С увеличением глубины ведения горных работ происходит ухудшение горно-геологических условий, это способствует более интенсивному образованию и росту вокруг горных выработок зоны разрушенных пород (ЗРП) и, соответственно, увеличению интенсивности их смещений в полость выработки.
Для сохранения устойчивости пород в пределах ЗРП был предложен способ, основанный на распоре разрушенных пород при помощи саморасширяющихся составов [1]. Основным параметром предлагаемого способа обеспечения устойчивости выработок является расстояние между шпурами с распорными элементами. Проведенные лабораторные исследования свойств отечественного саморасширяющегося материала НРВ-80 [2,3], позволяют определить давление, развиваемое саморасширяющимся составом, при различном коэффициенте разрыхления пород.
В данной статье, с целью определения зоны влияния одного распорного элемента, ставится задача изучения закономерностей передачи давления, от стенок шпура, содержащего распорный элемент вглубь породного массива.
Решение этой задачи проводилось методом конечных элементов с использованием программного комплекса ANSYS. Задача решалась в объемной постановке. В силу осесимметричности задачи моделировалась половина сечения вдоль вертикальной оси шпура. Моделирование производилось в масштабе 1:1. Исходные данные для моделирования были взяты из кадастра физических свойств горных пород для условий Донецко-Макеевского угленосного района. Моделировался шпур с распорным элементом расположенный в алевролите с прочностью на одноосное сжатие -35МПа. На внутреннюю поверхность моделируемого шпура прикладывалась распределенная нагрузка соответствующая давлению от соморасширения НРВ-80.
Анализ приведенных картин распределения напряжений позволяет сделать вывод, что область влияния шпура достаточно ограничена. Кроме того область пород вокруг шпура на глубину равную диаметру шпура будет разрушена от сжимающихся напряжений.
Для определения области эффективного влияния шпура с распорным элементом были построены кривые изменения эквивалентных напряжений по Мизесу Qэкв, МПа при удалении от стенок шпура на расстоянии а, м.
Задаваясь необходимым давлением на границе зон влияния соседних шпуров, например 5% от давления на стенки шпура, пользуясь графиками, приведенными на рисунке 3, можем установить необходимое расстояние между шпурами для моделируемых пород. Указанное расстояние составит 0,4м и 0,6м при решении задачи упругой линейкой и в нелинейной постановке соответственно. На наш взгляд решение задачи в нелинейной постановке ближе к действительности, особенно учитывая факт разрушение околошпуровой области пород.
Обработка результатов моделирования позволила получить графики, характеризующие изменение коэффициента передачи давления через породный массив рис.4. на рисунке 4 по оси абсцисс отложено отношение расстояния от центральной оси шпура R2 к радиусу шпура R1, по оси ординат- отношение давления P2 возникающего на расстоянии R2 к давлению P1 на оказываемом НРВ на стенки шпура.
Анализ графиков позволяет сделать вывод, что коэффициент передачи давления снижается по зависимости близкой к экспоненциальной.
Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод, что коэффициент передачи нагрузки от распорного элемента расположенного в шпуре вглубь породного массива снижается по экспоненциальной зависимости при увеличении расстояния от центральной оси шпура. При этом зона эффективного влияния шпура расположенного в алевролите с прочностью на одноосное сжатие 30МПа и характерными свойствами для Донецко- Макеевского района составляет 0,4-0,6м.
Библиографический список
1. Сахно И.Г., Петренко Ю.А., Овчаренко Н.А. Лабораторные исследования особенностей работы разрушенных горных пород при формировании из них несущей конструкции/ Проблеми гірського тиску 2008р., №16-с. 70-81.
2. Касьян Н.Н., Овчаренко Н.А., Сахно И.Г., Петренко Ю.А., Самусь О.Л. Лабораторные исследования работы невзрывчатых разрушающих веществ при упрочнении массивов разрушенных горных пород// Науковій вісник НГУ. 2008р.-№8-с. 50-52.
3. Касьян Н.Н., Сахно И.Г. Лабораторные исследования влияния компонентного состава НРВ-80 на его рабочую характеристику при укреплении вмещающего горные выработки массива// Вісник Криворізького технічного університету. 2009р.-№23-с.31-34