Разработка методики прогнозирования напряженно-деформированного состояния неоднородного угольного массива

Разумова, Лариса Викторовна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка методики прогнозирования напряженно-деформированного состояния неоднородного угольного массива
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Разработка методики прогнозирования напряженно-деформированного состояния неоднородного угольного массива"

На правах рукописи

РАЗУМОВА ЛАРИСА ВИКТОРОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НЕОДНОРОДНОГО УГОЛЬНОГО МАССИВА

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

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк 2007

003070115

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

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор Фрянов Виктор Николаевич

Официальные оппоненты доктор технических наук

Матвеев Игорь Федорович

Ведущая организация - От крытое акционерное общество «Угольная компания «Южкузбассуголь» (ОАО «ОУК «Южкузбассуголь», г Новокузнецк)

Защита диссертации состоится 29 мая 2007г. в 14 00 часов на заседании диссертационного совета Д212 525 03 Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" по адресу 654007, Кемеровская обл, г Новокузнецк, ул Кирова, 42, тел 46-37-88, 74-89-91, факс (8-3843) 46-57-92, e-mail lansa_iazumova@mail ru

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

Автореферат разослан 26 апреля 2007г

доктор технических наук Прошунин Юрий Евгеньевич

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

А В Чубриков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из актуальных задач управления состоянием углепородного массива является изучение и профилактика негативного влияния неоднородности породных слоев и угольных пластов на геомеханические параметры выемочного участка и эффективность технологических процессов в очистных и подготовительных забоях К основным неоднородностям углепородного массива относятся твердые включения и породные прослойки в угольном пласте, ложная кровля и почва пласта, дизъюнктивные нарушения, размывы и вздутия пластов, пустоты, плывуны и др В зоне влияния этих неод-нородностей наиболее часто происходят обрушение и пучение пород, разрушения боков выработки при выдавливании слабых породных прослойков, зависание и внезапное обрушение линзообразных плит твердых включений Следствием этих процессов являются аварии, инциденты, повышенный уровень травматизма, аварийные простои очистных и подготовительных забоев

Существующие методики и алгоритмы прогноза геомеханических параметров систем разработки угольных пластов, как правило, не учитывают неоднородности угольного пласта, что приводит к непрогнозируемым отклонениям фактических параметров систем разработки и режимов технологических процессов от проектных

Одним из основных направлений снижения негативного влияния неодно-родностей породных слоев и угольного пласта на эффективность и безопасность очистных и подготовительных работ является изучение закономерностей распределения механических напряжений и деформаций в углепородном массиве, оценка прочности неоднородного угольного пласта с учетом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей, использование выявленных закономерностей и зависимостей для разработки методики расчета геомеханических параметров систем разработки

В этой связи актуальной научно-практической задачей является разработка и реализация методики прогнозирования напряженно-деформированного состояния неоднородных породных слоев и угольных пластов для обоснования геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок, обеспечивающих их устойчивость в опасных зонах

Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Интегра-ция»-«Полевые исследования геодинамической активности региона Алтае-Саянской складчатой области под влиянием природных тектонических, сейсмических и техногенных воздействий для безопасной отработки месторождений Горной Шории и Хакасии» Государственный контракт № Э0123, ГР 01200302559, Государственного контракта №38-6, заказ-наряд №12- «Разработка теории разрушения анизотропных горных пород в условиях объемного напряженного состояния при комплексном воздействии на горный массив механических инденторов и гидравлических струй», №ГР 01200117892, «Разработка теории миграции флюидов под влиянием переменных механических напряжений и температуры», задание Минобразования РФ, № ГР 01200409401

Целью исследований является разработка методики прогнозирования механических напряжений и деформаций в углепородном массиве с учетом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей для прогноза геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок и обеспечения их устойчивости в опасных зонах

Идея работы состоит в использовании установленных закономерностей неравномерного распределения напряжений, деформаций и остаточной прочности угля и пород в окрестности неоднородностей в углепородном массиве для прогнозирования геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок и обеспечения их устойчивости в опасных зонах

Задачи исследований:

1 Установить по результатам лабораторных испытаний закономерности изменения предела прочности неоднородных образцов при варьировании механических и геометрических параметров неоднородных включений

2 Разработать алгоритм и адаптировать на его основе комплекс компьютерных программ количественного прогнозирования напряженно-деформированного состояния породных образцов, породных слоев и угольных пластов с учетом их неоднородности

3 Обосновать по критерию минимума разности предела прочности неоднородных породных образцов и расчетных напряжений параметры огибающей кругов Мора паспорта прочности пород

4 Установить закономерности распределения напряжений и коэффициентов повреждаемости в неоднородных породных образцах, породных слоях и угольных пластах

5. Разработать методику прогнозирования механических напряжений и деформаций в углепородном массиве с учетом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей для определения геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок и повышения их устойчивости в опасных зонах

Методы исследований: лабораторных испытаний неоднородных породных образцов, численного моделирования процессов деформирования и разрушения неоднородных породных образцов, породных слоев и угольных пластов, статистической обработки результатов исследований

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- предел прочности при одноосном сжатии неоднородных породных образцов увеличивается прямо пропорционально пределу прочности и относительной площади неоднородного включения,

- неравномерная дискретизация на конечные элементы исследуемой области породного образца, породного слоя и угольного пласта с последовательным увеличением объемов конечных элементов от центра к периферии неоднородного включения сложной формы обеспечивает выделение аномальных зон в углепородном массиве по механическим напряжениям и остаточной прочности угля и пород,

- по минимуму разности предела прочности неоднородных породных образцов и расчетных предельных напряжений паспорта прочности пород ранжируются и образуют последовательность по форме огибающей кругов Мора в виде параболической, показательной и линейной зависимостей,

- при объемном напряженно-деформированном состоянии углепородного массива по периферии неоднородного включения происходит скачок напряжений и остаточной прочности угля и пород, что приводит к нарушению сплошности пород и повышению вероятности газодинамических явлений,

- методика прогнозирования механических напряжений, деформаций и остаточной прочности в углепородном массиве с учетом пространственного рас-

положения, формы и размеров неоднородностей обеспечивает установление границ опасных зон в окрестности очистных и подготовительных выработок

Научная новизна работы состоит в:

- установлении линейной зависимости предела прочности при одноосном сжатии неоднородных породных образцов от предела прочности и относительной площади неоднородного включения,

- разработке алгоритма дискретизации на конечные элементы исследуемой области породного образца, породного слоя и угольного пласта с последовательным увеличением объемов конечных элементов от центра к периферии неоднородного включения сложной формы посредством переменного шага дискретизации по радиусу и полярному углу в цилиндрической системе координат,

- обосновании предельной огибающей кругов Мора на паспорте прочности пород в виде параболической зависимости по минимуму разности полученных при лабораторных испытаниях разрушающих и расчетных предельных напряжений по трем вариантам огибающей кругов Мора,

- установлении разрыва сплошности углепородного массива на границах неоднородного включения в условиях объемного неравномерного напряженного состояния,

- разработке методики прогнозирования механических напряжений и опасных зон в углепородном массиве с учетом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- результатами лабораторных испытаний 155 породных и искусственных образцов при варьировании предела прочности неоднородного включения в интервале 0-100 МПа,

- применением для лабораторных испытаний современного сертифицированного лабораторного оборудования (гидравлический пресс ИК - 500 01, компьютерные программы построения на мониторе диаграмм «напряжение-деформация», цифровая фотокамера),

- совпадением предела прочности пород при одноосном сжатии с рассчитанными методом конечных элементов механическими напряжениями в породных образцах, среднее отклонения не более 8%,

- соответствием форм и размеров полостей отжатого в очистном забое угля на пласте 25 шахты «Юбилейная» с твердыми включениями и зоны разрушения, установленной по результатам расчетов методом конечных элементов остаточной прочности угля в пласте с неоднородностями

Личный вклад автора состоит в:

- исследовании и установлении зависимостей предела прочности неоднородных породных образцов от предела прочности, площади и положения неоднородного включения, относительно осей симметрии образца,

- разработке алгоритма и пакета компьютерных программ для дискретизации на конечные элементы модели углепородного массива с неоднородными включениями и расчета напряжений, деформаций и остаточной прочности угля и пород,

- сравнительной оценке шести паспортов прочности и обосновании в качестве оптимальной параболической формы огибающей кругов Мора на паспорте

прочности пород по критерию минимума разности предела прочности неоднородных породных образцов и расчетных предельных напряжений,

- установлении концентраторов напряжений и разрыва сплошности угольного массива на границах неоднородного включения в условиях объемного неравномерного напряженного состояния в средней части лавы и на сопряжениях с подготовительными выработками,

- разработке алгоритма и методики прогноза механических напряжений и зон разрушения угля в пласте с учетом пространственного расположения, формы и размеров неоднородносгей

Научное значение работы состоит в установлении закономерностей неравномерного распределения напряжений, допредельного и запредельного деформирования породных образцов и угольного пласта с учетом механических свойств, формы и размеров неоднородных включений для обоснования геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок, обеспечивающих их устойчивость в опасных зонах

Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты позволяют

- оценить по результатам единичных лабораторных испытаний и установленным зависимостям изменение предела прочности неоднородных образцов при варьировании прочностных и геометрических параметров неоднородных включений,

- прогнозировать напряженно-деформированное и запредельное состояние неоднородных породных образцов, породных слоев и угольных пластов

- применять параболическую огибающую кругов Мора на паспорте прочности пород для оценки перехода угля и пород из допредельного в запредельное состояние,

- устанавливать геомеханические параметры очистных и подготовительных выработок, повышать их устойчивость в опасных зонах на пластах с неодрод-ными включениями

Реализация работы. Результаты работы в виде рекомендаций по упрочнению углепородного массива в опасных зонах приняты и реализованы на шахтах «Абашевская», «Большевик», представлены на международной выставке-ярмарке «Уголь России и майнинг 2006» Научные результаты и практические рекомендации используются в учебном процессе в Сибирском государственном индустриальном университете при обучении студентов направления 130400 -«Горное дело»

Апробация работы. Основные выводы и результаты научной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (2001, 2003, 2004, 2005), Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (2004, 2005), «Неделя горняка-2007» (Москва)

Публикации По теме диссертационной работы автором опубликовано 9 печатных работ

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 138 страницах машинописного текста, содержит список литературы из 132 наименований, 7 таблиц, 45 рисунков

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе «Анализ существующих способов и средств определения параметров напряженно-деформированного и предельного состояния неоднородного угольного массива» обобщены результаты анализа существующих способов и средств определения напряжений и деформаций в неоднородном горном массиве и породных образцах Установлено, что характер распределения напряжений и деформаций в окрестности неоднородных включений в породных слоях и угольном пласте существенно отличается от закономерностей распределения напряжений и деформаций в углепородном массиве при отсутствии в слоях неоднородных включений

В качестве характерных неоднородностей в слоистом углепородном массиве выделены твердые включения и породные прослойки в угольном пласте, ложная кровля и почва на локальных участках пласта, мелкоамплитудные дизъюнктивные нарушения, размывы и вздутия пластов, пустоты, плывуны и др Основной причиной недостаточной адекватности прогнозируемых параметров деформирования и разрушения неоднородных породных слоев и угольных пластов реальным геомеханическим процессам в неоднородном углепородном массиве является отсутствие методики прогнозирования напряженно-деформированного состояния неоднородных породных слоев и угольных пластов для проектирования геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок и повышения их устойчивости в опасных зонах

Существенный вклад в исследования закономерностей распределения напряжений, деформаций и разрушения пород в шахтных и лабораторных условиях внесли Л И Барон, Е С Ватолин, М П Воларович, П В Егоров, Е И Ильницкая, Т Карман, Ю М Карташов, М И Койфман, Г Н Кузнецов, М М Протодьяконов, А Н Ставрогин, Г Л Фисенко, В Н.Фрянов, Г Г Штумпф, С Е Чирков и др

На основе обобщения производственного опыта отработки угольных пластов с неоднородными включениями, результатов исследований, выполненных ведущими учеными, научно-исследовательскими организациями и вузами в России и за рубежом, обоснована актуальность разработки методики прогнозирования напряженно-деформированного состояния неоднородных породных слоев и угольных пластов для проектирования геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок с целью обеспечения их устойчивости Сформулированы цель и задачи исследования

Во втором разделе «Лабораторные исследования закономерностей разрушения неоднородных породных образцов в условиях одноосного сжатия» установлена зависимость предела прочности при одноосном сжатии неоднородных породных образцов от предела прочности, относительной площади и положения в образце неоднородного включения

Для этого проведен анализ прямых и косвенных методов определения механических свойств горных пород и установлено, что при наличии современных средств лабораторных и шахтных испытаний (прессы, стабилометры, матрицы, измерительные приборы с отображением их показаний на экране монитора компьютера, экстензометры, тензонометры, компьютерные средства автоматизированной обработки диаграмм испытаний) горных пород наиболее полно описывают поведение угля и пород в реальных условиях способы испытания образцов при сжатии и растяжении

Учитывая отсутствие при испытании породных образцов сведений о механических напряжениях и деформациях внутри испытываемого образца предлагается по полученным на поверхности образца деформациям на каждом предыдущем этапе испытаний проводить настройку входных параметров компьютерной программы и осуществлять компьютерный прогноз деформаций на последующем этапе испытаний в пределах всего образца Отклонение измеренных на стенде и вычисленных на ЭВМ величин деформаций на поверхности образца являются критерием соответствия расчетной модели деформирования образца реальным процессам

Лабораторные эксперименты проводились на искусственных образцах, изготовленных из смеси гипса с природными наполнителями и модифицированными добавками водорастворимых полимеров, с пределом прочности при сжатии 40 МПа, и образцах горных пород шахт Кузбасса (песчаники, аргиллиты, алевролиты, уголь)

Искусственные образцы с неоднородными включениями изготавливаются следующим образом До заливки смеси в форме закреплялся элемент неоднородности, в виде стальных шариков и кубиков, искусственных материалов с разными механическими свойствами, в том числе поролон для моделирования пустот Для моделирования трещин в форму укладывались различные пленки

Для проведения испытания образцов на одноосное сжатие использовался пресс ИК-500 01, который соответствует утвержденному типу «Машины для испытания материалов на усталость ИК» Пресс предназначен для статических и малоцикловых испытаний образцов при нормальной температуре (от +15 °С до +35 °С) в соответствии с требованиями ГОСТ 10006, ГОСТ 8695, ГОСТ 1497, ГОСТ 11701, ГОСТ 25 502 и ГОСТ 25 503 Диаграммы «напряжения-деформации» при испытании однородных и неоднородных образцов приведёны на рисунке 1

Смещения ,мкм

■ однородный

- включение в виде полости -твердое включение

Рисунок 1 -Совмещенные

диаграммы "напряжения -деформации"

По результатам каждого испытания по известным продольным и поперечным деформациям и вертикальным напряжениям определялись модуль уп-

ругости и коэффициент Пуассона материала образца При испытании искусственных образцов с неоднородными включениями проводилось фотографирование и измерение деформаций боковых поверхностей образца После разрушения образца последний разбирался по образовавшимся трещинам на куски и проводилось фотографирование положения неоднородного включения, трещин, в том числе в окрестности неоднородного включения

В процессе исследований образцов без включений и с неоднородными включениями варьировались механические свойства материалов и пород образца, механические свойства материалов неоднородных включений, формы и размеры неоднородных включений и их положение относительно осей образца Пределы изменений указанных параметров следующие предел прочности при сжатии 0-100 МПа, объем неоднородного включения 0-8 см3, положение неоднородного включения варьировалось по высоте и относительно вертикальной оси образца Всего проведено 155 лабораторных экспериментов Результаты лабораторных испытаний образцов с симметрично расположенными неоднородными включениями приведены в таблице 1

Для исследования влияния положения неоднородного включения относительно вертикальной оси были проведены лабораторные исследования при разной площади неоднородного включения На основе проведенных лабораторных исследований установлено, что неоднородное включение оказывает существенное влияние на предел прочности неоднородного образца, и выявлена следующую зависимость

^ежо S0 + осжв SB

°сжов с , с ' w

о +йв

где стсжов -предел прочности образца с неоднородным включением, МПа, сгежо -предел прочности материала однородного образца, МПа, стсжв -предел прочности неоднородного включения, МПа, S0, SB -соответственно площадь поперечного сечения образца и неоднородного включения, м2

Изучено влияние положения неоднородного включения в образце посредством расположения включения на разных расстояниях от вертикальной оси образца 0,5,10,15,20мм Установлено, что мере увеличения расстояния между неоднородным включением и вертикальной осью образца возрастает неравномерность вертикальных деформаций боковых поверхностей образца чем меньше расстояние между неоднородным включением и поверхностью образца, тем меньше деформации

Таким образом, результаты лабораторных исследований подтвердили существенное влияние площади и предела прочности материала неоднородного включения на предел прочности неоднородного образца

В третьем разделе «Адаптация комплекса компьютерных программ прогнозирования напряженно-деформированного и предельного состояния породных образцов, породных слоев и угольных пластов с учетом их неоднородности» разработаны алгоритм и компьютерная программа для прогноза напряжений и деформаций внутри и на поверхности образца (рисунок 2) Настройка входных параметров компьютерной программы осуществлялась по деформациям, измеренным на поверхности образца на каждом предыдущем этапе испытаний По настроенным таким образом входным параметрам компьютерной программы проводился прогноз деформаций на последующем этапе испытаний в пределах всего образца По вычисленным деформациям осуществ-

лялся прогноз напряжений в образце и оценивалось его состояние по паспорту прочности пород Отклонение измеренных на стенде и вычисленных на ЭВМ величин деформаций на поверхности образца является критерием соответствия расчетной модели деформирования образца реальным процессам Расчет параметров НДС породных образцов и углепородного массива с неоднородными включениями проводился методом объемных конечных элементов Реализован алгоритм неравномерной дискретизации исследуемой области породного образца, породного слоя и угольного пласта с последовательным увеличением объемов конечных элементов от центра к периферии неоднородного включения произвольной формы, что обеспечивает выделение аномальных зон в углепо-родном массиве по механическим напряжениям и остаточной прочности угля и пород Алгоритм и программный комплекс исследования процесса разрушения неоднородных породных образцов позволяют посредством изменения граничных условий, формы и размеров образцов, неоднородных включений и конечных элементов моделировать процессы деформирования образцов при их одноосном и объемном сжатии, изгибе, раскалывании и при вдавливании индентора в полуплоскость

Исходные данные

ч^__

Дискретизация

образца на

конечные элементы

с включением

сплошной

Рисунок 2 - Алгоритм решения задачи прогноза напряженно-деформированного и предельного состояния

Табчица 1 - Резучьтаты (фрагменты) лабораторных испытаний образцов с симметрично расположенными неоднородными включениями высота 90 мм, диаметр 50 мм, площадь поперечного сечения неоднородного включения 100 мм2

Предел Отклонение Размер Вид включения Предел Отклонение Предел проч- Отклонение

№ се- прочности предела прочно- вклю- прочности предела ности при сжа- предела проч-

рии при сжатии сти материала чения, см2 при сжатии прочности тии образца с ности от сред-

опытов материала образца от сред- материала материала включениями него значения

образца Осжо, него значения твердого твердого оьи», МПа Да, МПа/%

МПа Лег, МПа/% включения о«» МПа включения от среднего значения Да, МПа/%

6 38 2 5/6,6 1 песчаник 83 7,9/9,5 41 2,3/5,6

7 41 3,1/7,6 4 алевролит 46 2,6/5,6 42 3,4/8,1

И 38 2,5/6,6 2,25 пустота 15 3,8/2,5 35 4,2/12,0

14 42 3,4/8,1 1 пустота 23 1,7/7,4 41 1,4/3,4

15 36 2,9/8,0 4 пустота 16 3,1/19,4 32 5,3/16,5

18 42 3,4/8,1 2,25 алевролит 57 2,3/4,0 43 2,7/6,3

20 38 2,5/6,5 1 песчаник 94 4,0/4,2 41 3,0/7,3

21 41 3,1/7,7 2,25 алевролит 37 2,4/6,5 39 1,9/4,9

22 36 2,9/8,1 2,25 алевролит 48 3,7/7,7 36 3,8/10,5

25 42 3,4/8,1 1 пустота 12 2,9/24,2 40 1,1/2,7

26 41 3,1/7,6 4 апевролиг 45 2,1/4,7 42 2,4/5,7

27 38 2,5/6,6 5 песчаник 68 3,2/4,7 45 4,1/9,1

28 36 2,9/8,0 1 песчаник 95 3,7/3,9 39 2,8/7,2

32 41 3,1/7,5 5 песчаник 74 4,4/5,9 49 3,7/7,5

33 42 3,4/8,1 4 песчаник 82 2,0/2,4 50 5,2/10,4

35 36 2,9/8,0 1 алевролит 55 1,6/2,9 37 3,6/9,7

36 41 3,9/9,5 5 пустота 1,2 0,5/41,6 36 3,7/10,3

37 52 4,8/9,2 4 пустота 1,5 0,6/40,0 49 3,7/7,6

В процессе моделирования изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) лабораторных неоднородных породных образцов при поэтапном изменении нагрузки на образец фиксируется предельная нагрузка на образец, при которой происходит образование трещин на поверхности образца и его разрушение Переход материала образца из допредельного в запредельное состояние оценивалось по паспорту прочности Для этого рассмотрены теории разрушения максимальных касательных напряжений, максимальных сжимающих напряжений, энергетической теории, максимальных растягивающих напряжений, деформационной теории

Условие разрушения горных пород по теории прочности определяется с помощью коэффициента повреждаемости

Л=ап/сгмкэ, (2)

где Д- коэффициент повреждаемости горной породы в образце, СТП -предел прочности породы, Смкэ -напряжения в образце, вычисленные методом конечных элементов

Согласно графикам отчетливо проявляется влияние твердого включения на характер формирования запредельного состояния в материале образца и допредельного в твердом включении (рисунок 3)

а)

б)

■0 020 4)010

•0 0 20 -0 010

010 0 020

Рисунок 3 - Изолинии распределения коэффициента повреждаемости материала в горизонтальном поперечном сечении однородного (а) и неоднородного (б) образцов (предел прочности материала образца 50 МПа, неоднородного включения 100 МПа)

На основе анализа результатов расчетов коэффициента повреждаемости по шести паспортам, построения и анализа графиков, аналогичных приведенным на рисунке 3, установлено, что наиболее адекватные результаты получаются при использовании теории максимальных сжимающих напряжений, энергетической теории прочности, теории Кулона-Мора (максимальных касательных напряжений), в том числе при линейной и степенной зависимости предельной огибающей кругов Мора

Проведено моделирование и анализ полученных результатов распределения коэффициента повреждаемости неоднородных образцов Установлено, что при нагружении образца с неоднородным включением в первую очередь разрушается участок образца с меньшим пределом прочности Влияние твердого включения в средней части образца проявляется в том, что формируется зона неразрушенных пород твердого включения, где отношение предельных касательных напряжений к расчетным составляет 1,9 На периферии образца разрушение происходит аналогично разрушению в сплошном образце

По результатам численного моделирования процесса деформирования и разрушения неоднородных породных образцов с настройкой входных параметров модели по деформациям лабораторных образцов установлено

1) Адаптированный к форме и размерам неоднородного включения алгоритм неравномерной дискретизации на конечные элементы исследуемой области породного образца, породного слоя и угольного пласта с последовательным увеличением объемов конечных элементов от центра к периферии неоднородного включения произвольной формы обеспечивает выделение аномальных зон в углепородном массиве по механическим напряжениям и остаточной прочности угля и пород

2) Вариации граничных условий на поверхности исследуемого неоднородного породного образца позволяют моделировать процессы деформирования и перехода пород в запредельное состояние при лабораторных испытаниях по схемам одноосного сжатия, объемного сжатия в жестких матрицах, при вдавливании индентора в полуплоскость, при раскалывании образца по образующим цилиндра

3) На основе анализа пяти вариантов паспортов прочности пород установлено, что предельная огибающая кругов Мора на паспорте прочности пород в виде параболической зависимости обеспечивает минимум разности предела прочности неоднородных породных образцов и расчетных предельных напряжений по сравнению с линейной и показательной зависимостями

4) По минимуму разности предела прочности неоднородных породных образцов и расчетных предельных напряжений паспорта прочности пород ранжируются и образуют последовательность по форме огибающей в виде параболической, показательной и линейной зависимостей

В четвертом разделе «Закономерности распределения напряжений и коэффициента повреждаемости в породных образцах, породных слоях и угольных пластах» для установления закономерностей распределения напряжений и перехода пород образца и неоднородного включения из допредельного в запредельное состояние проведено моделирование процессов деформирования и разрушения неоднородных породных образцов, породных слоев и угольных пластов с твердыми включениями

В соответствии с программой исследований лабораторные и численные эксперименты проводились посредством варьирования предела прочности неоднородного включения и материала образца в интервале 0 - 200МПа с шагом 50МПа, площади неоднородного включения в интервалах 0 - 20% от площади поперечного сечения образца, положения неоднородного включения относительно вертикальной оси образца в пределах 0 - 20мм, соответственно по осям X и У в горизонтальной плоскости В пределах угольного пласта твердое вклю-

чение при моделировании располагалось на расстоянии 0-4 м от бока подготовительной выработки или краевой части пласта в очистном забое

Учитывая большой объем информации при моделировании (вертикальные и горизонтальные напряжения, деформации, коэффициент повреждаемости пород) на периферии неоднородного включения исследуемого в горизонтальном и вертикальном сечениях образца были выделены характерные точки 1-5 ( рисунок 4)

В этих точках в процессе моделирования определялись численные значения напряжений, коэффициентов повреждаемости, деформации и смещения Было проведено более 150 экспериментов По полученным результатам выявлены закономерности, которые излагаются ниже

Согласно графикам рисунка 4 в середине неоднородного включения (точка 1, рисунок 4) при увеличении предела прочности неоднородного включения, при прочих равных условиях и симметричном расположении неоднородного включения, сжимающие вертикальные напряжения снижаются Наиболее интенсивно снижение вертикальных напряжений происходит на периферии неоднородного включения (точки 2-5, рисунок 4) При увеличении прочности неоднородного включения горизонтальные напряжения переходят от растягивающих к сжимающим Горизонтальные напряжения равны нулю при равенстве пределов прочности материала образца и твердого включения (50МПа) В неоднородном образце в первую очередь разрушается участок образца с меньшей прочностью

При увеличении площади неоднородного включения в пределах 5-20% от площади поперечного сечения образца и симметричном расположении включения относительно вертикальной оси образца вертикальные напряжения в неоднородном включении уменьшаются по параболической зависимости, возрастают растягивающие горизонтальные напряжения Это подтверждается раскалыванием образца по образующей цилиндра при лабораторных испытаниях При увеличении площади и предела прочности материала неоднородного включения предел прочности неоднородного образца возрастает

Предел прочности неоднородного включения, МПа

Рисунок 4 — Графики изменения вертикальных напряжений от предела прочности неоднородного включения в характерных точках образца

При увеличении расстояния от вертикальной оси образца к его боковым поверхностям вертикальные напряжения в горизонтальном сечении образца распределяются неравномерно, возникают растягивающие горизонтальные напряжения, что приводит к изгибу образца и разрушению его на боковых поверхностях

Исследования характера распределения геомеханических параметров уг-лепородного массива проводилось посредством моделирования изменений напряжений и коэффициента повреждаемости в зоне влияния твердых включений в угольном пласте и породных слоях в окрестности очистных и подготовительных выработок В качестве объекта исследований принят пласт 25 Байдаевско-го месторождения Общая мощность пласта 25 в пределах участка колеблется от 1,70 до 2,57 м, средняя -2,38 м Пласт содержит неоднородные включения в форме линз карбонатных конкреции («колчеданы») в верхней половине пласта -редкие, в прикровельной части пласта практически слоем, размеры которых от 0,1x0,2x0,5м до 0,45x3,5x5,5 м, крепость по шкале М М Протодъяконова от 5 до 12

Пласт 25 опасен по горным ударам с глубины 280 м, угрожаемый по внезапным выбросал» угля и газа с глубины 370 м. Глубина ведения горных работ 336-500м В пределах участка имеются опасные зоны, в том числе «колчеданы» опасны по фрикционному воспламенению метана при резании и по обрушению при их обнажении

При моделировании распределения НДС рассмотрено влияние твердого включения площадью 18м, расположенного непосредственно на краевой части пласта и в глубине массива В каждом варианте определялись вертикальные и горизонтальные напряжения в пласте и твердом включении, вертикальные смещения пород кровли пласта и коэффициент повреждаемости пласта и твердого включения

Вблизи очистного забоя, на расстоянии до 60% от вынимаемой мощности пласта, при отсутствии твердого включения, уголь находится в запредельном состоянии При наличии твердого включения характер распределения коэффициента повреждаемости резко отличается Твердое включение находится в допредельном состоянии, уголь вблизи твердого включения на расстоянии, равном мощности пласта, также находится в допредельном состоянии

Неоднородные включения в угольном пласте вблизи очистного забоя оказывают существенное влияние на распределение вертикальных напряжений в угольном пласте (рисунок 5) Установлено, что в твердом включении полные вертикальные напряжения увеличиваются в 1,7-2,0 раза по сравнению с напряжениями в однородном угольном пласте, а на периферии твердого включения вертикальные напряжения в 1,5-2,0 раза меньше, чем в сплошном массиве, т е твердое включение является концентратором напряжений с большими касательными напряжениями по периферии включения Установлено, что сплошность угольного массива на контакте с твердым включением нарушается Это может быть причиной интенсивного выделения метана и воды в очистной забой Наиболее опасная ситуация создается при приближении очистного забоя к твердому включению Рекомендуется при снижении отжима угля с поверхности очистного забоя или бока подготовительной выработки рассматривать это как признак возможного расположения твердого включения вблизи краевой части пласта

При исследовании твердого включения в угольном пласте на сопряжении лавы с выемочными выработками установлено, что полные вертикальные напряжения на сопряжении на 10-20% ниже, по сравнению с вертикальными напряжениями в угольном пласте в середине лавы, а в твердом включении в 1,5 раза меньше, т е распределение вертикальных напряжений на сопряжении также неравномерное, как и в середине лавы

По результатам исследований разработана методика прогнозирования механических напряжений и деформаций в углепородном массиве с учетом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей На основе анализа распределения параметров НДС устанавливаются границы опасных зон и разрабатываются мероприятия по безопасной выемке угля в этих зонах

Расстояние от забоя, м -однородный массив--массив с твердым включением

Рисунок 5 - Эпюра опорного горного давления впереди забоя в середине лавы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой разработана методика прогнозирования напряженно-деформированного состояния неоднородных породных слоев и угольных пластов для проектирования геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок и обеспечения их устойчивости в опасных зонах, имеющая существенное значение для геомеханики подземных сооружений

1 На основе анализа геологического строения угольных месторождений Кузбасса выделены следующие неоднорности твердые микро- и макровклю-

чения в угольном пласте или породном слое (песчаники, аргиллиты и алевролиты в угольном пласте, колчеданы и др ), мягкие микро и макро включения в породном слое (угольные прослойки, гидраты, глины, пустоты и др ), трещины, заполненные минеральным составом, зияющие трещины, контакты породных слоев и угольных пластов, геологические нарушения разрывного типа

2 Обоснованность и достоверность результатов испытаний лабораторных образцов горных пород и искусственных материалов обеспечивается изготовлением образцов в соответствии с действующими ГОСТами (ГОСТ 10006, ГОСТ 8695, ГОСТ 1497, ГОСТ 11701, ГОСТ 25 502 и ГОСТ 25 503), применением современного сертифицированного лабораторного оборудования (пресс ИК — 500 01, компьютерные программы построения на мониторе диаграмм «напряжение-деформация», цифровая фотокамера)

3 Установлена прямопропорциональная линейная зависимость предела прочности при одноосном сжатии неоднородных породных образцов от предела прочности пород и относительной площади неоднородного включения

4 Разработан алгоритм дискретизации на конечные элементы исследуемой области породного образца, породного слоя и угольного пласта с последовательным увеличением объемов конечных элементов от центра к периферии неоднородного включения сложной формы посредством переменного шага дискретизации по радиусу и полярному углу в цилиндрической системе координат, что позволяет устанавливать границы опасных зон в углепородном массиве в окрестности горных выработок по механическим напряжениям и остаточной прочности угля и пород с учетом влияния неоднородных включений

5 Алгоритм и программный комплекс исследования процесса разрушения неоднородных породных образцов позволяют посредством изменения граничных условий, формы и размеров образцов, неоднородных включений и конечных элементов моделировать процессы деформирования образцов при их одноосном и объемном сжатии, изгибе, раскалывании и при вдавливании индентора в полуплоскость

6. Посредством сравнения результатов численного моделирования и лабораторных испытаний породных образцов по пяти вариантам паспортов прочности пород установлено, что предельные огибающие кругов Мора на паспорте прочности пород по минимуму разности предела прочности неоднородных породных образцов и расчетных предельных напряжений паспорта прочности пород ранжируются и образуют последовательность по форме огибающей в виде параболической, показательной и линейной зависимостей

7 Установлены следующие закономерности распределения напряжений и коэффициента повреждаемости в неоднородных породных образцах

- по мере увеличения расстояния между неоднородным включением и вертикальной осью образца увеличивается неравномерность вертикальных деформаций боковых поверхностей образца чем меньше расстояние между неоднородным включением и поверхностью образца, тем меньше деформации,

- вертикальные напряжения в середине неоднородного включения при увеличении его предела прочности, при прочих равных условиях и симметричном расположении неоднородного включения, снижаются Наиболее интенсивно снижение вертикальных напряжений происходит на периферии неоднородного включения По мере увеличения прочности неоднородного включе-

ния горизонтальные напряжения переходят от растягивающих к сжимающим Горизонтальные напряжения близки к нулю при равных пределах прочности материала образца и твердого включения

8 Установлено, что в твердом включении, расположенном вблизи краевой части пласта, полные вертикальные напряжения увеличиваются в 1,7 - 2,0 раза по сравнению с напряжениями в однородном угольном пласте На периферии твердого включения вертикальные напряжения наоборот в 1,5-2,0 раза меньше, чем в сплошном массиве, твердое включение является концентратором напряжений с большими касательными напряжениями по периферии включения Сплошность угольного массива на контакте с твердым включением нарушается, что является причиной интенсивного выделения метана и воды в очистной забой

9 Наиболее опасная геомеханическая ситуация создастся при приближении очистного забоя к твердому включению При расположении твердого включения на расстоянии, равном мощности пласта, между забоем и твердым включением уголь не разрушается, а при отсутствии включения на поверхности забоя происходит отжим угля Соответственно, снижение отжима угля с поверхности забоя на локальных участках рекомендуется рассматривать как признак возможного расположения впереди забоя твердого включения

10 Полные вертикальные напряжения на сопряжении лавы с выемочными выработками, охраняемыми широкими угольными целиками, в угольном массиве в 1,2, а в твердом включении в 1,5 раза меньше по сравнению с вертикальными напряжениями в угольном пласте в середине лавы на соответствующих участках

11 Методика прогнозирования механических напряжений, деформаций и коэффициента повреждаемости в углепородном массиве с учетом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей обеспечивает определение границ опасных зон в окрестности очистных и подготовительных выработок Установленные по методике параметры упрочнения разрушенного угля в пласте и пород кровли использованы при их упрочнении на пласте 16 Филиала «Шахта «Абашевская» и на пласте 30 шахты «Большевик»

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Разумова Л В Исследование разрушения породных образцов с твердыми включениями/Л В Разумова //Горный информационно-аналитический бюллетень - 2007 -№ 1 - С 77-80

2 Разумова Л В Исследование ассиметричности деформирования неоднородных породных образцов при испытании их на одноосное сжатие/ Л В Разумова // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых Труды VIII Междунар конф, 25-26 ноября 2003г -Новокузнецк, 2003 -С 56-59

3 Разумова Л В Численное моделирование распределения напряжений в породных образцах горных пород при сжатии/ Л В Разумова, В Н Фрянов// Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов Сб науч статей междунар науч -практ конф / Под ред В Н Фрянова, Е В Пугачева, СибГИУ .-Новокузнецк, 2005 -С 236-238

4 Разумова Л В Адаптация алгоритма конечных элементов для прогноза напряженно-деформированного состояния неоднородных породных образцов/

Л В Разумова, В Н Фрянов // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых Труды X междунар конф , 7-8 декабря 2005г /Под общ ред В Н Фрянова, К Д Лукина, СибГИУ -Новокузнецк, 2005 -С 52-54

5 Казаков С П Обобщение интегрального метода решения одномерных задач фильтрации метана к свободной поверхности из ограниченного пространства/ С П Казаков, Л В Разумова, К Д Лукин // Численно - аналитические методы решения краевых задач Сб тр межвуз науч конф ,30-31 окт 1998 г -Новокузнецк, 1998 -С 25-26

6 Определение параметров гранулометрического состава углесмесей/С П Казаков, Л В Разумова, Е В Каппес, А В Учитель // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых Тр III Междунар конф ,17-18 нояб 1998/СибГИУ -Новокузнецк, 1998 -С 82-83

7 Разумова Л В Разработка теории разрушения анизотропного горного массива в условиях напряженного состояния при воздействии на горный массив гидравлических струй/ Л В Разумова, А В Шураков // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых. Труды VI Междунар конф ,21-22 ноября 2001 г -Новокузнецк, 2001 -С 52-53

8 Никитина А М Совершенствование метода измерения деформаций породных образцов при испытании их на прочность в лабораторных условиях/А М Никитина, Л В Разумова, В Н Фрянов // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых Труды IX междунар конф , 7-8 декабря 2004г / Под общ ред В Н Фрянова, К Д Лукина -Новокузнецк, 2004 -С 53-54

9 Фрянов В Н Исследование закономерностей деформирования анизотропных слоистых породных образцов при одноосном сжатии/ В Н Фрянов,Л В Разумова // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов Сб науч трудов междунар науч -практ конф /Под ред В Н Фрянова, СибГИУ -Новокузнецк, 2004 -Ч 2 - С 3-5

Подписано в печать 24 04 2007г Формат бумаг и 60\84 1/16 Бумага писчая Печать офсетная Ус печ л 1,1 Уч-издл 1,24 Тираж 100 экз Заказ 73

ГОУ ВГЮ «Сибирский государственный индустриальный университет» 654007, г Новокузнецк, ул Кирова, 42 Издательский цент ГОУ ВГЮ «СибГИУ»

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Разумова, Лариса Викторовна

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО И ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ НЕОДНОРОДНОГО УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА.

1.1 Оценка влияния надежности определения напряжённо-деформированного и предельного состояния пород на геомеханические и технологические параметры технологии подземной разработки угольных месторождений.

1.2 Анализ технических средств и классификация способов определения свойств горных пород.

1.3 Анализ методик, способов и средств прогнозирования напряженно-деформированного состояния однородных образцов.

1.4 Анализ методик, способов и средств прогнозирования напряженно-деформированного состояния неоднородных образцов.

1.5 Выводы. Обоснование актуальности разработки методики прогнозирования напряженно-деформированного состояния неоднородных образцов и массива осадочных горных пород.

2 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАЗРУШЕНИЯ НЕОДНОРОДНЫХ ПОРОДНЫХ ОБРАЗЦОВ

В УСЛОВИЯХ ОДНООСНОГО СЖАТИЯ

2.1 Характеристика осадочных неоднородных пород Кузнецкого бассейна как объекта исследований.

2.2 Методика и программа лабораторных исследований породных и искусственных образцов.

2.3 Исследования характера деформирования и разрушения образцов из однородного материала.

2.4 Исследования характера деформирования и разрушения образцов с неоднородными включениями.

2.5 Выводы.

3 АДАПТАЦИЯ КОМПЛЕКСА КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО И ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ПОРОДНЫХ ОБРАЗЦОВ, ПОРОДНЫХ СЛОЁВ И УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С УЧЕТОМ ИХ НЕОДНОРОДНОСТИ.

3.1 Обоснование возможности прогноза напряженно-деформированного и предельного состояния породного образца и уг-лепородного массива методом конечных элементов.

3.2 Алгоритм метода конечных элементов для прогноза напряженно-деформированного и предельного состояния неоднородных породных образцов.

3.3 Исследование процессов перехода горных пород в запредельное состояние

3.4 Выводы

4 ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И КОЭФФИЦИЕНТА ПОВРЕЖДАЕМОСТИ В ПОРОДНЫХ ОБРАЗЦАХ, ПОРОДНЫХ СЛОЯХ И УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ.

4.1 Установление закономерности распределения напряжений и коэффициентов повреждаемости в неоднородных породных образцах

4.1.1 Исследование влияния предела прочности материала однородного образца на характер распределения напряжений коэффициента повреждаемости.

4.1.2 Исследование влияния предела прочности материала неоднородного включения на характер распределения напряжений и коэффициента повреждаемости.

4.1.3 Исследование влияния площади неоднородного включения на характер распределения напряжений и коэффициента повреждаемости.

4.1.4 Исследование влияния положения центра неоднородного включения в породном образце на характер распределения напряжений и коэффициента повреждаемости.

4.2 Ззакономерности распределения напряжений и коэффициентов повреждаемости в неоднородных угольных пластах.

4.2.1 Характеристика объекта исследований.

4.2.2 Закономерности распределения напряжений и коэффициентов повреждаемости в краевой части пласта в середине лавы.

4.2.3 Закономерности распределения напряжений и коэффициентов повреждаемости на сопряжении лавы с выемочными выработками

4.2.4 Закономерности распределения напряжений и коэффициентов повреждаемости в окрестности подготовительной выработки.

4.3 Методика прогнозирования механических напряжений и деформаций в углепородном массиве с учётом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей.

4.4 Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка методики прогнозирования напряженно-деформированного состояния неоднородного угольного массива"

Актуальность работы. Одной из актуальных задач управления состоянием углепородного массива является изучение и профилактика негативного влияния неоднородности породных слоёв и угольных пластов на геомеханические параметры выемочного участка и эффективность технологических процессов в очистных и подготовительных забоях. К основным неоднородностям углепородного массива относятся твёрдые включения и породные прослойки в угольном пласте, ложная кровля и почва пласта, дизъюнктивные нарушения, размывы и вздутия пластов, пустоты, плывуны и др. В зоне влияния этих неод-нородностей наиболее часто происходят обрушение и пучение пород, разрушения боков выработки при выдавливании слабых породных прослойков, зависание и внезапное обрушение линзообразных плит твёрдых включений. Следствием этих процессов являются аварии, инциденты, повышенный уровень травматизма, аварийные простои очистных и подготовительных забоев.

Одним из основных направлений снижения негативного влияния неодно-родностей породных слоёв и угольного пласта на эффективность и безопасность очистных и подготовительных работ является изучение закономерностей распределения механических напряжений и деформаций в углепородном массиве, оценка прочности неоднородного угольного пласта с учётом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей, использование выявленных закономерностей и зависимостей для разработки методики расчёта геомеханических параметров систем разработки.

В этой связи актуальной научно-практической задачей является разработка и реализация методики прогнозирования напряжённо-деформированного состояния неоднородных породных слоев и угольных пластов для обоснования геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок, обеспечивающих их устойчивость в опасных зонах.

Работа выполнена в рамках: Федеральной целевой программы «Интеграция» - «Полевые исследования геодинамической активности региона Алтае-Саянской складчатой области под влиянием природных тектонических, сейсмических и техногенных воздействий для безопасной отработки месторождений Горной Шории и Хакасии». Государственный контракт № Э0123, ГР 01200302559; Государственного контракта №38-6, заказ-наряд №12- «Разработка теории разрушения анизотропных горных пород в условиях объёмного напряжённого состояния при комплексном воздействии на горный массив механических инденторов и гидравлических струй», №ГР 01200117892; «Разработка теории миграции флюидов под влиянием переменных механических напряжений и температуры», задание Минобразования РФ, № ГР 01200409401.

Целью исследований является разработка методики прогнозирования механических напряжений и деформаций в углепородном массиве с учётом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей для прогноза геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок и обеспечения их устойчивости в опасных зонах.

1. Установить по результатам лабораторных испытаний закономерности изменения предела прочности неоднородных образцов при варьировании механических и геометрических параметров неоднородных включений.

2. Разработать алгоритм и адаптировать на его основе комплекс компьютерных программ количественного прогнозирования напряженнодеформированного состояния породных образцов, породных слоев и угольных пластов с учетом их неоднородности.

3. Обосновать по критерию минимума разности предела прочности неоднородных породных образцов и расчётных напряжений параметры огибающей кругов Мора паспорта прочности пород.

4. Установить закономерности распределения напряжений и коэффициентов повреждаемости в неоднородных породных образцах, породных слоях и угольных пластах.

5. Разработать методику прогнозирования механических напряжений и деформаций в углепородном массиве с учётом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей для определения геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок и повышения их устойчивости в опасных зонах.

Методы исследований: лабораторных испытаний неоднородных породных образцов; численного моделирования процессов деформирования и разрушения неоднородных породных образцов, породных слоев и угольных пластов; статистической обработки результатов исследований.

Основные научные положения, выносимые на защиту: -предел прочности при одноосном сжатии неоднородных породных образцов увеличивается прямо пропорционально пределу прочности и относительной площади неоднородного включения;

-неравномерная дискретизация на конечные элементы исследуемой области породного образца, породного слоя и угольного пласта с последовательным увеличением объёмов конечных элементов от центра к периферии неоднородного включения сложной формы обеспечивает выделение аномальных зон в углепородном массиве по механическим напряжениям и остаточной прочности угля и пород;

-по минимуму разности предела прочности неоднородных породных образцов и расчётных предельных напряжений паспорта прочности пород ранжируются и образуют последовательность по форме огибающей кругов Мора в виде параболической, показательной и линейной зависимостей;

-при объёмном напряжённо-деформированном состоянии углепородного массива по периферии неоднородного включения происходит скачок напряжений и остаточной прочности угля и пород, что приводит к нарушению сплошности пород и повышению вероятности газодинамических явлений;

-методика прогнозирования механических напряжений, деформаций и остаточной прочности в углепородном массиве с учётом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей обеспечивает установление границ опасных зон в окрестности очистных и подготовительных выработок.

Научная новизна работы состоит в: -установлении линейной зависимости предела прочности при одноосном сжатии неоднородных породных образцов от предела прочности и относительной площади неоднородного включения;

-разработке алгоритма дискретизации на конечные элементы исследуемой области породного образца, породного слоя и угольного пласта с последовательным увеличением объёмов конечных элементов от центра к периферии неоднородного включения сложной формы посредством переменного шага дискретизации по радиусу и полярному углу в цилиндрической системе координат;

-обосновании предельной огибающей кругов Мора на паспорте прочности пород в виде параболической зависимости по минимуму разности полученных при лабораторных испытаниях разрушающих и расчётных предельных напряжений по трём вариантам огибающей кругов Мора;

-установлении разрыва сплошности углепородного массива на границах неоднородного включения в условиях объёмного неравномерного напряженного состояния;

-разработке методики прогнозирования механических напряжений и опасных зон в углепородном массиве с учётом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

-результатами лабораторных испытаний 155 породных и искусственных образцов при варьировании предела прочности неоднородного включения в интервале 0-100 МПа;

-применением для лабораторных испытаний современного сертифицированного лабораторного оборудования (гидравлический пресс ИК - 500.01, компьютерные программы построения на мониторе диаграмм «напряжение-деформация», цифровая фотокамера);

-совпадением предела прочности пород при одноосном сжатии с рассчитанными методом конечных элементов механическими напряжениями в породных образцах, среднее отклонения не более 8%;

-соответствием форм и размеров полостей отжатого в очистном забое угля на пласте 25 шахты «Юбилейная» с твёрдыми включениями и зоны разрушения, установленной по результатам расчётов методом конечных элементов остаточной прочности угля в пласте с неоднородностями.

Личный вклад автора состоит в: -исследовании и установлении зависимостей предела прочности неоднородных породных образцов от предела прочности, площади и положения неоднородного включения, относительно осей симметрии образца;

-разработке алгоритма и пакета компьютерных программ для дискретизации на конечные элементы модели углепородного массива с неоднородными включениями и расчёта напряжений, деформаций и остаточной прочности угля и пород;

-сравнительной оценке шести паспортов прочности и обосновании в качестве оптимальной параболической формы огибающей кругов Мора на паспорте прочности пород по критерию минимума разности предела прочности неоднородных породных образцов и расчётных предельных напряжений;

-установлении концентраторов напряжений и разрыва сплошности угольного массива на границах неоднородного включения в условиях объёмного неравномерного напряженного состояния в средней части лавы и на сопряжениях с подготовительными выработками;

-разработке алгоритма и методики прогноза механических напряжений и зон разрушения угля в пласте с учётом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей.

Научное значение работы состоит в установлении закономерностей неравномерного распределения напряжений, допредельного и запредельного деформирования породных образцов и угольного пласта с учётом механических свойств, формы и размеров неоднородных включений для обоснования геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок, обеспечивающих их устойчивость в опасных зонах.

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

-оценить по результатам единичных лабораторных испытаний и установленным зависимостям изменение предела прочности неоднородных образцов при варьировании прочностных и геометрических параметров неоднородных включений;

-прогнозировать напряженно-деформированное и запредельное состояние неоднородных породных образцов, породных слоев и угольных пластов.

-применять параболическую огибающую кругов Мора на паспорте прочности пород для оценки перехода угля и пород из допредельного в запредельное состояние;

-устанавливать геомеханические параметры очистных и подготовительных выработок, повышать их устойчивость в опасных зонах на пластах с неодрод-ными включениями.

Реализация работы. Результаты работы в виде рекомендаций по упрочнению углепородного массива в опасных зонах приняты и реализованы на шахтах «Абашевская», «Большевик», представлены на международной выставке-ярмарке «Уголь России и майнинг 2006». Научные результаты и практические рекомендации используются в учебном процессе в Сибирском государственном индустриальном университете при обучении студентов направления 130400 -«Горное дело».

Апробация работы. Основные выводы и результаты научной работы докладывались и обсуждались на: Международной научно-практической конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых»: (2001, 2003, 2004, 2005), Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (2004, 2005), «Неделя горняка-2007» (Москва).

Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано 9 печатных работ.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Разумова, Лариса Викторовна

4.4 Выводы

1. Вертикальные напряжения в середине неоднородного включения при увеличении предела прочности неоднородного включения, при прочих равных условиях и симметричном расположении неоднородного включения, снижаются. Наиболее интенсивно снижение вертикальных напряжений происходит на периферии неоднородного включения. Неоднородное включение воспринимает значительную часть нагрузки, создаваемую прессом, при этом под влиянием неоднородного включения по мере увеличения его прочности возникают горизонтальные напряжения, переходящие от растягивающих к сжимающим. Нулевые горизонтальные напряжения получены при равных пределах прочности материала образца и твердого включения.

2. При увеличении предела прочности неоднородного включения при вертикальных напряжениях, равных пределу прочности материала образца, разрушение неоднородного включения не происходит, причем коэффициент повреждаемости постепенно снижается в точках, положение которых меняется от центра к периферии образца.

3. При увеличении площади неоднородного включения отношение предела прочности материала включения к вычисленным напряжениям увеличивается, т.е. с увеличением площади разрушение материала твердого включения не происходит (коэффициент повреждаемости больше 1), если предел прочности неоднородного включения больше предела прочности материала образца.

4. Установлено, что в твердом включении полные вертикальные напряжения увеличиваются в 1,7 - 2,0 раза по сравнению с напряжениями в однородном угольном пласте. На периферии твердого включения вертикальные напряжения наоборот в 1,5-2,0 раза меньше, чем в сплошном массиве, т.е. твердое включение является концентратором напряжений с большими касательными напряжениями по периферии включения. Можно утверждать, что сплошность угольного массива на контакте с твердым включением нарушается. Это может быть причиной интенсивного выделения метана и воды в очистной забой. При разрушении пласта с твердым включением вертикаль-f ные напряжения не достаточны для его разрушения и необходимо прикладывать дополнительно механическую энергию, что подтверждается на практике.

5. Наиболее опасная ситуация создается при приближении очистного забоя к твердому включению. Расположение твердого включения на расстоянии два метра от очистного забоя (мощность пласта 1,7м) между забоем и твердым включением коэффициент повреждаемости угля и твердого включения больше единицы, то есть породы находятся в допредельном состоянии. Соответственно, снижение отжима угля с поверхности забоя на локальных участках рекомендуется рассматривать как признак возможного расположения впереди забоя твердого включения, при этом вертикальные напряжения в твердом включении возрастают почти в 3 раза, по сравнению с вертикальными напряжениями в однородном массиве. Кроме того, между поверхностью забоя и твердым включением возникает зона пониженных вертикальных напряжений. Эпюра опорного горного давления впереди очистного забоя существенно отличается от эпюры однородного массива в зоне влияния твердого включения наличием участка неравномерного распределения горного давления.

6. При исследовании твердого включения в угольном пласте на сопряжении лавы с выемочными выработками выявлены следующие закономерности. Полные вертикальные напряжения на сопряжении на 10-20% ниже по сравнению с вертикальными напряжениями в угольном пласте в середине лавы, а в твердом включении в 1,5 раза меньше, т.е. распределение вертикальных напряжений на сопряжении также неравномерное, как и в середине лавы.

7. Породы твердого включения на сопряжении лавы с выемочными выработками находятся в допредельном состоянии, т.е. оказывают армирующее влияние на устойчивость угля на этом участке.

117

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Г

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой разработана методика прогнозирования напряжённо-деформированного состояния неоднородных породных слоёв и угольных пластов для проектирования геомеханических параметров очистных и подготовительных выработок и обеспечения их устойчивости в опасных зонах, имеющая существенное значение для геомеханики подземных сооружений.

1. На основе анализа геологического строения угольных месторождений Кузбасса выделены следующие неоднородности: твердые микро- и макровключения в угольном пласте или породном слое (песчаники, аргиллиты и алевролиты в угольном пласте, колчеданы и др.); мягкие микро и макро включения в породном слое (угольные прослойки, гидраты, глины, пустоты и др.); трещины, заполненные минеральным составом; зияющие трещины; контакты породных слоев и угольных пластов; геологические нарушения разрывного типа.

2. Обоснованность и достоверность результатов испытаний лабораторных образцов горных пород и искусственных материалов обеспечивается изготовлением образцов в соответствии с действующими ГОСТами (ГОСТ 10006, ГОСТ 8695, ГОСТ 1497, ГОСТ 11701, ГОСТ 25.502 и ГОСТ 25.503), применением современного сертифицированного лабораторного оборудования (пресс РЖ - 500.01, компьютерные программы построения на мониторе диаграмм «напряжение-деформация», цифровая фотокамера).

3. Установлена прямо пропорциональная линейная зависимость предела прочности при одноосном сжатии неоднородных породных образцов от предела прочности пород и относительной площади неоднородного включения.

4. Разработан алгоритм дискретизации на конечные элементы исследуемой области породного образца, породного слоя и угольного пласта с последовательным увеличением объёмов конечных элементов от центра к периферии неоднородного включения сложной формы посредством переменно-f го шага дискретизации по радиусу и полярному углу в цилиндрической системе координат, что позволяет устанавливать границы опасных зон в углепородном массиве в окрестности горных выработок по механическим напряжениям и остаточной прочности угля и пород с учётом влияния неоднородных включений.

5. Алгоритм и программный комплекс исследования процесса разрушения неоднородных породных образцов позволяют посредством изменения граничных условий, формы и размеров образцов, неоднородных включений и конечных элементов моделировать процессы деформирования образцов при их одноосном и объёмном сжатии, изгибе, раскалывании и при вдавливании индентора в полуплоскость.

6. Посредством сравнения результатов численного моделирования и лабораторных испытаний породных образцов по пяти вариантам паспортов прочности пород установлено, что предельные огибающие кругов Мора на паспорте прочности пород по минимуму разности предела прочности неоднородных породных образцов и расчётных предельных напряжений паспорта прочности пород ранжируются и образуют последовательность по форме огибающей в виде параболической, показательной и линейной зависимостей.

7. Установлены следующие закономерности распределения напряжений и коэффициента повреждаемости в неоднородных породных образцах:

• по мере увеличения расстояния между неоднородным включением и вертикальной осью образца увеличивается неравномерность вертикальных деформаций боковых поверхностей образца: чем меньше расстояние между неоднородным включением и поверхностью образца, тем меньше деформации;

• вертикальные напряжения в середине неоднородного включения при увеличении его предела прочности, при прочих равных условиях и симметричном расположении неоднородного включения, снижаются. Наиболее интенсивно снижение вертикальных напряжений происходит на перифе-? рии неоднородного включения. По мере увеличения прочности неоднородного включения горизонтальные напряжения переходят от растягивающих к сжимающим. Горизонтальные напряжения близки к нулю при равных пределах прочности материала образца и твердого включения.

8. Установлено, что в твердом включении, расположенном вблизи краевой части пласта, полные вертикальные напряжения увеличиваются в 1,7 -2,0 раза по сравнению с напряжениями в однородном угольном пласте. На периферии твердого включения вертикальные напряжения наоборот в 1,52,0 раза меньше, чем в сплошном массиве; твердое включение является концентратором напряжений с большими касательными напряжениями по периферии включения. Сплошность угольного массива на контакте с твердым включением нарушается, что является причиной интенсивного выделения метана и воды в очистной забой.

9. Наиболее опасная геомеханическая ситуация создается при приближении очистного забоя к твердому включению. При расположении твердого включения на расстоянии, равном мощности пласта, между забоем и твердым включением уголь не разрушается, а при отсутствии включения на поверхности забоя происходит отжим угля. Соответственно, снижение отжима угля с поверхности забоя на локальных участках рекомендуется рассматривать как признак возможного расположения впереди забоя твердого включения.

10. Полные вертикальные напряжения на сопряжении лавы с выемочными выработками, охраняемыми широкими угольными целиками, в угольном массиве в 1,2, а в твердом включении в 1,5 раза меньше по сравнению с вертикальными напряжениями в угольном пласте в середине лавы на соответствующих участках.

11. Методика прогнозирования механических напряжений, деформаций и коэффициента повреждаемости в углепородном массиве с учётом пространственного расположения, формы и размеров неоднородностей обеспечивает определение границ опасных зон в окрестности очистных и подготовительных выработок. Установленные по методике параметры упрочнения разрушенного угля в пласте и пород кровли использованы при их упрочнении на пласте 16 Филиала «Шахта «Абашевская» и на пласте 30 шахты «Большевик».

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Разумова, Лариса Викторовна, Новокузнецк

1. Айзаксон Э. Давление горных пород в шахтах / Э. Айзаксон; Под ред.

2. К.В. Руппенейта. -М.: Госгортехиздат, 1961. 176с.

3. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольныхшахтах России. СПб., 2000. -70с.

4. Указания по рациональному расположению, охране и поддержаниюгорных выработок наугольных шахтах СССР. Л.: ВНИМИ, 1986. -222с.

5. Штумпф Г.Г. Физико-технические свойства горных пород и углей

6. Кузнецкого бассейна: Справочник/ Г.Г. Штумпф, Ю.А.Рыжков, В.А.Шаламанов. -М.: Недра, 1994.- 447с.

7. Фрянов В.Н. Управление геомеханическими процессами при отработке угольных пластов короткими забоями/ В.Н. Фрянов, П.В. Егоров, В.А.Ковалев, В.Д.Славников. Кемерово: Академия горных наук, 1999.~ 110с.

8. Карташов Ю.М. Прочность и деформируемость горных пород/ Ю.М. 5 Карташов, Б.В.Матвеев, Г.В.Михеев, А.Б.Фадеев. М.: Недра, 1979.- 269с.

9. ГОСТ 21153.3-85. Породы горные. Методы определения прочностипри одноосном растяжении. М.: Издательство стандартов, 1985. -Зс.

10. Ю.ГОСТ 21153.2-84. Породы горные. Методы определения прочности при одноосном сжатии. М.: Издательство стандартов, 1984. - 10с.

11. Ставрогин А.Н. Механика деформирования и разрушения горныхпород/ А.Н. Ставрогин, А.Г.Протосеня. М.: Недра, 1992.

12. Ставрогин А.Н. Прочность горных пород и устойчивость выработокна больших глубинах/ А.Н. Ставрогин, А.Г.Протосеня. М.: Недра, 1985.

13. Барон Л.И. Определение свойств горных пород/ Л.И.Барон,

14. Б.М.Логунцов, Е.З.Позин. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу, 1962.

15. Кацауров И.Н. Механика горных пород/ И.Н.Кацауров. М.: Недра, 1981.

16. Берон А.И. Исследование прочности и деформируемости горных пород/ А.И.Берон, Е.С. Вахотин и др. М.: Наука, 1973.

17. Ильницкая Е.И. Свойства горных пород и методы их определения/

18. Е.И.Ильницкая, Р.И.Тедер, Е.С.Ватолин и др. М.: Недра, 1969.

19. Широколобов Г.В. Разработка методов определения предельных и запредельных характеристик горных пород: Дис. канд. техн. нук : 25.00.20. Защищена 12.03.2004. - 170 с.

20. Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. Учебник для вузов, М.: Недра, 1982.-296с.

21. Измерение непрямого предела прочности на растяжение анизотропных пород с использованием кольцевого испытания.МеазигетеЩ ofindirect tensile strength of anisotropic rocks by the test. Chen C.S., Hsu S.C. Rock Mech. and Rock Eng. 2001. 34, №4, c.293-321.

22. Анализ прочности пород с трещинами отдельности. Analysis ofstrength and moduli of jointed rocks. Sridevi J., Sitharam T.G. Geotechn. and Geol. ENG. 2000.18, №1, c.3-21.

23. Четвертая мода разрушения во фрактальной механике разрушения. The fourth mode of fracture in fractal fracture mechanics. Yavari Arash, Hockett Kevin G., Sarkani Shahram. Int. J. Fract. 2000. 101, №4, c.365-384.

24. Критерий хрупкого разрушения материалов при однократном нагру-жении . Дунаев В.И. Металловед, и терм, обраб.мет. 2001, № 11, с.31-32.

25. Численное моделирование нагруженных неоднородных горных по-% род. Numerical simulation of loading inhomogeneous rocks/Tang C.A.,

26. Некоторые аспекты влияния микроструктуры на изменение прочности горных пород. Some microstructural aspects of strength variation in rocks. Int. J. Rock. Mech. and Mining Sci. 2001. 38, №5, c.671-682.

27. Статистическая механика разрушения неоднородных сред. Ке. Fujiu, Wei Yujie, Xia Mengfen. Zhongguo xueshu qikan wenzhai=Chin. Sci. Abstr.2001, №7, c.924-925.

28. К оценке показателей объемной прочности горных пород при испы-$ тании низких образцов. Широколобов Г.В., Соболев Ю.Н., Клыков

29. A.Е. Строительство шахт и городских подземных сооружений: Труды Российско-Китайского симпозиума, Кемерово, 2-7 апреля, 2000. Кемерово: Изд-во КузГТУ.2000, с.32-37, 2 ил., табл.1. Библ.4. Рус.

30. Структурно-аналитическая теория физической мезомеханики поврежденной среды. Сообщ.2. Мезоструктурный уровень. Малинин

31. B.Г. Научные труды 4 Международного семинара "Современные проблемы прочности" им. В.А.Лихачева, Старая Русса, 18-22сент., 2000. Т.2. Великий Новгород: изд-во Новгород, гос.ун-та. 2000, с. 1119. Библ. 14. Рус.

32. О континуальном разрушении и локализации деформаций. Бураго * Н.Г., Кукуджанов В.Н. Прикл. проч. и пластич. 2001, № 63, с.41-48,192, 200.

33. Мезомеханика нелинейных явлений, связанных с процессами деформаций и разрушения твердых тел. Внук М.П. Физ. мезомех. 2001. 4, №4, с.5-8. Библ.4. Рус.

34. Фрактальная природа пустотности горных пород. Булат А.Ф., Лукиянов В.В., Репка В.В., Фичев В.В. Доп. нац. АН Украины. 2001, №7, с.43-47. Библ.11.

35. Черданцев Н.В. Влияние поверхностей ослабления на зоны нарушения сплошности в окрестностях комплексов горных выработок; Ав-тореф. / Институт угля и углехимии СО РАН. -Кемерово, 2005. 34 с.

36. Арутюнян Н.Х. Теория ползучести неоднородных тел/ Н.Х. Арутю-нян, В.Б. Колмановский. -М.: Наука, 1983.-336с.

37. Ставрогин А.Н. Пластичность горных пород/ А.Н. Ставрогин, й А.Г.Протосеня. М.: Недра, 1979.

38. Ардашев К.А. Показатели сопротивления и разрыхления и механизм разрушения горных пород в условиях объемного сжатия/ К.А. Ардашев, Б.В.Матвеев, М.Д.Ильинов//ФТПРПИ. 1981. - №2.

39. Условие текучести, дилатансия и разрушение горных пород.

40. Б.А.Рычков. Физ.-техн.пробл.разраб.полез, ископаемых, 2001. -№1. С.63-70.

41. Численное изучение разрушения угля на мезо- и макроуровнях/

42. В.П.Макаров, А.А,Трубицын, Н.В.Трубицына, П.В.Кузнецов и др. // Уголь.- 2005. №2. - С.33-36.

43. Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В.Ф. Деформирование геофизической среды и сейсмический процесс. М.: Наука, 1987.

44. Морозов Е.М. Метод конечных элементов в механике разрушения/

45. Е.М. Морозов, Г.П. Никишков . М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. - 256с.

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

47. Гузеев М.А. Моделирование упругого поведения сжатых горных образцов в предразрушающей области/ М.А.Гузеев, В.В.Макаров, А.А.

48. Ушаков. Физ.-техн.пробл.разраб.полез. ископаемых, 2005. №6. -а С.3-13.

49. Деформирование квазипластичных соляных пород при различныхусловиях нагружения. В.М.Жикалкин, О.М.Усольцева, В.Н.Семенов, П.А.Цой и др. Физ.-техн.пробл.разраб.полез. ископаемых, 2005. -№6. С. 14-24.

50. Миренков В.Е. Напряженно-деформированное состояние образца пород с разрезами/ В.Е. Миренков. Физ.-техн.пробл.разраб.полез. ископаемых, 2005. №6. - С.25-31.

51. Баклашов И.В. Механика подземных сооружений и конструкций/

52. И.В.Баклашов, Б.А.Картозия. Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1992. - 543 с.

53. Пельдяков И.С. Геология месторождений ископаемых углей/ И.С.

54. Пельдяков. М.: Углетехиздат, 1954. - 312 с.

55. JI. Сегерлинд Применение метода конечных элементов/ JT. Сегерлинд. М.: Мир, 1979. - 392 с.

56. Павлова Л.Д. Моделирование геомеханических процессов в разрушаемом углепородном массиве: Монография./ Л.Д. Павлова. -Новокузнецк: СибГИУ, 2005.- 239 с.

57. Певзнер М.Е. Геомеханика: Учебник для вузов/ М.Е. Певзнер, М.А. Иофис, В.Н. Попов.-М.: МГГУ,- 2005.- 438 с.

58. Булычёв Н.С. Механика подземных сооружений: Учебник для вузов/

59. Н.С. Булычёв.- М.: Недра. -1994. -332 с.

60. Альбом технологических схем упрочнения массивов горных породцементацией при проведении капитальных горных выработок в зонах геологических нарушений / Ю.В. Бурков, Л.П. Понасенко, В.А. А Жеребцов и др. Кемерово: Кузниишахтострой, 2003. - 96с.

61. Амбарцумян С.А. Разномодульная теория упругости / С.А. Амбарцумян. М.: Наука, 1982. - 317с.

62. Амусин Б.З. Метод конечных элементов при решении задач горнойгеомеханики / Б.З. Амусин, А.Б. Фадеев. М.: Недра, 1975. - 144с.

63. Анисимов И.Ю. Методика расчета параметров анкерной крепи на основе решений пространственной задачи теории упругости / И.Ю. Анисимов // Записки горного института: Сб.науч.тр. Т.152. СПб.: Санкт-Петербургский горный институт, 2002. - С.118 - 120.

64. Анкерная крепь: Справочник / А.П. Широков, В. А. Лидер, М.А.

65. Дзауров и др. М.: Недра, 1990. - 205с.

66. Баклашов И.В. Деформирование и разрушение породных массивов /

67. И.В. Баклашов. -М.: Недра, 1988. 271с.

68. Разумова Л.В. Исследование ассиметричности деформированиянеоднородных породных образцов при испытании их на одноосное сжатие/ Л.В. Разумова // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых:

69. Труды VIII Междунар. конф., 25-26 ноября 2003г.-Новокузнецк, * 2003.-С.56-59.

70. Разумова JI.B. Исследование разрушения породных образцов ствердыми включениями/ J1.B. Разумова //Горный информационно-аналитический бюллетень.-2007.-№ 1. С.77-80.

71. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести /

72. Н.И. Безухов. -М.: Государственное издательство «Высшая школа», 1961.-537с.

73. Белов Н.И. Влияние вида напряженного состояния на устойчивость выработок / Н.И. Белов // Устойчивость и крепление горных выработок. Устойчивость выработок в сложных условиях: Сборник научных трудов. Л.: ЛГИ, 1990. - С. 42 - 45.

74. Беляев В.Ф. Механические и физико-химические способы укрепления горных пород / В.Ф. Беляев, А.В. Пестолов. М.: Недра, 1967. -256с.

75. Бич Я.А. Управление состоянием массива горных пород: Учебное пособие / Я.А. Бич, Б.И. Емельянов, Н.А. Муратов. Владивосток.: Издательство Дальневосточного университета, 1988. - 264с.

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

77. Васючков Ю.Ф. Численное моделирование задач геотехнологии при разработке угольных месторождений: Учебное пособие для вузов / Ю.Ф. Васючков, Е.П. Брагин; Под ред. J1.A. Пучкова. М.: МГГУ, 2000.-128с.

78. Временная инструкция по расчету и применению анкерной крепи нашахтах Кузнецкого бассейна / Прокопьевск: КузНИУИ, 1996. 95с.

79. Глушко В.Г. Оценка напряженно деформированного состояния массива горных пород / В.Г. Глушко, С.П. Гавеля. - М.: Недра, 1986. -221с.

80. Грицко Г.И. Экспериментально-аналитический метод определения напряжений в массиве горных пород / Г.И. Грицко, Б.В. Власенко. -Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1976. 192с.

81. Давкаев К.С. Использование программы SURFER для создания планов горных работ: Метод, указ. / К.С. Давкаев; Под редакцией В.Н. Фрянова. Новокузнецк: СибГИУ, 1998.- 74с.

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

83. Зорин А.Н. Механика управления гетерогенным упруго-наследственным горным массивом / А.Н. Зорин, Н.Н. Долинина,

84. B.Г. Колесников. Киев: Наукова думка, 1980. - 288с. ЮО.Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам. - JL: ВНИМИ, 1988.-86с.

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

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

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

88. Ю8.Комиссаров С.Н. Расчеты напряженно-деформированного состояния горного массива на ЭВМ методом конечных элементов с целью выбора технологии механизированной выемки пологих пластов / С.Н. Комиссаров, А.С. Бурчаков. М.: МГИ, 1974. - 1 Юс.

89. Ю9.Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений. Пер. с нем. / Г. Кратч.; Под ред. Р.А. Миллера, И.А. Пе-тухова. М.: Недра, 1978. - 494с.

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

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

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

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

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

95. Пб.Методика расчета параметров прочности и предельных состояний угольных пластов призабойной зоне / С.Е. Чирков, Б.К. Норель,

96. М.Н. Цырульников, Г.Л. Фисенко. М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1983.-40с.

97. Методическое руководство по применению анкерной крепи на шахтах ЗАО УК «Южкузбассуголь» / С.Р. Ногих, П.В. Васильев, В.А. Волошин и др.; Под ред. В.Н. Фрянова. Новокузнецк: Изд-во ЗАО УК «Южкузбассуголь», 2002. - 47с.

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

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

100. Морозов Е.М. Метод конечных элементов в механике разрушения / Е.М. Морозов, Г.П. Никишков. М.: Наука, 1980. - 254с.

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

102. Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03). Серия 05. Выпуск 11 / Колл. авт. М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. - 296с.

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

104. Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах (Сборник документов) /Колл. Авт. М.'.Государственное предпри1.ятие НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора1. России, 2000. 320с.

Информация о работе

Разумова, Лариса Викторовна
кандидата технических наук
Новокузнецк, 2007
ВАК 25.00.20

Диссертация

Разработка методики прогнозирования напряженно-деформированного состояния неоднородного угольного массива - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы