Прогноз допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли горной выработки, закрепленной анкерами

Хлусов, Александр Евгеньевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Прогноз допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли горной выработки, закрепленной анкерами
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Прогноз допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли горной выработки, закрепленной анкерами"

На правах рукописи

ХЛУСОВ Александр Евгеньевич

ПРОГНОЗ ДОПУСТИМОГО ПРОГИБА НЕОДНОРОДНОЙ СЛОИСТОЙ КРОВЛИ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ, ЗАКРЕПЛЕННОЙ АНКЕРАМИ

Специальность 25 00 20 - Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11111111II 111!1111111№

□0315Э086

Санкт-Петербург - 2007

Работа выполнена в ОАО «Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела — Межотраслевой научный центр ВНИМИ»

Научный консультант — доктор технических наук, профессор

Громов Ю. В.

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Карташов Ю.М.

кандидат технических наук Антонов A.A.

Ведущее предприятие - ЗАО «Институт «Шахтопроект»

октября 2007 г в/^

Защита диссертации состоится октября 2007 г в мин на

заседании Диссертационного совета Д 002 108 01 при ОАО «Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела -Межотраслевой научный центр ВНИМИ» по адресу 199026, С -Петербург, Средний пр , 82

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИМИ

Автореферат.диссертации опубликован на сайте www.vnimi.ru и разослан по почте ¿хЛ сентября 2007 г

Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор технических наук

Мустафин М Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: Кровля горных выработок шахт, разрабатывающих месторождения осадочных полезных ископаемых, в большинстве случаев состоит из слоев, которые отличаются физико-механическими свойствами, мощностью и условиями сцепления по контактам После проведения таких выработок толща пород кровли с течением времени, как правило, расслаивается, что приводит к снижению ее устойчивости и безопасности работ В последние годы в качестве крепи горных выработок, как на отечественных, так и на зарубежных шахтах все чаще используются стале-полимерные анкеры, поскольку их применение для большого круга горногеологических и горнотехнических условий оказалось экономически выгодным и технически эффективным

В процессе эксплуатации таких выработок необходим контроль их технического состояния Одним из способов оценки устойчивости кровли выработок, закрепленных анкерами, служит сравнение величины ее текущего прогиба с допустимым значением Однако допустимая величина прогиба кровли в большинстве случаев определяется по результатам многолетних наблюдений за ее поведением в процессе эксплуатации выработок Получение этих данных, таким образом, является длительным и трудоемким процессом, в то время как они необходимы уже на стадии проектирования выработки К тому же эмпирические зависимости не объясняют природы происходящих явлений и пригодны только для конкретных условий, а значит, не могут претендовать на универсальность, как, например, аналитические

В настоящее время наиболее значительные успехи в прогнозе проявлений горного давления в выработках достигнуты в натурных исследованиях, обобщением которых стали «Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР», а позднее - «Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России», разработанные под руководством ВНИМИ В этих работах, являющихся сейчас основными нормативными документами при проектировании горных сооружений, расчеты параметров крепи производятся по величине ожидаемых смещений, которые находятся на основе типовых, представляющих собой усредненную величину смещений на контуре выработки, исходя из глубины ее заложения и расчетной прочности пород при сжатии Однако значения допустимого прогиба кровли выработки, необходимого для инструментального контроля ее состояния, эти документы не дают

Несмотря на целый ряд работ, посвященных проблеме обеспечения устойчивости кровли (А Н Динник, В Д Слесарев, Г Н Кузнецов, С Т Кузнецов, И Н Воронин, К В Руппенейт, Ж С Ержанов, С Г Лехницкий, М В Курленя, Ю М Либерман, А М Линьков, Н Ф Донцул, Н П Бажин, О И Мельников, В В Райский, В П Стеценко, Б 3 Амусин, Н С Булычев, А Г Оловянный,А Г Протосеня, В П Зубов, О В Ковалев и др ), анали-

тические расчеты смещений слоистой кровли в настоящее время вызывают затруднения Это объясняется тем, что для строгих аналитических расчетов смещений пород на контуре выработки необходимо знать исходное напряженное состояние и комплекс прочностных, деформационных и реологических характеристик массива, прямые методы определения которых отсутствуют Кроме того, важным моментом является то, что теория упругости базируется на законе Гука для идеально-упругих изотропных сред, каковыми горные породы в большинстве своем не являются, учитывая их пластичность и слоистость

Таким образом, несмотря на существующие теоретические решения и нормативно-методические документы, определение величины допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли по-прежнему остается актуальной задачей, не получившей полного решения

Целью работы является повышение достоверности инженерных методов прогноза допустимого прогиба слоистой неоднородной кровли горной выработки прямоугольного сечения, закрепленной сталеполимерными анкерами по принципу сшивания слоев в единую плиту

Идея работы заключается в том, что для определения допустимого прогиба заанкерованной неоднородной слоистой кровли используются установленные закономерности реологического процесса снижения величины предельной относительной деформации пород и их контактов

Методы исследований. Для достижения поставленной цели использовались методы исследований, включающие анализ и обобщение данных натурных и лабораторных исследований, содержащихся в литературных и фондовых источниках, лабораторное моделирование на образцах горных пород, аналитическую обработку результатов исследований с применением теории строительной механики, сравнение результатов аналитических расчетов с экспериментальными данными шахтных замеров

Задачи исследований:

- определить характер деформирования и несущую способность породных слоев и их контактов при упруго-пластическом изгибе и сдвиге соответственно,

- установить закономерности изменения во времени прочности и предельной деформации (разрушения) пород и межслоевых контактов при их длительном нагружении - упруго-пластическом изгибе и сдвиге соответственно,

- разработать метод расчета упруго-пластических многослойных неоднородных балок по предельным деформациям,

- изучить деформирование заанкерованной неоднородной слоистой кровли на примере упруго-пластического изгиба многослойных неоднородных породных балок в режиме длительного нагружения,

- разработать методику расчета допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли выработок прямоугольного сечения, закрепленных сталеполимерными анкерами

Научные положения, выносимые на защиту:

1 Характер изменения во времени прогиба неоднородной слоистой кровли, закрепленной анкерами, определяется как реологическими свойствами слагающих ее пород, так и толщиной слоев, а также их взаимным расположением

2 Допустимый прогиб заанкерованной неоднородной слоистой кровли, соотносимый для оценки ее устойчивости с величиной фактического прогиба, является временной функцией предельных относительных деформаций (разрушения) породных слоев и их контактов

3 Величина предельной деформации сдвига контакта пород, определяющая прогиб заанкерованной пачки неоднородной слоистой кровли, при котором происходит ее расслоение, с увеличением нормальных напряжений остается практически постоянной

Научная новизна работы заключается в следующем:

1 Экспериментально доказано, что при длительном нагружении предельная относительная деформация растяжения породы при изгибе и предельная относительная деформация сдвига контакта пород изменяются

2 Установлено, что нормальные напряжения, действующие на контакте породных слоев, не оказывают существенного влияния на величину его предельной (разрушающей) деформации сдвига

3 Получена функция ползучести неоднородной слоистой балки, определяющаяся деформационными и реологическими характеристиками ее породных слоев, а также их расположением относительно нейтральной оси

4 Установлена степень влияния податливости краевой части пласта полезного ископаемого на величину допустимого прогиба кровли выработки

5 Определены количественные соотношения между параметрами ползучести породы при изгибе, сжатии и растяжении, позволяющие определять данные реологические характеристики по результатам испытаний горной породы только на длительный изгиб При этом установлена особенность деформирования горной породы во времени, заключающаяся в том, что скорость ползучести породы при растяжении больше, чем при сжатии

Личный вклад автора заключается в постановке задач и разработке методики исследований, в организации и проведении лабораторных экспериментов и теоретических исследований по изучению деформирования во времени слоистых неоднородных породных балок, в обработке материалов экспериментов и получении основных научных результатов

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается представительным объемом испытаний одно- и многослойных моделей, изготовленных из трех разновидностей горных пород, включающим реологические исследования, занявшие более двух лет (испытано около 200 моделей), удовлетворительной сходимостью расчетных данных, результатов лабораторных экспериментов и натурных исследований на шахтах ОАО «Воркутауголь»

Практическое значение работы заключается в разработке методики расчета допустимого прогиба заанкерованной слоистой неоднородной кровли, необходимого для инструментального контроля ее состояния

Реализация работы. Результаты работы предназначены для использования при решении вопросов контроля состояния заанкерованной кровли горных выработок на угольных шахтах

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на конкурсе молодежи предприятий, научно-исследовательских институтов и учебных заведений на лучшую научно-техническую работу (Москва, 1998 г), заседаниях секции по геомеханике ученого совета ВНИМИ (С -Петербург, 2003-2005 гг ), научно-технических советах ОАО «Воркутауголь», XV конкурсе на лучшую молодежную научно-техническую разработку по проблемам топливно-энергетического комплекса в 2006 году («ТЭК-2006», Москва)

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 152 наименований Содержит 198 страниц машинописного текста, в т ч 15 таблиц и 64 рисунка

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации проанализировано современное состояние вопроса, касающегося практических и аналитических методов расчета смещений кровли выработок

Вопросы, связанные с расчетом смещений контура и нагрузок на крепь выработок, ввиду их чрезвычайной практической важности занимают одно из центральных мест в горной геомеханике Сложность этих вопросов обусловлена тем, что факторы, существенно влияющие на проявления горного давления в выработках, весьма многочисленны К ним относятся и особенности строения массива, и характеристики прочностных и деформационных свойств горных пород, и конструкционные и технологические параметры применяемых крепей

Анализ показывает, что, несмотря на целый ряд работ, посвященных расчету смещений пород кровли выработок, решение указанной задачи строгими аналитическими методами вызывает затруднение Отдельные же феноменологические гипотезы не имеют надежной основы, вследствие чего методы, базирующиеся на теории упругости, могут быть использованы только на промежуточных этапах, т е доя определения напряжений или деформаций в элементах конструкций Для строгих аналитических расчетов смещений пород на контуре выработки необходимо знать исходное напряженное состояние и комплекс прочностных, деформационных и реологических характеристик массива, прямые методы определения которых трудоемки или отсутствуют Условное же

принятие этих характеристик путем введения в расчеты различных эмпирических коэффициентов и допущений переводит строгие аналитические решения в приближенные и тем самым сводит на нет всю ценность этого метода Кроме того, важным моментом является то, что теория упругости базируется на законе Гука для идеально-упругих изотропных сред, каковыми горные породы в большинстве своем не являются, учитывая их пластичность, слоистость и на-рушенность Поэтому, на современном этапе рассчитать допустимые смещения кровли горных выработок с определенной достоверностью возможно только с максимальным использованием результатов экспериментальных исследований

На основании выполненного анализа состояния вопроса сформулированы цель и задачи настоящего исследования, а также определены способы их решения

Во второй главе приводятся результаты аналитических исследований напряженно-деформированного состояния изгибаемой однослойной породной балки как упруго-пластического тела, а также результаты лабораторных экспериментов по определению деформационно-прочностных и реологических свойств осадочных пород при изгибе

Как показывает практика, горные породы (и в первую очередь породы осадочного происхождения) идеально-упругими свойствами не обладают Диаграммы их сжатия-растяжения говорят о том, что зависимость между напряжениями и деформациями имеет нелинейный характер Поэтому, если считать, что теория, основанная на прямо пропорциональной зависимости между напряжениями и деформациями (т е закон Гука), дает первое приближение к действительности, то второе и значительно лучшее приближение получится, если в основу расчетов положить диаграмму неупругого тела, очерченную по некоторой известной кривой Поэтому, с целью более точного описания поведения пород под нагрузкой, зависимость между напряжениями а и относительными деформациями е была принята степенной

(1)

где стс, Ес и ор, Ер - напряжение и модуль деформации породы, соответственно, при сжатии и растяжении, а — параметр, отражающий пластические свойства породы Причем, а <], а Ес> Ер

На основе формулы (1), используя законы строительной механики, получены основные зависимости, характеризующие упруго-пластический изгиб породной балки

Значения наибольших нормальных сжимающих а™"*, растягивающих о™х и касательных гтах напряжений, действующих в данном сечении балки, где величина изгибающего момента равна М, а перерезывающей силы -2, определяются из выражений

С У (2) °Р =°у Рр»

Ттах=х-рсд8, (3)

тах М тяу 3 О

где о =— и т =---—есть максимальные, соответственно нормаль-

у IV у 2 Ыг

ные и касательные напряжения, действующие в данном сечении балки шириной Ь и высотой /г, при условии, что ее материал идеально упругий и ЕС=ЕР, (Зс, Рр и Рсдв ~ коэффициенты, учитывающие пластические свойства породы

Изменение величины коэффициентов (Зс и (Зр в зависимости от п=Ес/Ер и а представлено на рис 1 Он позволяет оценить, как влияет на величину расчетных максимальных напряжений учет нелинейности диаграммы на-гружения породы и неравенства модулей Ес и Ер Из рисунка видно, что по мере увеличения отношения максимальные нормальные растягивающие напряжения уменьшаются, а сжимающие напряжения увеличиваются (до 25%) Это заметнее тогда, когда а значительно отличается от единицы (т е в пластичных породах) Влияние параметра а на величину коэффициента РсдВ не так заметно - в пределах 10%

Рис. 1. Изменение значений коэффициентов рс и рр в зависимости от величин пиа

С целью проверки полученных формул, описывающих напряженно-деформированное состояние однослойной породной балки как упруго-пластического тела и определения с учетом этого свойства механических характеристик пород, были проведены лабораторные эксперименты, за

ключавшиеся в поперечном изгибе призматических образцов-балок, свободно лежащих на двух опорах

При выборе горных пород для моделей-балок автор исходил из того, что диапазон изменения их механических свойств должен быть характерен для пород осадочного происхождения В связи с этим для экспериментов были выбраны горючий сланец, мрамор и известняк, прочность на изгиб которых находится в пределах от 4 до 12 МПа, модули деформации при сжатии и растяжении имеют значение от 0,015 до 0,24 МПа, а показатель пластичности а изменяется от 0,66 до 1,0 Из каждой породы было испытано по 15-20 балок Для того чтобы применение теории изгиба было правомерно, отношение пролета балки I к ее высоте И составляло не менее четырех Размеры образцов были следующими Ъу-Ъу. £ = (3,0 - 4,5)х(1,2 - 3,0)х(18,0 - 24,0) см

Вначале была проверена допустимость применения гипотезы плоских сечений к описанию закономерностей деформирования породных балок Для этого в середине их пролета на боковую поверхность по всей высоте наклеивались тензодатчики типа ПКБ, подключаемые затем к электронному измерителю деформаций ИДЦ-1 С его помощью по мере нагружения балок вычислялись относительные деформации их волокон, расположенных на разной высоте Поскольку было замечено, что приложение сосредоточенной нагрузки в середине пролета, т е непосредственно над тензодат-чиками, оказывает влияние на величину измеряемых деформаций, то во избежание этого эффекта изгиб балки производился двумя моментами, приложенными к ее концам Нагрузка задавалась с помощью динамометра (типа ДОСМ) ступенями по 100-200 Я Прогиб середины балки/замерялся индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм

Эпюры относительных деформаций показали, что в пределах допустимой погрешности измерений распределение деформаций по высоте породной балки можно считать линейным, а значит, применение гипотезы плоских сечений является правомерным По результатам экспериментов определялись следующие механические характеристики пород прочность при изгибе ат величина предельной деформации растяжения при изгибе е£р,

модули деформации при сжатии Ес и растяжении £р, значение параметра а При этом у испытанных пород отношение Ес /Ер составило величину от 1,0 до 2,0, а у коэффициента |3Р - от 0,7 до 1,0 Обнаружено, что нейтральная ось породной балки не совпадает с осью симметрии высота растянутой зоны больше высоты зоны сжатия и составляет 0,5-0,65 толщины образца, а величина параметра а, входящего в формулы (1) и отражающего пластические свойства породы, практически одинакова, как при ее растяжении, так и при сжатии Коэффициент вариации показателей найденных механических характеристик составил от 2 до 26%

Диаграммы нагружения образцов выявили нелинейную зависимость между величиной прикладываемой к породной балке нагрузки и получаемыми в результате прогибами На рис 2 это отражено в виде графиков, построенных для трех образцов в координатных осях «изгибающий момент в

середине пролета Мсер» - «кривизна середины пролета %сер= //Л» (в нашей схеме нагружения А—1 /8) Коэффициент детерминации, отражающий степень близости опытных диаграмм нагружения образцов и их аппроксимирующих кривых, оказался равным 0,83-0,97, составляя в среднем величину 0,94

Рис. 2. Диаграммы условно-мгновенного нагружения трех образцов известняка (И), горючего сланца (С) и мрамора (М)

С целью определения реологических свойств пород были проведены эксперименты, заключавшиеся в изгибе балок разными по величине, но постоянными во времени нагрузками Схема испытаний - прежняя, с той лишь разницей, что нагрузки задавались при помощи рычагов с подвешенными на них грузами Из каждой породы было испытано по 10-15 образцов

Результаты экспериментов показали, что изохронные графики, показывающие характер зависимости ст(е) в конкретный момент времени по-прежнему остаются нелинейными, угол наклона их уменьшается, а кривизна - увеличивается Это говорит о том, что для описания поведения таких пород под длительным действием нагрузки, необходимо применение теории нелинейной ползучести При этом вид зависимости между напряжениями и деформациями в конкретный момент времени / по-прежнему удовлетворительно может быть отражен степенной зависимостью

а, = Е, г«' , (4)

где ст„ Е1 я а, - напряжение, модуль деформации и параметр пластичности в момент времени ^ Определенные в конкретный момент времени г

величины Е, и а, показали, что по сравнению с первоначальным значением со временем происходит их снижение Однако у величины а, оно незначительно и для упрощения расчетов может не учитываться Положение нейтральной оси балки (а значит, и момент инерции ее сечения) также можно считать постоянным, а распределение вдоль него деформаций - по-прежнему линейным С учетом вышесказанного получена аналитическая зависимость, описывающая нелинейную ползучесть пород, и определены ее параметры

В результате проведения опытов обнаружено превышение скорости ползучести данной породы при растяжении над аналогичной скоростью при сжатии, достигающее для известняка и мрамора 15%, для сланца -80% Расчеты на основе экспериментальных данных показали, что в сечении балки с течением времени максимальные растягивающие напряжения уменьшаются, а максимальные сжимающие и касательные — увеличиваются Однако для выбранных пород эти изменения за длительное время (год) не превышают 10%, и поэтому с целью упрощения вычислений они не учитывались

На основании аналитических исследований получено, что в момент времени / предельный прогиб длительно нагруженной однослойной балки //пр определяется величиной предельной относительной деформации растяжения породы при изгибе (врР), и находится из выражения

/,пр = А , (5)

"р

где А - коэффициент, зависящий от вида нагрузки и конструкции опор, кр -высота растянутой зоны сечения балки

Для выяснения того, происходит ли изменение во времени величины (БрР)(, был проведен анализ работ, посвященных определению реологических характеристик пород Он показал, что, если факт снижения во времени прочности породы является общепризнанным и в литературе освещен довольно широко, то вопрос об изменении во времени величины предельной деформации, при которой происходит разрушение образца, остается до конца не выясненным Результаты немногочисленных работ показали, что с течением времени величина предельной деформации, при которой происходит разрушение образца, уменьшается

Чтобы надежнее утвердиться в этом выводе, были поставлены собственные опыты по изгибу известняка и мрамора длительно действующими нагрузками Продолжительность экспериментов составила более двух лет В результате установлено, что значение предельной деформации растяжения породы (£прр)„ сопровождающей ее разрушение при изгибе, снижается во времени (рис 3)

«А

t, еут

О 100 200 300 400 500 600 700 800

Рис. 3. Изменение во времени величины предельной (разрушающей) относительной деформации растяжения длительно нагруженных образцов-балок из известняка (1) и мрамора (2)

Из сказанного следует, что и величина предельного прогиба /пр, не постоянна во времени Полученные выводы легли в основу предлагаемого метода прогноза допустимого прогиба кровли

Третья глава посвящена аналитическому и экспериментальному исследованию напряженно-деформированного состояния заанкерованной слоистой кровли горной выработки на примере изгиба упруго-пластической многослойной балки-полоски

Такой подход оправдан тем, что если слоистую неоднородную кровлю горной выработки рассматривать как чередование разнородных породных плит, то ее расчет для средней части выработки (объемная задача) можно свести к расчету защемленной балки, испытывающей продольно-поперечный изгиб (плоская задача) При этом за длину балки берется пролет выработки, а за высоту - суммарная мощность слоев, скрепленных ста-леполимерными анкерами в единую пачку по принципу сшивания Влияние анкеров на напряженно-деформированное состояние скрепляемой ими пачки не учитывалось

Обрушение неоднородной пачки, как известно, происходит вследствие последовательного выхода из строя контактов ее пород в результате сдвига и вследствие разрушения ее слоев в результате изгиба Для ее расчета использовалась вторая теория прочности и принималось, что многослойная балка сохраняет свою монолитность, а ее слои остаются целыми до тех пор, пока в любой момент времени для любого ее контакта и слоя выполняются следующие условия, соответственно

(гГ),<(гг% (6)

(еГХ<(£рР>

р /<>

(7)

где (уша\), и (у"1*)* _ в момент времени г максимальная относительная деформация сдвига, испытываемая данным контактом, и ее предельная величина соответственно, (ешахр)г и (епрр), - в момент времени / максимальная относительная деформация растяжения при изгибе, испытываемая данным породным слоем, и ее предельная величина соответственно

Сначала было рассмотрено условно-мгновенное нагружение монолитной многослойной породной балки Применяя к ее расчету гипотезу плоских сечений и взяв за основу зависимость (1), получены основные тождества, описывающие ее упруго-пластический изгиб Прогиб, при котором происходит излом только /-того слоя балки при условии целостности остальных ее слоев, определяется выражением

епр

Л (1+л), (8)

где - предельная величина относительной деформации растяжения породы /-того слоя при изгибе, - расстояние от нейтральной оси балки до самой удаленной от нее точки /-того слоя, находящегося в зоне растяжения

Прогиб балки, при котором происходит ее расслоение по /-тому контакту, если остальные контакты остаются целыми, равен

где у"р, 0] и с1 — предельная величина деформации сдвига, при которой разрушается у-тый контакт, модуль деформации и показатель пластичности при сдвиге этого контакта, соответственно, Хно и — коэффициенты

сдвига на нейтральной оси балки и нау-том контакте, <3„0 - модуль деформации при сдвиге породы, оказавшейся на нейтральной оси балки, 77 - коэффициент, учитывающий одновременное влияние на величину прогиба изгибающего момента и перерезывающей силы

Выражения (8) и (9), необходимые доя нахождения предельного прогиба многослойной балки, характеризуют собой две возможности начала разрушения - от излома слоев и от сдвига по контактам соответственно Поскольку количество слоев и контактов больше двух, то расчет предельного прогиба многослойной балки носит циклический характер, обусловленный последовательным выходом из строя как слоев балки, так и их контактов Автором получены формулы, позволяющие определить очередность этого выхода при помощи расчета и сравнения фиктивных нагрузок, в случае действия которых происходило бы отдельное разрушение каждого ее слоя и контакта в составе модели В результате определяется тот элемент, после разрушения которого происходит обрушение всей балки В зависимости от того, слой это или контакт, величина предельного прогиба балки в этот момент рассчитывается исходя из величины его предельной деформации по формуле (8) или (9)

Полученные формулы расчета величины предельного прогиба балок были проверены экспериментально

Предварительные эксперименты по нагружению двух- и трехслойных балок показали, что определить, с разрушения какого элемента начинается этот процесс, визуально затруднительно - выход из строя какого-то одного слоя или контакта в большинстве случаев приводит к мгновенному обрушению всей модели Поэтому здесь опыты состояли из двух частей В первой части испытывались такие многослойные балки, которые разрушались только благодаря излому слоев, поскольку нарушение их контактов было заведомо исключено (использовался прочный клей) Во второй части нагружались балки, разрушение которых, напротив, начиналось именно с контактов слоев, т к прочность контактов была обеспечена специально низкой

Первая часть экспериментов Каждый породный слой кровли в натурных условиях нагружен как минимум собственным весом, являющимся объемной силой Моделирование действия объемных сил в образце горной породы сопряжено с рядом трудностей Простая замена веса пород слоистой модели ее пригрузкой сверху равномерно распределенной пусть даже двумерной силой не является эквивалентной, поскольку в этом случае картина взаимодействия слоев внутри модели отличается от реальной Однако в данном случае это допустимо, так как здесь рассматривалось деформирование многослойной балки, которая до самого разрушения оставалась монолитной, т е не расслаивалась Схема испытаний поэтому была оставлена прежней

Многослойные модели (15 штук) изготавливались путем склеивания силикатным клеем двух-трех однослойных балок различной толщины с последующей просушкой в течение двух недель и более Прочность клея была достаточной для исключения расслоения модели в течение всего опыта Общая высота моделей была меньше 1А ее пролета Породы в разных сочетаниях использовались те же - известняк, горючий сланец и мрамор

Результаты экспериментов показали, что для расчета многослойных породных балок допустимо использование гипотезы плоских сечений, поскольку распределение деформаций вдоль поперечного сечения изгибаемого образца можно считать линейным При этом величина параметра аср, отражающего степень нелинейности диаграммы нагружения модели, близко совпадает со средневзвешенной по жесткости слоев величиной Опытами установлено, что слой породы в составе монолитной модели разрушается при тех же напряжениях и деформациях, что и одиночный Максимальное относительное отклонение измеренных величин (разрушающих нагрузок и прогибов) от расчетных составило 26%, среднее - 15%.

Вторая часть экспериментов Эти опыты были посвящены определению прогиба нагруженной многослойной неоднородной балки в момент ее расслоения

Расслоение пород кровли происходит, как известно, при определенном соотношении касательных и нормальных напряжений, действующих на контактах слоев При этом напряженно-деформированное состояние на

контактах, обусловленное, в частности, влиянием крепи несомненно, влияет на их прочность Однако здесь был использован подход, позволяющий в первом приближении не рассматривать это влияние Анализ результатов экспериментов ряда авторов по срезу-сдвигу образцов из горных пород и цементных камней по их контактам показал, что величина нормальных напряжений, действующих на контакте, существенно влияя на его сдвиговую прочность, практически не отражается на величине относительной деформации сдвига у"р, при которой начинается его разрушение Аналогичные выводы были получены по результатам собственных испытаний искусственных песчано-цементных контактов пород в следующих сочетаниях известняк + горючий сланец и известняк + мрамор Опыты заключались в сдвиге образцов указанных сцементированных пород при разных вертикальных нагрузках Диаграммы их нагружения показали, что если с ростом нормального напряжения о, на контакте его прочность на сдвиг т/™ увеличивается, то предельная величина относительной деформации сдвига у/пр, при которой наступает разрушение контакта, изменяется незначительно (рис 4) Таким образом, если расчеты предельного прогиба вести по этой величине (при помощи формулы (9)), то это позволяет их упростить

Рис. 4. Диаграммы нагружения песчано-цементного контакта известняк+сланец

В связи с этим использовалась простая схема нагружения многослойной модели - свободно опертая балка изгибалась сосредоточенной силой на середине пролета Такая схема, в отличие от применявшейся выше, обеспечивает действие по всей длине модели перерезывающей силы ()(х), а значит, и сдвиговых деформаций на контакте слоев

Испытаниям подвергались двухслойные балки (10 штук) из двух сочетаний пород известняк + горючий сланец и известняк + мрамор Причем, известняк обязательно находился сверху, поскольку внизу, в области максимальных деформаций, должны быть породы, у которых предельная деформация растяжения намного больше, чем у известняка Такое расположение пород наряду с подобранной специально низкой прочностью их скрепляющего раствора обеспечивало сначала разрушение контакта от сдвига, и только затем - излом слоев модели от изгиба Слои пород различной толщины скреплялись цементно-песчаным составом с последующей просушкой в течение недели Толщина контактов была задана в 1 мм Эксперименты заключались в изгибе сцементированных балок с замером их прогибов в момент расслоения и последующего за ним разрушения Опытные величины сравнивались с расчетными Их максимальное относительное отклонение составило 24%, среднее - 14%

Рассмотрение длительного нагружения многослойной неупругой балки привело к зависимостям, аналогичным тем, которые описывают ее мгновенный изгиб Разница лишь в том, что здесь вместо модулей деформации пород и их контактов при условно-мгновенном нагружении используются их сниженные временные значения При этом в выражения для расчета предельного прогиба балки /(пр , аналогичные формулам (8) и (9), вместо величин е^р и

у"р соответственно подставляются их уменьшившиеся во времени значения (8й )/ и (т"Р)г'а сам порядок нахождения /(пр остается прежним

С учетом того, что закономерности, отражающие развитие реологических процессов в одиночном образце, остаются справедливыми для него и тогда, когда он является частью многослойного, получена аналитическая зависимость, отражающая происходящее в результате ползучести увеличение прогиба многослойной балки / по сравнению с первоначальной его величиной /0, выраженное через реологические характеристики породных слоев

хед;

рс_

/о

2ЕДЖ

Р,С

(10)

Из ее анализа следует, что характер деформирования неоднородной слоистой кровли определяется деформационными и реологическими характеристиками всех ее породных слоев, а также их взаимным расположением Развитие процесса ползучести согласно этой функции объясняется уменьшением во времени величины жесткости каждого слоя, происходящим по закону снижения во времени модуля деформации данной породы

Это выражение носит общий характер, поскольку представляет собой отношение величин жесткостей сечения балки при ее изгибе в разные моменты времени, поэтому оно справедливо как для монолитной, так и для

расслоившейся кровли, если не брать в расчет силы трения по нарушенным контактам Оно было использовано при построении методики расчета допустимого прогиба кровли, закрепленной анкерами

Полученные формулы были проверены лабораторными экспериментами на многослойных моделях

Поскольку разрушение длительно нагруженного многослойного образца может начинаться как с излома слоев, так и с его расслоения, а каждое из них описывается своими зависимостями, то их проверку необходимо осуществлять поотдельности Поэтому эксперименты так же, как и описанные выше, состояли из двух частей, суть которых осталась прежней Разница лишь в способе приложения нагрузок - для обеспечения постоянства во времени они задавались при помощи рычагов с подвешенными на них грузами

Первая серия экспериментов Их целью было определение прогиба длительно нагруженной многослойной балки, при котором наступает излом ее слоев При этом выяснялся вопрос о том, можно ли по-прежнему применять гипотезу плоских сечений для расчета длительно нагруженной неоднородной балки, породные слои которой имеют разные механические и реологические свойства То есть проверялось, остаются ли во времени поперечные сечения неоднородной монолитной балки плоскими Общее количество испытанных моделей составило 10 штук

Результаты испытаний показали, что распределение относительных деформаций вдоль поперечного сечения модели остается во времени линейным, сами сечения - плоскими, а смещение нейтральной оси модели, происходящее вследствие разности реологических свойств пород, - незначительно, и его можно не учитывать Это допущение позволяет принять момент инерции сечения неизменным во времени, а развитие процесса ползучести многослойной модели - объяснять снижением во времени модуля деформации данной породы, т е так, как это отражается формулой (10) По результатам замеров роста прогибов во времени строились опытные графики ползучести длительно нагруженных многослойных балок Максимальное отклонение теоретических кривых, построенных по упомянутой формуле, от экспериментальных данных не превысило 10 %

Для выяснения того, как изменяется во времени предельный прогиб многослойного монолитного образца, расслоение которого в течение всего опыта невозможно, а разрушение, следовательно, начинается с излома слоев, модели оставались под нагрузкой до момента потери ими несущей способности Чтобы сократить время эксперимента (несколько месяцев), степень их нагружения была задана в пределах 0,85-0,95 Фактические разрушающие прогибы моделей соотносились с расчетными Максимальное относительное отклонение составило 24%

Вторая серия экспериментов Цель опытов заключалась в определении прогиба длительно нагруженной многослойной балки, при котором наступает ее расслоение В целом методика испытаний та же, что была применена при исследовании расслоений моделей, нагружаемых условно-

мгновенно Разница лишь в том, что нагрузки прикладывались при помощи грузов и действовали длительное время Количество испытанных моделей составило 8 штук

В момент расслоения модели замерялся ее прогиб и сравнивался с расчетным Однако, для нахождения последнего, необходимо было выяснить вопрос о том, как изменяется во времени величина предельной деформации сдвига на контакте, сопровождающая его разрушение в момент времени г С этой целью были проведены предварительные опыты, заключавшиеся во взаимном сдвиге сцементированных образцов указанных пород под действием постоянных во времени нагрузок, составляющих некоторую долю от разрушающих Длительность экспериментов составила 90 суток По их результатам были построены кривые относительного изменения во времени предельной деформации сдвига цементных контактов (у°р),/(у7)0 > которые показали, что с течением времени происходит снижение как первой величины, так и второй на 10—20 % (рис 5)

(Г?),

(Г? >о

н 2

—— 1

-1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Рис. 5. Кривые изменения во времени величины предельной относительной деформации сдвига контакта сцементированных образцов известняка и мрамора (1) и известняка и сланца (2)

Расчетные величины прогибов, при которых наступает расслоение балок, сравнивались с фактическими Максимальное относительное отклонение расчетных данных от фактических не превысило 25%

В четвертой главе на основании полученных результатов аналитических и экспериментальных исследований предложена методика расчета допустимого прогиба слоистой неоднородной кровли протяженной выработки, закрепленной сталеполимерными анкерами, находящейся вне зоны влияния очистных работ, и приведен пример его расчета

Неоднородная слоистая кровля выработки рассматривается как чередование разнородных породных плит, связанных или несвязанных между собой Для их расчета используется подход, согласно которому для протяженной выработки, а также для камеры, когда ее длина превышает ширину более чем в три раза, расчет плиты для средней части выработки с минимальными потерями точности (<5%) можно свести к расчету защемленной балки-полоски, испытывающей продольно-поперечный изгиб

В задаче рассматривается случай применения сталеполимерных анкеров, закрепленных химическим составом в шпурах по всей их длине и имеющих высокую несущую способность (до 20 т/анкер), что позволяет допустить невозможность отслоений внутри скрепленной пачки в течение длительного времени (расслоения допускаются) Эта породная пачка, нагруженная собственным весом и боковым давлением, испытывает пригруз-ку со стороны вышележащих пород и способна со временем от них отслаиваться Она залегает над более слабым по сравнению с ней полезным ископаемым, что позволяет принять ее нежесткое защемление на боках выработки, а ее пролет - увеличенным за счет их смятия

Под устойчивостью кровли горной выработки понимается характеристика ее технического состояния, при котором в течение необходимого по условиям производства времени (?) она не обрушается, а ее прогиб (/¡) не превышает допустимого значения (/Г") Таким образом, соблюдение в любой момент времени г условия

говорит о том, что кровля находится в устойчивом состоянии Степень этой устойчивости предлагается оценивать при помощи показателя

Величина допустимого прогиба /Г" закрепленной кровли горной выработки находится исходя из величины ее предельного прогиба /Г и коэффициента запаса

При расчете используются допущения - его величина находится без учета действия на кровлю пригрузки и бокового давления Действующая на кровлю вертикальная нагрузка складывается из собственного веса скрепленных пород пачки и пригрузки вышележащими породами Вычисление последней однако по-прежнему остается сложной задачей Чтобы оценить, как сильно на величине предельного прогиба кровли сказывается вид и размер пригрузки, были рассмотрены примеры нагружения балки как ее весом, так и дополнительно силами, распределенными неравномерно - по квадратной и кубической параболам Расчеты показали, что даже в случае максимального значения пригрузки (двойного веса пачки) величина отличается от посчитанной без учета действия вышележащих пород всего на 20 % Когда же величина пригрузки меньше, то и рас-

(П)

У, =1-/,//,""

(12)

хождения будут еще менее заметными, тем более на фоне разброса механических свойств пород, достигающего иногда ± 50% Это говорит о том, что вид нагрузки на кровлю существенно не влияет на значение ее предельного прогиба Исходя из вышесказанного предельный прогиб кровли находится из расчета действия на нее только ее собственного веса

Существующее в массиве боковое давление приводит к тому, что кровля горной выработки, помимо вертикальных нагрузок, испытывает еще и горизонтальные Чтобы оценить весомость влияния последних на величину предельного прогиба, была рассмотрена задача о защемленной балке, испытывающая продольно-поперечный изгиб под действием собственного веса и боковой сжимающей силы В результате анализа получено, что негативное действие бокового давления проявляется только при довольно больших прогибах, которые в силу определенных деформационных свойств пород возможны только в выработках с непосредственной кровлей небольшой мощности И, пролеты £ которой значительны При этом значимое (>20%) увеличение предельного прогиба кровли под действием бокового давления происходит только в камерах с большими пролетами (€/к>20) и только в случае его очень большой величины, когда значение продольной нагрузки превышает значение поперечной более чем в 16 раз Это специфические условия Исходя из вышесказанного расчет предельного прогиба кровли подготовительной выработки ведется без учета действия бокового давления

В то же время, как показали расчеты, на искомой величине может существенно сказаться податливость краевой части пласта (в формуле (8) это отражается через изменение значения коэффициента А) Для оценки этого влияния на величину предельного прогиба кровли была рассмотрена задача, в которой кровля горной выработки представлялась в виде упругой защемленной однослойной балки-полоски, за пределами пролета лежащей на пласте полезного ископаемого как на упругом основании В результате получено, что коэффициент А равен величине

А3=е д„ аз)

если разрушение кровли начинается с излома г-того верхнего слоя в заделке, или величине

Ас=12 Дс, (14)

если разрушаться начнет нижний /-тый слой в середине пролета В этих формулах податливость опор балки учитывается при помощи коэффициентов Д3 и Лс, которые являются функциями параметра характеризующего жесткость основания - пласта полезного ископаемого Значения коэффициентов Д3 и Ас в зависимости от величины параметра ¡}{ графически представлено на рис 6 Для сравнения там же отражено их значение 1/12, если в расчетной схеме при нежестком защемлении кровли не учитывать смятие краевой части пласта Из анализа графиков следует, что осо-

бенно сильное влияние на значения этих коэффициентов Д3 и Дс величиной РС оказывается тогда, когда она меньше 10 Расчеты показывали, что для горных выработок с пролетами 4-8 м, пройденных по пласту угля мощностью 1,0-3,0 м, модуль деформации которого составляет 1000-3000 МПа, и кровлей мощностью 1,5-2,5 м, породы которой имеют модуль деформации 5000-50000 МПа, величина параметра рЕ находится в пределах 2-20, а, следовательно, значения этих коэффициентов могут отличаться от 1/12 в несколько раз Это говорит о том, что при расчете величины предельного прогиба кровли выработки должна учитываться податливость краевой части пласта полезного ископаемого

Рис 6 Значения коэффициентов Д3 и Дс в зависимости от величины параметра р£

Исходными данными, необходимыми для расчета допустимого прогиба слоистой неоднородной кровли протяженной выработки, закрепленной сталеполимерными анкерами и находящейся вне зоны влияния очистных работ, являются (рис 7)

- условия проходки, охраны и под держания,

- расчетная ширина (€, м), высота (Д м) и глубина (Я, м) выработки,

- срок службы выработки (/, сут),

- физико-механические характеристики скрепленных слоев кровли и их контактов,

- суммарная мощность заанкерованных слоев кровли (£/*„ м) и параметры анкерной крепи должны быть определены согласно «Инструкции по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России» (2000 г),

- закрепление анкера полимерным составом в шпуре - по всей длине

условно неподвижная точки я-

/ 1 N

/ , \ зона расслоений \

Рис. 7, Схема к расчету допустимого прогиба слоистой неоднородной кровли, закрепленной сталеполимерными анкерами

Сущность метода расчета допустимого прогиба заанкерованной пачки кровли заключается в нахождении прогиба того ее слоя или контакта, после разрушения которого происходит обрушение всей пачки. Последовательность выхода из строя каждого ее слоя и контакта определяется при помощи сравнения величин фиктивных разрушающих нагрузок.

Поскольку силовые элементы рассматриваемой системы «скрепленная пачка породных слоев» - слои и их контакты - образует параллельное соединение, в котором выход из строя одного элемента вовсе не обязательно сразу должен привести к разрушению всей конструкции, то расчеты носят циклический характер.

а) Скрепленная анкерами пачка изначально считается монолитной. С целью определения очередности выхода из строя скрепленных слоев и их контактов для каждого из них рассчитывается величина фиктивной нагрузки </, которая в случае действия на всю кровлю условно равномерно разрушала бы их в момент времени / по-отдельности, т. е. при условии, что все остальные ее слои и контакты при этом остаются целыми. Расчеты ведутся для середины пролета кровли выработки и ее боков (поскольку здесь имеет место знакопеременный изгиб) по формулам:

^2р. ) р-с >: ч2 - Ш)

(Я" )бск =

У'ср

!" /

(16)

где г™х - расстояние от нейтральной оси данной отдельности мощности /?,„ до максимально нагруженного волокна ее /-го слоя, (££, Отыр - в момент

рс

времени I величина жесткости заанкерованной кровли пролетом -С, 9с/в, 0б/в и со - коэффициенты, отражающие соотношение деформационных характеристик отрабатываемого пласта полезного ископаемого и пород кровли

Выражением (15) определяется значение фиктивной разрушающей нагрузки, при действии которой на всю кровлю выработки на середине ее пролета происходит излом только г-того слоя данной монолитной отдельности, т е в предположении, что все остальные ее слои при этом остаются целыми По формуле (16) находятся разрушающие фиктивные нагрузки, соответствующие излому отдельных слоев в составе данной пачки у боков выработки Эти расчеты ведутся только для слоев, попадающих в растягиваемую зону сечений Зависимость же (17) отражает величину распределенной нагрузки, при которой в момент времени t происходит расслоение данной монолитной отдельности только по /-тому контакту, т е в условном предположении целостности в этот момент остальных ее контактов Принимается, что расслоение кровли по данному контакту, начинаясь у боков выработки, т е в месте действия максимальной перерезывающей силы, сразу распространяется по всему пролету

Фиктивные разрушающие нагрузки излома и расслоения сравниваются между собой минимальная из них величина покажет, что — слой или контакт - и где — в середине пролета или сбоку - выйдет из строя первым Этот выбывший элемент исключается из дальнейшего взаимодействия, система переходит в новое состояние, а, значит, требуется перерасчет

б) Если из строя выбывает слой, то жесткость пачки в данном сечении уменьшается Это приводит к тому, что изменяются величины разрушающих слои и их контакты фиктивных нагрузок, которые необходимо определить заново Эти нагрузки снова сравниваются между собой, снова находится минимальная, которая указывает на следующий выбывающий из системы элемент Если расчеты покажут, что из строя выходит опять слой, то необходимо вернуться к началу этого пункта и произвести перерасчет В противном случае, т е при выходе из строя контакта, необходимо перейти к следующему пункту

в) Если из строя выбывает контакт, то пачка расслаивается на две отдельности, каждая из которых имеет свою нейтральную ось, а, значит, должна быть рассчитана отдельно Поэтому, расчеты необходимо произвести для каждой вновь образовавшейся условно монолитной пачки (или слоя) Если очередным выбывающим элементом системы оказывается контакт, то необходимо вернуться к началу этого пункта, если же слой - то к началу предыдущего

г) Расчеты ведутся до тех пор, пока внутри пачки разрушение не охватит все скрепленные слои и их контакты В результате сравнения расчетных разрушающих нагрузок определяется предельная нагрузка с[р и тот силовой элемент (слой или контакт), после выхода из строя которого (в середине пролета или сбоку) наступает полное разрушение всей системы «заанкерованная кровля» Это происходит при определенном прогибе, являющимся, таким образом, предельным прогибом кровли Его величина находится из выражения

<18)

I I п выр

где А _ 5~3ю | пт

где Ам~ 384 + 32Р^ец/в иУ)

(ЕЕ, I,), выр ХИ0 (вм)цел (2,7-оо)

о ь е2 16

О "ЛН^

1 _ ^ ' ' " выр "но "."лн/цел V"»' "V ОПЛ

Ло--^—--Т2

коэффициенты, отражающие в общем прогибе его долю, вызванную действием соответственно изгибающего момента и перерезывающей силы

В последних трех формулах необходимо использовать механические и

деформационные характеристики того породного слоя или контакта (е^),, (у"р),, (вД), разрушение которого и привело к обрушению всей кровли, а

также параметры ( г™™ , (Х/),), указывающие на положение этого элемента

в рассматриваемой монолитной отдельности на момент ее разрушения В эти зависимости входят также коэффициенты 9, Р и со, отражающие соотношение деформационных характеристик отрабатываемого пласта полезного ископаемого и пород кровли в этот момент времени

Значение допустимого прогиба заанкерованной кровли /,лоп вычисляется исходя из ее предельного прогиба, коэффициента запаса N и величины упругого восстановления пород А/

ГПр

/Л" =^ + 4/", (21)

В качестве примера по предлагаемой методике в диссертации рассмотрен расчет допустимого прогиба слоистой неоднородной кровли конвейерного штрека 32-Ю шахты «Северная» ОАО «Воркутауголь», закрепленного сталеполимерными анкерами Отклонение расчетной величины (27 мм) от фактической (35 мм) составило 23%

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе комплекса выполненных исследований предложено решение задачи определения допустимого прогиба не-

однородной слоистой кровли горной выработки, закрепленной сталеполи-мерными анкерами, имеющей важное значение при разработке пластовых месторождений полезных ископаемых

Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем

1 Установлены закономерности снижения во времени величин предельных относительных деформаций растяжения и сдвига, приводящих к разрушению, соответственно породных слоев и их контактов, нагруженных длительное время

2 Установлено, что при плоском напряженном состоянии нормальные напряжения, действующие на контакте породных слоев, не оказывают существенного влияния на величину его предельной деформации сдвига

3 Получена аналитическая зависимость, описывающая ползучесть многослойной породной балки при помощи реологических характеристик ее слоев

4 Определена степень влияния податливости краевой части пласта на величину допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли выработки

5 Разработана методика расчета допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли, закрепленной сталеполимерными анкерами, основанная на использовании величин предельных (разрушающих) деформаций породных слоев и их контактов

Задачами дальнейших исследований автор считает накопление экспериментальных данных, позволяющих разработать методику расчета допустимого прогиба слоистой неоднородной кровли выработки, закрепленной сталеполимерными анкерами, пролетом более 8 м, пройденной в зоне влияния очистных работ

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Хлусов А. Е. К вопросу прогноза критических смещений кровли горной выработки // Сергеевские чтения Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, 22-23 марта 2001 г, вып 3 М , 2001 С 69-72

2. Хлусов А. Е. К вопросу обеспечения устойчивости выработок, проводимых в трещиноватых породах // Сборник трудов молодых ученых ВНИМИ (по материалам конференции) СПб, 2003 С 89-92

3. Стеценко В. П., Хлусов А.Е. Расчет однослойных породных балок на основе теории упруго-пластического изгиба в режиме кратковременного нагружения // Там же С 93-103

4. Хлусов А. Е., Громов Ю. В. О расчете величины предельного отслоения слоистой неоднородной кровли выработки как критерия ее устойчивого состояния // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых 3-я Международная научная школа молодых ученых и специалистов, 27-30 ноября 2006 г М, 2006 С 94-96

5. Хлусов А. Е. К вопросу прогноза величины допустимого прогиба слоистой неоднородной кровли выработки, закрепленной сталеполимерными анкерами // Горный информационно-аналитический бюллетень 2007 г, № 8 С 73-75

6. Хлусов А. Е. О влиянии податливости пласта полезного ископаемого на величину предельного прогиба кровли горной выработки, закрепленной анкерами // Вестник Магнитогорского государственного технического университета 2007 г, №3 С 15-19

7 Хлусов А. Е. К расчету величины допустимого прогиба слоистой неоднородной кровли выработки, закрепленной сталеполимерными анкерами // Маркшейдерия и недропользование 2007 г, № 5 С 51-53

Печатный цех ВНИМИ Заказ 11 Тираж 100

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Хлусов, Александр Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Состояние вопроса.

1.2. Анализ состояния вопроса. Цель и задачи исследований.

1.2.1 Анализ состояния вопроса.

1.2.2 Обоснование принятых методов и способов решения.

Цель и задачи исследований.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННО-ПРОЧНОСТНЫХ И РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД ПРИ ИЗГИБЕ.

2.1. Теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния упруго-пластичной однослойной балки в режиме кратковременного нагружения.

2.2. Методика и результаты лабораторных исследований прочностных и деформационных свойств горных пород при изгибе.

2.3. Теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния упруго-пластичной однослойной балки в режиме длительного нагружения.

2.4. Методика и результаты лабораторных исследований реологических свойств горных пород при изгибе.

2.5 Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НЕОДНОРОДНОЙ СЛОИСТОЙ КРОВЛИ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ, ЗАКРЕПЛЕННОЙ СТАЛЕПОЛИМЕРНЫМИ АНКЕРАМИ.

3.1. Теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния упруго-пластичной многослойной балки в режиме кратковременного нагружения.

3.2. Методика и результаты лабораторных исследований несущей способности и деформируемости упруго-пластичных многослойных балок в режиме кратковременного нагружения.

3.3. Теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния упруго-пластичной многослойной балки в режиме длительного нагружения.

3.4. Методика и результаты лабораторных исследований несущей способности и деформируемости упруго-пластичных многослойных балок в режиме длительного нагружения.

3.5. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ДОПУСТИМОГО ПРОГИБА

НЕОДНОРОДНОЙ СЛОИСТОЙ КРОВЛИ ВЫРАБОТКИ, ЗАКРЕПЛЕННОЙ СТАЛЕПОЛИМЕРНЫМИ АНКЕРАМИ.

4.1. Обоснование принятых методов решения и допущений.

4.2. Основные расчетные положения.

4.3. Пример расчета.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Прогноз допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли горной выработки, закрепленной анкерами"

Кровля горных выработок шахт, разрабатывающих месторождения осадочных полезных ископаемых, в большинстве случаев состоит из слоев, которые отличаются физико-механическими свойствами, мощностью и условиями сцепления по контактам. После проведения раких выработок толща пород кровли с течением времени, как правило, расслаивается, что приводит к снижению ее устойчивости и безопасности работ. В последние годы в качестве крепи горных выработок, как на отечественных, так и на зарубежных шахтах все чаще используются сталеполимерные анкеры, поскольку их применение для большого круга горно-геологических и горнотехнических условий оказалось экономически выгодным и технически эффективным.

В процессе эксплуатации таких выработок необходим контроль их технического состояния. Одним из способов оценки устойчивости кровли выработок, закрепленных анкерами, служит сравнение величины ее фактического прогиба с допустимым значением. Однако, допустимая величина прогиба кровли в большинстве случаев определяется по результатам многолетних наблюдений за ее поведением в процессе эксплуатации выработок. Получение этих данных является длительным и трудоемким процессом, в то время как они необходимы уже на стадии проектирования выработки. К тому же эмпирические зависимости не объясняют природы происходящих явлений и пригодны только для конкретных условий, а, значит, не могут претендовать на универсальность, как, например, аналитические.

В настоящее время наиболее значительные успехи в прогнозе проявлений горного давления достигнуты в натурных исследованиях, обобщением которых стали «Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР» [130], а позднее - «Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России» [57], разработанные под руководством ВНИМИ. В этих работах, являющихся сейчас основными нормативными документами при проектировании горных сооружений, расчеты параметров крепи производятся по величине ожидаемых смещений, которые находятся на основе типовых, представляющих собой усредненную величину смещений на контуре выработки, исходя из глубины ее заложения и прочности пород при сжатии. Однако, значение допустимого прогиба кровли выработки, необходимого для инструментального контроля ее состояния, эти документы не дают.

Несмотря на целый ряд работ, посвященных проблеме обеспечения устойчивости кровли (Динник А.Н., Слесарев В.Д., Кузнецов Г.Н., Кузнецов С.Т., Воронин И.Н., Руппенейт К.В., Ержанов Ж.С., Лехницкий С.Г., Курленя М.В., Либерман Ю.М., Линьков A.M., Донцул Н. Ф., Бажин Н.П., Мельников О.И., Райский В.В., Стеценко В.П., Амусин Б.З., Булычев Н.С., Оловянный А.Г., Протосеня А.Г., Зубов В.П., Ковалев О.В. и др.), аналитические расчеты смещений слоистой кровли в настоящее время вызывают затруднения. Это объясняется тем, что для строгих аналитических расчетов смещений пород на контуре выработки необходимо знать исходное напряженное состояние и комплекс прочностных, деформационных и реологических характеристик массива, прямые методы определения которых отсутствуют. Кроме того, важным моментом является то, что теория упругости базируется на законе Гука для идеально-упругих изотропных сред, каковыми горные породы в большинстве своем не являются, учитывая их пластичность и слоистость. Поэтому, на современном этапе рассчитать допустимые смещения кровли горных выработок с определенной достоверностью возможно только с максимальным использованием результатов экспериментальных исследований.

Для достижения поставленной цели использовались методы исследований, включающие: анализ и обобщение данных натурных и лабораторных исследований, содержащихся в литературных и фондовых источниках; лабораторное моделирование на образцах горных пород; аналитическую обработку результатов исследований с применением теории строительной механики; сравнение результатов аналитических расчетов с экспериментальными данными шахтных замеров. Задачи исследований:

- определить характер деформирования и несущую способность породных слоев и их контактов при упруго-пластическом изгибе. и сдвиге, соответственно;

- разработать метод расчета упруго-пластических многослойных неоднородных балок по предельным деформациям;

- разработать методику расчета допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли выработок прямоугольного сечения, закрепленных сталеполимерными анкерами.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Характер изменения во времени прогиба неоднородной слоистой кровли, закрепленной анкерами, определяется как реологическими свойствами слагающих ее пород, так и толщиной слоев и их взаимным расположением.

2. Допустимый прогиб заанкерованной неоднородной слоистой кровли, соотносимый для оценки ее устойчивости с величиной фактического прогиба, является временной функцией предельных относительных деформаций (разрушения) породных слоев и их контактов.

3. Величина предельной деформации сдвига контакта пород, определяющая прогиб заанкерованной пачки неоднородной слоистой кровли, при котором происходит ее расслоение, с увеличением нормальных напряжений остается практически постоянной.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Экспериментально доказано, что при длительном нагружении предельная относительная деформация растяжения породы при изгибе и предельная относительная деформация сдвига контакта пород изменяются.

2. Установлено, что нормальные напряжения, действующие на контакте породных слоев, не оказывают существенного влияния на величину его предельной (разрушающей) деформации сдвига.

3. Получена функция ползучести неоднородной слоистой балки, определяющаяся деформационными и реологическими характеристиками ее породных слоев, а также их расположением относительно нейтральной оси.

4. Установлена степень влияния податливости краевой части пласта полезного ископаемого на величину допустимого прогиба кровли выработки.

5. Определены количественные соотношения между параметрами ползучести породы при изгибе, сжатии и растяжении, позволяющие определять данные реологические характеристики по результатам испытаний горной породы только на длительный изгиб. При этом установлена особенность деформирования горной породы во времени, заключающаяся в том, что скорость ползучести породы при растяжении больше, чем при сжатии.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается представительным объемом испытаний одно- и многослойных моделей, изготовленных из трех разновидностей горных пород, включающим реологические исследования, занявшие более двух лет (испытано около 200 моделей); удовлетворительной сходимостью расчетных данных, результатов лабораторных экспериментов и натурных исследований на шахтах ОАО «Воркутауголь».

Реализация работы: результаты работы предназначены для использования при решении вопросов контроля состояния заанкерованной кровли горных выработок на угольных шахтах.

Апробация работы: основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Конкурсе молодежи предприятий, научно-исследовательских институтов и учебных заведений на лучшую научно-техническую работу (Москва, 1998 г); заседаниях секции по геомеханике Ученого совета ВНИМИ (С.-Петербург, 2003-2005 гг.), научно-технических советах ОАО «Воркутауголь», XV Конкурсе на лучшую молодежную научно-техническую разработку по проблемам топливно-энергетического комплекса в 2006 году («ТЭК-2006», Москва).

Публикации: по теме диссертации опубликовано восемь работ.

Объем и структура диссертации: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 160 наименований. Содержит 191 страницу машинописного текста, в том числе 16 таблиц и 69 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Хлусов, Александр Евгеньевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе комплекса выполненных исследований предложено новое решение задачи определения допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли горной выработки, закрепленной сталеполимерными анкерами, имеющей важное значение при разработке пластовых месторождений полезных ископаемых.

Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Установлены закономерности снижения во времени величин предельных относительных деформаций растяжения и сдвига, приводящих к разрушению, соответственно, породных слоев и их контактов, нагруженных длительное время.

2. Установлено, что при плоском напряженном состоянии нормальные напряжения, действующие на контакте породных слоев, не оказывают существенного влияния на величину его предельной деформации сдвига.

3. Получена аналитическая зависимость, описывающая ползучесть многослойной породной балки при помощи реологических характеристик ее слоев.

4. Определена степень влияния податливости краевой части пласта на величину допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли выработки.

5. Разработана методика расчета допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли, закрепленной сталеполимерными анкерами, основанная на использовании величин предельных (разрушающих) деформаций породных слоев и их контактов.

178

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Хлусов, Александр Евгеньевич, Санкт-Петербург

1. Айтматов И.Т. Исследование напряжений вблизи выработки, расположенной в слоистой среде // Устойчивость подготовительных выработок и кровли камер. Фрунзе, 1976. С. 3 - 8.

2. Алимжанов М.Т. Об определении толщины монолитной крепи // Прикладные задачи механики горных пород. Алма-Ата.: Наука, 1971. С. 153 -160.

3. Амусин Б.З. Прогнозирование устойчивости капитальных выработок с учетом постепенного разрушения пород в зоне неупругих деформаций // ФТПРПИ, 1977. № 5. С. 22 29.

4. Андрушкевич С.Г. К вопросу классификации пород кровли пологопадающих пластов Донбасса// Труды ВНИМИ, сб. XXII. Л., 1958.

5. Арсентьев А.И. Устойчивость потолочины при камерной системе разработки. М.: Углетехиздат, 1960.

6. Арутюнян Н.Х. Некоторые вопросы теории ползучести. ГИТТЛ, 1952.

7. Афанасьев Б.Г., Пушкарев В.Н. О длительной прочности горных пород // Известия ВУЗов. Горный журнал. 1973. №12. С. 29 31.

8. Баклашов КВ., Картозия Б.А. Механика горных пород. М.: Недра, 1975. 272с.

9. Басинский Ю.М., Иванов Е.А. Прогнозирование смещений пород на контуре горизонтальных капитальных выработок глубоких шахт Центрального района Донбасса // Уголь Украины, 1974. № 7. С. 10 12.

10. Белаенко Ф.А. Свойства горных пород с точки зрения управления кровлей. ОНТИ НКТП СССР, 1936.

11. Белаенко Ф.А., Парчевский Л.Я., Бордюг С.А. О ползучести криворожских пород // Известия ВУЗов. Горный журнал. 1960. №5. С. 15 22.

12. Белаенко Ф.А. Расчет крепи стволов шахт на больших глубинах в условиях Донецкого бассейна // Разработка угольных месторождений на больших глубинах. М.: Углетехиздат, 1953. С. 118 137.

13. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1976. 608 с.

14. Бобров Г.Ф. Исследования ползучести осадочных пород Кузбасса II Автореф. дис. канд. техн. наук . Новосибирск, 1971. 26 с.

15. Борисов А.А. Расчеты горного давления в лавах пологих пластов. М. : Недра, 1964.

16. Борисов А.А. Исследование и расчет несущей способности кровли и характеристик крепей // Записки Ленинградского горного института. 1960. Т. 43, вып. 1.С. 87-111.

17. Борщ-Компониец В.И., Мартынов Ю.К К вопросу устойчивости трещиноватой кровли // Изв. ВУЗов, Горный журнал. 1963. №1.

18. Бублик Ф.П. Методическое пособие по определению основных параметров систем разработки с короткими забоями для пологих пластов Кузбасса. Л. : ВНИМИ, 1965. 87с.

19. Булычев КС., Амусин Б.З., Оловянный А.Г. Расчет крепи капитальных горных выработок. М.: Недра, 1974.

20. Булычев Н.С. О критериях устойчивости окружающих выработку пород // Устойчивость и крепление горных выработок. Л. : Изд-во ЛГИ. 1978. Вып.З.

21. Бурштейн Д.С. Статические и динамические испытания горных пород. Л. : Недра, 1970.

22. Бурштейн Д.С. Теория упругости, пластичности и ползучести в горном деле: Учебное пособие. Л.: Изд-во ЛГИ, 1976 (ч. I), 1977 (ч.П).

23. Васильев П.В. и др. Управление кровлей на пологих пластах. М.: Госгортехиздат, 1962.

24. Васильев Ю.К, Шклярский М.Ф. Оценка предела длительной прочности горных пород // Тр. ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. Л., 1974. Сб. 91. С. 118-121.

25. Ветров С.В. О параметрах сводов естественного равновесия, пролетах обнажений и устойчивости целиков в трещиноватых горных породах // Физико-технические горные проблемы. 1971.

26. Волъхин Б.А. Влияние слоистости и трещиноватости на устойчивостьобнажений // Труды Уральского научно-исследовательского и проектного института медной промышленности. 1971.

27. Вялое С. С. Реологические свойства и несущая способность мерзлых грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1959. 190 с.

28. Габдрахимов И.Х., Дедюкин М.Н., Якушев Г.Ф. К вопросу о напряженно-деформированном состоянии слоистой кровли // Тр. Пермского политехнического института. Пермь, 1974. №150. С. 22-28.

29. Галеркин Б.Г. Упругие тонкие плиты. M.-JI.: Госстройиздат, 1933. 371 с.

30. Гальперин М.А., Шафаренко Е.М. Реологические расчеты горнотехнических сооружений. М.: Недра, 1977. 246 с.

31. Герман А.П. Обзор теоретических подходов в изучении горного давления // Тр. совещания по управлению горным давлением. М., 1948. С.20-34.

32. Глушко В.Т., Усаченко Б.М., Ваганов И.И. Исследование реологических свойств горных пород Донбасса // Проблемы реологии горных пород. Киев, 1970. С.61-68.

33. Глушко В.Т., Усаченко Б.М., Чередниченко П.В. К вопросу выбора уравнения состояния наследственного типа для описания нелинейной ползучести горных пород // Вопросы теоретической и экспериментальной реологии горных пород. Киев. 1972. Вып. 1. С. 29-36.

34. Глушко В.Т., Кирничанский Г.Т. Инженерно-геологическое прогнозирование устойчивости выработок глубоких угольных угольных шахт. М.: Недра, 1976. 176 с.

35. Глушко В.Т., Чередниченко В.П., Усатенко Б.С. Реология горного массива. Киев.: Наукова думка, 1981. 171 с.

36. Голъденблад И.К, Николаенко Н.А. Теория ползучести строительных материалов и ее приложения. М.: Госстройиздат, 1960. 139 с.

37. Гуменюк Г.Н. Исследование свойств ползучести горных пород Карагандинского Бассейна // Проблемы реологии горных пород. Киев, 1970. С.81-87.

38. Гуминский М.В. и др. Исследование методом фотоупругости напряженного состояния системы порода штанговая крепь в полевых откаточных штреках // Известия ВУЗов. Горный журнал. 1975. №12. С.25-29.

39. Давидович И.Л., Иванов Е.А., Рогов Е.С. Прогнозирование смещений контура сечения капитальных горных выработок // Тр. ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. JI, 1976. Сб. 99. С. 66-71.

40. Давидович И.Л., Комиссаров В.В. Прогнозирование нагрузок на крепь капитальных горных выработок выработок // Тр. ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. Л, 1976. Сб. 99. С. 80-84.

41. Дашко Р.Э., Кузнецов Ю.Ф. Оценка механических свойств пород кровли сложного строения в шахтах Ленинградского месторождения горючих сланцев // Записки Ленинградского горного института. Л., 1969. Т.57, вып.1. С.45-51.

42. Дикович ИЛ. Динамика упруго-пластических балок. Л.: Судпромгиз, 1962.

43. Динник А.Н., Моргаевский А.В., Савин Г.Н. Распределение напряжений вокруг подземных горных выработок // Труды совещания по управлению горным давлением АН СССР. М., 1938.

44. Донцул Н.Ф. Расчет расслаиваемости кровли очистной камеры. С.-Пб.: СЗТУ, 2001. 112 с.

45. Дудушкина К.И., Бобров Г.Ф. К оценке реологических свойств углей и вмещающих пород Кузбасса // Тезисы Всесоюз. совещ. по механике горных пород и горному давлению. Новосибирск, 1968. С. 51-52.

46. Евдокимов П.Д., Сапегин ДД. Прочность, сопротивляемость сдвигу и деформируемость оснований сооружений на скальных породах. М-Л. : 1964.

47. Ержанов Ж.С., Парчевский Л.Я. Ползучесть горных пород Донбасса при изгибе // Известия ВУЗов. Горный журнал. 1958. №9. С.51-57.

48. Ержанов Ж.С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. Алма-Ата : Наука, 1964.175 с.

49. Ержанов Ж.С., Цай Т.Н., Журавель А.А. Исследование деформаций ползучести горных пород Кузбасса при поперечном изгибе // Тр. института КузНИИШахтоСтрой. Кемерово. 1962. №10. С. 132-140.

50. Ерофеев JI.M., Журавель А.А. Определение натурных параметров ползучести горных пород // Вопросы горного дела. Кемерово, 1974. С. 112114.

51. Жуков В.В., Чернов Е.В. Перемещение кровли очистной выработки в слоистом и усредненном массиве // Совершенствование технологии добычи угля. Л., 1973. С. 50-56.

52. Заславский Ю.З. Исследование проявлений горного давления в капитальных выработках глубоких шахт Донецкого бассейна. М.: Недра, 1966. 180 с.

53. Иванов Е.А. Прогнозирование смещений пород на контуре сечения капитальных выработок с использованием инженерного и аналитического методов расчета выработок // Тр. ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. Л, 1974. Сб. 91. С. 83-88.

54. Изаксон В.Ю. Оценка устойчивости пород, обнажаемых при строительстве подземных сооружений // Устойчивость и крепление горных выработок. Л.: Изд-во ЛГИ. 1978. Вып. 5.

55. Ильштейн A.M. и др. Методы расчета целиков и потолочин камер рудных месторождений. М. : Наука, 1964.

56. Ильюшин А.А. Пластичность. М.: Издательство АН СССР, 1963.

57. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России / Ардашев К.А., Артемьев В.Б. и др. Л.: Изд-во ВНИМИ, 2000.

58. Ишлинский А.Ю. Уравнение деформирования не вполне упругих и вязко-пластических тел // Известия АН СССР, ОНТИ. 1945. №1—2.

59. Казак В.Н., Капралов В.К Определение пролета устойчивой во времени кровли незакрепленной выработки, пройденной в слоистых разнородных породах // Технология добычи угля подземным способом : Реф. сборник. 1977. №11 (131). С. 48-49.

60. Карташов Ю.М. Ускоренные методы определения реологических свойств горных пород. J1.: Недра, 1973. 112 с.

61. Картозия Б. А. и др. О разработке комплексного метода для оценки устойчивости горных выработок // Устойчивость и крепление горных выработок. J1.: Изд-во ЛГИ. 1978. Вып. 5.

62. Качанов JI.M. Теория ползучести. М.: Физматгиз, 1960.

63. Кожевин В.Г., Станкус В.М., Журавель А.А. Исследования реологических свойств горных пород Кузбасс // Тр. Кузбасс, политехи, ин-та. Кемерово, 1972. Сб. 62. С. 24-31.

64. Козина A.M. Исследование поведения кровли при анкерном креплении на моделях из эквивалентных материалов // Уголь. 1959. №4.

65. Комиссаров С.Н., Чихладзе Р.Г., Трофимов Н.Г. Исследование напряженно-деформированного состояния многослойного массива горных пород кровель очистных выработок до первой посадки // Тр. Москов. горн, ин-та. М., 1971. Вып. 4, часть 1. С. 124-132.

66. Костромитинов КН. Влияние слоистости пород на устойчивость кровли // Колыма. 1970. №11.

67. Кравченко Г.И. К исследованию влияния предварительного натяжения штанг на несущую способность массива // Известия ВУЗов. Горный журнал. 1959. №2. С. 17-27.

68. Крупенников Г.А. Влияние времени на деформации и на разрушение связных горных пород // Тр. совещания по управлению горным давлением. М., 1943. С. 151-160.

69. Кузнецов Г.Н. Исследование деформаций и давлений, возникающих в многослойной консоли кровли, и взаимодействие ее с крепью // Тр. ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. Л, 1960. Сб. 34. С. 3-43.

70. Кузнецов Г.Н. Механические свойства горных пород. М. : Углетехиздат, 1947. 179 с.

71. Кузнецов Г.Н. Исследование проявления горного давления при применении механизированных крепей. Фонды ВНИМИ.

72. Кузнецов С.Т. Устойчивость обнажений кровли пологопадающих пластов Кузбасса // Механика горных пород и маркшейдерское дело. М., 1959. С. 77-90.

73. Кузнецов С.Т. К расчету устойчивости толщ осадочных пород//Тр. ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. Л, 1968. Сб. 68. С. 40-72.

74. Кузнецов С.Т., Воронин И.Н. Методическое пособие по изучению слоистости и расслаиваемости осадочных пород. Л. : ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. 1967. 84 с.

75. Кузнецов Ю.Ф. Исследование ползучести некоторых пород // Записки Ленинградского горн, ин-та. Л., 1960. Т. 57, вып. 1. С. 29-34.

76. Кузнецов Ю. Ф., Ващилин В.А. Исследование ползучести горных пород при повышенных температурах // Физ.-техн. проблемы разработки полезных ископаемых. 1970. №5. С. 113-119.

77. Куликов В.В., Бранчугов В.К Об устойчивости кровли в очистных выработках пологих пластов Донецкого бассейна // Уголь. 1972. №9.

78. Кулиш В.И. Особенности расчета балок, работающих с различными модулями упругости при сжатии и растяжении // Тр. Хабаров, политехи, ин-та. Хабаровск, 1970. Вып. 11. С. 28-30.

79. Лабасс А. Давление горных пород в угольных шахтах // Вопросы теории горного давления. М.: Госгортехиздат, 1961. С. 59 164.

80. Лехницкий С.Г. К расчету на прочность составных балок // Вестник инженеров и техников. 1935. №9. С. 540-544.

81. Лехницкий С.Г. Распределение напряжений вблизи горизонтальной выработки эллиптического сечения в трансверсально-изотропном массиве с наклонными плоскостями изотропии // Известия АН СССР. МТТ, 1962. №2.

82. Лехницкий С.Г., Коровин В.П. Изгиб двухслойной упругой плиты под действием собственного веса и равномерно распределенного давления // Тр. ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. Л, 1970. Сб. 78. С. 63-87.

83. Либерман Ю.М. Аналитическое исследование проявлений горного давления с учетом фактора времени : . Дис. канд. техн. наук / Люберцы, Москов. обл. 1958.150 с.

84. Либерман Ю.М. Давление на крепь капитальных выработок. М.: Наука, 1969. 119 с.

85. Линьков A.M. Учет запредельных деформаций в плоской задаче о круглой выработке // ФТПРПИ, 1977. №5. С. 16-22.

86. Малинин Н.Н. Основы расчетов на ползучесть. Машгиз, 1948.

87. Манасевич А.Д. Физико-механические свойства углей пласта Волковский шахты "Центральная" треста "Кемеровуголь" // Тр. Кемеров. горн, ин-та. Кемерово, 1956. Вып. 2. С. 108-131.

88. Матвеева В.П. О некоторых особенностях проявления ползучести каменного угля // Проблемы механики горных пород. Алма-Ата, 1966. С. 267-270.

89. Методические указания по исследованию ползучести горных пород / Шафаренко Е.М., Оксенкруг Е.С. и др. Л.: Изд-во ВНИМИ, 1973.

90. Методические указания по применению терминов горной геомеханики / Борисов А.А., Зорин А.Н. и др. Л.: Изд-во ВНИМИ, 1989.

91. Нгуен Зуй Хань. Исследование влияния реологических свойств пород на устойчивость горных выработок и подземных сооружений : Дис. канд. техн. наук : 05.15.04 / ЛГИ, Л., 1980. 110 с.

92. Нестеренко Г.Т. Методика и некоторые результаты исследования параметров камерно-столбовой системы разработки // Методы определения размеров опорных целиков и потолочин. М., изд. АН СССР, 1962.

93. Нимец А.И. К вопросу расчета слоистых потолочин на прочность с учетом фактора времени // Тр. ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. Л, 1972. Сб. 85. С. 217-220.

94. Оловянный А.Г., Амусин Б.З. Исследование устойчивости выработок и неустановившегося давления на крепь с учетом предельных деформацийгорных пород // Устойчивость и крепление горных выработок. Л. : Изд-во ЛГИ. 1974.

95. Оценка устойчивости кровли горных выработок: Серия "Технология добычи угля подземным способом" /М.: ЦНИЭИуголь, 1974. 63 с.

96. Панов А.Д., Руппенейт К.В., Либерман Ю.М. Горное давление в очистных и подготовительных выработках. М. : Изд-во литературы по горному делу, 1959.

97. Переверзев М.И. Об устойчивости обнажений кровли в коротких забоях на пологих пластах Кузбасса // Уголь. 1966. №7.

98. Петросянц Э.В. Влияние первоначального натяжения на устойчивость кровли в камерах // Науч. сообщ. ИГД им. А.А. Скочинского, вып. XII. Госгортехиздат, 1961.

99. Плохое А.В. Устойчивость кровли и целиков во времени на сланцевых шахтах // Тр. ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. Л, 1987. Сб. 148. С. 56-58.

100. Проскуряков Н.М., Пермяков А.С., Черников А.К Физико-механические свойства соляных пород. Л.: Недра, 1973. 271 с.

101. Протодьяконов М.М. Давление горных пород и рудничное крепление. М. Л.: ГОНТИ, 1931.

102. Прочность и деформируемость горных пород / Карташов Ю.М., Матвеев Б.В., Михеев Г.В., Фадеев А.Б. М.: Недра, 1979.

103. Работное Ю.Н. Равновесие упругой среды с последействием // Прикладная математика и механика. 1948. Т. XII, вып. 1.

104. Работное Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М. : Наука, 1966. 752с.

105. Райский В.В., Комиссаров В.В. К вопросу определения устойчивости пород в обнаженных горных выработках // Исследования проявлений горного давления на глубоких горизонтах шахт. Л.: ВНИМИ, 1971. С. 109118.

106. Рекомендации по методике построения моделей скальных оснований плотин по параметрам сопротивляемости пород сдвигу / ВНИИ гидротехники им. Б.Е. Веденеева. Л., 1983.

107. Ренжиглов Н.Ф., Протодьяконов М.М. О физической природе ползучести горных пород // Исследование физ.-мех. свойств и взрывного способа разрушения горных пород. М., 1970. С. 49-59.

108. Ржаницын А.Р. Теория составных стержней строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1948. 192 с.

109. Ржаницын А.Р. Расчет сооружений с учетом пластических свойств материалов. М.: Госстройиздат, 1954.

110. Родин И.В. Снимаемая нагрузка и горное давление // Исследования горного давления. М.: Госгортехиздат, 1960. С. 343 374.

111. Роза С.А., Зеленский Б.Д. Исследование механических свойств скальных оснований гидротехнических сооружений (гравитационных и арочных плотин и напорных туннелей). М.: Энергия, 1967.

112. Розовский М.И. Ползучесть и длительное разрушение металлов // Журнал технической физики. 1951. Т. XXI, вып. 11.

113. Руппенейт К.В. Давление и смещение горных пород в лавах пологопадающих пластов. М.: Углетехиздат, 1957.

114. Руппенейт К.В. Некоторые вопросы механики горных пород. М. : Углетехиздат, 1954. 384 с.

115. Сажин B.C. Упруго-пластическое распределение напряжений вокруг горных выработок различного очертания. М.: Наука, 1968.

116. Свержевский В.Л. Методика прогнозирования устойчивости пород в горных выработках // Доклады и сообщения по научному семинару на ВДНХ СССР. М., ВСЕГИНГЕО, 1969.

117. Семевский В.Н. и др. Штанговая крепь. М. : Недра, 1965. 328 с.

118. Сероштан B.C. Зависимость времени стояния кровли от площади ее обнажения // Горный журнал. 1974. №12. С. 42-44.

119. Скобцов Б.С., Филатов Н.А., Донцул Н.Ф. Расчет напряженно-деформированного состояния многослойной потолочины очистной камеры // Тр. ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. JI, 1974. Сб. 91. С. 165-172.

120. Слесарев БД. Механика горных пород. М.: Углетехиздат, 1948. 303 с.

121. Слесарев В Д. Управление горным давлением при разработке угольных пластов Донецкого бассейна. M.-JI.: Углетехиздат, 1952. 380 с.

122. Спелдинг Дэ/с. Управление горным давлением. Теория и практика // Горное давление. М.: Госгортехиздат, 1961. С. 242 274.

123. Ставрогин А.Н. Экспериментальные исследования ползучести и долговечности горных пород // Тр. координац. совещ. по гидротехнике. JI., 1968. Вып. 38. С. 228-239.

124. Стеценко В.П. Исследование несущей способности слоистой неоднородной кровли горных выработок : Дис. канд. техн. наук : 01.02.07 / ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. JL, 1981. 222 с.

125. Стеценко В.П., Хлусов А.Е. Расчет однослойных породных балок на основе теории упруго-пластического изгиба в режиме кратковременного нагружения // Сборник трудов молодых ученых ВНИМИ (по материалам конференции). С-Пб., 2003. С. 93 103.

126. Тарабасов НД. О применении теории многослойных балок к изучению напряженно-деформированного состояния горных пород // Науч. тр. Моск. полиграф, ин-та. М., 1957. Сб. 7-8. С. 71-91.

127. Тимошенко С.П., ГереДж. Механика материалов. М.: Мир, 1976. 669 с.

128. Титов Б.В. Исследование и разработка метода определения длительной прочности соляных горных пород при сжатии : Дис. канд. техн. наук : 05.15.11 / Всесоюз. научно-исслед. и проект, ин-т галургии (ВНИИГ). Березники, 1983.246 с.

129. Трупак Н.Г. Реологические свойства замороженных горных пород // Материалы всесоюзного симпозиума по проблемам реологии горных пород и релаксации в твердых телах. Киев, 1969. С. 90 101.

130. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР / Ардашев К.А., Бажин Н.П. и др. Л.: Изд-во ВНИМИ, 1986.

131. Уокер JJ. Теория управления давлением горных пород // Горное давление. М., 1961.

132. Усовершенствование методики испытаний длительной прочности слабых горных пород: Отчет о НИР / ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. Руководитель работы Б.В. Матвеев. Тема 37. Инв. № 4483. JL, 1965. 29 с.

133. Феннер Р. Исследование горного давления // Вопросы теории горного давления. М.: Госгортехиздат, 1961. С. 5 58.

134. Фисенко Г.Л. Предельное состояние горных пород вокруг выработок. М. : Недра, 1976. 272 с.

135. Фисенко ГЛ., Веселков В.И. Исследование ползучести глинистых горных пород при испытании на сдвиг // Проблемы реологии горных пород. Киев, 1970.316 с.

136. Хлусов А.Е. К вопросу обеспечения устойчивости выработок, проводимых в трещиноватых породах // Сборник трудов молодых ученых ВНИМИ (по материалам конференции). С-Пб., 2003. С. 89 92.

137. Хлусов А.Е. К вопросу прогноза величины допустимого прогиба слоистой неоднородной кровли выработки, закрепленной сталеполимернымианкерами // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2007 г, №8. С. 73-75.

138. Хлусов А.Е. О влиянии податливости пласта полезного ископаемого на величину предельного прогиба кровли горной выработки, закрепленной анкерами // Вестн. МГТУ. 2007 г. № 3.

139. Хлусов А.Е. О ползучести многослойной неоднородной балки // Физико-технические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых. 2007 г, №6.

140. Хлусов А.Е. К расчету величины допустимого прогиба слоистой неоднородной кровли выработки, закрепленной сталеполимерными анкерами // Маркшейдерия и недропользование. 2007 г, № 5.

141. Цимбаревич П.И. Механика горных пород. М.: Углетехиздат, 1948.

142. Черняк И.Л., Бурчаков Ю.Н., Нгуен Занъ Фъен, Моцкин И.А. О длительной прочности горных пород в условиях ползучести // Процессы и управление при подземной разработке полезных ископаемых. М., 1968. С. 74-78.

143. Широков А.П., Лидер В.А. Писляков Б.Г. Расчет анкерной крепи для различных условий применения. М.: Недра, 1976. 208 с.

144. Шкурина К.П. Исследование устойчивости горизонтальных выработок в условиях шахт Киргизской ССР // Проблемы реологии горных пород. Киев, 1970. С. 265-271.

145. Шрейнер Л.А. и др. Деформационные свойства горных пород при высоких давлениях и температурах. М.: Недра, 1968. 358 с.

146. Элиманов К.К. Разработка методики расчета смещений пород в подготовительных выработках мощных пологих пластов : Дис. канд. техн. наук : 05.15.11 / ВНИИ горн, геомех. и маркшейд. дела. JL, 1985. 187 с.

147. Bieniawski Z.T. Time-dependent behavior of fractured rock // Rock Mechanics, 1970. V. 2, No. 3. Pp. 123 137.

148. Brady В. T. Nonlinear mechanical behavior of the brittle rock // Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 1969. V.6. Pp. 221 -225.

149. Bolzmann L. Zur theorie der elastischen Nachwirkung // Sitzungsberichte der Keiserlichen Akademie der Wissenschaften. 1874, 70.

150. Cook N.G. W. The failure of rock // Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 1965. V.2, No.4. Pp. 389-403.

151. Griggs D.T. Creep of rocks //Geol. 1937, №47.

152. Nishihara M. Stress-strain-time relation of rock // The Doshisha Engineering Review. 1957. VIII, №3.

153. PanekL.A. Use of Vertical Roof Bolts to Reinforce an Arbitrary Sequence of Beds // International Symposium on Mining Research, proceedings of a symposium held at the University of Missouri. V. 2. Oxford, London, New York, Paris, 1962.

154. Pancini M. Results on a Model of the Vaiont Dam. 1961.

155. Pillips D. W. Tectonics of mining // Colliery Eng., 1948. P. 293-294.

156. Stocke K. Zeitschrift. Berg-Hutten- und Salinenwesen. 1937. №11.

157. Volterra V. Theory of Functionals and of Integral and Integrodifferential equations. London, 1931.

Информация о работе

Хлусов, Александр Евгеньевич
кандидата технических наук
Санкт-Петербург, 2007
ВАК 25.00.20

Диссертация

Прогноз допустимого прогиба неоднородной слоистой кровли горной выработки, закрепленной анкерами - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы