходом на создание геомониторинга угольной шахты или, по крайней мере, ее наиболее опасных участков. - -----

В связи с изложенным выдвигается в разряд актуальных требующая ускоренного решения научно-техническая проблема - разработка теоретических основ, методов и средств для пространственного планирования, поиска и реализации рациональных технологических решений, обеспечивающих высокопродуктивное и стабильное функционирование угольной шахты путем сохранения работоспособности ее конструктивных элементов, по крайней мере, в течение заданного времени или до полного выполнения объема работ без вынужденных перерывов.

Для решения проблемы становится очевидной необходимость разработки методов и средств оценки исходного механического состояния массива с последующим принятием необходимых решений по увеличению работоспособности горных выработок. В такой постановке управление состоянием массива означает по сути управление его напряженно-деформированным состоянием (НДС).

Целью работы является установление закономерностей изменения состояния массива пород вследствие эффективного управления геомеханическими процессами при ведении горных работ для обоснования рациональных пространственно-планировочных и технологических решений, обеспечивающих высокопроизводительную и безопасную добычу угля подземным способом.

Основная идея диссертации заключается в комплексном учете влияния на состояние углепородного массива гравитационных, гидро- и газодинамических факторов, определяющих адресность реализации управляющих воздействий при обосновании пространственно-планировочных и технологических решений.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий анализ и обобщение отечественного и зарубежного передового производственного опыта и научно-технических разработок; аналитические и численные методы математического моделирования на базе геомеханики и гидрогазодинамики горных пород с использованием ЭВМ; лабораторные и шахтные экспериментальные методы исследований проявления горного давления; автоматизированные элементные и комплексные системы анализа, поиска и реализации прогрессивных технических решений; автоматизированные экспериментальные системы и комплексы натурного анализа структурного состояния элементов шахтного поля с использованием ЭВМ по специально разработанным методикам.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Выявление качественных и количественных характеристик взаимосвязи источников внешних силовых воздействий и состояния массива, получение исходной фактической информации о приближении и развитии аварийных ситуаций в горных выработках и угольных целиках, обоснование параметров технологии горных работ, корректировка сроков выполнения плановых профилактических мероприятий в капитальных выработках и решение ряда других горнотехнических задач могут быть корректно реализованы с помощью моделей, построенных для ЭВМ на базе методов теории математической физики и инструментальных методов прямого контроля за изменением горного давления как средств локального геомеханического мониторинга угольных шахт.

2. Установление фактических параметров изменения горного давления в реальном масштабе времени с целью интенсификации горных работ, достигаемой за счет развития околокритических состояний углепородного массива, эффективно реализуется инструментальным диагностическим комплексом с тензомегрическим исполнительным элементом, который тарируется как датчик напряжений, встроенный в измерительный модуль горного давления, позволяющий с использованием эффекта гидроусиления с высокой точностью измерять напряжения массива независимо от его механических свойств и глубины ведения горных работ.

3. Установление параметров состояния массива сложного строение с учетом совместного или раздельного действия гравитационной, нестационарных температурной, гидродинамической и газодинамической нагрузок осуществляется решением нелинейных интегральных уравнений в форме функционалов Лагранжа, построенных на базе деформационной теории пластичности с нелинейными определяющими соотношениями наследственного типа, учитывающими вид напряженного состояния, а также с использованием единого квазигармонического нестационарного дифференциального уравнения тепло- и массопереноса, объединяющего класс задач теории поля.

4. Обоснование обобщенных условий устойчивости массива горных пород, объединяющих комплекс параметров - коэффициент запаса прочности углепородного массива, зависящий от прочностных реологических параметров угля и вмещающих пород, в том числе при кратковременных нагружениях, кинетическое соотношение накопления хаотических повреждений, определяющее развитие очага (фронта) разрушения в пространстве и времени, энергетическое соотношение скорости освобождения энергии при разрушении массива пород,- являет собой методическую базу оценки работоспособности конструктивных элементов горных выработок.

5. Кинетика накопления повреждений в форме коэффициента нарушения сплошности является прямой характеристикой состояния массива пород и базой для развития способов и технологий управления его состоянием.

6. Стабильность и устойчивость трещиноподобных дефектов оцениваются коэффициентом перенапряжения массива у вершины дефекта и наряду с коэффициентом трещиностойкости материала определяют условия их перехода к силовым трещинам, а также продолжительность сопротивления массива окончательному разрушению.

7. Обоснование условий увеличения оперативно-тактического резерва шахты за счет схемно-технических решений расположения выработок, увеличения ресурса их работоспособности, ремонтопригодности и, как результат, готовности к эксплуатации участка шахты в заданные промежутки времени достигается за счет оценки прочности массива горных пород у подземных выработок, коммуникаций и в целиках, а также назначением мероприятий по управлению состоянием углепородного массива с использованием методологии физико-химической обработки.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

высоким уровнем объективности результатов геомеханического прогноза состояния углепородного массива, следующего из многовариантного и корректного сопоставления результатов расчетов по разработанным методам, методикам и

алгоритмам с данными отечественных и зарубежных авторов (расхождение не более 5%); из анализа моделирования горнотехнических ситуаций и их сопоставлений с прямыми экспериментальными натурными оценками отклика механического поведения массива горных пород в окрестности очистного забоя (рассогласование до 20%);

снижением трудоемкости анализа геомеханической обстановки и вероятности ошибочных выводов в процессе обоснования и принятия рациональных пространственно-планировочных и технологических решений при проектировании и технологической подготовке производства на угольных шахтах;

положительными межведомственными опытно-промышленными испытаниями локального диагностического комплекса (ЛДК) регистрации горного давления, подкрепленного длительным периодом его эксплуатации на угольных шахтах АО УК "Кузнецкуголь" - АО "Шахта Усинская" и АО "Шахта им. В.И. Ленина", сверхкатегорийных по газу, опасных по пыли и склонных к горным ударам;

прямым использованием ЛДК и автоматизированной системы расчета НДС элементов шахтного поля при сопровождении горных работ на шахте АО " Шахта им. В.И. Ленина";

прямым использованием ЛДК и автоматизированной системы расчета НДС для долгосрочного слежения (в течение четырех лет) за изменениями горного давления в массиве пород в окрестности капитальных выработок на шахте АО "Шахта Усинская" с целью выявления возможных аварийных ситуаций, а также для уменьшения эксплуатационных затрат и затрат на их ремонт.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

разработаны методики, алгоритмы и реализованы программы на ЭВМ для комплексного математического моделирования объединенной гравитационной и гидрогазодинамической обстановки элементов шахтного поля как базы для развития способов управления состоянием углепородного массива, а также для обоснования рациональных вариантов пространственно-планировочных и технологических решений;

разработан портативный инструментальный диагностический комплекс с тензометрическим исполнительным элементом, который тарируется как датчик напряжений, встроенный в измерительный модуль горного давления, позволяющий с использованием эффекта гидроусиления с высокой точностью измерять напряжения массива независимо от его механических свойств и глубины ведения горных работ;

разработаны алгоритмы численного анализа состояния массива сложного строения с учетом совместного или раздельного действия гравитационной, нестационарных температурной, гидродинамической и газодинамической нагрузок, в основу которых положены нелинейные интегральные уравнения в форме функционалов Лагранжа, построенных на базе деформационной теории пластичности с нелинейными определяющими соотношениями наследственного типа, учитывающими вид напряженного состояния, а также с использованием единого квазигармонического нестационарного дифференциального уравнения тепло- и массопереноса, объединяющего класс задач теории поля;

предложены обобщенные условия устойчивости массива горных пород, объединяющие комплекс параметров - коэффициент запаса прочности углепородного

массива, зависящий от прочностных реологических параметров угля и вмещающих пород, в том числе при кратковременных нагружениях, кинетическое соотношение накопления хаотических повреждений, определяющее развитие очага (фронта) разрушения в пространстве и времени, и энергетическое соотношение, определяющее избыток потенциальной энергии деформации массива пород, переходящей в кинетическую энергию;

предложена кинетическая модель накопления хаотических повреждений в массиве горных пород, описывающая состояние массива и определяющая адресность геомеханических управляющих воздействий при обосновании пространственно-планировочных и технологических решений;

предложен критерий устойчивости трещиноподобных дефектов, оценивающий условия их перехода к силовым трещинам, а также обуславливающий продолжительность сопротивления массива окончательному разрушению.

Научное значение диссертации заключается в разработке методической базы структурного анализа углепородного массива вокруг горных выработок с учетом совместного гравитационного и гидрогазодинамического силового воздействия на основе модельного и натурного выявления закономерностей механического поведения массива и его состояния при ведении горных работ.

Практическое значение работы заключается в следующем:

1. Созданы автоматизированные системы расчета горного давления и системы расчета тепло- и массопереноса, использующиеся для сопровождения горных работ, анализа текущей горнотехнической ситуации, а также при обосновании проектных решений на базе моделирования энергетического потенциала деформируемости углепородного массива.

2. Разработан автоматизированный диагностический комплекс для натурного долгосрочного и оперативного контроля динамики изменений горного давления в массиве угля и вмещающих пород в реальном масштабе времени.

3. Разработаны рекомендации по геомеханическому сопровождению горных работ.

Реализация работы. Научные результаты, практические рекомендации, методическое и аппаратурное обеспечение, разработанные в диссертации, использованы при разработке проектов рациональных вариантов раскройки шахтных полей, разработке технологических схем отработки высокоугленосных месторождений, для сопровождения горных работ, прогноза аварийных ситуаций и ликвидации аварий в шахтах б. АО УК "Кузнецкуголь" - АО "Шахта Капитальная", АО "Шахта Шушталепская", АО "Шахта им. В.И. Ленина", АО "Шахта Томская", АО "Шахта Байдаевская" и на других угольных предприятиях.

Локальный диагностический комплекс для натурных измерений динамики изменения горного давления в массиве горных пород и автоматизированный комплекс расчета деформирования углепородного массива использованы в ОАО "Шахта "им. В.И. Ленина" для отработки новых технологий угледобычи - при отработке лав 0-5-1-1 и 0-5-2-1 пласта 1У-У одновременно в два слоя догоняющими забоями, для установления краевых эффектов концентрации горного давления очистных забоев,

установления рациональных вариантов расстояний между забоями, установления причин потери устойчивости целика и способов увеличения его работоспособности.

На базе разработанного метода инструментальной диагностики изменений горного давления, пластового давления жидкости и газа создано «Руководство по применению локального диагностического комплекса оценки состояния углепородного массива для управления безопасностью ведения горных работ». Руководство рассмотрено на заседании центральной комиссии по борьбе с внезапными выбросами угля и газа и рекомендовано к внедрению на угольных шахтах России.

Результаты диссертационной работы использованы для определения эпицентра эндогенного пожара в поле пласта III шахты «Томская». Методика идентификации местоположения неизвестного источника эндогенного пожара, существующего среди системы действующих известных очагов, при недостатке экспериментальных данных разведки позволила с достаточной для практического использования точностью (20-40м) установить координаты эпицентра подземного пожара, что послужило основой для уменьшения внеплановых потерь подготовленных к отработке запасов угля в количестве 550 тыс. тонн за счет сокращения охранных зон и границ эндогенных пожаров.

Внедрение технологии взрывозащиты газоотводящей сети на шахте ОАО «Шахта «Комсомолец» при комбинированном проветривании выемочного участка с изолированным отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства при отработке лавы № 1832 по пласту «Толмачевский» поверхностными газоотсасывающими вентиляторами позволило устранить ограничения Госгортехнадзора по параметрам безопасной эксплуатации поверхностных газоотсасывающих установок, запустить лаву в работу, снизить время простоев до 20%, обеспечить увеличение средней нагрузки на очистной забой до 2840 т/сут и 85000 т/мес. с концентрацией метана в исходящей струе воздуха из очистного забоя не более 0.8%.

Локальный диагностический комплекс для натурных измерений динамики изменения горного давления использован в режиме длительного слежения (в течение шести лет) за пригрузкой массива в зонах ПГД у капитальных выработок (наклонный квершлаг с пл. IV-V на пласт III, L=380 м) в ОАО «Шахта Усинская», склонной к горным ударам, что позволило объективно назначать сроки и заблаговременно выбирать технологические решения по упреждающему ремонту теряющих устойчивость участков выработки, сохраняя стратегические резервы шахты.

1995); на IV Всесоюзной конференции "Численные методы механики твердого тела" (Ленинград, 1982); на международной встрече-семинаре в рамках проекта ТАСИС № ESIB9303 "Методы и средства натурных измерений горного давления" (компания-организатор CERN ENGINEERING, INTERNATIONALE ECONOMIC + ENERGY CONSULTANTS при участии фирм SAARBERG AG и ROCK MECHANICS TECHNOLOGY, Лондон, 1996); научно-технических советах компании "Росуголь" (Москва,

1996); ученых советах ИГД им. А.А.Скочинского (Люберцы, 1994-1995), ВНИМИ (С-

Петербург, 1994, 1996), РосНИИГД (Кемерово, 1994-1999, 2002), ВостНИИ (Кемерово, 1994-1995, 2002), Углепромавтоматика (Москва, 1995); научных семинарах кафедры ПРПМ Московского государственного горного университета (Москва 1997-2002); научно-технических советах АО УК "Кузнецкуголь" (Новокузнецк, 1994-1998), АО УК «Кузбассуголь» (Кемерово, 2001-2002).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 23 научных труда, в том числе три монографии, три руководства, девять брошюр и восемь научных статей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Научные принципы эффективного управления геомеханическими процессами на угольных шахтах.

В научных работах термин «управление состоянием горного массива» определяется как осуществление комплекса мероприятий, направленных на снижение или исключение влияния главных опасностей и обеспечивающих экономически эффективную и безопасную добычу полезных ископаемых.

Сложность установления реального состояния массива еще совсем недавно не позволяла сформулировать не только практические, но и методические аспекты изучения дисциплины, которая сегодня называется управление состоянием горных пород. В последние 20-30 лет в связи с развитием вычислительной техники, автоматики, телемеханики и на этой основе экспериментальной техники диагностики наука о состоянии горных массивов получила новое стремительное развитие. В этом большая заслуга отечественных ученых, внесших значимый вклад в изучение состояния горных массивов, таких, как С.Г.Авершин, Б.И.Бокий, А.А.Борисов, А.С.Бурчаков, Ф.П.Бублик, Ю.Ф.Васючков, В.Н.Вылегжанин, Г.И.Грицко, Е.С.Ержанов, Г.А.Катков, Ю.Н.Кузнецов, С.Т.Кузнецов, Н.Н.Красюк, Ю.М.Либерман, А.М.Линьков, О.В.Михеев, В.И.Мурашев, М.М.Протодьяконов, И.М.Петухов, Л.АЛучков, К.В.Руппенейт, В.Д.Слесарев, В.Ф.Трумбачев, П.М.Цимбаревич, И.Л.Черняк, Е.Ж.Шемякин и многих других.

Созданные ими научные основы, способы и средства технологии ведения горных работ по праву считаются фундаментальной базой интенсификации горного производства. Однако существующие методы диагностики состояния горного массива в большой степени носят индивидуальный характер из-за узкого научного подхода, не охватывающего в полной мере существующего комбинированного одновременно действующего на массив спектра внешних природных факторов.

В диссертационной работе принимается, что слагаемые управления состоянием углепородного массива восходят к оценке работоспособности подземных выработок через оценку геомеханической обстановки в пространстве и времени, по крайней мере, в окрестности наиболее нагруженных конструктивных элементов шахты.

В диссертации на основе сравнительного анализа материалов публикаций, отечественного и зарубежного опыта в части организации диагностики и управления геомеханическими процессами на угольных шахтах основное внимание уделяется ключевым, наиболее принятым разделам диагностики и управления - математическому моделированию геомеханической обстановки вблизи выработок и целиков с учетом совместного действия основных силовых факторов, таких, как гравитационная,

температурная нагрузки, давление фильтрующихся жидкости и газа, а также реализации прямых инструментальных средств контроля за изменениями напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов шахтного поля при ведении горных работ.

Исходя из этого были поставлены задачи, решаемые в диссертационной работе:

- обобщить опыт, исследования и результаты анализа в области модельной и аппаратурной диагностики состояния МГП, позволяющие управлять геомеханическими процессами на угольных шахтах с целью обоснования предпосылок и принципов интенсификации горного производства, а также для разработок новых, в том числе нетрадиционных технологий ведения горных работ;

- теоретически обосновать, разработать и внедрить модели механического поведения углепородного массива сложного строения на базе современных методов структурного анализа - метода конечных элементов (МКЭ), позволяющего учесть конструктивные особенности элементов шахтного поля, сложную реологию угля и пород, а также комбинированную одновременно действующую на массив основную систему нагрузок, включающую гравитационное и нестационарное температурное поле, нестационарную фильтрацию жидкости и газа;

- теоретически обосновать, разработать методику и средства измерений, внедрить аппаратурное обеспечение для оперативной диагностики состояния горного массива в реальном масштабе времени посредством прямых замеров горного давления у обнажений и на глубине;

- провести лабораторные исследования отклика массива пород на структурные изменения с целью выявления структурных эффектов при силовых нагружениях моделей из эквивалентных материалов с провокаторами разрушения;

- провести опытно-промышленные исследования процессов изменения горного давления при сопровождении горных работ и в режиме длительного слежения с целью выявления оперативных резервов работоспособности технологических линий шахты;

- разработать и апробировать методические основы управления состоянием разрабатываемых угольных пластов с учетом их структурных изменений с точки зрения прочности и устойчивости массива горных пород (МГП), а также с учетом энергетических изменений массива при образовании фронта разрушения.

В диссертации показана необходимость, установлены требования и выяснены условия объединения математических методов моделирования и экспериментальных методов прямой оперативной регистрации изменения горного давления в регионе угольной шахты с целью выбора рациональных вариантов пространственно-планировочных решений, оптимизации технологии ведения горных работ, управления состоянием углепородного массива, предупреждения аварийных ситуаций и повышения уровня безопасности горнорабочих.

Для достижения этих целей в диссертационной работе разработаны ЭВМ-инфраструктура, включающая автоматизированную систему расчета НДС массива пород и автоматизированный диагностический комплекс (АДК) натурного слежения за изменениями горного давления, работающие при ведении горных работ в режиме реального времени при длительном слежении за состоянием МГП у целиков, обнажений, подготовительных и капитальных выработок.

Алгоритмы программ написаны для ЭВМ на алгоритмических языках Borland С+-, Fortran и Object Pascal. Это позволило создать версии приложений автоматизированных систем, которые адаптированы как для работы в "Ms-Dos", так и в среде "Windows" с использованием элементов философии системы визуального объектно-ориентированного программирования "Delphi 3.0".

Проблемная ориентация алгоритмов расчета горного давления, основанная на предложенных в работе критериях опасности, укрупненно подразделена на три класса. При этом первые два класса сохранили преемственность идеологии САПР, третий класс - идеологию экспертных систем.

Классификация моделей и модульный принцип анализа геомеханической обстановки показаны на рис.1.

Модульный принцип анализа обстановки Назначение параметров техн. процесса

■ Геомеханика

Динамика подземных вод

Гравитация

Газодинамика МЩ у выработок

| Температурвое поле [

| Фильтрация |

j Напряженное состояние

Гидростатическое давление

Фильтрация и диффузия

¡Напряженное состояние |

Газо статическое давление

Гидротемпературная аналогия Газотемпературная аналогия

-О____ 1

Напряженное состояние| [Напряженное состояние|

ОЦЕНКА СОСТОЯ НИЯ МГП у ВЫРАБОТОК

Условия и параметры технолог процессов

Порядок отработки Глубина заходки Скорость подвигания Параметры крепления Параметры крепи

j Рекомендаций

Мероприятия по разгрузке и поддержанию выработок

г_—

Зоны ослабления опорных свойств Ml 11

Параметры нагнетания тверд составов

|Прочиеусловия|

Параметры нагнетания жидкости или газа

[ Условия проходки |

Рис.1. Модульный принцип анализа геомеханической обстановки массива горных

пород

Разработка модели механического поведения углепородного массива сложного строения.

Предваряя изложение ключевых аспектов структурного анализа МГП, в первую очередь отметим значимый вклад в развитие направления по решению прикладных задач теории упругости и механики горных пород, в том числе на основе численных методов анализа, который внесли видные ученые институтов ИГД им. А.А. Скочинского, ВНИМИ, КузПИ, КузНИУИ, МГГУ, ВостНИИ и др., такие, как А.В.Александров, Б.З.Амусин, Ю.Ф.Васючков, Ж.С.Ержанов, Т.Д.Каримбаев, С.Н.Кузнецов, Ю.М.Либерман, Г.И.Марчук, В.И.Мурашев, В.А.Постнов, Л.А.Розин, А.Б.Фадеев, В.Н.Фрянов, К.Я.Хархурим, Н.Н.Шапошников, и др., а также зарубежные ученые - Д.Аргирис, М.Берген, О.Зенкевич, Р.Клаф, Д.Ж.Оден, И.Чанг и другие.

В большинстве работ по проблемам геомеханики разработанные структурные методы анализа механического поведения горных пород базируются на представлениях массива как вязкоупругой линейной среды. При этом в качестве базовых расчетных методов используются методы дифференциальных и интегральных уравнений, термодинамические и другие подходы. В диссертационной работе с позиций механики сплошной среды, рассматривается наиболее общая гипотеза, представляющая массив горных пород в виде неоднородной вязкоупругой нелинейной среды.

Построение модели механического поведения восходит к анализу функционала потенциальной энергии деформации массива пород сложного строения:

а(и)= |(а1:Е1;1 - ^и^У - {р^бз, (1)

V 3

где V - трех-двух- или одномерная область; 5 - часть границы, где заданы усилия р,;

3, Ё!- компоненты тензоров напряжений и деформаций соответственно; и1 -компоненты смещений; ^ - компоненты массовых сил.

Рассматриваемый функционал используется в качестве статических соотношений как вариационное уравнение Лагранжа, эквивалентное дифференциальным уравнениям равновесия и удовлетворяющее граничным условиям. На любом из этапов нагружения массива пород определяющие соотношения формулируются на основе постулата А.А.Ильюшина о простом нагружении, полагая справедливым закон упругого изменения объема вплоть до разрушения массива. В случае нелинейного поведения материала функцию связи напряжений и деформаций

*„=/(*,) (2) невозможно представить в виде свертки компонент тензоров упругих постоянных и компонент тензора деформации. Вместе с тем построение определяющих соотношений, отражающих в полном объеме геомеханические процессы с одной стороны, и доведение результатов расчетов до числа с другой стороны, сталкивается с непреодолимыми трудностями экспериментального и математического характера. Причина тому бесконечная сложность реологического поведения материалов угля и вмещающих пород. Это нелинейная вязкоупругость угля, пород, проявляющих одновременно и незатухающую память, стареющих, обладающих признаками прочностного восстановления и упрочнения, сложная термореология и т.п. Перспективы решения такой сложной задачи во всей своей полноте можно

предположительно связать лишь с доступной реализацией метода СН ЭВМ, разработанного А.А.Ильюшиным и В.С.Ленским. Во всех других случаях ключ решения проблемы лежит в выборе простейшей, но допустимой в данных конкретных условиях идеализации.

Разработанные в работе алгоритмы расчета НДС максимально приспособлены к использованию метода СН ЭВМ, когда алгоритм не содержит конкретный, один раз выбранный вид определяющих соотношений, а отличается способностью воспринимать диаграммы деформирования при активном нагружении пород, получаемые непосредственно из машин, воспроизводящих нагружения образцов по заданной программе. В этой связи точность расчета геомеханической ситуации напрямую связывается с точностью задания исходных физико-механических характеристик угля и вмещающих пород. Независимость от способа реализации определяющих соотношений в самом алгоритме расчета опирается на исследования Г.А.Смирнова-Аляева и В.В.Новожилова, в которых доказано, что определяющие соотношения для произвольного нелинейно-упругого тела следует искать в форме, соответствующей соотношениям теории пластичности. В этом случае диаграмма деформирования (2), используемая в расчетных алгоритмах, аппроксимируется кусочно-нелинейными функциями:

аи=А-е£, (3)

где <т„, е„ - интенсивность напряжений и деформаций соответственно.

Константы материала массива А, а могут быть либо функциями времени, либо другими величинами, определяющими характер изменения напряжений.

Опираясь на частное решение задачи о простом нагружении, данное А.А.Ильюшиным, который показал, что нагружение будет простым при выполнении условия (3), решение задачи нелинейной вязко упругости берется в форме, предложенной В.В.Москвитиным:

Оч(ха.»)=м(0-ви(*в). (4)

где - функция только времени, Сту(ха) - функция только координат.

В качестве исходных нелинейных определяющих соотношений вязкоупругости приняты соотношения наследственного типа, учитывающие вид напряженного состояния. В этом случае связь девиаторов напряжений и деформаций приводится к виду:

,ег„,0,<т)-Г(/)-е|.м (5)

где

ц,Х,а,р- постоянные материала; ядро интегрального уравнения; ^ ,Ф] -

некоторые экспериментальные универсальные функции, вц, еи - девиатор напряжений и деформаций соответственно, а, в- среднее напряжение и деформация соответственно.

Теперь, если сопоставить выражение (5) с выражением для зависимости компонент тензора напряжений от компонент тензора деформаций за пределами линейной

упругости, записанным в представлении А.А.Ильюшина: можно

увидеть, что произведение КхГ есть не что иное, как временная зависимость секущего

модуля сдвига взятого из кривой деформирования (2) или (3) при заданном уровне нагружения массива. Таким образом, при Т(о) = 1 параметр соответствует секущему модулю сдвига из диаграммы деформирования, описывающей свойства нелинейно-упругого тела, т.е. С = ,аи,в,а), и с другой стороны, 0(г)=С-г(г) с учетом временного фактора.

При решении реальных задач для произвольных физически нелинейно-упругих тел при малых деформациях в качестве метода линеаризации используется метод переменных параметров упругости, развитый в работах И.А.Биргера, как один из вариантов метода упругих решений А.А.Ильюшина, имеющий наибольшую скорость сходимости среди других известных подходов.

В задаче (1) мы имеем дело с поиском поля перемещений, минимизирующим функционал ■/(",)■ При решении этой задачи сущность МКЭ (метод Крылова-Боголюбова) трактуется как способ дискретизации функционала (1). С этой целью исследуемые области пространства, занимаемые массивом горных пород, представляются в виде дискретной модели, состоящей из непрерывной совокупности конечного числа треугольных элементов, связанных между собой в вершинах-узлах конечно-элементной сетки, покрывающей расчетную схему.

Минимизация функционала (1) позволяет сформировать итоговую систему уравнений в виде набора матричных уравнений, записанных последовательно для системы центральных узлов, образованных вершинами сходящихся конечных элементов.

По сравнению с традиционным, так называемым методом конечных элементов, где строится глобальная матрица жесткости большой размерности, а СЛАУ решается прямыми методами, получаем преимущества при использовании ЭВМ малого и среднего классов:

1. СЛАУ решается итерационным методом верхней релаксации с вычислением оптимального коэффициента релаксации по методу Люстерника. Экономия памяти достигается за счет возможности одномоментного рассмотрения двух - трех алгебраических уравнений (зависит от размерности задачи), а не полной системы уравнений, как это принято в МКЭ.

2. Такой подход позволяет рассматривать большее число слоев углепородного массива, вводить в любую окрестность расчетной схемы дополнительное число информативных узловых точек для перехвата асимптотик решения, и это несущественно сказывается на ресурсах ЭВМ.

3. При решении физически нелинейных задач для каждого последующего шага уже имеется удачное начальное приближение, полученное на предыдущем шаге, что сокращает объем вычислений и увеличивает точность конечного результата.

Аналогичные преимущества остаются и при решении нелинейных задач фильтрации и нестационарной теплопроводности.

В качестве одного из тестов для разработанных алгоритмов и программ расчета НДС массива горных пород за пределами линейной упругости на рис.2 показано решение задачи о распределении радиальных ая и кольцевых сгф напряжений у цилиндрической скважины, пробуренной в массиве из материала с линейным

упрочнением. Аналитическое решение этой задачи для расчетной схемы, показушной в пояснении к рис.2, дано Н.Н.Малининым.

Эта же задача решалась МКЭ для случая плоской деформации. Из сопоставления результатов расчетов следует (см. рис.2), что решение по МКЭ для радиуса а^ раздела упругой и нелинейной зон совпадает с аналитическим решением с точностью до 2% относительной ошибки. Распределения напряжений, полученные по МКЭ, качественно повторяют аналитическое решение и при стремлении коэффициента Пуассона к V -> 0.5 приближаются к точным значениям аналитического решения.

Представленный на рис.2 тест имеет практическую ценность. Он показывает, что при нелинейных законах деформирования механизмы устойчивости массива у выработок, скважин и шпуров кардинально отличаются от закономерностей разрушения массива при линейно-упругом поведении горных пород.

сти -°8т3°

анапит. расчет мкэ у=0.49 мкэ v =0.4

0.2 0.4 0 6 0 8 1 0

Рис.2. Распределение радиальных и кольцевых напряжений у скважины в массиве с нелинейным механическим поведением

Теперь модель деформирования показывает возможность локального разрушения массива у поверхности шпура, как это имеет место в действительности, в отличие от неограниченных спонтанных разрушений в случае представления модели в виде линейно-упругого поведения материала.

Приведенные в диссертационной работе многие другие детальные тесты, расчеты и сопоставления свидетельствуют о работоспособности и пригодности созданных алгоритмов и программ для анализа деформирования массива горных пород как в пределах, так и за пределами линейной упругости.

Разработка методических основ совершенствования технологии отработки пологих угольных пластов с учетом структурных изменений углепородных массивов.

Структурные и инструментальные методы анализа горнотехнической обстановки являются базой при принятии тех или иных решений относительно методов воздействия на объекты управления - концентрацию гравитационного давления, пластовое давление воды и газа, их совместное действие, вызывающее изменение потенциальной и кинетической энергии массива горных пород. Разработанная в диссертационной работе автоматизированная система структурного анализа позволяет дать оценку НДС массива горных пород. Однако для оценки состояния массива и выработки решений по управлению его состоянием этого недостаточно. Требуется определиться с условиями опасности (критериями прочности, устойчивости, работоспособности).

В этой связи в диссертационной работе выделяются три класса задач геомеханики.

Класс I - сравнительные задачи геомеханики.

Этот класс включает в себя задачи сравнительного анализа НДС массива для нескольких альтернативных вариантов проходки с оценкой принимаемых пространственно-планировочных решений по формуле "Лучше-Хуже". Здесь не требуются подробные знания физико-механических характеристик (ФМХ) угля и вмещающих пород. Сравнения ведутся при прочих равных условиях.

Класс II - уточненные расчеты НДС горного массива.

Включает в себя задачи по анализу состояния массива и оценке эффективности способов управления его состоянием в процессе принятия технологических решений. Здесь требуются, насколько это возможно, знания о структуре массива, его ФМХ, технологические особенности ведения горных работ. Результаты расчетов носят уточненный характер.

Класс Ш - экспертные расчеты НДС горного массива.

Используются в случае недостатка информации о ФМХ массива и его строении. В этом случае используются бассейновые банки данных ФМХ, структур пластов, другие данные, пополняемые при ведении горных работ. Результаты расчетов носят экспертный характер.

Для принятия решений о состоянии массива и ревизии способов управления им в диссертационной работе предложены критерии опасности в виде системы условий:

а) при и (8<ё,, стеЫ •[с]),

б) при 1,<К12 и (Ё2 <ё<ё!, стек№>С2-Н).

п ■Б ( \ сткк

0<у<1, ДК<0УДК>0, в) при 1>12 и (е<е2, аек№ >С2'Н)>

У = 1,

где г| - коэффициент запаса прочности массива пород; ^ (1 = 1,2)- пороговое время разрушения из диаграммы длительной прочности, ограничивающее ее линейный участок слева и справа соответственно; ё, (1 = 1,2)- пороговая скорость деформаций образцов в опытах на долговременную прочность, соответствующая времени д,, д2 - коэффициенты запаса условия линейности диаграммы длительной прочности, соответствующие времени = 1,2); [о]- предел длительной прочности материала, соответствующий времени я- коэффициент запаса на предельные напряжения; 0еЬ,- расчетные эквивалентные напряжения, соответствующие выбранной теории прочности; у- скаляр поврежденности материала массива (4/ = 0- материал поврежден, у = 1- поврежденность отсутствует); А - константа материала; п -параметр интенсивности трещинообразования; 4 - произведение коэффициентов приведения результатов лабораторных испытаний к натурным условиям; Х3 -произведение коэффициентов безопасности на НДС; дк- избыток потенциальной

энергии деформации, переходящей в кинетическую энергию; а акк - функция

1стек« )

влияния на степень разрыхления массива (равна нулю при всестороннем растяжении-сжатии).

Первое из условий - традиционное условие прочности массива в зоне действия наибольших разрушающих напряжений (при Г) < 1 массив разрушен). В горном деле используют условие устойчивости массива - вeличинyJ обратную коэффициенту запаса прочности. Условие устойчивости предложено О.В.Тимофеевым и распространено В.А.Трушко на случай динамических явлений (горных ударов). По своей сути условие (8а) - точечный критерий, показывающий, что при его выполнении массив разрушится и требуется выполнение противоаварийных мероприятий. Однако из шахтных наблюдений известно, что локальные незначительные разрушения массива не всегда приводят к потере работоспособности выработок и целиков. Понимая под термином прочности и устойчивости конструктивных элементов шахты их прочность и устойчивость с точки зрения эксплуатационной пригодности, приходим к необходимости расширения смыслового значения критерия запаса прочности и его дополнения кинетической моделью разрушения.

Для решения этого вопроса возникла необходимость анализа условий и характера разрушения массива через трещинообразование. О сложности этой задачи говорит тот факт, что до сих пор остается открытым вопрос о моделировании ветвления трещин и направлении их распространения. Сегодня известны лишь некоторые оценки механизма образования структуры наведенной трещиноватости в МГП для некоторых

частных задач, полученные по результатам компьютерного моделирования

B.Н.Одинцовым, В.А.Трофимовым, В.И.Любимовым, и зарисовки Нэпика (J.A.L. Napick), полученные в результате шахтных наблюдений.

С разных позиций к теоретическому обоснованию и обобщению механизма формирования предельного напряженного состояния у груди очистного забоя обращались в своих работах Г.И.Баренблатт, А.А.Борисов, В.Н.Вылегжанин, П.В.Егоров, С.В.Кузнецов, А.М.Линьков, В.И.Мурашев, И.М.Петухов,

C.А.Христианович, В.В.Ходот, и другие ученые. При этом, как правило, использовались уравнения теории упругости с линейной связью между напряжениями и деформациями. В связи с тем, что линейная модель в "чистом виде" не отражает реальное деформирование углепородного массива у обнажений, ее дополняли различного рода поправками. Так, например, К.В.Руппенейт, И.В.Тарасова, В.И.Мурашев, Ю.М.Либерман и другие ученые вводят понятие модуля деформаций массива вместо модуля Юнга, не без основания полагая существование его связи с трещиноватостью, ползучестью и слоистостью пород. Построенные на этой основе механические модели обладают некоторым произволом, поскольку наличие нарушений не модулируется, а постулируется или принимается для интересующих зон в виде некоторых усредненных значений физико-механических параметров. Вместе с тем факты снижения модуля упругости у груди забоя и в зонах нарушений подтверждены натурными экспериментами Ю.Р.Перковым и М.А.Долгих. Сравнительно недавно в исследованиях С.Е.Чиркова, Г.Л.Фисенко, Б.К.Норель и М.Н.Цирульникова вводятся зависимости деформационных характеристик угольного пласта от уровня накопленной поврежденности.

В диссертационной работе для оценки накопления повреждений в массиве горных пород, возникновения очагов разрушения и направления развития фронта разрушения предложена к рассмотрению кинетическая модель. В основу такой модели положено кинетическое уравнение поврежденности материала (86) в трактовке С.Н.Журкова и Л.М.Качанова, дополненного на случай действия сжимающих напряжений функцией влияния на степень разрыхления массива. Принимая к рассмотрению кинетику накопления повреждений, оказалось необходимым дать оценку характеру разрушения массива при переходе от допредельного деформирования к постдинамическому. Поэтому к исходной модели, в соответствии с идеями работ И.М.Петухова и А.М.Линькова, добавлена оценка избытка энергии дк.

Таким образом, критерий (8), записанный в виде условия прочности и устойчивости МГП, представляет собой метод оценки работоспособности горных выработок. Реализация критерия (8) наряду с опытом ведения горных работ позволяет дать качественные и некоторые количественные оценки, способствующие экономичной эксплуатации шахты в зонах ПГД, в том числе для наперед заданного времени эксплуатации выработок, снижая тем самым затраты на их поддержание. Кроме того, условие (8) используется при разработке методик управления состоянием углепородного массива, а также при разработке технологий нетрадиционной угледобычи.

Аналитические и численные решения задач о возникновении и развитии повреждений в материале горных пород из-за сложности проблемы практически отсутствуют. Поэтому с целью оценки работоспособности созданных алгоритмов и программ на базе разработанных методов структурного анализа МГП с учетом

накопления повреждений в диссертации обращается внимание на экспериментальные результаты работы Н.Альтиеро и Дж.Сикарски, в которой рассмотрена задача о накоплении повреждений и образовании осколков в гипсовой модели. Расчетная схема задачи показана в пояснении к рис.3.

Численный анализ этой проблемы привел к полному согласию результатов расчетов с результатами эксперимента (восемь опытов) относительно зарождения, начального и последующего роста макроразрушения (Д = 15.3 мм - расчет; Дэ = 15.0-16.5 мм -эксперимент; Д- размер осколка, см. рис.3).

На основании этих результатов и результатов модельных экспериментов, проведенных автором в лабораторных условиях, а также результатов инструментальной диагностики состояния массива у очистного забоя в диссертационной работе делается вывод о потенциальной пригодности критериальных соотношений (8) для оценки работоспособности подземных выработок.

Методические основы оценки проявлений горного давления с учетом температурного, гидродинамического и газонасыщенного состояния массива пород.

В основу модельных представлений, воспроизводящих влияние температурного, гидродинамического и газонасыщенного состояния массива пород на реальную геомеханическую обстановку, положены однотипные квазигармонические нестационарные дифференциальные уравнения, объединяющие класс задач под общим названием - задачи теории поля (в рассмотрении участвует единая полевая функция со):

где г - номер рассматриваемого слоя пород; } - номер подобласти в : -м слое массива; функция источника; Д- коэффициент теплопроводности или фильтрации в задачах тепломассопереноса; 77- объемная удельная теплоемкость тела для температурной

Рис.3. Накопление повреждений и разрушение пластины из гипса

(9)

задачи или коэффициент уттругоемкости горной породы в задачах фильтрации; д-оператор Набла.

К дифференциальному уравнению (9) добавляются необходимые начальные и граничные условия первого - четвертого рода.

В диссертационной работе решение задач тепло- и массопереноса ищется при помощи интегральных уравнений. В соответствии с правилами вариационного исчисления построены функционалы, удовлетворяющие дифференциальному уравнению задач теории поля(9):

где X, а- коэффициенты, отражающие свойства массива и условия взаимодействия смежных подобластей, соответственно; я, V- приграничные функции; ш- мощность пласта в пределах конечного элемента.

Решение трехмерных задач тепломассопереноса ищется в квазитрехмерной постановке с использованием приема решения аналогичных задач теплопроводности, предложенным А.Д.Коваленко. В соответствии с этим приемом, перед решением интегральных уравнений осуществляется аппроксимация распределения полевой функции со по мощности пласта с помощью степенного закона:« = £о/10(*,у,.

В расчетных алгоритмах используется функционал (10), в котором полевая функция а принята постоянной в пределах мощности пласта, однако после дискретизации интегрального уравнения при помощи треугольных конечных элементов мощность пласта может быть различной в различных элементах, что позволяет без особых затруднений рассматривать трехмерную конфигурацию пласта в виде кусочно-неоднородного тела с различными теплофизическими и гидрогазодинамическими характеристиками.

Функционал энергии для плановых и профильных распределений полевой функции получается на основе двумерных нестационарных дифференциальных уравнений по изложенной в диссертационной работе методике построения интегральных соотношений.

Относительно решения задач массопереноса в диссертационной работе сделаны следующие замечания.

1. Для сохранения общего вида дифференциального уравнения (9) при решении набора задач теории поля, в качестве источникового члена функционала (10) принимается следующее выражение:

£> = </п(11) М

где г(х,у,г)- функция плотности источника или стока, которая может характеризовать газовыделение или газопоглощение в результате сорбции-адсорбции метана, или же отражать результаты химических превращений в очаге пожара; С-концентрация вещества; к, /л- проницаемость и вязкость жидкости или газа соответственно; Р - поровое давление.

Из (11) следует, что для определения источникового члена вначале необходимо решить задачу о нестационарном фильтрационном течении для определения порового давления. Затем при помощи параметров предыдущего временного среза или из начальных условий определяется модифицированная величина источникового члена и решается задача о распределении концентрации наблюдаемого газа или примесей жидкости в изучаемый момент времени. Такой прием часто используется при численных анализах и носит название "метод расщепления".

2. Для дискретизации функционалов задач теории поля выбран треугольный конечный элемент, что обусловлено стремлением получить единое конечно-элементное пространство, позволяющее на одной и той же сетке конечных элементов решать задачи как теории упругости, так и теории поля, т.е. задачи о совместном воздействии гравитационных и фильтрационных нагрузок на МГП,

Решение объединенных задач теории упругости, тепло- и массопереноса строится при помощи гидротемпературной аналогии. В диссертационной работе выведены соотношения и определен физический смысл гидротемпературной аналогии, состоящий в том, что при единичном температурном перепаде и единичном напоре коэффициент линейного температурного расширения соответствует коэффициенту упругоемкости горной породы. В этой связи оказалось достаточным разработать алгоритм расчета напряженно-деформированного состояния массива с учетом начальных деформаций, в качестве которых используются температурные деформации, а для расчета фильтрационных напряжений воспользоваться вместо температурных нагрузок их фиктивным гидродинамическим аналогом. Представляется очевидным использование аналоговых соотношений для расчетов НДС массива пород с учетом одновременного действия гравитационной и гидрогазодинамических нагрузок.

3. Процесс минимизации функционала задачи (10) приводит к следующему матричному дифференциальному уравнению:

{иу М+[уу = о,

где индекс "Г" означает операцию транспонирования матриц; вектор-столбец свободных членов уравнения; {и}, {к}- вектор-столбцы коэффициентов при неизвестной функции.

В диссертационной работе для решения этого дифференциального уравнения используется метод замены производной ее конечно-разностным аналогом. При этом реализованы три наиболее предпочтительные конечно-разностные схемы - полуявная схема, полностью неявная схема и схема Кранка-Николсона. Для установления рационального шага по времени, на основе численных экспериментов предпочтение отдано критерию Фурье. При этом для конечно-элементной аппроксимации расчетной схемы, установлен сеточный критерий относительно шага по времени в виде:

т2

<; Ь^п 1

атах

где Лтт- минимальная длина стороны конечного элемента сетки; атах -максимальное значение коэффициента температуропроводности или его фильтрационного аналога, выбранное из числа коэффициентов рассматриваемых подобластей массива.

4. Для технологии управления состоянием углепородного массива является характерным использование повышенных давлений жидкости. В этих условиях, как показано в работах Л.А.Пучкова, возможно изменение определяющего закона движения жидкости и газа в поровом пространстве МГП. Для таких условий протекания физического процесса, предполагается нелинейная связь скорости фильтрации от уровня порового давления. В этой связи в диссертационной работе делается допущение о существовании закона движения жидкости и газа в угольном пласте в виде двухчленного степенного уравнения:

V = -§га<{ (ар + Ьрс),

где а,Ь,с- постоянные коэффициенты.

Для воспроизведения скорости фильтрации при помощи полиномов используются наиболее принятые в теории квадратичные формы аппроксимации. В этом случае уравнение для скорости фильтрации в проекциях на оси координат примет вид:

(12)

ах,

Из соображений размерности, а также с учетом механических свойств межпорового пространства, для коэффициентов закона (12) принято:

Ь = «=-, (13)

где - модуль объемного растяжения-сжатия обезвоженного массива.

Из (12) и (13) следует, что при жестком режиме фильтрации (Р/Еу -> 0) давление жидкости не приводит к раскрытию пор за счет деформирования массива и движение жидкости описывается линейным образом - законом Дарси. С другой стороны, можно указать диапазон изменения объемного модуля упругости для разрушающегося углепородного массива, когда первый и второй члены уравнения (12) будут сопоставимы и фильтрация жидкости и газа будет осуществляться в области перехода от линейного к квадратичному закону фильтрации.

На рис.4 показано решение задачи о водопритоке к горной выработке для случая нелинейной фильтрации жидкости и изменения информативных параметров фильтрации (V- скорость фильтрации; Р- поровое давление) в центральной точке массива (Ь= 5 м) в зависимости от жесткостных свойств угля (Е- модуль Юнга массива). Из решения задачи можно дать оценку пути перехода от нелинейной формы фильтрации к ее линейной зависимости при изменении модуля Юнга материала массива до его значений, соответствующих модулю ненарушенного материала угля.

Анализ сопоставлений численных и аналитических расчетов нелинейной фильтрации жидкости в пласте угля (см. рис.4) показывает качественное и количественное совпадение результатов расчетов в пределах до одного процента относительной ошибки.

Р, Мпа

Численное решение МКЭ

Р, Мпа

налитическое решение 5.5 /закон Дарси/

Ух, м/час

ЮМпа

11 О

100 80 6 0 40 20

Е, Мпа

2 0 4.0 6.0

10° 101 102 103 104

Рис.4. Изменение режима фильтрации жидкости в зависимости от жесткостных свойств

массива

Инструментальное и аппаратурное обеспечение оперативной диагностики состояния массива горных пород.

Помимо самостоятельных задач, возлагаемых на инструментальные средства диагностики - измерение динамики изменений горного давления, давления жидкости и газа в зонах массива, там, где установлены измерительные модули, средства измерений призваны дополнить, определить и уточнить условия однозначности для моделей, построенных в диссертационной работе на базе методов математической физики.

Решение этих проблем связывается с разработкой, портативного Локального диагностического комплекса (ЛДК). Основным исполнительным органом ЛДК является модуль измерения горного давления, регистрирующий либо изменение напряжений в массиве горных пород, проявляющихся как совокупность равнодействующих сил, действующих в зоне массива, где установлен модуль, либо давление жидкости или газа. Вид измеряемой нагрузки зависит от полной или частичной заливки твердеющими составами скважины, в устье которой размещается модуль. Модуль измерения горного давления устанавливается в массив на глубину до двадцати пяти метров от обнажения. Один из вариантов модуля, которым оснащалась шахта АО "Шахта Усинская" для его работы в режиме длительного дежурства, показан на рис.5, где обозначено: 1- вывод датчика напряжений; 2- датчик напряжений; 3-предохранительный стержень; 4- эластичная оболочка; 5- наконечник модуля; А,В-иммерсионная жидкость; Г- герметик; Б- стальная обечайка.

Рис.5. Конструкция модуля измерения горного давления

Чувствительным элементом модуля измерения горного давления является тензорезисторный датчик напряжений. Для равноточных измерений механических напряжений различного уровня в зависимости от глубины ведения горных работ в диссертационной работе разработана методика расчета геометрических и жесткостных параметров датчика напряжений, что позволило организовать производство датчиков с диапазоном измерений уровней давлений до 100 Мпа. Пределы допускаемой погрешности при гидравлических испытаниях датчиков напряжений не превышают 2.5% абсолютной ошибки измерений.

Портативный ЛДК кроме модулей измерения включает переносной источник автономного питания с выходным напряжением 10 В и блок фиксации измерений с индивидуальным отображением аналогового сигнала каждого датчика в цифровом виде на табло прибора. ЛДК предназначен для оперативного определения изменений горного давления, давления жидкости или газа в любых зонах массива горных пород, включая труднодоступные участки выработок, а также там, где нарушены или отсутствуют линии связи. ЛДК может быть подготовлен к работе в течение двух-трех часов и выдавать показания на табло блока измерений непосредственно в шахте. Время непрерывной работы ЛДК в шахте без подзарядки аккумуляторов блока питания - 5 часов.

Моделирование и исследование отклика горного массива на структурные изменения.

Сложность определения напряжений, действующих в массиве пород, сопряжена не только с процессом их измерений, но и с интерпретацией полученных результатов. Поэтому в диссертационной работе проведению многовариантных экспериментов на моделях в лабораторных условиях уделено особое внимание.

Лабораторные эксперименты преследовали цели разработки и уточнения методики измерения горного давления при помощи ЛДК, оценки точности измерений напряженного состояния массива, исследования характера и процессов структурных изменений (накопление повреждений), а также установления новых явлений.

Полученные в диссертационной работе многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о наличии механизмов структурных изменений, носящих колебательный характер - от устойчивого состояния массива через переходный процесс к новому устойчивому состоянию.

С методической точки зрения дефекты типа трещин, в том числе и техногенного происхождения, образующиеся в большом количестве в массиве пород, зачастую отличаются от макротрещин силового происхождения устойчивостью при равных уровнях внешних воздействий. В этой связи в диссертационной работе вводится класс

трещиноподобных дефектов, к которому отнесены дефекты, вершины которых отличаются от устья реальных трещин наличием конечного радиуса скругления, такого, что для Я » г законы механики разрушения выполняются (здесь г - радиус скругления вершины дефекта; Я- полярная координата с полюсом в нормальном сечении края дефекта-трещины).

В продолжение изучения вопроса о разрушении массива и образовании структур с наведенной трещиноватостью в работе изложены результаты крупномасштабного управляемого эксперимента по оценке стабильности дефекта-трещины, выходящей на внутренний контур толстостенного цилиндра, прочно скрепленного с металлической оболочкой и каналом круглой формы, имитирующим выработку. К классу трещиноподобных дефектов относится и рассматриваемый нами разрез, поскольку он оформлен лезвием, режущая кромка которого имеет конечный радиус скругления.

Для создания объемной нагрузки модель подвергалась термостатированию на отрицательные температуры. Возникавшее при этом температурное поле вызывало в массиве модели температурные напряжения из-за разности (на порядок) коэффициентов линейных температурных расширений материалов массива и оболочки. Для того чтобы при достаточно малых уровнях нагрузки осуществить, а затем и наблюдать развитие дефекта-провокатора, ориентация разреза-трещины выбрана как для трещины нормального разрыва в центральном сечении канала модели. Геометрия модели и функциональная схема аппаратуры ультразвукового контроля глубины разреза показаны на рис.6.

Для оценки стабильности таких дефектов представляется важным оценить условия и уровни нагрузок, при которых область у вершины трещиноподобных дефектов окажется в стадии перенапряжения, после чего реализуется переходный процесс -процесс формирования устья реальной трещины и ее старт. Предполагается, что этапы перехода таких дефектов в силовую трещину изначально сопровождаются процессами накопления повреждений у их вершин.

С учетом особенностей деформирования массива с дефектами в работе установлен силовой критерий стабильности трещиноподобных дефектов в виде следующей зависимости:

К,(т)<К1с-крк0-кт, (14)

где к,,к1с- коэффициент интенсивности напряжений и его предельное значение соответственно; т - время, на которое ведется расчет; кр- коэффициент перенапряжения материала у вершины дефекта; ка- коэффициент связи трещиностойкости образца с реальной трещиностойкостью массива; кт-температурный коэффициент.

Коэффициент перенапряжения материала определяется выражением: кР =о(хст)/а(тр),

где о(т) - долговременная прочность образца пород; хст =[е]/ёСт - стандартное время испытаний образца массива, [е] - предельная деформация образца при стандартных условиях испытаний, £ст= Ю"3 1/сек - скорость деформирования образца при прочностных испытаниях; тр- расчетное время.

Разрушение модели с дефектом провокатором

Рис.6. Временная задержка ультразвукового сигнала в зависимости от структурных изменений массива у вершины разреза

Возвращаясь к эксперименту, отметим, что информативными параметрами в процессе термостатирования модели служили температура окружающей среды, время проведения эксперимента и время прохождения ультразвуковых дифрагированных волн от датчика излучателя к датчику приемнику. Для анализа поведения дефекта использовалась временная задержка текущего сигнала по отношению к опорному сигналу тор (тор- время прохождения УЗ волн от датчика к датчику в начале эксперимента). Временная задержка Дт = тор - т1ек реализуется вследствие изменения

характеристик контролируемого участка массива - изменения среднеобъемной температуры модели и радиальных размеров разреза.

Результаты обработки данных эксперимента относительно временной задержки с течением времени термостатирования модели показаны на рис.6. Здесь же показан прогноз перенапряжения материала у вершины разреза (треугольный маркер), период накопления повреждений (промежуток времени между треугольным и прямоугольным маркерами), окончание формирования устья реальной трещины (прямоугольный маркер) и ее старт. Погрешность прогноза и реального старта не превысила 13% в запас прочности.

Распределение "А" на рис.6 представляет собой теоретическую зависимость изменения временной задержки от времени термостатирования модели и свидетельствует об изменении скорости распространения УЗ сигнала в массиве при его охлаждении, когда разрез не меняет своих размеров. Круглыми маркерами отмечены результаты замеров временной задержки в процессе проведения эксперимента.

В связи с тем, что реальные дефекты, являющиеся причиной потери устойчивости и разрушения массива горных пород, в большей или меньшей степени отличаются от силовых трещин, важное значение приобретает решение вопроса оценки служебной пригодности подготовительных и капитальных выработок, назначения сроков ревизии и предупредительного ремонта. Поэтому установление вероятных нагрузок на крепь, ее выбор с учетом сроков службы выработки, оценка несущей способности краевых частей угольного пласта, фильтрационных свойств массива, управление его состоянием, решение многих других технологических вопросов без учета особенностей деформирования массива с трещиноподобными дефектами могут быть ошибочными.

Вместе с тем реализация мероприятий по удлинению этапа образования силовых трещин означает увеличение устойчивости массива горных пород, а стало быть, и конструктивных элементов участков шахтного поля.

Таким образом, если бы продолжительность этапа формирования устья трещины составляла бы всего 10% от полного времени до старта дефекта, его следует изучать и учитывать, так как именно с этого момента начинается сопротивление горных пород окончательному разрушению.

Использование инструментального и автоматизированного комплексов расчета НДС массива для создания оперативных резервов работоспособности функциональных элементов технологической системы шахты.

Широкий спектр негативных проявлений горного давления, так же как и его благоприятное влияние на отработку месторождения, оказывается невозможным заранее предусмотреть и уложить в рамки конкретного технологического процесса. В этой связи принятие обоснованных пространственно-планировочных и технологических решений является, по существу, залогом не только увеличения работоспособности конструктивных элементов участка шахты, но и увеличением оперативных резервов шахты в целом.

В диссертационной работе практическое применение автоматизированной системы расчета НДС совместно с ЛДК осуществлено в результате сопровождения горных работ на шахте АО "Шахта им. В.И. Ленина" в выемочном столбе по пласту пологого падения, отрабатываемом одновременно в два слоя механизированными комплексами. Глубина залегания пласта - 220 м, его мощность т = 10 м.

Из шахтных наблюдений установлена потеря устойчивости целика (20 м), что выразилось в пучении и выдавливании угля в нижнюю спаренную выработку по правому борту. Предпринятые мероприятия по перекреплению аварийных участков к успеху не привели. Компьютерные слайды поврежденности массива целика (рис.7), рассчитанные на ЭВМ с использованием модели накопления повреждений, показали разрушение массива угля вначале вдоль раздела слоев, затем зарождение нарушений в виде двух очагов симметрично в центре целика, взаимодействие дефектов с нижней и

верхней выработками, развитие фронта разрушения до его выхода в нижнюю выработку, что и приводило к выходу из строя крепи.

Рис.7. Эволюция накопления повреждений и разрушения целика

Рекомендации - технологические решения.

Вариант 1 - организовать выпуск пород по правому борту выработок. Выпуск пород осуществлять до стабилизации геотехнической обстановки. Затем установить постоянную крепь.

Вариант 2 - методами ФХО на аварийном участке в зоны зарождения дефектов подать нагнетанием крепящий состав. Давление отсечки не должно превышать уровня геостатического давления (0.6 ун) при дегазированном целике.

На рис.8 показана эволюция развития фронта разрушения в целике и управление состоянием массива при нагнетании жидкости в зону разрушения для некоторого фиксированного расчетного времени Т9.

Эволюция накопления повреждений массива Эволюция состояния массива при упреждаюшем у выработок и в целике нагнетании жидкости в целик (Р = 0 6

Рис.8. Эффекты восстановления опорных свойств целика при помощи нагнетания жидкости в зону разрушения

Рекомендации - пространственно-планировочные решения.

Рекомендации касаются установления вариантов рационального расположения выработок относительно друг друга и установления размеров целика.

За базовый вариант принято расположение выработок строго одна под другой. В качестве однопараметрического критерия оценки обстановки принято отношение объема нарушенное™ угля V1 в границах фронта разрушения при сдвиге выработок относительно друг друга к объему разрушения V0 для базового варианта, рис.9.

ю.о 8.0 6.0 4.0 2.0

У7У°

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 5.5 Рис.9. К оценке рационального варианта расположения спаренных выработок

Из результатов расчетов следует (см. рис.9, где Ь/1 - отношение расстояния между выработками в горизонтальной плоскости к ширине пролета выработки):

1. Для рассмотренного конструктивного элемента рациональным вариантом расположения выработок является их расположение строго одна под другой. , 2. Смещение нижней выработки в горизонтальной плоскости в сторону от целика

на величину до одного пролета незначительно сказывается на устойчивости выработок.

3. Наихудший вариант расположения выработок - их сдвиг на расстояние до трех пролетов относительно друг друга.

4. При сдвиге выработок относительно друг друга до одного пролета в сторону от целика его устойчивость увеличивается до 30%.

При отработке угольных пластов от состояния массива у обнажения зависит принятие большинства технологических решений. Отработка методики оценки механического состояния массива осуществлялась при помощи ЛДК на примерах

1 (

восстановления эпюры распределения горного давления впереди очистного забоя (рис.10).

» \

Лав» 0-3-1-3

к = Ад/уН

Эксперимент 2.0 • тжишяямадуга № 3 ^ g О потеши модой № 5

Расчет;

•«.."■ швейжнулрупй материал

------шшейно-упругн* материал +

накопление повреждений

----нелинейно-упругий материал + <

накопление повреждений — — неливгйло-упрулЛ материал + накопление повреждений +

Рис.10. Восстановление распределения вертикальных напряжений впереди очистного забоя (эксперимент-теория)

Результаты расчетов и инструментальной диагностики показывают:

линейно-упругая модель поведения углепородного массива не отражает его состояния, как в количественном, так и в качественном отношении;

механизм перераспределения напряженного состояния массива у очистного забоя зависит от степени его физической нелинейности, реологии и уровня накопленной поврежденности;

накопление повреждений, физико-механические свойства пласта, его реология являются доминирующими факторами состояния массива и должны учитываться при принятии технологических решений, таких, как оценка продолжительности простоев добычных комбайнов, оценка глубины заходки, скорости проходки, установление параметров выбросоопасности.

На рис.11 представлены картины накопления повреждений и развитие фронта разрушений для остановленного очистного забоя на время до 24 часов при дегазированном массиве. При расчетах полагалось, что перед остановкой забоя в массиве угля повреждения отсутствуют.

Характер развития фронта разрушения во времени показан на рис.11а в терминах изменения скорости освобождения энергии при разрушении пласта у обнажения. Величина скорости освобождения энергии в рассчитывалась из выражения:

G(t + At / 2) = [E(t) - E(t + At)]/[s(t + At) - S(t)],

где t - некоторое расчетное время; At - приращение, численно равное одному шагу увеличения времени в задаче о накоплении повреждений; E(t) - величина потенциальной энергии упругой деформации углепородного массива; S(t) - суммарная площадь поверхности всех фронтов разрушения в момент времени t.

Для принятых в расчетах исходных данных пик скорости освобождения энергии (8 час) совпадает с образованием пятого фронта разрушения в центральной части пачки лавы.

А) Б)

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Рис.11. Изменение скорости освобождения энергии А) и накопление повреждений Б) у очистного забоя (центральное сечение лавы)

Для времени около 21 часа простоя очистного забоя модель указывает на бифуркацию. Происходит мгновенное соединение всех пяти фронтов разрушения. В результате, местная потеря устойчивости массива может сопровождаться отжимом угля из-за образования ложного забоя. При наличии пластового давления газа возможен выброс.

Из распределения скорости освобождения энергии следует, что в рассмотренном случае остановка забоя более чем на 6 часов нежелательна.

При решении задачи о совместном действии фильтрационной и гравитационной нагрузок определяющее соотношение газопереноса принималось, как для нелинейного режима фильтрации. Закон фильтрации (см. выражение 12) учитывает, что вследствие раскрытия и появления новых трещин в процессе развития повреждений модуль упругости убывает, и, как результат, проницаемость углепородного массива возрастает. В этом случае коэффициент проницаемости опосредованно связан с диаграммой деформирования материала, с ее нелинейным участком. С другой стороны, широко известно, что по мере накопления повреждений на участках остаточного деформирования горных пород, когда материал становится смятым в пределах фронта разрушения, его проницаемость резко снижается. В этой связи, на основании анализа многочисленных экспериментальных данных (см., например, работы Дж.Кеннеля, Т.Бреннеля, И.В.Ширко и др.) о закономерностях фильтрации жидкости и газа в массивах, пронизанных квазиизотропным трещинно-пористым коллектором с хаотическим распределением трещин, в диссертационной работе предлагается

-2

-1

выражение для коэффициента пъезопроводности а^, находящегося в зависимости от уровня текущей поврежденности массива в виде:

а^=(а-!; + а*)ехр(с-£), (15)

где коэффициент а* соответствует коэффициенту пъезопроводности исходного, неповрежденного массива £ = 0 (¡; = 1-\|/), а коэффициенты "а" и "с" управляют скоростью изменения проницаемости массива.

На рис.12 представлены результаты расчета разрушения массива у очистного забоя при различных уровнях пластового давления газа с учетом действия гравитационной нагрузки уН =5.5Мпа.

I Р = 3 8 МПа, 1=24час

■ ш/1 5"00

4-1 о/ 1 ж" Х,ч[

(А

б)

(-3 час

12 1 0

08 06 04 02 00

Ур Уо -

—- .... V; —- [ Р.1*

Рис.12. Характеристика разрушения массива у очистного забоя при действии гравитации и пластового давления газа

Качественная картина эпюры внутрипорового давления фильтрующегося газа вдоль центральной линии лавы после остановки забоя показана на рис. 12а для времени 1= 3 и 1 =24 час. при общем уровне пластового давления Р =3.8 МПа. Расчеты проведены с учетом коэффициента пъезопроводности (15).

На рис.126 представлен расчет относительного изменения объема разрушения угля в зависимости от величин пластового давления газа, где У0 - разрушенный объем при полностью дегазированном массиве; Ур - разрушенный объем, зависящий от уровня пластового давления газа Р.

Для рассматриваемого случая глубины отработки лавы, ее физико-механических характеристик и условий нагружения, анализ разрушения массива угля у очистного забоя показывает:

1. По сравнению с дегазированным массивом поровое давление газа оказывает благоприятное воздействие на состояние угольного пласта до уровня пластового давления Р « 0.6 уН.

2. Если после дегазации пластовое давления газа на контролируемом участке находится на уровне Р < 3.3 Мпа, можно считать, что способ предотвращения внезапных выбросов эффективен, а участок зоны - приведен в невыбросоопасное состояние. В пределах данного участка забой может подвигаться без применения каких-либо других противовыбросных мероприятий.

Проведенные в диссертационной работе исследования о разрушении массивов могут рассматриваться как подходы, имеющие двойное назначение. С одной стороны, для разработки мероприятий по увеличению прочности и устойчивости горных выработок, а с другой стороны, как подходы, указывающие на варианты ускоренного разрушения массива, что оказывается важным и не менее полезным при разработках новых технологий и способов угледобычи, в том числе нетрадиционных.

Еще одним характерным примером создания оперативных резервов работоспособности функциональных элементов шахты является идентификация подземного эндогенного пожара. Исследования по установлению координат эпицентра пожара проведены на шахте "Томская" АО УК "Кузнецкуголь". В поле пласта III приборами и пробами состава газов из разведывательных скважин, пробуренных с поверхности, зарегистрировано наличие ранее неизвестного эндогенного пожара.

Успех на пути установления координат очага пожара связывался с использованием математических моделей геофильтрационного прогноза распределения продуктов сгорания в массиве горных пород. При этом опытные данные, полученные из скважин и подпочвенных съемок служили, с одной стороны, эталоном численного решения, а с другой - являлись начальными данными совместного экспериментально теоретического анализа. Известно, что решения обратных задач тепло- и массопереноса некорректны и могут иметь множество решений. В этой связи поиск местонахождения пожара осуществлялся набором решений прямых задач путем задания источника С02 в системе наперед заданных (назначенных) точек выработанного пространства пласта III. В связи с тем, что полные данные по структуре нарушенное™ массива горных пород от пласта III до дневной поверхности отсутствовали, для качественного анализа фильтрации продуктов сгорания были использованы средневзвешенные коэффициенты газопереноса в слоях массива разной мощности, представленных квазиизотропным пористым и порозостным коллектором с хаотическим распределением систем полостей и трещин в зонах первичного и вторичного обрушений.

При наличии высоких температур в очаге пожара механизм переноса газообразных веществ обусловлен помимо действия молекулярных сил действием макроскопического молярного процесса типа фильтрации. Этот процесс при эндогенных пожарах играет доминирующую роль по сравнению с массопереносом, обусловленным действием молекулярных сил. Фильтрационный массоперенос вызывается появлением в исследуемой среде устойчивого градиента давления, который возникает вследствие интенсивного нагрева газов и продуктов сгорания в ограниченном объеме. Устойчивость градиента давления обусловлена соизмеримостью времени релаксации избыточного давления через скелет трещиновато-пористой структуры обрушенного пространства с образованием за это же время новых порций перегретых продуктов сгорания. В противном случае пожар либо затухнет, либо приведет к тепловому взрыву.

Поскольку тепловая мощность эндогенного пожара неизвестна, влияние температурного поля (тепловая депрессия) учитывалось заданием некоторого избыточного давления газов в предполагаемом очаге пожара. Другими словами, наличие давления в очаге и на контуре очага пожара обеспечивалось вдувом продуктов сгорания - смеси газов С02+воздух в обрушенное пространство, в результате чего и осуществлялся процесс фильтрации. Области, имитирующие эпицентры пожара, представляли собой в плане квадраты со стороной 60 м. В поле квадратов задавались источники СОг с уровнем концентрации с = 0.25, постоянным во времени при избыточном давлении 5 Па.

Решение задачи осуществлялось путем сопоставления полученных изолиний концентрации С02 в поле пласта III с контрольным решением, в качестве которого были приняты изолинии, полученные на основе экспериментальных замеров концентрации СО2 в известных точках (разведочных скважинах). Сравнительный анализ много проще уточненных расчетов, поскольку в этом случае не требуется знаний точных величин констант газопереноса, других величин, относящихся к разряду прочих равных условий (класс I задач горнотехнического проектирования).

Методика сравнительного анализа, разработанная в диссертационной работе, позволила установить, что наиболее вероятное местоположение источника эндогенного пожара находится в северо-восточной части пласта под отвалами, что и вызвало затруднение его поиска при помощи разведочного бурения. По заключению комиссии, фактическое местоположение эпицентра пожара оказалось удаленным от рассчитанных координат центра квадрата на расстояние 80-100 м к юго-западу. Ошибка прогноза при идентификации подземного пожара (20-40 м), помимо погрешностей из-за предположений и допущений, объясняется еще и тем, что определение эпицентра пожара осуществлялось в том временном диапазоне его развития, когда проводилась экспериментальная съемка состава атмосферы в обрушенном пространстве пласта III. В то же время понятно, что имеет место изменение координат пожара при его дальнейшем развитии в период между временем прогноза и временем организации работ по бурению разведочных скважин. Кроме того, из-за отсутствия данных не была учтена естественная тяга - фильтрация газо-воздушной смеси из-за естественных утечек через обрушенное пространство, несмотря на то, что пласт считался изолированным в границах пожара.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основе выполненных автором исследований осуществлено решение крупной научной проблемы - разработки методической базы обоснования рациональных пространственно-планировочных и технологических решений при эффективном управлении геомеханическими процессами в углепородных массивах, обеспечивающих высокопроизводительную и безопасную работу подземных горных предприятий, что имеет важное хозяйственное значение для угольной промышленности России.

Основные практические и научные результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработаны модели диагностики и управления состоянием углепородных массивов как средств локального геомеханического мониторинга угольных шахт,

обеспечивающих получение качественных и количественных характеристик взаимосвязи нагрузок и состояния массива, получение исходной фактической информации о приближении и развитии аварийной ситуации у обнажений, в выработках и целиках, обоснование пространственно-планировочных решений, корректировку параметров технологии ведения горных работ, корректировку сроков плановых предупредительных работ в капитальных выработках длительного пользования, назначение параметров увеличения работоспособности выработок для безопасного ведения горных работ, получение информации для решения технологических и общих научно-технических задач:

1.1 На основе решения интегральных уравнений обоснована, разработана и реализована в алгоритмах для ЭВМ модель расчета НДС и энергетических изменений углепородных массивов сложного строения при действии гравитации, учитывающая нелинейные вязкоупругие свойства угля и вмещающих пород.

1.2 На основе решения интегральных уравнений обоснована, разработана и реализована в алгоритмах для ЭВМ модель расчета тепло- и массопереноса в углепородных массивах сложного строения, учитывающая нелинейность закона и нестационарность процесса фильтрации.

1.3 Численными экспериментами показана область применимости закона Дарси в зависимости от жесткостных свойств скелета углепородного массива. Для разрушаемого массива предложен вариант нелинейного соотношения зависимости скорости фильтрации от величины порового давления, учитывающего механические свойства межпорового пространства.

1.4 Разработана и реализована в алгоритмах для ЭВМ модель расчета горного давления с учетом раздельного и совместного действия гравитационных и нестационарных температурной, гидродинамической и газодинамической нагрузок.

1.5 Построена и реализована в алгоритмах для ЭВМ кинетическая модель разрушения горного массива, прогнозирующая зарождение групп фронтов разрушения и их развитие во времени. Модельные численные эксперименты, лабораторные и прямые натурные наблюдения за потерей устойчивости горных выработок и целиков показали потенциальную пригодность использования параметра нарушения сплошности в качестве прямой характеристики, определяющей состояние массива пород под нагрузкой и базой для развития технологий управления его состоянием.

2. Сформулированы требования и разработан инструментальный диагностический комплекс прямых натурных измерений - изменения горного давления, давления жидкости и газа, с тензометрическим исполнительным элементом, который тарируется как датчик напряжений, встроенный в измерительный модуль, позволяющий с использованием эффекта гидроусиления с высокой точностью проводить измерения в массиве независимо от его механических свойств и глубины ведения горных работ.

3. Автоматизированная вычислительная система деформирования массива и локальный диагностический комплекс апробированы на тестовых задачах, на сопоставлении получаемых результатов с данными лабораторных экспериментов, прошли опытно-промышленную эксплуатацию на шахтах Кузнецкого бассейна и на основании экспертных заключений РосУголь, МГГУ, ВНИМИ, ВостНИИ рекомендованы к использованию на угольных шахтах России для обоснования пространственно-планировочных и технологических й;,. \ .„, 4; н а Л Ь К А Я !

БИБЛИОТЕКА СПетербууг 5 09 ?00 »«т I

4. Предложена обобщенная характеристика прочности, устойчивости и работоспособности подземных выработок, объединяющая комплекс параметров -коэффициент запаса прочности углепородного массива, зависящий от уровня нагрузки и прочностных реологических параметров угля и вмещающих пород, в том числе при кратковременных нагружениях, кинетическое соотношение накопления хаотических повреждений, определяющее развитие очага (фронта) разрушения в пространстве и времени, энергетическое соотношение скорости освобождения энергии при разрушении массива пород.

5. Выделен класс трещиноподобных дефектов, предложено и экспериментально подтверждено условие их стабильности, позволяющее наряду с коэффициентом трещиностойкости материала определять условия перехода дефектов к силовым трещинам, а также установить продолжительность сопротивления горного массива окончательному разрушению.

6. Установлены требования к параметрам веществ для физико-химической обработки массива горных пород с учетом действия гравитационных нагрузок. При этом показано, что требования к параметрам веществ для ФХО являются откликом требований к уровням объемных нагрузок, возникающих в теле массива при его физико-химической обработке. Показано также, что появление дополнительных объемных нагрузок в результате ФХО является тем двуединым ключом, посредством которого может быть осуществлено управление состоянием углепородного массива как с целью увеличения прочности угля и вмещающих пород, так и с целью их разрушения.

7. Автоматизированная вычислительная система деформирования массива и локальный диагностический комплекс использованы непосредственно при сопровождении горных работ, что позволило:

- получить новые пространственно-планировочные решения относительно взаимного расположения групп подготовительных выработок, пройденных в мощных угольных пластах, с точки зрения обеспечения их наибольшей устойчивости;

оценить влияние расположения групп подготовительных выработок на устойчивость предохранительных целиков, выяснить условия и предложить способы поддержания целика в рабочем состоянии;

получить новые решения планировочно-технологического характера относительно рациональных и безопасных расстояний между очистными забоями при освоении новых технологий отработки мощного угольного пласта одновременно в два слоя догоняющими забоями;

8. Разработана методика идентификации местоположения эндогенного пожара как совокупность экспериментально-теоретического анализа фильтрации и диффузии продуктов горения от источника пожара в объем выработанных пространств. На примерах поиска эпицентров неизвестных эндогенных пожаров среди системы действующих известных очагов, при недостатке экспериментальных данных, показана эффективность и достаточная для практического использования точность обнаружения местоположения подземного пожара, основанная на совместном использовании модели квазитрехмерного газопереноса и ограниченного числа данных разведки.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Монографии:

1. Казанцев В.Г., Золотых С.С. Диагностика и управление состоянием массива горных пород. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001,- 468 с.

2. Казанцев В.Г., Устюгов A.C. Методы расчета деформирования конструкций сложной формы. - М., ЦНИИНТИ, № 8232,1987,- 79 с.

3. Казанцев В.Г., Аликин В.П., Зайцев С.И. Разработка новых методов повышения работоспособности специальной техники /На соискание премии Ленинского комсомола./ Науч. тр. ПЛИ.- Пермь: 1981.- 123 с.

Руководства:

4. Казанцев В.Г., Михеев О.В., Зыков B.C. Руководство по применению локального диагностического комплекса оценки состояния углепородного массива для управления безопасностью ведения горных работ / Кемерово: ВостНИИ, 2002.- 34 с.

5. Золотых С.С., Стекольщиков Г.Г., Денисенко С.И., Решетов С.Е., Лапшин Г.В., Крючков В.А., Субботин А.И., Сурков A.B., Грицко Г.И., Руденко Ю.Ф., Казанцев В.Г., Палеев Д.Ю. Руководство по проектированию комбинированного проветривания выемочных участков и полей с применением газоотсасывающих вентиляторных установок для шахт ОАО «Компания «Кузбассуголь» /Кемерово: ОАО «Компания «Кузбассуголь», 2000,- 124 с.

6. Быков Д.Л., Гольдштейн Р.В., Казанцев В.Г. Нормы дефектности. Стандарт MOM.- М.: ЦНИИНТИ. 1989,-24 с.

Брошюры:

7. Некрасов В.В., Казанцев В.Г., Михеев О.В., Магдыч В.И. Расчеты напряженно-деформированного состояния массива горных пород методом конечных элементов. -М., МГГУ, 1994,- 59 с.

8. Некрасов В.В., Казанцев В.Г., Михеев О.В., Магдыч В.И. Расчеты напряженно-деформированного состояния массива горных пород методом граничных интегральных уравнений. - М., МГГУ, 1994,- 76 с.

9. Некрасов В.В., Казанцев В.Г., Михеев О.В., Магдыч В.И. Расчеты напряженно-деформированного состояния массива горных пород в окрестности горных выработок. - М., МГГУ, 1994.- 54 с.

10. Казанцев В.Г., Некрасов В.В., Михеев О.В., Магдыч В.И. Автоматизированная система диагностики напряженно-деформированного состояния горного массива. 4.1-М.: МГГУ, 1994. - 57 с.

И. Казанцев В.Г., Некрасов В.В., Михеев О.В., Магдыч В.И. Экспериментальные методы определения напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов шахтных полей. - М., МГГУ, 1994.- 26 с.

12. Казанцев В.Г., Некрасов В.В., Михеев О.В., Магдыч В.И. Автоматизированная система диагностики напряженно-деформированного состояния горного массива. 4.2 -М.: МГГУ, 1995,- 75 с.

13. Михеев О.В., Шундулиди И.А., Казанцев В.Г., Магдыч В.И. Разработка и применение автоматизированных средств при планировании и сопровождении горных работ. - М., МГГУ, 2000,- 28 с.

14. Некрасов В.В., Казанцев В.Г., Магдыч В.И., Потапов М.Г. Автоматизированная система диагностики напряженно-деформированного состояния массива горных пород. - М.: МГГУ, 1995. - 74 с.

15. Некрасов В.В., Михеев О.В., Казанцев В.Г., Гук А.И., Магдыч В.И. Идентификация подземного пожара. - М., МГГУ, 1995.- 52 с.

Статьи в журналах и сборниках научных трудов:

16. Казанцев В.Г., Мишичев А.И. Конечно-элементный анализ поля напряжений в окрестности трещин энергетическим и прямыми методами. - Прикл. Механика, 1982, том XVIII, №3,с.77-81.

17. Некрасов В.В., Казанцев В.Г., Михеев О.В., Магдыч В.И. Автоматизированная система диагностики напряженно-деформированного состояния горного массива. /Горн, инф.-аналит. бюлл., 1993, № 4, с.17-32.

18. Аксененко Д.Д., Казанцев В.Г., Суханов Г.В. Экспертная система ликвидации аварий в шахтах. - Уголь, 1993, №7, с. 43-45.

19. Казанцев В.Г. О требованиях к параметрам веществ для физико-химической обработки пластов с целью управления состоянием угольно-породного массива //Предупреждение травматизма и аварий в угольных шахтах и на разрезах: Науч. тр./ ВостНИИ.-Кемерово, 1999, с. 124-131.

20. Казанцев В.Г. К оценке прочности и кинетики накопления повреждений при решении задач геомеханики //Предупреждение травматизма и аварий в угольных шахтах и на разрезах: Науч. тр./ ВостНИИ,- Кемерово, 1999, с. 91-103.

21. Казанцев В.Г. Исследование накопления повреждений в модели цилиндрической выработки с провокатором разрушения //Предупреждение травматизма и аварий в угольных шахтах и на разрезах: Науч. тр./ ВостНИИ,- Кемерово, 1999,- с. 103-115.

22. Казанцев В.Г., Шундулиди И.А. К задаче о выборе рационального варианта расположения спаренных выработок в мощных угольных пластах //Предупреждение травматизма и аварий в угольных шахтах и на разрезах: Науч. тр./ ВостНИИ-Кемерово, 1999, с. 116-124.

23. Михеев О.В., Шундулиди И.А., Казанцев В.Г. Разработка метода оценки прочности и устойчивости массива горных пород в окрестности горных выработок /Горн, инф.-аналит. бюлл., 2000, № 1, с. 14-23.

Подписано в печать 08.04.2003. Формат 30x42/8. Гарнитура «Urnes». Ризография. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 915

ИЗДАТЕЛЬСТВО

МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Лицензия на издательскую деятельность ЛР№ 062809 Код издательства 5X7(03)

Отпечатано в типографии Издательства Московского государственного горного университета

119991 Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 6; Издательство M Г ГУ; тел. (095) 236-97-80; факс (095) 956-90-40

6 138

"éTJF

Содержание диссертации, доктора технических наук, Казанцев, Владимир Георгиевич

Введение.

Глава 1. Научные принципы эффективного управления геомеханическими процессами на угольных шахтах.

1.1 Методы структурного анализа при решении задач геомеханики.

1.2 Теоретические предпосылки установления закономерностей механического поведения углепородного массива.

1.3 Анализ уровня инструментальной диагностики состояния углепородного массива.

1.4 Постановка задачи диагностики и управления состоянием массива горных пород.

Выводы по главе.

Глава 2. Разработка модели механического поведения углепородного массива сложного строения.

2.1 Основные теоретические положения конечно-элементной модели деформирования горного массива.

2.2 Особенности решения алгебраических уравнений.

2.3 Учет реологии угля и вмещающих пород.

2.3.1 Определяющие соотношения нелинейной вязкоупругости углепородного массива.

2.4 Оценка точности алгоритмов МКЭ при решении задач геомеханики.

Выводы по главе.

Глава 3. Разработка методических основ оценки проявлений горного давления с учетом температурного, гидродинамического и газонасыщенного состояния массива пород.

3.1 К выводу уравнений нестационарного тепло- и массопереноса в угле-породном массиве в квази-трехмерной постановке.

3.2 Реализация МКЭ для решения задач теории поля.

3.3 Оценка устойчивости, сходимости и точности решения задач теории ноля.

3.4 Разработка модели расчета НДС массива горных пород с учетом решения задач теории поля (гидро-газо-температурная аналогия).

Выводы по главе.

Глава 4. Разработка методических основ совершенствования технологии отработки пологих угольных пластов с учетом структурных изменений углепородных массивов в окрестности подготовительных выработок и очистных забоев.

4.1 Постановка задачи о прочности и устойчивости массива горных пород.

4.2 Энергетические изменения в массиве горных пород при образовании фронта разрушения.

4.3 Замечания к отличиям в оценках энергетических состояний МГП с включениями и трещинами.

4.4 К оценке точности решения задач механики разрушения методом конечных элементов.

Выводы по главе.

Глава 5. Разработка методических основ и аппаратурного обеспечения оперативной диагностики состояния массива пород.

5.1 Автоматизированная система диагностики напряженного состояния горного массива.

5.2 Разработка средств измерений механических напряжений в горных массивах.

5.3 Разработка конструкций модулей измерения горного давления. Способы их установки в горном массиве.

5.4 Геомсханические параметры установки модулей горного давления в углепородный массив на различных глубинах его разработки.

Выводы по главе.

Глава 6. Моделирование и исследование отклика массива пород на структурные изменения. Отработка исполнительных органов АДК.

6.1 Эффекты структурных изменений при силовых нагружениях модели массива.'.

6.2 Исследование накопления повреждений в модели цилиндрической выработки с провокатором разрушения.к.

Выводы по главе.

Глава 7. Применение автоматизированной системы слежения за изменением горного давления при сопровождении горных работ на угольных шахтах.

Ф 7.1 Расчетные схемы и граничные условия в задачах геомеханики.

7.2 Шахта им. В.И. Ленина. Анализ горнотехнической обстановки и сопровождение горных работ при выемке пласта IV-V, подготовленного к одновременной отработке в два слоя механизированными комплексами

7.2.1 Анализ напряженного состояния междупластья. Взаимодействие очистного забоя с вышележащим пластом.

7.2.2 Деформирование краевой части угольного пласта. Учет реологии и кинетики разрушения.

7.2.3 Анализ причин потери устойчивости целика и массива угля у спаренных выработок.

Выводы по главе.

Глава 8. Применение автоматизированной системы оценки состояния массива горных пород для создания оперативных резервов работоспособности технологических линий шахты.

8.1 О физико-химических методах управления состоянием углепородного массива.

8.2 Управление состоянием массива пород у спаренных выработок путем инъекции жидкости и крепящих составов в массив целика.

8.3 Анализ состояния краевой части угольного пласта при действии гравитационной нагрузки и пластового давления газа. 267 .• v

8.4 АО УК "Кзнецкуголь", шахта "Томская" . К проблеме идентификации эндогенного пожара в поле пласта III.!.

8.4.1 Признаки эндогенного пожара в поле пласта III.

8.4.2 Экспериментально-теоретический анализ и идентификация местоположения пожара.

Выводы по главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование рациональных пространственно-планировочных и технологических решений на базе эффективного управления геомеханическими процессами на угольных шахтах"

Актуальность работы. Рыночные отношения как один из доминирующих факторов преобразований экономического уклада России в своей динамике существенно опережают готовность большинства отраслей народного хозяйства к соответствующей реструктуризации. Это в полной мере относится и к угольной промышленности. Попытки форсировать процессы перехода шахтного фонда отрасли к эффективной деятельности в новых условиях, наряду с утратой межотраслевых связей, стремительного роста потребляемых ресурсов, критически низкого дотационного и бюджетного финансирования практически предопределили необходимость технического перевооружения перспективных шахт в направлении резкого увеличения интенсификации горных работ при безусловном повышении уровня безопасности и экологичности горного производства.

Поиском принципиально новых пространственно-планировочных и технико-технологических решений по вскрытию, и отработке запасов высоко угленосных месторождений, их успешной практической реализацией занимаются ученые ИПКОН РАН, ИГД СО РАН, ИГД им. Скочинского, ВНИМИ, МГГУ, С-ПбГИ, ВостНИИ, КузНИУИ, КузГТУ, РосНИИГД, ученые других институтов.

Широко известно, что техногенные и природные опасности это, в основном, следствие возмущения гравитационных, гидродинамических и газовых сил. Именно эти силы "вытягивают" за собой цепочку главных опасностей, проявляющих себя в виде обрушений и вывалов, напора жидкости и ее прорыв в горные выработки, горных ударов, внезапных выбросов угля и газа, взрывов пылегазо-вых смесей, выводят из строя технологическое оборудование, вызывают другие аномалии.

Горное производство в таком новом качестве требует переосмысления традиционных представлений о методах диагностики состояния угольных пластов и вмещающих пород, новых подходов к обоснованию пространственно- планировочных и технологических решений.

Прежде всего, это связано с тем, что существующие подходы к отработке запасов угленосных месторождений базируются на методиках и руководящих материалах не связывающих, из-за сложности проблемы, совокупный, одновременно действующий на массив и, стало быть, влияющий на его состояния комплекс силовых воздействий, основными из которых являются действие гравитационных, газовых и гидродинамических сил. Поэтому ключ к успешному решению проблем реализации прогрессивных и безопасных технологий отработки запасов высокоугленосных месторождений заключается, в том числе, в создании надежной диагностики геомеханического состояния углепородного массива на базе объективного учета одновременно действующих силовых факторов с выходом на создание геомониторинга угольной шахты или, по крайней мере, ее наиболее опасных участков.

В связи с изложенным выдвигается в разряд актуальных и требующая ускоренного решения научно-техническая проблема - разработка теоретических основ, методов и средств для пространственного планирования, поиска и реализации рациональных технологических решений, обеспечивающих высокопродуктивное и стабильное функционирование угольной шахты путем сохранения работоспособности ее конструктивных элементов, по крайней мере, в течение заданного времени или до полного выполнения объема работ без вынужденных перерывов.

Для решения проблемы становится очевидной необходимость разработки методов и средств оценки исходного механического состояния массива с последующим принятием необходимых решений по увеличению работоспособности горных выработок. В такой постановке управление состоянием массива означает, по сути, управление его напряженно-деформированным состоянием (НДС).

Целью работы является установление закономерностей изменения состояния массива пород вследствие эффективного управления геомеханическими процессами при ведении горных работ для обоснования рациональных простран-ственнопланировочных и технологических решений, обеспечивающих высокопроизводительную и безопасную добычу угля подземным способом. '

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Выявление качественных и количественных характеристик взаимосвязи источников внешних силовых воздействий и состояния массива, получение исходной фактической информации о приближении и развитии аварийных ситуаций в горных выработках и угольных целиках, обоснование параметров технологии горных работ, корректировка сроков выполнения плановых профилактических мероприятий в капитальных выработках и решение ряда других горнотехнических задач может быть корректно реализовано с помощью моделей, построенных для ЭВМ на базе методов теории математической физики и инструментальных методов прямого контроля за изменением горного давления, как средств локального геомеханического мониторинга угольных шахт.

2. Установление фактических параметров изменения горного давления в реальном масштабе времени с целью интенсификации горных работ, достигаемой за счет развития околокритических состояний углепородного массива, эффективно реализуется инструментальным диагностическим комплексом с тензометрическим исполнительным элементом, который тарируется как датчик напряжений, встроенный в измерительный модуль горного давления, позволяющий с использованием эффекта гидроусиления с высокой точностью измерять напряжения массива независимо от его механических свойств и глубины ведения горных работ.

3. Установление параметров состояния массива сложного строения с учетом совместного или раздельного действия гравитационной, нестационарных температурной, гидродинамической и газодинамической нагрузок осуществляется решением нелинейных интегральных уравнений в форме функционалов Лагран-жа, построенных на базе деформационной теории пластичности с нелинейными определяющими соотношениями наследственного типа, учитывающими вид напряженного состояния, а также с использованием единого квазигармонического нестационарного дифференциального уравнения тепло- и массопере-носа, объединяющего класс задач теории поля.

4. Обоснование обобщенных условий устойчивости массива горных пород, объединяющих комплекс параметров - коэффициента запаса прочности углепо-родного массива, зависящего от прочностных реологических параметров угля и вмещающих пород, в том числе при кратковременных нагружениях, кинетического соотношения накопления хаотических повреждений, определяющего развитие очага (фронта) разрушения в пространстве и времени, энергетического соотношения скорости освобождения энергии при разрушении массива пород являет собой методическую базу оценки работоспособности конструктивных элементов горных выработок.

6. Стабильность и устойчивость трещиноподобных дефектов оценивается коэффициентом перенапряжения массива у вершины дефекта и наряду с коэффициентом трещиностойкости материала определяет условия их перехода к силовым трещинам, а также продолжительность сопротивления массива окончательному разрушению.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается: высоким уровнем объективности результатов геомеханического прогноза состояния углепородного массива, следующего из многовариантного и корректного сопоставления результатов расчетов по разработанным методам, методикам и алгоритмам с данными отечественных и зарубежных авторов (расхождение не более 5%); из анализа моделирования горнотехнических ситуаций и их сопоставлений с прямыми экспериментальными натурными оценками отклика механического поведения массива горных пород в окрестности очистного забоя (рассогласование до 20%); снижением трудоемкости анализа геомехапической обстановки и вероятности ошибочных выводов в процессе обоснования и принятия рациональных пространственно-планировочных и технологических решений при проектировании и технологической подготовки производства на угольных шахтах; положительными межведомственными опытно-промышленными испытаниями локального диагностического комплекса (ЛДК) регистрации горного давления, подкрепленного длительным периодом его эксплуатации на угольных шахтах АО УК "Кузнецкуголь" - АО "Шахта Усинская" и АО "Шахта им. В.И. Ленина", сверхкатегорийных по газу, опасных по пыли и склонных к горным ударам; прямым использованием ЛДК и автоматизированной системы расчета НДС элементов шахтного поля при сопровождении горных работ на шахте АО 11 Шахта им. В.И. Ленина"; прямым использованием ЛДК и автоматизированной системы расчета НДС для долгосрочного слежения (в течение шеста лет) за изменениями горного давления в массиве пород в окрестности капитальных выработок на шахте АО "Шахта Усинская" с целью выявления возможных аварийных ситуаций, а также для уменьшения эксплуатационных затрат и затрат на их ремонт.

Научная новизна диссертации заключается в следующем: разработаны методики, алгоритмы и реализованы программы на ЭВМ для комплексного математического моделирования объединенной гравитационной и гидро-газодинамической обстановки элементов шахтного поля как базы для развития способов управления состоянием углепородного массива, а также для обоснования рациональных вариантов пространственно-планировочных и технологических решений; разработан портативный инструментальный диагностический комплекс с тензо-метрическим исполнительным элементом, который тарируется как датчик напряжений, встроенный в измерительный модуль горного давления, позволяющий с использованием эффекта гидроусиления с высокой точностью измерять напряжения массива независимо от его механических свойств и глубины ведения горных работ; разработаны алгоритмы численного анализа состояния массива сложного строения с учетом совместного или раздельного действия гравитационной, нестационарных температурной, гидродинамической и газодинамической нагрузок, в основу которых положены нелинейные интегральные уравнения в форме функционалов Лагранжа, построенных на базе деформационной теории пластичиости с нелинейными определяющими соотношениями наследственного типа, учитывающими вид напряженного состояния, а также с использованием единого квазигармонического нестационарного дифференциального уравнения тепло- и массоперсноса, объединяющего класс задач теории поля; предложены обобщенные условия устойчивости массива горных пород, объединяющие комплекс параметров - коэффициент запаса прочности углепо-родного массива, зависящий от прочностных реологических параметров угля и вмещающих пород, в том числе при кратковременных нагружениях, кинетическое соотношение накопления хаотических повреждений, определяющее развитие очага (фронта) разрушения в пространстве и времени и энергетическое соотношение, определяющее избыток потенциальной энергии деформации массива пород, переходящей в кинетическую энергию; предложена кинетическая модель накопления хаотических повреждений в массиве горных пород, описывающая состояние массива и определяющая адресность геомеханических управляющих воздействий при обосновании пространственно-планировочных и технологических решений; предложен критерий устойчивости трещиноподобных дефектов, оценивающий условия их перехода к силовым трещинам, а также обуславливающий продолжительность сопротивления массива окончательному разрушению.

Практическое значение работы заключается в следующем:

3. Разработаны рекомендации по геомеханическому сопровождению горных работ.

Реализация работы. Научные результаты, практические рекомендации, методическое и аппаратурное обеспечение, разработанные в диссертации, использованы при разработки проектов рациональных вариантов раскройки шахтных полей, разработки технологических схем отработки высокоугленосных месторождений, сопровождения горных работ, прогноза аварийных ситуаций и ликвидации аварий в шахтах б. ЛО УК "Кузнецкуголь" - АО "Шахта Капитальная", АО "Шахта Шушталепская", АО "Шахта им. В.И. Ленина", АО "Шахта Томская", АО "Шахта Байдаевская" и на других угольных предприятиях.

Локальный диагностический комплекс для натурных измерений динамики изменения горного давления в массиве горных пород и автоматизированный комплекс расчета деформирования углепородного массива использованы в ОАО "Шахта "им. В.И. Ленина" для отработки новых технологий угледобычи - при отработке лав 0-5-1-1 и 0-5-2-1 пласта IV-V одновременно в два слоя догоняющими забоями, для установления краевых эффектов концентрации горного давления очистных забоев, установления рациональных вариантов расстояний между забоями, установления причин потери устойчивости целика и способов увеличения его работоспособности.

На базе разработанного метода инструментальной диагностики изменений горного давления, пластового давления жидкости и газа, создано "Руководство по применению локального диагностического комплекса оценки состояния углепородного массива для управления безопасностью ведения горных работ". Руководство рассмотрено на заседании центральной комиссии по борьбе с внезапными выбросами угля и газа и рекомендовано к внедрению на угольных шахтах России.

Результаты диссертационной работы использованы для определения эпицентра эндогенного пожара в поле пласта III шахты "Томская". Методика идентификации местоположения неизвестного источника эндогенного пожара, существующего среди системы действующих известных очагов, при недостатке экспериментальных данных разведки, позволила с достаточной для практического использования точностью (20-40м) установить координаты эпицентра подземного пожара, что послужило основой для уменьшения внеплановых потерь подготовленных к отработке запасов угля в количестве 550 тыс. тонн за счет сокращения охранных зон и границ эндогенных пожаров.

Внедрение технологии взрывозащиты газоотводящей сети на шахте ОАО "Шахта "Комсомолец" при комбинированном проветривании выемочного участка с изолированным отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства при отработке лавы № 1832 по пласту "Толмачевский" поверхностными газоотсасывающими вентиляторами позволило устранить ограничения Госгортехнадзора по параметрам безопасной эксплуатации поверхностных газоотсасывающих установок, запустить лаву в работу, снизить время простоев до 20%, обеспечить увеличение средней нагрузки на очистной забой до 2840 т/сут и 85000 т/мес. с концентрацией метана в исходящей струе воздуха из очистного забоя не более 0.8%.

Локальный диагностический комплекс для натурных измерений динамики изменения горного давления использован в режиме длительного слежения (в течение шести лет) за пригрузкой массива в зонах ПГД у капитальных выработок (наклонный квершлаг с пл. IV-V на пласт III, L=380 м) в ОАО "Шахта Усинская", склонной к горным ударам, что позволило объективно назначать сроки и заблаговременно выбирать технологические решения по упреждающему ремонту, теряющих устойчивость участков выработки, сохраняя стратегические резервы шахты.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на межгосударственной научно-технической конференции "Расчетные методы механики деформируемого твердого тела" (организаторы: ИГД СО РАН, ИПМ СО РАН, СибНИА, СГАПС, Новосибирск, 1995); на IV Всесоюзной конференции "Численные методы механики твердого тела" (Ленинград, 1982); на .международной встрече-семинаре в рамках проекта ТАСИС № ESIB9303 "Методы и средства натурных измерений горного давления" (компания-организатор CERN ENGINEERING, INTERNATIONALE ECONOMIC + ENERGY CONSULTANTS при участии фирм SAARBERG AG и ROCK MECHANICS TECHNOLOGY, Лондон, 1996); научно-технических советах компании "Рос-уголь" (Москва, 1996); ученых советах ИГД им. Скочинского (Люберцы, 1994-1995), ВНИМИ (С.-Петербург, 1994, 1996), РосНИИГД (Кемерово, 1994-1999, 2002), ВостНИИ (Кемерово, 1994-1995, 2002), Углепромавтоматика (Москва, 1995); научных семинарах кафедры ПРПМ Московского государственного горного университета (Москва 1997-2002); научно-технических советах АО УК "Кузнецкуголь" (Новокузнецк, 1994-1998), АО УК "Кузбассуголь" (Кемерово, 2001-2002).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в трех монографиях, трех руководствах, девяти брошюрах и в четырнадцати научных статьях.

Автор выражает искреннюю благодарность чл.-корр. РАН, профессору доктору технических наук Л.А.Пучкову; профессору, доктору технических Ю.Н.Кузнецову; профессору доктору технических наук В.Г.Игишеву за методическую помощь и замечания при чтении черновиков работы; кафедре ПРПМ Московского государственного горного университета, ученым РосНИИГД и ВостНИИ, инженерно-техническим работникам АО УК "Кузнецкуголь" за ценные замечания при подготовке материалов диссертационной работы; инженерно-техническим работникам АО "Шахта Усинская" и АО "Шахта им. В.И. Ленина" за оказанную практическую помощь при проведении натурных экспериментов и внедрению результатов работы в производство, без которых диссертационная работа не имела бы в полной мере законченного вида.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Казанцев, Владимир Георгиевич

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

1. Предложен методический подход по увеличению оперативно-тактического резерва шахты за счет схемно-технических решений расположения выработок, увеличения их работоспособности, ремонтнопригодности и, как результат, готовности к эксплуатации участка шахты в заданные промежутки времени. Метод увеличении резервов эксплуатационной работоспособности шахты восходит к оценке прочности массива горных пород у подземных коммуникаций в пространстве и времени, а также назначении мероприятий по управлению состоянием углепородного массива, создавая тем самым научную базу для разработки способов увеличения надежности горно-шахтного оборудования и как одной из его составных частей - горных выработок.

2. На примере представительной для Кузбасса шахты показаны способы и рассмотрены варианты управления состоянием массива горных пород с использованием современных достижений методологии физико-химической обработки массива.

Установлено, что использование химических крепящих составов с целью увеличения опорных свойств массива пород приводит по крайней мере к тройному эффекту. Первый из них связан с разгрузкой массива в той его части, где происходит фильтрация вещества под давлением. Второй эффект связан с изменением предельных прочностных свойств конгломерата - нагнетаемого в пласт отвергающегося вещества и угля при сохранении исходных жесткостиых свойств пласта. Третий эффект является следствием разномодульности полимерного связующего и каркаса угля при условии, что предельные свойства затвердевшего вещества после инъекции оказываются выше предельных напряжений углепородного массива.

3. Установлены требования к параметрам веществ для физико-химической обработки массива горных пород с учетом действия гравитационных нагрузок. При этом показано, что требования к параметрам веществ для ФХО являются откликом требований к уровням объемных нагрузок, возникающих в теле массива при его физико-химической обработке. Показано также, что появление дополнительных объемных нагрузок в результате ФХО является тем двуединым ключом, посредством которого может быть осуществлено управление состоянием углепородного массива, как с целью увеличения прочности угля и вмещающих пород, так и с целыо его разрушения.

4. Разработана методика идентификации местоположения эндогенного пожара как совокупность экспериментально-теоретического анализа фильтрации и диффузии продуктов горения от источника пожара в объем выработанных пространств. На конкретном примере поиска эпицентра эндогенного пожара среди системы действующих известных очагов, при недостатке экспериментальных данных, показана эффективность и достаточная для практического использования точность обнаружения местоположения подземного пожара, основанная на совместном использовании модели квазитрехмерного газопереноса и ограниченного числа данных разведки.

Применение методики позволяет значимо сократить расходы на разведку пожара, а также увеличить резервы шахты и ее экономическую эффективность путем уменьшения внеплановых потерь подготовленных к отработке запасов угля за счет сокращения охранных зон и границ эндогенных пожаров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основе выполненных автором исследований осуществлено решение крупной научной проблемы - разработки методической базы обоснования рациональных простраествеппо-планировочных и технологических решений при эффективном управлении геомеханическими процессами в углепородных массивах, обеспечивающих высокопроизводительную и безопасную работу подземных горных предприятий, что имеет важное хозяйственное значение для угольной промышленности России.

Основные практические и научные результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработаны модели диагностики и управления состоянием углепородных массивов как средств локального геомеханического мониторинга угольных шахт, обеспечивающих получение качественных и количественных характеристик взаимосвязи нагрузок и состояния массива, получение исходной фактической информации о приближении и развитии аварийной ситуации у обнажений, в выработках и целиках, обоснование пространственно-планировочных решений, корректировку параметров технологии ведения горных работ, корректировку сроков плановых предупредительных работ в капитальных выработках длительного пользования, назначение параметров увеличения работоспособности выработок для безопасного ведения горных работ, получение информации для решения технологических и общих научно-технических задач:

1.1 На основе решения интегральных уравнений обоснована, разработана и реализована в алгоритмах для ЭВМ модель расчета НДС и энергетических изменений углепородных массивов сложного строения при действии гравитации, учитывающая нелинейные вязкоупрутие свойства угля и вмещающих пород.

1.4 Разработана и реализована в алгоритмах для ЭВМ модель расчета горного павления с учетом пазпелыюго и совместного действия гпавитаиионной и нестационарных температурной, гидродинамической и газодинамической нагрузок.

3. Автоматизированная вычислительная система деформирования массива и локальный диагностический комплекс апробированы на тестовых задачах, на сопоставлении получаемых результатов с данными лабораторных экспериментов, прошли опытно промышленную эксплуатацию на шахтах Кузнецкого бассейна и на основании экспертных заключений РосУголь, МГГУ,-ВНИМИ, ВостНИИ рекомендованы к использованию на угольных шахтах России для обоснования пространственно-планировочных и технологических решений.

4. Предложена обобщенная характеристика прочности, устойчивости и работоспособности подземных выработок, объединяющая комплекс параметров - коэффициент запаса прочности углепородного массива, зависящий от уровня нагрузки и прочностных реологических параметров угля и вмещающих пород, в том числе при кратковременных нагружениях, кинетическое соотношения накопления хаотических повреждений, определяющее развитие очага (фронта) разрушения в пространстве и времени, энергетическое соотношение скорости освобождения энергии при разрушении массива пород.

6. Установлены требования к параметрам веществ для физико-химической обработки массива горных пород с учетом действия гравитационных нагрузок. При этом показано, что требования к параметрам веществ для ФХО являются откликом требований к уровням объемных нагрузок, возникающих в теле массива при его физико-химической обработке. Показано также, что появление дополнительных объемных нагрузок в результате ФХО является тем двуединым ключом, посредством которого может быть осуществлено управление состоянием углепородного массива, как с целью увеличения прочности угля и вмещающих пород, так и с целью их разрушения.

- получить новые пространственно-планировочные решения, относительно взаимного расположения групп подготовительных выработок, пройденных в мощных угольных пластах, с точки зрения обеспечения их наибольшей устойчивости;

- оценить влияние расположения групп подготовительных выработок на устойчивость предохранительных целиков, выяснить условия и предложить способы поддержания целика в рабочем состоянии;

- получить новые решения планировочно-технологического характера относительно рациональных и безопасных расстояний между очистными забоями при освоении новых технологий отработки мощного угольного пласта одновременно в два слоя догоняющими забоями;

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Казанцев, Владимир Георгиевич, Кемерово

1. О.Лангсфсльд, К.Лютценкирхсн Тенденции в разработках диалоговых интерпритаций расчетов горного давления на ЭВМ.- Глюкауф (русск. пер.), №22, 1986,- с.27-32.

2. A.Bilinski Eintlnss des Ausbauwiderstandes auf den Zustand des Strebraums.-GIuckauf-Forschungshefte, 1983, 44, Nr.4,- s. 175-179.

3. X.Xecc Цели дальнейшего совершенствования методов и средств предупреждения горных ударов.- Глюкауф (русск. пер.), №18, 1984,- с.25-33.

4. K.Noack Fortschritte auf dem gebiet der Ausgasungsvorausberechnung.-Bergbau, 1985,-s. 100-107.

5. L.Lietus, P.W.Obenauer Kritische Betrachtung der Anwendungsmoglichkeiten von Finite-Element-Berech- nungen im Felshohlraumbali.- Felmsmechanik Suppl., №8, s. 43-57.

6. Г.Г.Ханекамп, В.Кениг, М.Куциа Дистанционный контроль за поведением пород для предупреждения горных ударов.- Глюкауф (русск. пер.), №23/24, 1991,- с.29-34.

7. Г.ПХанекамп, А.Гроссман Опыт применения средств телеизмерения с целью предупреждения горных ударов.- Глюкауф (русск. пер.), №23/24, 1991, -с.34-39.

8. Р.Фельзен-Цервек Удароопасность в угловых частях пластов в пределах выемочных участков.- Глюкауф (русск. пер.), №6, 1988,-с. 14-20.

9. Г.Ю.Альбрехт, Г.Д.Кляйн Возможности стационарного контроля напряжений в угольных стснках.- Глюкауф (русск. пер.), №23/24, 1991,- с.22-29.

10. В.В.Некрасов, В.Г.Казанцев, и др. Автоматизированная система диагностики напряженно-деформированного состояния массива горных пород.- М.: Изд. МГГУ, 1995,- с.74.

11. О.В.Михеев, Ю.Н.Малышев, В.Г.Лурий и др. Управление состоянием массива пород.- М.: Изд. Мпу, 1994,- с. 354.

12. А.М.Ильштейн Закономерности проявлений горного давления в лавах пологопадающих пластов каменно-угольных месторождений.- М.: Углетехиздат, 1958,- с. 232.

13. А.А.Борисов Расчеты горного давления в лавах пологих пластов. М.: Недра, 1964,- с. 183.

14. А.А.Борисов Механика горных пород и массивов.- М.: Недра, 1980,-с.164.

15. Ю.М.Либерман, Р.И.Хаимова-Малькова Методика расчета напряженно-деформированного состояния пород при разработке угольных пластов с закладкой выработанного пространства.- М.: Изд. ИГД им. А.А. Скочинского, 1976,-с.57.

16. В.И.Мурашев Исследование геомеханических процессов в угольных шахтах применительно к проблеме безопасности ведения горных работ.- Днсс. . д-ра техн. наук, Кемерово, 1979,-с.398.

17. И.Л.Турчапипов, М.Л.Иофис, Э.В.Каспарьяп Основы механики горных пород.- -П.: Недра, 1977,- с. 273.

18. С.Е.Чирков, Г.Л.Фисенко, Б.К.Норель и др. Методика расчета параметров прочности и предельных состояний угольных пластов в призабойной зоне.- М.: Изд. ИГД им. А.А.Скочинского, 1983,- с.38.

19. О.В.Тимофеев Способы обеспечения устойчивости горных выработок.-В кн.: Записки ЛГИ.- т. 67.- вып.1 /Современные проблемы горной науки/.- Л., 1975,-с. 161-165.

20. О.В.Тимофеев, В.Л.Трушко, П.Ф.Матвеев Проблемы обеспечения устойчивости горных выработок в условиях глубоких горизонтов.- Горный журнал, №1, 1994,-с. 39-41.

21. О.В.Тимофеев, ВЛ.Трушко Прогноз и обеспечение устойчивости горизонтальных выработок глубоких горизонтов Североуральского бокситового рудника.- В кн.: Устойчтвость и крепление горных выработок, Л., изд. ЛГИ, 1984,- с. 111.

22. В.Н.Одинцов, В.А.Трофимов Компьютерное моделирование развития трещин отрыва в близи обнажения в глубокой выработке.-Тезисы докладов X Международной Конференции по механике горных пород, М.: Изд. ИГД им. А.А.Скочинского, 1993.

23. J.A.L.Napick Modelling of fracturing near deep level gold mine excavation using a displacement discontinuity approach.- Mechanics of jointed and faulted rock, Ed. U.P. Rossmanith, Rotterdam: Balcema, 1990.

24. В.Р.Регель, А.И.Слуцкер, Э.Е.Томашевский Кинетическая природа прочности твердых тел.- М.: Наука, 1974,- с. 560.

25. Л.М.Качанов Основы механики разрушения.- М.: Недра, 1974.- с. 264.

26. А.М.Линьков Об учете запредельных деформаций при решении задач горной геомеханики.- Труды ВНИМИ-Л.,.- 1977, № 103.

27. И.М.Петухов, А.М.Линьков Механика горных ударов и выбросов.- М.: Недра, 1983,-с. 283.

28. А.М.Линьков Об условиях устойчивости в механике разрушения.- ДАН, 1977, том 233, № 1,-с. 45-48.

29. В.А.Мироненко Динамика подземных вод.- М.: Недра, 1983,- с. 357.

30. Б.Т.Емцев Техническая гидромеханика.- М.: Машиностроение, 1987,-с.440.

31. Пучков Л.А. Аэродинамика подземных выработанных пространств.-М., Изд-во МГГУ, 1993,- с.267.

32. Е.И.Глузберг, Н.Ф. Гращенков, B.C. Шалаев Комплексная профилактика газовой и пожарной опасности в угольных шахтах.- М.: Недра, 1988,- с. 193.

33. Л.Сегерлинд Применение метода конечных элементов.- М.: Мир, 1979,-с. 244.

34. А.Д.Коваленко Основы термоупругости.- Киев: Наукова Думка, 1970,-с.239.

35. Г. Дюво, Ж. Лионе Неравенства в механике и физике.- Перев. с фр.- М.: Наука, 1980,-с. 384.

36. П.Панагиотопулос Неравенства в механике и их приложения. Выпуклые и невыпуклые функции энергии,- Перев. с англ.- М.: Мир, 1989,- с. 494.

37. И.Экланд, Р.Темам Выпуклый анализ и вариационные проблемы.-Перев. с фр., М.,Мир,1979,- с. 164.

38. К.Васидзу Вариационные методы в теории упругости и пластичности.-Перев. с англ., М.: Мир, 1987,- с. 542.

39. Г.Л.Фисенко Предельные состояния горных пород вокруг выработок.-М.: Недра, 1976.

40. О.Зенкевич Метод конечных элементов в технике.- М.: Мир, 1975, с.246.

41. Б.З.Амусин, А.Б.Фадеев Метод конечных элементов при решении задач горной геомеханики.- М.: Недра, 1975,- с. 194.

42. Ж.С.Ержанов, Т.Д.Каримбаев Метод конечных элементов в задачах механики горных пород.- Алма-Ата: Наука, 1975,- с. 228.

43. С.Н. Комиссаров Управление массивом горных пород вокруг очистных выработок.- М.: Недра, 1983,- с. 238.

44. В.С.Ямщиков, Е.В.Федоров Деформирование приконтурного массива и прогноз обрушений.- Горное дело, №6, 1987,- с.46-48.

45. В.С.Ямщиков, И.III.Когаи, А.В.Корн Исследование проявлений горного давления при обработке Миргалимсайского месторождения на больших глубинах.- Горный журнал, №11, 1984,-с.51-54.

46. П.Т.Гайдин, М.Ф.Пстухов, В.М.Кириченко и др. Методы прогноза горных ударов на Таштагольском месторождении.- Горный журнал, №7, 1985,-с.57-60.

47. О.Н. Зайцев, В.И. Криворученко Оценка состояния кровли и целиков методом акустической эмиссии.- Горный журнал, №9, 1985,- с.58-61.

48. М.М Протодьяконов Методы определения прочности горных пород на одноосное сжатие.- В кн. Механические свойства горных пород: М., Изд-во АН СССР, 1963,-с.50-52.

49. Б.В. Матвеев О небходимом типе образцов для испытаний свойств горных пород.- Научн. труды: ВНИМИ, 1966, вып. 60, -с.11-20.

50. Д.М. Казикаев, В.Я. Анцибор Возможности использования оптической голографии при изучении процессов деформирования горных пород.- Горный журнал, №2, 1983, -с.49-51.

51. Б.В. Кузмин Метод голо1рафической интерференции при исследованиях горного давления на оптически активных моделях.- В кн. Научные основы создания высокопроизводительных и комплексно-механизированных рудников: М., 1980, -с.24-26.

52. Горное давление. Методы управления и контроля.- Материалы 6-ой Всесоюзной конференции по механике горных пород: Илим, 1979.

53. Г.А.Катков Исследование горного давления с применением фотоупругих элементов.- М.: Наука, 1978, -с. 216.

54. Г.И.Грицко, Г.И.Кулаков Измерение напряжений в горных породах фотоупругими датчиками.- Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние РАН, 1978,- с.114.

55. Г.П.Нуберт Измерительные преобразователи неэлектрических величин.-Перев. с англ.: JI., Энергия, 1970, -с.360.

56. В.А.Ацюковский Емкостные преобразователи перемещений.- M.-JI.: Энергия, 1966, -с.278.

57. В.А.Шушкевич Основы тензометрии.- Минск: Высшая школа, 1975,-с.212.

58. В.М.Стучебников Тензорезисторные преобразователи на основе гетероэ-питаксиальных crpyiciyp "кремний на сапфире".- Измерения, контроль, автоматизация, №4, 1982, -с. 15-26.

59. В.И.Ваганов, В.В.Беклемишев Схемы термокомпенсации полупроводниковых тензодатчиков (обзор).- Приборы и системы управления, №9, 1983,

60. А.Г.Протосеия, Б.С.Генин О создании информационно- вычислительной системы горного давления.- Горный журнал, 1983, № 4, -с. 18-21.

61. В.И.Ахматов, Л.Б.Иогансен, М.Д.Мазья Шахтный частотомер на иитегральных схемах,- В кн.: Измерение напряжений в массиве горных пород. Ч. III, Новосибирск, СО АН СССР, 1976,- с. 58-60.

62. Э.А.Бухмап, Б.С.Генин Опыт организации оперативного контроля проявлений горного давления на руднике Каула-Котсельваарга.- Цветная металлургия, 1977, №14, -с.8-12.

63. И.И.Протопопов, Э.А.Бухман, В.И.Силантьев и др. Автоматизированная система оперативного контроля состояния горных выработок.- Безопасность труда в промышленности, 1976, № 6,- с. 18-22.

64. В.О.Ямщиков, Л.Л.Павлов, М.М.Манукян и др. Система беспроводного контроля устойчивости массива для подземных рудников.- Горный журнал, 1977, № 3,- с. 24-29.

65. В.М.Сбоев, Г.Е.Яновицкая, А.М.Боровиков Радиотелеметрическая система контроля состояния массива через толщу горных пород.- В кн.: Измерение напряжений в массиве горных пород. ч.Ш, Новосибирск, СО АН СССР, 1976,-с. 42-45.

66. В.В.Ржевский, В.С.Ямщиков Акустические методы исследований горных пород в массиве.- М.: Наука, 1973,- с.270.

67. И.В.Горенштейн, В.В.Вальчук Сейсмоакустические исследования вскрышных пород угольных месторождений КАТЭКа.- Уголь, № 5, 1998,-с.15-19.

68. В.Ф.Копченов, Е.М.Митропольский, В.Б.Кульчицкий Применение шахтной сейсморазведки в объединении "Воркутауголь".- Уголь, № 3, 1986,-с. 13-15.

69. В.А.Смирнов, В.М.Проскуряков и др. Аппаратура для сейсмических исследований напряженного состояния массива горных пород.- В кн.: Измерение напряжений в массиве горных пород, ч. III, Новосибирск, СО АН СССР, 1976,-с.48-52.

70. Г.В.Суханов, В.Г.Казанцев, Д.Д.Аксененко Экспертная система помощи при ликвидациях аварий на угольных шахтах.- Уголь, №4, 1993, -с. 14-16.

71. Е.М.Морозов, Г.П.Никишков Метод конечных элементов в механике разрушения.- М.: Наука, 1980, с.285.

72. Г.И.Марчук Методы вычислительной математики.- Новосибирск, Наука, 1973,-с. 352.

73. Д.Л.Быков О некоторых методах решения задач теории упругости и пластичности.- В сб. Упругость и неупругость: МГУ, вып. 4, 1975,- с. 119-139.

74. Берген, Клаф Критерии сходимости итеративных процессов.- РКТ, 1979, Т. 10, №8,-с. 173-178.

75. А.Г.Протосеня, А.Н.Ставрогин, А.К.Черников, Б.Г.Тарасов К определяющим уравнениям состояния при деформировании горных пород в запредельной области.- ФТПРПИ, №3, 1981, -с.33-42.

76. И.М.Петухов, А.М.Липьков, Э.Н.Работа О решении дискретизированных задач горной геомеханики с учетом разупрочнения и разгрузки.- ФТПРПИ, №3, 1981,-с. 26-33.

77. Деформационный вариант уравнений запредельного деформирования горных пород.- В кн.: Исследования по упругости и пластичности, Л., №12, 1978,- с.21-27.

78. А.А.Ильюшин, В.С.Ленский О соотношениях и методах современной теории пластичности.- В сб.: Успехи механики деформируемого тела, вып. МГУ, 1974,-с. 6-11.

79. В.Н.Вылегжанин, П.В.Егоров, В.И.Мурашев Структурные модели горного массива в механизме геомеханических процессов.- Новосибирск: Наука, 1990,- с. 160.

80. Г.Г.Штумпф Механические свойства горных пород Кузнецкого угольного бассейна и закономерности их изменения.- ФТПРПИ, №4, 1994,-с.43-50.

81. Г.Г.Штумпф Деформация и разрушение осадочных пород вокруг капитальных и подготовительных горных выработок.- ФТПРПИ, 1990-, №3,-с.21-26.

82. Г.Г.Штумпф Исследование изменения физико-механических* свойств пород в окрестностях- горных выработок под влиянием подготовительных и очистных работ.- Подземная разработка мощных угольных пластов, Кемерово: КузПИ, 1979, -С.92.

83. Г.В.Михеев К практическому определению прочности горных пород на сжатие по результатам испытаний на растяжение.- Тр.ВНИМИ, 1974, сб. №92,-с. 139-140.

84. Породы горные. Методы физических испытаний. ГОСТ 21153.0-75-21153.7-75.-М.: Госстандарт, 1975, с.35.

85. Ю.Л.Худин, Л.Д.Маркман, Ж.П.Вареха, П.М.Цой Разрушение горных пород комбинированными исполни- тельными органами.- М.: Недра, 1978,-с.224.

86. Е.И.Ильницкая, Р.И.Тедер, Е.С.Ватолин, Ф.М.Кунтыш Свойства горных пород и методы их определения.- М.: Недра, 1969, -с.392.

87. Л.И.Барон, Б.М.Логунцов, Е.З.Позин Определение свойств горных пород.- М: Госгортсхиздат, 1962, -с.332.

88. Ж.С.Ержанов и др. Расчет нагруженностн опорных и поддерживающих целиков.- Алма-Ата: Наука, 1973, -с. 129.

89. В.В.Ржевский, Б.Ф.Братченко, А.С.Бурчаков, Н.В.Ножкин Управление свойствами и состоянием угольных пластов с целью борьбы с основными опасностями в шахтах.- М.: Недра, 1984,- с.327.

90. В.Е.Забигайло, Ю.Ф.Васючков, В.В.Репка Физико- химические методы управления состоянием угольно-породного массива.- Киев: Наукова Думка, 1989,-с. 192.

91. G.Gioda, O.De Donato Elastik-plastik analysis of geomechanical problems by mathematical programming.- Int. J. for Numerical and Analitical Methods in Geomechanics. 1979, vol. 3, №4, -p.40-45.

92. Л.Д.Маркман, Г.Н.Гуменюк, Г.П.Половнев Корреляционные взаимосвязи физических свойств горных пород.- Л.: Наука, 1972, -с.295.

93. Н.И.Безухов Основы теории упругости пластичности и ползучести.- М.: Высшая школа, 1968,-С.512.

94. Н.Н.Малинин Прикладная терия пластичности и ползучести.- М.: Машиностроение, 1968,-с.399.

95. В.И.Борщ-Копониец, Е.М.Тихомиров, Б.А.Крайнев, В.С.Мякишев, А.Б.Макаров Расчет, несущей способности панельных целиков, ослабленных выработками.- Горное дело №7, 1972,- с. 14-18.

96. Ю.Н.Работнов Ползучесть элементов конструкций.- М.: Наука, 1966,-с.270.

97. Ж.С.Ержанов Теория ползучести горных пород и ее приложения.-Алм-Ата: Наука, 1964,- с.263.

98. В.В.Москвитин Сопротивление вязко-упругих материалов.- М.: Наука, 1972,- с.327.

99. В.В.Новожилов Основы нелинейной теории упругости.- М., Гостех-издат, 1948,- с.344.

100. И.И.Ворович, Ю.П.Красовский О методе упругих решений.- ДАН, 1959, №4,- с. 126.

101. Д.Л.Быков, В.А.Шачнев Об одном обобщении метода упругих решений.- ПММ, вып.2, т.ЗЗ, 1969,- с. 15-18.

102. И.А.Биргер Некоторые общие методы решения задач теории пластичности.- ПММ, 1951, т. 15, вып.6,- с.22-26.

103. И.А.Биргер Теория пластического течения при неизотермическом нагружении.- Изв. АН СССР: Механика и машиностроение, 1964, №1,- с.57-60.

104. И.А.Биргер Расчет конструкций с учетом пластичности и ползучести.-Изв. АН СССР: Механика и машиностроение, 1965, №2,- с.67-71.

105. А.Надаи Пластичность и разрушение твердых тел.- М., Л., 1954, -с.408.

106. C.A.Brebbia, С.Walker Boundary element techniques in engincering.-London: Butterworth, 1980.Русский перевод: К.Бреббия, С.Уокер Применение метода граиич- пых элементов в технике.- М., Мир, 1982, -с.482.

107. P.K.Banerjee, R.Butterfild Boundary element method in engineering scince.-London-Nevv York, 1981. Русский перевод: П. Бенерджи, Р. Баттерфилд Методы граничных элементов в прикладных науках,- М., Мир, 1984,- с.494.

108. С.Г.Михлин Многомерные сингулярные интегралы и интегральные уравнения.- М.: Физматгиз, 1962, -с.328.

109. Л.В.Канторович, В.И.Крылов Приближенные методы высшего анализа." М.:Физматгиз, 1962, -с. 417.

110. А.А.Самарский, А.В.Гулин Численные методы.- М.: Наука, 1989,- с.432

111. G.R.Tomlin Numerical analysis of cotinuum problems in zoned anisotropic media.- Ph. D. thes.- Southampton Univ., 1972.

112. S.L.Crouch, A.M.Starfield Boundary element method in solid mechanics.-London-Boston-Sydney,1983. Русский перевод: С.Крауч, А. Старфилд Метод граничных злементов в механике твердого тела.- М., Мир, 1987,- с.328.

113. G.K.Youngern, A.Acrivos Stokes flow past a particle of arbitrary shape: a numerical method of solution.- J. Fluid. Mech., № 69, 1975,- p.377-403.

114. А.Я.Александров Решение основных задач теории упругости путем численной реализации метода интегральных уравнений.- В сб. "Успехи механики деформируемых сред": М., Нука, 1975,-с.З-24.

115. А.Я. Александров, Б.И.Зиновьев Приближенный метод решения плоских и пространственных задач теории упругости для тел с армирующими элементами и разрезами.- В сб. "Механика деформируемых тел и конструкций": М., Машиностроение, 1975, -с. 15-25.

116. Справочник по специальным функциям.- Под ред. М.Абрамовича, И.Стиган: М., Наука, 1979,- с.621.

117. Н.И.Мусхелишвили Некоторые основные задачи математической теории упругости.- М.: Наука, 1966, с. 471.

118. Метол граничных интегральных уравнений /серия новое в зарубежной науке под ред. Т. Круза, Ф. Риццо/, М.: Мир, №15, 1978,- с.209.

119. Ф.М. Безунер, Д.У. Сноу Применение двумерного метода граничных интегральных уравнений для решения инженерных задач.- В кн.: Метод граничных интегральных уравнений /серия новое в зарубежной науке/, М.: Мир, №15, 1978, -с. 129-151.

120. Кнаусс (W.G. Knauss) Диализ квазиупругого разрушения ракетных двигателей твердого топлива при действии переменных температур.- Ракетная техника и космонавтика, №11, 1968,-с. 68-75.

121. Е.А.Нльчанинов, М.А.Розспбаум, А.И.Шор Влияние изменений напряжений и деформаций на динамику температуры угольных блоков.- Уголь, 1977, №2.

122. Ю.В.Громов, В.П.Крутиков, В.Г.Карманов Исследование температурного поля в призабойной части пласта и вокруг подготовительной выработки.- ФТПРПИ, 1979, № 5,- с. 17-23.

123. П.А.Рейпольский, М.А.Розенбаум Исследование изменений температуры в массиве на выбросоопасных пластах.- Уголь Украины, 1978, № 10,-с.24-26.

124. Ю.Н.Макаров Установление полей напряжений по распределению температуры в окрестности очистных и подготовительных выработок.-ФТПРПИ, № 5, 1982, -с. 40-46.

125. А.Ф.Галкин, Ф.М.Киржнер, В.Н.Скуба Определение параметров профева пород при переходе геологических нарушений в условиях многолетней мерзлоты.- ФТПРПИ, № 5, 1982, -с. 11-16.

126. У.Гюттлер Крепление шахтного ствола, проходимого способом замораживания. Исследование на моделицентрифуге и их расчетное подтверждение.- Глюкауф, №7, 1992, -с.22-26.

127. F.Bittner, E.Shauwecker, L.Wiesenfeld Abteufen und Ausbauen. In: (Hrsg.): Handbuch des Gefriershachtbaus in Bergbau. Essen: Verlag Gluckauf 1985.

128. Д.Д.Коваленко Основы термоупругости.- "Наукова Думка", Киев, 1970,- с.308.

129. А.В.Лыков, Ю.А.Михайлов Теория тепло- и массообмена.- Москва-Ленинград, Госэнэргоиздат, 1963,- с.536.

130. Г.Корн, Т.Корн Справочник по математике для научных работников и инженеров.- М., Наука, 1973,- с.832.

131. Е.И.Глузберг, Н.Ф.Грашенков, В.С.Шалаев Комплексная профилактика газовой и пожарной опасности в угольных шахтах.- М., Недра, 1988, -с.184.

132. Дж.Хаппель, Г.Бреннель Гидродинамика при малых числах Рейноль-дса.- М., Мир, 1976, -с.630.

133. И.В.Ширко Численное исследование течений в гранулированных средах.- В кн.: Численное моделирование в аэрогидродинамике.- М., Наука, 1986, -С.245.

134. И.М.Петухом, А.М.Линьков, В.С.Сидоров и др. Расчетные методы в механике горных ударов и выбросов,- Справочное пособие, М., Недра, 1992,-с.256.

135. Рудничная вентиляция: Справочник / Н.Ф.Гращспков, Л.Э.Пстросяп, М.А.Фролов и др.; под ред. К.З.Ушакова.- 2-е изд., перераб. и доп., М., Недра, 1988,-с. 440. ■

136. В.Н.Щелкачев Разработка нефтеводоносных пластов при упругом режиме,- М., Гостоптехиздат, 1959.

137. П.Я.Полубаринова-Кочина Теория движения грунтовых вод,- М., Гостехтеориздат, 1952,-с.254.

138. Н.Н.Малинин, Г.М.Хажинский Применение метода конечных элементов в решении осесимметричных и плоских задач теории упругости.- В кн.: Расчеты на прочность (сборник статей), вып. 16, 1975, -с. 318.

139. С.К.Годунов, В.С.Рябенький Разностные схемы. Введение в теорию.-Изд. 2-е перераб. и доп., М., Наука, 1977, -с. 440.

140. T.A.Cruse, P.H.Besuner Residuel dife prediction for surface crades in complex structural details.- J. of aircraft, v. 12, №4, 1975,- pp.369-375. •

141. T.A.Cruse, G.J.Meyers Thry-dimensional elastic fracture mechanics analyses.- J. of struct, div., ASCE, №103(ST2),- p. 309-320.

142. J.C.Lashat, J.O.Watson Effective numerical treatment of boundary integral equations a formulation for three-dimensional elasto-statics.- Int. J. Numer. Meth. Eng., v.10, №5, 1976,-p.991-1005.

143. F.J.Rizzo, D.J.Shcppy An advanced boundary integral equation method for three-dimensional thermo-elastisity.- Int. J. Numer. Meth. Eng., v. 11, №11, 1977,-p. 1753-1761.

144. T.A.Cmse, R.B.Wilson Advanced applications of boundary integral equations methods.- Nucl. Eng. Design, v.46, 1978,- p.223-234.

145. J.C.Lashat, J.O.Watson Progress in the use of boundary integral equations illustrated by examples.- Comput. Meth. in Appl. Mech. Eng., v. 10, №3, 1977,-p.273-289.

146. M.F.S.Pereira, C.A.Soares A comparative study of seocral boundary elements in elasticity.- Boundary Element Method Proc. of the 3-rd: Int. Seminar, 1981,- p. 123-136.

147. C.Patterson, M.A.Sheikh Non-coufonuiny boundaiy elements for stress analisis.- Ed. C.A. Brebbia. Boundary Element Methods. Proc. of the 3-rd: Int. Seminar, 1981,-p. 137-152.

148. C.Patterson, N.A.Elsebai Л regular boundary method using non-conforminy elements for polcntial problems in three dimensions.- Ed. C.A. Brcbbia. Boundary Element Method in Engineering. Proc. of the 4-th: Int. Seminar, 1982.

149. A.Gakvvaya, G.Dhaft An implementation of stress dcscontinuity in the boundary element method.- Ed. C.A. Brebbia. Boundary Element Method in Engineering. Proc. of the 4-th: Int. Seminar, 1982.

150. Э.А.Авокян, А.Т.Горбунов, В.II.Николаевский Нелинейиоупругий режим фильтрации в трещиноватых пористых пластах.- М., Недра, 1968,- с.112.

151. В.Н.Николаевский К построению нелинейной теории упругого режима фильтрации жидкости и газа.- Прикл. механика и техн. физика, № 4, 1961,-с.18-23.

152. В.А.Мироненко, В.М.Шестаков Основы гидрогеомеханики.- М., Недра, 1974,- с.267.

153. Г.Карслоу, Д.Егер Теплопроводность твердых тел.- Физматгиз, М., 1964, -с.475.

154. А.Н.Тихонов, А.А.Самарский Уравнения математической физики.- М., Гос. Изд-во Технико-Теоретической Литературы, 1953, -с.679.

155. Д.Керн, А.Краус Развитые поверхности теплообмена.- М., Энергия, 1977, -с.462.

156. Г.П.Черепанов Механика хрупкого разрушения М.: Наука, 1974, -С.640

157. В.Г.Казанцев, А.И.Мишичев Конечноэлементный анализ поля напряжений в окрестности трещин прямыми и энергетическим методами.- Прикл. механика, 1982, 18,№3,-с. 77-81.

158. В.З.Партон, Е.М.Морозов Механика упруго-пластического разрушения.- М, Наука, 1974.-е. 352

159. S. K.Chan, J.S.Tuba, W. K.Wilson On the finite element method in linear fracture mechanics.- Eng. Fracture Mech., 1970, № 2,- p. 1-17.

160. А.А.Каминский Исследование поля напряжений возле малых радиальных трещин, выходящих на контур отверстия.- Прикл. механика, 1971, 7, № 12,-с. 112-115.

161. Н.Дж.Альтиеро, Д.Л.Сикарски Применение метода интегральных уравнений к задачам механики горных пород о внедрении инструмента.//В кн.: Метод граничных интегральных уравнений, по ред. Т.Круза и Ф.Риццо.- М., Мир, № 15, 1978, -с. 152-182.

162. Г.И.Самарцев, Р.П.Окагов К оценке устойчивого состояния прикотур-ного массива незакрепленной горной выработки. Горный журнал, № 1, 1994,-с.49-50.

163. Н.С.Булычев Механика подземных сооружений.- М.: Недра, 1982 .-с.270.

164. И.И.Трупин Критерии прочности в условиях ползучести при сложном напряженном состоянии.- Прикладная механика, т.1, вып.7, 1965, -с.28-32.

165. J.A.L.Napick Modelling of fracturing near deep level gold mine excavation using a displacement discontinuity approach.// Mechanics of jointed and faulted rock/Ed.U.P. Rossmanith.- Rotterdam : Balcema, 1990.

166. Г.М.Хажинский О теории ползучести и длительной прочности.- МТТ, 1971,№ 6,- с.64-69.'

167. Дж.Гудьер Математическая теория равновесных трещин. // В кн: Разрушение, т.2.- М.: Мир, 1975.- с. 13-82.

168. J.C. Jaeger, N.G. Cook Fundamentals of rock mecha- nics. // London, Chappman and Hull, 1971.

169. A.A. Griffith Philos. trans, roy. soc.- London, ser. A, 221, 1920, -p. 163.

170. Г.Си, Г.Либовиц Математическая теория хрупкого разрушения.- В кн.: Разрушение, том 2, под ред. Г. Либовица.- М., Мир, 1975,-с. 83-203.

171. F.Erdogan, G.C.Sih On the crack extension in plates under plane loading and transverse shear.//J. of Bsh. Engrg., 85, 1963, -p. 519-527.

172. G.C.Sih Strain-Energy-Densiti factor applied to mixed mode crack problems.// Int. J. of Fracture Mech., 1974, vlO, №3,-p.305-322.

173. Г.П.Нуберг Измерительные преобразователи неэлектрических величин.- Перев. с англ., Л., Энергия, 1970.

174. В.Г.Казанцев, В.В.Некрасов, О.В.Михеев, В.И.Магдыч Автоматизированная система диагностики напряженнодеформированного состояния горного массива.- М.: Изд. МГГУ, 1994,- с.ЗЗ.

175. В.Г.Казанцев, М.Г.Потапов, И.И.Хорин Экспериментальные методы определения НДС конструктивных элементов шахтных полей.- Технические предложения. Отчет по теме №3-ТТ-93, этап1, книга 1, Бийск, 1993,- с. 98.

176. И.М.Петухов Горные удары на угольных шахтах.- М., Недра, 1972,-с.214.

177. А.Д.Панов, К.В.Руппенейт, Ю.М.Либерман Горное давление в очистных и подготовительных выработках.- М.,Госгортехиздат, 1959, с.326.

178. Б.В.Смирнов Теоретические основы и методы прогнозирования горно-геологических условий добычи полезных ископаемых по геологоразведочным данным,- М., Недра, 1976, -с. 173.

179. Г.Л.Фисенко Предельные состояния горных пород вокруг выработок. -М., Недра, 1976, -с.228.182. ß. В. Ход от Внезапные выбросы угля и газа.- М., Госгортехиздат, 1961,-с.118.

180. И.М.Петухов, В.А.Литвин и др. Горные удары и борьба с ними на шахтах Кизеловского бассейна.- Пермское книжное изд-во, 1969, -с. 164.

181. К.В.Кошелев, А.Н.Куракалов, В.В.Репка и др. Физико-химический способ укрепления вмещающих пород.- Шахт, стр-во, 1983, №8, -с.7-9.

182. A.C. 128515 СССР, МКИ Е 21 D 11/00. Способ предотвращения пучения пород почвы выработки /В.Е.Забигайло, В.В.Репка, В.И. Калиниченко и др.- Опубл.23.03.87, бюл.№3.

183. Ю.Ф.Васючков, А.Г.Егоров, Ю.П.Кочков Повышение безопасности горных работ путем нагнетания в пласт полимерных соединений.- М.: ЦНИЭИ Уголь, 1986,- с.29.

184. Ф.А.Абрамов, В.А.Олейник, В.В.Репка Физико-химический способ предотвращения газодинамических явлений в угольных шахтах.- Киев, Наук, думка, 1982,-с. 106.

185. Г.А.Кухаренко Химия и генезис ископаемых углей.- М., Госгортехиздат, 1960,-с.327.

186. С.А.Сапотиицкий Использование сульфитных щелоков.- М.: Лесн. пром-сть, 1965, -с. 123.

187. H.H.Круглицкий Основы физико-химической механики.- Киев, Вища школа, 1977, -.135.

188. В.В.Некрасов, О.В.Михеев, В.Г.Казанцев, А.И.Гук, В.И.Магдыч Идентификация подземного пожара.- М.: Изд. МГГУ, 1995, -с.53.

189. В.В.Панасюк Предельное равновесие хрупких тел с трещинами.- Киев, Hay кова думка, 1968.

190. Методические указания по технико-экономическому обоснованию и выбору рациональных технологических схем подземного транспорта на действующих шахтах.- Донецк: Донуги, 1974, -с.62.

191. Ю.К.Ватманов Развитие технологии горных работ действующих шахт, обеспечивающей интенсификацию производства.- Дисс. . д-ра техн. наук, Донецк, 1986,- с.436.

192. В.В.Рейка Новые физико-химические способы управления состоянием горного массива.- Шахт, стр-во, №3, 1987, -с. 12-15.

193. Д.Ю.Палеев, О.П.Брабандер Математическое моделирование активного воздействия на взрывоопасные области и очаги горения в угольных шахтах.-Из-воТГУ, 1999, -с.202.

194. А.В.Севостьяпов, Н.К.Рудспко Геометрическая интерпретация области сдвижения падугольной голщи при разработке пологого пласта.- Горный журнал, 1975, №12, с.34-37.

195. А.И.Смирнов К расчету напряженного состояния и шага первого обрушения основной кровли в лавах пологих пластов.- Горный журнал, 1976, №3,- с. 18-24.

196. А.Н.Медянцев, Н.И.Скоробогатский, С.А.Медянцев Влияние фактора времени на процесс сдвижения земной поверхности над горными выработками.-Горный журнал, 1976, №3,- с. 47-47.

197. В.А.Мичков Некоторые закономерности влияния природных и технологических факторов на проявление опорного давления.- Горный журнал, 1976, №4,- с. 10-13.

198. В.А.Мичков, Е.П.Афанасьев, И.Е.Чернов Исследование слеживаемости обрушенных пород в шахтных условиях.- Горный журнал, 1976, №9,- с.20-22.

199. С.А.Летов, Б.И.Слинкин Изменение угла наклона трещин обрушения и нагрузок на крепь по мере увеличения пролета выработанного пространства.-Горный журнал, 1976, №11, -с. 14-17.

200. В.Д.Мороз А.П.Беляев Расчет горного давления в очистных забоях на большой глубине при управлении кровлей полным обрушением.- Горный журнал, 1977, № 10,- с. 16-21.

201. А.А.Борисов, Н.Н.Кайдалов, В.Г.Лобазин Расчет опорного давления при плавном опускании кровли.- Горный журнал, 1977, №10, -с.22-25.

202. В.Д.Мороз, А.Н.Беляев Аналитический метод определения предельныхпролетов выработанного пространства на больших глубинах.- Горный журнал, 1978, №1,- с. 15-17.

203. В.И.Промин, И.Л.Машковцев К расчету величин опорного давления в очистном забое по деформациям скважин.- Горный журнал, 1978, №2,- с.50-53.

204. В.Н.Корнилов Расчет параметров остаточного опорного давления на первых и нижних слоях мощных пластов с учетом фактора времени.- Горный журнал, 1978, №6, -с. 10-14.

205. Н.М.Чельцова, В.В.Чельцов Исследование боковой зоны опорного давления на шахтах Читинского месторождения.- Горный журнал, 1978, №8,-с.13-15.

206. В.И.Борщ-Компаниец Механика горных пород, массивов и горное давление.-М., 1968,-с.286.

207. В.Л.Шкуратпик, А.В.Лавров О теоретической модели эффектов памяти в горных породах,- ФТПРПИ, №1, 1995, -с.25-33.

208. К.Г.Лыков Разработка методов определения напряженного состояния массива горных пород па основе их эмиссионных эффектов памяти.- Дис. канд. техн. наук, М:МГИ,1989.

209. Y.Kiiwahara, K.Yamamoto, T.Hirasawa An experimental and theoretical study of inelastic deionna- tion of brittle rocks under cyclic uniaxial loading.- Tohoku Geoph.J. (Sci. Rep. Tohoku Univ., Ser. 5), 1990, v.33, №1.

210. В.Ф.Кошелев, А.М.Линьков О возникновении акселерации разрушения и критической скорости при очистных работах около целика.- ФТПРПИ, №4, 1995, -с. 25-41.

211. В.В.Некрасов, В.Г.Казанцев, О.В.Михеев, В.И.Магдыч Оценка напряженно-деформированного состояния массива пород в окрестности горных выработок.- М.: Изд. МГГУ, 1994,- с.54.

212. Г.Н.Кузнецов Механические свойства горных пород.- М.: Углетех-издат, 1947,- с. 180.

213. Р.А.Такранов Влияние прочностных свойств пород на природную трещиноватость //Управление горным давлением и прогноз безопасных условий освоения угольных месторожде- ний: Сб. науч. тр. ч.2/ Л., 1990, -с. 68-79.

214. Т.Екобори, С.Коносу, А.Екобори Микро- и макро- подходы в механике разрушения к описанию хрупкого разрушения и усталостного роста трещин.- В кн.: Новое в зарубежной науке. Механика №20. М.: Мир, 1980, -с. 8-14.

215. А.Г.Протосеня, В.А.Александров К построению модели смешанного разрушения горных пород и твердых тел.- ФТПРПИ, №3,- с.39-46.

216. Z.T.Bieniawski Mechanism of brittle fracture of rock. Parts I-III //Int.J.Rock Mech. Mining Sci.- 1967, v.4,- p.395-430.

217. W.R.Wawersik Detalied analysis of rock failure in laboratory compression tests. Ph. D. Thesis.- Minneapo- lis: University of Minnesota, 1968.

218. А.Н.Ставрогин, Б.Г.Тарасов, О.А.Ширкес, Е.Д.Певзнер Прочность и деформация горных пород в допредельной и запредельной областях.- ФТПРПИ, №6, 1981,- с.3-11.

219. А.Н.Ставрогин, Б.Г.Тарасов, Е.Д.Певзнер Влияние скорости деформирования на запредельные характеристики горных пород.- ФТПРПИ, №5, 1982,-с.8-15.

220. А.М.Линьков Об устойчивости при разрушении пород во времени.-ФТГ1РПИ, №1, 1989, -с.7-12.

221. А.М.Линьков Асимптотические соотношения, акселерация разрушения и докритический рост трещин при ползучести.- ДАН СССР, т.319, №3.

222. В.Г.Казанцев К оценке прочности и кинетики накопления повреждений при решении задач горной мсханики.//Прсдупрсждснис травматизма и аварий в угольных шахтах и на разрезах: Науч. тр./ ВостНИИ.- Кемерово, 1999.- с.91-103.

223. Казанцев В.Г. Исследование накопления повреждений в модели цилиндрической выработки с провокатором разрушения. //Предупреждение травматизма и аварий в угольных шахтах и па разрезах: Науч. тр.// ВостНИИ.-Кемерово, 1999.-с. 103-115.

224. В.Г.Казанцев, В.И.Шупдулиди К задаче о выборе рациональных вариантов расположения выработок в мощных угольных пластах. //Предупреждение травматизма и аварий в угольных шахтах и на разрезах: Науч. тр.// ВостНИИ.- Кемерово, 1999.- с. 116-124.

225. J.G.Williams, P.D.Ewing Fracture under complex stress the angle crack problem.- Int. J. of Fracture Mech. 8, 1972, -p.441-446.

226. G.C.Sih, M.E.Kipp Discussion on fracture under complex stress the angle crack problem.- Int. J. of Fracture (in press).

227. Дж.Ф.Нотт Основы механики разрушения.- Перев. с англ. М.: 1978,-с.256.

228. G.R.Irwin Fracture mechanics.- Structural Mechanics, Pergamon Press, London, England, 1960,-p.560-574.

229. К.И.Иванов, К.П.Батанели Некоторые результаты натурных исследований несушей способности и напряженного состояния угольных целиков.- Уголь, №3, 1963, -с. 15-21.

230. Н. Wagner Determination of the complete load-defonnation characteristics of coal pillars.- Advances in rock mechanics. Proc. 3-d Congress Int. Soc. Rock Mech., v.II B, 1974.

231. О.В.Михеев, В.Г.Лурий Управление состоянием массива пород.- М.: Изд. Мггу, 1990,- с. 403.

232. Д.В.Исаханов, В.Н.Кислоокий и др. Система математического обеспечения прочностных расчетов пространственных конструкций.- Проблемы прочности, 1978, №11,-с. 51-62.

233. Д.В.Вайнберг, А.С.Городецкий и др. Метод конечного элемента в механике деформируемых тел.- Прикладная механика, т.8, вып.8, 1972, -с. 16-28.

234. C.Mareczek, D.SIiarpI Three dimensional analysis of preturistcd impeller blade by means of ASKA.- Research Report, 9, Piatt and Whitney, I.S.D., University of Stuttgart, 1968.

235. Михеев O.B., И.А.Шупдулиди, В.Г.Казапцев Разработка метода оценки прочности и устойчивости массива горных пород в окрестности горных выработок. /Горн, ииф.-аналит. бюлл., 2000.-№ L- с. 14-23.

236. В.С.Зыков, В.И.Мурашев, В.Н.Пузырев, Г.Н.Фейт и др. Руководство по предупреждению внезапных выбросов угля и газа в очистных забоях угольных шахт.- // НЦ ВостНИИ.- Кемерово, 2002.- с.36.

237. В.Г.Казанцев, В.С.Зыков, О.В.Михеев Руководство по применению локального диагностического комплекса оценки состояния углепородного массива для управления безопасностью ведения горных работ.- // НЦ ВостНИИ.-Кемерово, 2002.- с.28.

Информация о работе

Казанцев, Владимир Георгиевич
доктора технических наук
Кемерово, 2003
ВАК 25.00.22

Диссертация

Обоснование рациональных пространственно-планировочных и технологических решений на базе эффективного управления геомеханическими процессами на угольных шахтах - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы