Сборник научных трудов ДонГТУ

Статья

Наименование Обоснование минимального отпора крепи в горной выработке
Авторы Литвинский Г. Г., д.т.н., проф.
Раздел Науки о земле
Год 2017 Выпуск 49 Страницы 15 - 25
УДК 622.831:622.28:539.37
Аннотация На больших глубинах разработки вокруг выработок образуется зона запредельных деформаций (ЗЗД), от которой зависят особенности проявлений горного давления. Цель исследований – определить параметры крепи при учете веса пород в ЗЗД. Для оценки влияния основных неосесимметричных факторов использован метод малого параметра. Решена задача о форме и размерах ЗЗД при учете массовых сил. Показано, что ЗЗД конгруэнтно сдвигается вверх, а ее размеры зависят от отпора крепи. Впервые получены формулы для определения минимального отпора крепи и даны практические рекомендации по выбору ее параметров.
Реферат Цель исследования – определить параметры крепи при учете веса пород в зоне запредельных деформаций (ЗЗД), которая образуется в результате разрушения породного массива вокруг горной выработки. Объекты исследования – проявления горного давления в виде образования ЗЗД вокруг горной выработки при учете неосесимметричных факторов, в числе которых – массовые силы, действующие в окружающих породах. Основная идея выполненных исследований состоит в учете неосесимметричных факторов, способных оказать значительное влияние на формирование ЗЗД и проявления горного давления в выработке. Методика выполненных исследований состоит в теоретическом решении упругопластической задачи о размере и форме ЗЗД с использованием метода малого параметра, развитого в теоретической и прикладной геомеханике и позволяющего учесть все основные факторы горнотехнической обстановки, существенно влияющие на устойчивость выработки.
Результаты. Как показал анализ методов расчета образования ЗЗД вокруг подземных выработок, большинство решенных задач основано на осесимметричных расчетных схемах и в них не учитывается влияние неосесимметричных факторов, способных значительно изменить результаты расчетов. В работе дано решение упругопластической задачи при учете методом малого параметра массовых сил в окружающем горном массиве. Получены оценки изменения формы и размеров ЗЗД в первом приближении и показано, что граница ЗЗД конгруентно сдвигается вверх. Для оценки влияния массовых сил с запасом предложена новая расчетная схема на основе порождающего решения с учетом неоднородности разрушения пород внутри ЗЗД. Исследовано влияние изменений отпора крепи, глубины разработки и прочностных свойств пород на форму и размеры ЗЗД. Обоснованы формулы для определения минимального отпора крепи в выработке и получены зависимости отпора от глубины работ и прочностных свойств пород. Показаны условия резкого возрастания ЗЗД и возможность потери устойчивости выработки при недостаточном отпоре крепи.
Научная новизна. Впервые рассмотрено образование ЗЗД на основе порождающего решения при учете прочностной неоднородности пород и действия массовых сил с позиций использования метода малого параметра. Введено понятие минимального отпора крепи в горной выработке как предельной границы, ниже которой происходит обрушение пород и «завал» выработки. Впервые даны численные оценки изменения формы и размеров ЗЗД вокруг горной выработки.
Практическая значимость. Обоснована требуемая величина минимальной грузонесущей способности податливой крепи при образовании ЗЗД вокруг капитальной горной выработки. Даны рекомендации по проектированию грузонесущей способности крепи и оценки ее влияния на размер ЗЗД в кровле и почве выработки. Разработанные практические рекомендации в виде теоретических формул позволят перейти к подготовке новых нормативных документов по проектированию крепи капитальных и подготовительных выработок.
Ключевые слова горная выработка, горное давление, зона запредельных деформаций, неосесимметричные факторы, метод малого параметра, массовые силы, распределение напряжений, минимальный отпор крепи.
Полный текст