Сборник научных трудов ДонГТИ

Статья

Наименование Запредельное поведение пород вокруг горной выработки (порождающее решение)
Авторы Литвинский Г. Г., д. т. н., проф.
Раздел Науки о земле
Год 2017 Выпуск 49 Страницы 5 - 14
УДК 622.831:622.28
Аннотация Нормативная база по прогнозированию параметров проявлений горного давления заметно устарела и основана на эмпирических закономерностях. Цель исследований – разработка научных положений и теоретических моделей для определения закономерностей горного давления в подземных выработках. Получено порождающее решение задачи об образовании вокруг выработки зоны запредельных деформаций. Впервые запредельное поведение пород учтено введением прочностной неоднородности. Получены базовые теоретические зависимости, исследованы закономерности распределения напряжений вокруг выработки.
Реферат Цель. Разработка научных положений и теоретических моделей для определения закономерностей горного давления в подземных выработках. Объекты исследования – напряженно-деформированное состояние горного массива и параметры зоны запредельных деформаций (ЗЗД) горных пород вокруг выработки.
Методика. Методика и основная идея выполненных исследований состоит в использовании при рассмотрении проявлений горного давления «порождающего решения», в котором отражены самые существенные закономерности формирования ЗЗД вокруг выработки. Предложенная идеализированная математическая модель в виде порождающего решения в дальнейшем должна корректироваться путем учета тех основных влияющих параметров, которые отражают реальную горнотехническую обстановку (некруговая форма выработки, неравномерный отпор крепи, массовые силы и др).
Результаты. Выполнен краткий анализ развития методов расчета проявлений горного давления в подземных выработках и показано, что в существующих решениях не учитывается прочностная неоднородность пород при образовании ЗЗД, что ведет к заметным ошибкам. Предложена новая математическая модель описания ЗЗД, в которой впервые обосновывается необходимость учета особенностей разрушения пород при переходе в запредельную стадию деформирования. Ее особенностью является учет постепенного снижения прочности пород (разупрочнения) в ЗЗД по мере приближения к породному контуру горной выработки. Дано решение осесимметричной краевой задачи по определению напряженно-деформированного состояния пород вокруг круглой горной выработки внутри ЗЗД и за ее пределами. Выполнен анализ особенностей распределения напряжений в окрестности выработки, влияние отпора податливой крепи и типа поведения пород в ЗЗД, установлен физический смысл вновь введенных параметров. Рассмотрены предельные случаи поведения пород при образовании ЗЗД, в частности, когда ЗЗД не образуется или происходит обрушение пород в выработку.
Научная новизна. Основное отличие данного исследования от существующих состоит в рассмотрении проявлений горного давления с позиций использования метода малого параметра, когда на основе идеализированной математической модели в виде порождающего решения с учетом прочностной неоднородности достигается возможность описания целого класса неосесимметричных задач горного давления с обоснованным учетом в них большинства влияющих горнотехнических и горно-геологических параметров.
Практическая значимость. Уже на первом этапе использования новой математической модели получены значимые практические результаты: определены границы ЗЗД в зависимости от свойств горных пород, состояния горного массива и отпора крепи. Обоснована требуемая величина предельной грузонесущей способности идеально жесткой крепи, при которой не образуется ЗЗД. Полученные теоретические зависимости в виде порождающего решения могут лечь в основу новых расчетных методов ПГД.
Ключевые слова горное давление, выработка, запредельное поведение пород, прочностная неоднородность, зона запредельных деформаций, распределение напряжений, порождающее решение, параметры разрушения пород.
Полный текст