Источник: Сборник трудов кафедры "СШ и ПС", ДонНТУ 2005

Ранее уже проводились исследования процесса хрупкого разрушения породного массива в окрестности сопряжения «ствол – горизонт», расположенного в однородном изотропном массиве [1], однако, учитывая сильную неоднородность продуктивных толщ Донбасса, в работе [2] было выделено два базовых варианта сочетания пород (слабый слой в прочных породах и прочный слой в слабых породах) при трех основных литотипах (песчаник, алевролит, аргилит), а заложение сопряжения ствола с горизонтом производят в прочных слоях пород, то при моделировании было принято второе сочетание породных слоев (прочный слой в слабых породах). При этом в прочном слое моделировалась горизонтальная сопрягающаяся со стволом выработка.

В данной работе объект исследований имеет следующие отличительные особенности. В данном случае: 1) породный массив моделируется не одним, а тремя слоями различной жесткости. 2) рассматриваются варианты наклонного расположения слоев; 3) рассматриваются варианты расположения горизонтальной выработки под различными углами к простиранию пород, с использованием анкеров и без.

Для моделирования использовался метод эквивалентных материалов [3,4]. Конструкция модели в общих чертах представлена на рис. 1. Она представляет собой куб с размерами граней 0,1 м. В вертикальной плоскости куб состоит из трех слоев: внутреннего, являющегося более жестким, и наружных, более податливых. Предполагается полное сцепление между слоями. Прочностные свойства и жесткость внутреннего слоя выше, чем верхнего и нижнего. Сквозное цилиндрическое отверстие, проходящее через жесткий слой, моделирует околоствольную выработку. Такое же, ортогональное к выработке отверстие, проходящее по оси симметрии куба, моделирует вертикальный ствол. Диаметры отверстий равны 0,01 м. Угол наклона слоев составляет порядка 10 град.

Для получения достоверных значений, используя теорию вероятностей [5], необходимое количество образцов n=18.

В качестве прототипа модели взято сопряжение ствола, расположенное в слое песчаника. Смежные с ним породные слои представлены песчаными сланцами. Жесткий слой на модели выполнен из песчано-цементной смеси (П:Ц=1:1), а податливые – из песчано-цементно-гипсовой (П:Ц:Г=1:1:1) смеси, при этом отношение В/Ц=0,4. Анкерная крепь моделировалась проволокой диаметром 0,5 мкм, длиной 5 мм. Проволока устанавливалась со стороны горизонтального отверстия, по 3 шт в вертикальном и горизонтальном рядах.

Испытания проводились после набора прочности смеси в образцах, т.е. на ранее чем через 28 суток. Данные о свойствах материалов в натурных условиях и на модели представлены в табл.

Для корректной интерпретации результатов испытаний модель из эквивалентных материалов должна соответствовать критериям подобия. Для упругой области безусловно должно выполняться условие динамического подобия. При испытании модели нагружением, приводящим к разрушению, дополнительно должно обеспечиваться определенное соотношение между прочностными характеристиками пород в натуре и материалов слоев модели. Выполнение указанных критериев достаточно для оценки явления разрушения в качественном плане.

Таблица - Сравнительная таблица физико-механических свойств слоев породного массива и модели

Параметр	Для массива		Для модели
	жесткий Слой	податливый слой	жесткий слой	податливый слой
Диаметр выработки d, м	5,0	5,0	10-2	10-2
время действия нагрузки t, с	106	106	102	102
плотность ρ, 103 кг/м3	2,7	2,5	2,3	2,0
прочность на одноосное сжатие σсж., МПа	57	36	22	14
прочность на растяжение σр., Мпа	6,8	5,1	2,7	2,0
модуль Юнга Е, ГПа	32	24	13	9,3

Однако, оценить количественно зону разрушений достаточно сложно с учетом того, что материалы должны удовлетворять условию жесткого сцепления между слоями, а также диаметр ствола в натурных условиях принят 5 м, дополнительно возникает техническая проблема регистрации довольно малых трещин, образующих зону разрушения. Поэтому в данном эксперименте речь идет только о качественной стороне явления.

Библиографический список

1. Анкерное крепление в угольных шахтах Украины//Информационные материалы КЦ Тасис. – Донецк, 1999. – 22 с.
2. Левит В.В. Геомеханические основы разработки и выбора комбинированных способов крепления вертикальных стволов в структурно неоднородных породах: Дисс….докт. техн. наук – 05.15.04, - Днепропетровск, 1999. - 463 с.
3. Анкерная крепь:Справочник/ А.П.Широков, В.А.Тедер, М.А.Азаров и др. – М.: Недра, 1990. – 205 с.
4. Методическое руководство по укреплению углеполимерных массивов химическим анкерованием. – М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1987. – 39 с.
5. Шашенко О.М., Тулуб С.Б., Сдвижкова О.О. Деякі задачі статистичної геомеханіки. – К.: Універ.вид-во “Пульсари”, 2002. – 304с.



Назад

На главную