Delist.ru

Разработка методических основ изучения геомеханического состояния анизотропного (по прочности) массива с системой выработок (30.08.2007)

Автор: Черданцев Николай Васильевич

Задачи построения и анализа ЗНС массива с системой протяжённых выработок могут быть решены в плоской постановке.

На рисунке 10 (а) показана расчётная схема для двух протяжённых выработок круглого поперечного сечения, на рисунке 10 (б) приведены ЗНС в их окрестности, когда линия, соединяющая центры выработок,, расположена под углом 350 к оси y, на рисунке 10 (в) - под углом 500. Расстояние между контурами 2r1=2. Характеристики среды: K/(H=0, (=200, (=1.

Разработан диаграммный метод определения областей неустойчивости массива в целиках между цилиндрическими выработками, суть которого заключается в следующем: Строятся ЗНС для различных взаимных положений выработок, при этом в полярной (прямоугольной) системе координат или на кривых интенсивности нарушения фиксируются точки, в которых происходит объединение ЗНС от каждой выработки. Совокупность этих точек на соответствующих диаграммах образует области неустойчивости массива.

Рисунок 10 ( Расчётная схема двух протяжённых цилиндрических выработок (а) и ЗНС (б, в)

В полярной системе координат области неустойчивости представляют собой четырёхлепестковую фигуру-диаграмму. На рисунке 11 штрихпунктирной линией, на которой показаны точки смыкания ЗНС, построены области неустойчивости при (=00. Результаты расчётов показывают, что при повороте поверхностей ослабления на угол ( области неустойчивости поворачиваются тоже на угол ( (на рисунке 11 точечная линия построена при (=300). С помощью диаграммы неустойчивости легко определить положения выработок, при которых они оказываются в устойчивой и неустойчивой областях массива (рисунок 12).

Рисунок 11 – Области неустойчивости массива с двумя выработками при (=00, 300 Рисунок 12 – Устойчивое (1 - (=00, (=150, a=1,25r) и неустойчивое (2 - (=1300, a=1,75r) состояния массива с двумя выработками

На рисунке 13 построены кривые интенсивности нарушения k`n=kn/a в прямоугольной системе координат (для первых двух четвертей 00(((1800), на которых точки смыкания зон нарушения сплошности соединены линией. Заштрихованные фигуры – диаграмма, которая соответствуют областям неустойчивости массива в целиках между выработками. В третьей и четвёртой четвертях (1800(((3600) графики и диаграмма симметричны соответствующим графикам и диаграмме для первой и второй четвертей. Они не меняют размеров и формы при повороте поверхностей ослабления на угол (, поворачиваясь вместе с ними в том же направлении.

Диаграмма неустойчивости на кривых интенсивности нарушения в полярной системе координат для первых двух четвертей построена на рисунке 14 а. Контур диаграммы неустойчивости в этой системе координат для всей координатной плоскости представляет собой форму креста (рисунок 14 б), который при повороте поверхностей ослабления на угол ( также поворачивается на угол (.

Рисунок 13 – Диаграмма областей неустойчивости на кривых интенсивности нарушения массива с двумя цилиндрическими выработками ((=00) в прямоугольной системе координат

Рисунок 14 – Диаграмма неустойчивости на кривых интенсивности нарушения массива в полярной системе координат (а). Контур диаграммы неустойчивости на графике интенсивности нарушения при изменении ( от 00 до 3600

Проведены исследования влияний угла простирания ( поверхностей ослабления, коэффициента сцепления K и коэффициента бокового давления ( на размеры областей неустойчивости массива. Области неустойчивости массива с (=450, K/(H=0,1; (=1 при некоторых углах простирания ( приведены на рисунке 15. Угол (, лежащий в пределах от 250 до 750, увеличивает области неустойчивости массива по сравнению с (=900. График изменения площадей областей неустойчивости (на рисунке 15 заштрихованные фигуры) в окрестности двух круглых выработок в зависимости от угла ( показан на рисунке 18 a. Результаты вычисления областей неустойчивости массива с (=450, K/(H=0,1; (=900 представлены графиками на рисунке 16. Размеры областей неустойчивости при изменении коэффициента бокового давления ( (рисунки 17 и 18 б) показывают, что наименьшая область неустойчивости массива соответствует (=1. Коэффициент (=0,5 увеличивает площадь области по сравнению (=1 в 3,5 раза.

Рисунок 15 – Влияние угла простирания на области неустойчивости массива в окрестности двух цилиндрических выработок

K/(H =0,1

Рисунок 16 – Области неустойчивости массива при различных значениях коэффициента

сцепления

Рисунок 17 – Области неустойчивости массива при различных значениях (

Рисунок 18 – Изменение площадей областей неустойчивости в зависимости от угла

простирания ( (а) и коэффициента бокового давления ( (б)

В массиве с тремя цилиндрическими выработками, центры которых расположены в вершинах равностороннего треугольника (рисунок 19), ЗНС построены при следующих параметрах среды: (=1, K/(H=0; (=00, (=900; угол поворота системы выработок ( [00; 900] изменялся с интервалом 50. Принято, что поворот происходит относительно центра первой выработки, при этом, расстояние между выработками не меняется. Для наглядности графические результаты представлены кривыми интенсивности нарушения – k`n=kn/a. На диаграмме (рисунок 20) штриховкой показаны области неустойчивости - области смыканий ЗНС от каждой выработки, например, 1-2, 1-3 означает, что происходит объединение ЗНС от первой и второй, а также первой и третьей выработок. Из диаграммы следует, что при повороте системы выработок на угол от 00 до 900 чаще всего смыкание зон происходит именно в такой последовательности. При расстояниях между ними более 2 единиц смыкание зон происходит лишь при определённых углах (. Максимальное расстояние при этом составляет 2,35 единицы (1,175 пролёта выработки).

а) схема трёх цилиндрических

б) зоны нарушения сплошности массива тремя выработками при a=2, (=200, (=450, K/(H=0

Рисунок 19 – Схема расположения трёх выработок (а), ЗНС массива горных пород, вмещающего три цилиндрические выработки (б)

Рисунок 20 – Кривые интенсивности нарушения при различных взаимных положениях

выработок (области неустойчивости заштрихованы)

Геомеханическое состояние массивов, включающих цилиндрические выработки, вдоль осей которых вертикальная компонента нормального напряжения изменяется по некоторому закону, может быть оценено только на основе пространственной модели. К таким задачам, например, относятся задачи о геомеханическом состоянии угольного массива, включающего систему скважин, в области влияния опорного давления. В работе форма распределения опорного давления (эпюра) представлена квадратной параболой (рисунок 21). Степень нарушенности массива оценивалась по значениям коэффициента нарушенности в ряде сечений выработки на участке действия опорного давления (опорной зоны) (рисунок 22 а) и по интенсивности нарушения, вычисляемой по формуле

Проведён вычислительный эксперимент при следующих параметрах среды и выработок: K=0,2(H; (=250; L=12, r=1, b=4, (=900, 1(Pmax/(H(6, 1(l(6, (=500, (=1. На рисунке 22 (а) выделены сечения выработки 1-4, в которых произведены расчёты, а на рисунке 22 (б) построены ЗНС в сечении 2 этой выработки при Pmax/(H=6, l=3.

Степень нарушенности массива с двумя цилиндрическими выработками на участке опорного давления наглядно представлена кривыми интенсивности нарушения (рисунок 23), построенными в зависимости от площади эпюры опорного давления Q. Из анализа полученных результатов следует, что влияние длины опорной зоны на нарушенность массива более существенно при Q(4, если Q>4 единиц нарушенность массива в большей мере зависит от максимума опорного давления. При этом максимум нарушенности массива на своём участке действия (Q>4) оказывает более существенное влияние, чем длина опорной зоны на своём (Q<4).

Рисунок 21 – Расчётная модель массива с поверхностями ослабления и цилиндрическими

выработками с учётом опорного давления

б) сечение 2, kn=2,604

Рисунок 22 – Сечения на участке опорного давления, в которых оценивается степень

нарушенности массива (а). ЗНС в сечении 2 (б)

Рисунок 23 – Кривые интенсивности нарушения на участке опорной зоны

в зависимости от площади эпюры опорного давления

Глава 7 посвящена решению задачи о влиянии сопряжения на геомеханическом состоянии окружающего массива (решена задача 6). В настоящее время расчёт крепи для сопряжений производится по размерам областей разрушения законтурного массива методом эквивалентного пролёта. В его основе лежат лишь эмпирические зависимости, не учитывающие прочностную анизотропию массива и объёмное напряжённое состояние.

В рамках созданной модели произведены расчёты геомеханического состояния массива, вмещающего сопряжения выработок квадратного поперечного сечения. Основные геометрические параметры показаны на рисунке 24. ЗНС построены в сечениях 1–15, расстояние между которыми равно полупролёту, т.е. единице.

Рисунок 24 – Сопряжение выработок квадратного поперечного сечения

Результаты получены при следующих параметрах среды: (=1, K/(H=0; углы падения и простирания, соответственно, (=00, (=900. На рисунке 25 по результатам вычислительного эксперимента построены зоны нарушения сплошности в девятом сечении сопряжения при трёх значениях угла смежности (.

Рисунок 25 – ЗНС в девятом сечении при некоторых углах (

Рисунок 26 – Изменение коэффициента нарушенности вдоль осей выработок

загрузка...