Лабораторные исследования явления передачи давления от саморасширяющегося состава мелкофракционным дискретным материалом

Аннотация

На підставі проведеного лабораторного моделювання досліджено явище передачі тиску від саморозширення дрібнофракційним дискретним матеріалом, встановлено можливість, та отримані параметри способу забезпечення стійкості гірських порід, що ґрунтується на штучному розпорі порід в межах зруйнованої зони.
Ключові слова: дискретне середовище, стійкість масиву
On the basis of the conducted laboratory modelling investigational the phenomenon transmission of pressure from the increase of volume of discrete material with shallow faction, possibility, and got parameters of method providing of stability rocks, which is based on artificial increases of pressure rocks, of within the limits of the destroyed area, is set.
Key words: granular media, rock mass stability

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. Обеспечение эксплуатационного состояния горных выработок в настоящее время происходит в основном за счет увеличения металлоемкости 1 погонного метра выработки, что приводит к повышению стоимости ее сооружения. В то же время способы обеспечения устойчивости, основанные на усилении крепи, не приносят значительных положительных результатов. Эта проблема особенно актуальна для выработок, подверженных влиянию очистных работ.

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. Для определения этого параметра необходимо знать закономерности передачи нагрузки от фронта области расширения вглубь массива. Это позволит определить зону влияния одного шпура. Проведенные лабораторные исследования свойств отечественного саморасширяющегося материала НРВ-80 [2, 3], позволяют определить давление, развиваемое саморасширяющимся составом, при различном коэффициенте податливости - разрыхления пород. Полученные аналитические [4, 5] решения и результаты лабораторных исследований [1] позволяют определить параметры предлагаемой технологической схемы для случая крупноблочной структуры массива. В данной статье, с целью определения зоны влияния одного распорного элемента, ставится задача изучения особенностей передачи давления, развиваемого саморасширяющимся материалом, через дискретную среду. Это позволит определить параметры предлагаемого способа повышения устойчивости, при высокой степени дробления пород в пределах ЗРП. Предлагаемая схема реализации способа обеспечения устойчивости выработки, основанного на распоре вмещающих пород, для рассматриваемого случая представлена на рисунке 1.

Область влияния каждого шпура имеет форму перевернутого усеченного конуса, при этом давление от саморасширения на границе этой области уменьшается при удалении от контура выработки. Что вполне удовлетворяет физике процесса, в том смысле, что вблизи контура выработки степень разрушения пород максимальная, а, следовательно, и усилия, необходимые для их сжатия и удержания нужны самые большие. При такой постановке вопроса основным параметром является необходимый с точки зрения обеспечения устойчивости разрушенных пород размер ширины области влияния шпура с распорным элементом (В), в каждом сечении предполагаемого усеченного конуса.

Рисунок 1 – Схема создания несущей конструкции из разрушенных пород (1 – контур выработки; 2 – шпуры с распорными элементами; 3 – разрушенные породы; 4 – предполагаемая область влияния одного шпура)

Максимальное расстояние между шпурами определяется из условия соприкосновения зон влияния соседних шпуров. Минимальное расстояние – выбирается из условия предотвращения разрушения пород саморасширяющимся материалом.

Решение поставленной задачи проводилось методом физического моделирования в соответствии с [6]. Исследование проводилось на структурных моделях. Моделировался массив пород, вмещающий шпур с распорным элементом. Задача решалась в плоской постановке, в силу ее осесимметричности моделировалась только половина поперечного сечения. При моделировании соблюдалось геометрическое подобие. Масштаб моделирования 1:1.

Для моделирования был изготовлен специальный стенд, представляющий собой деревянную раму (1) в форме полукруга с задней глухой и передней прозрачной стенками. В центре условной окружности располагалась камера № 1 (2), которая имитировала шпур с саморасширяющимся материалом. По контуру располагалась камера № 2 (3) – предназначенная для определения давлений на контуре. Принципиальная схема модели представлена на рисунке 2. В качестве дискретных элементов (4) использовались пластиковые пустотелые шарики. Перед экспериментом шарики укладывались в модель. После этого давление в камере №1 пошагово повышалось, путем изменения высоты столба жидкости создававшего распор, на каждом шаге производилась фиксация давления в камере № 2. После достижения предельного давления в камере № 1, производилась пошаговая разгрузка модели, с фиксацией показаний обеих шкал. Было проведено несколько серий опытов, которые отличались между собой расстоянием между рабочими камерами.

Список использованной литературы

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 2008, №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 // Науковий вісник НГУ. 2008. — №8. — С. 50–52.
3. Касьян Н.Н., Сахно И.Г. Лабораторные исследование влияния компонентного состава НРВ–80 на его рабочую характеристику при укреплении вмещающего горные выработки массива // Вісник Криворізького технічного університету. 2009. – №23. – С. 31–34.
4. Касьян М.М., Овчаренко М.А., Сахно І.Г., Петренко Ю.А., Негрій С.Г. Обґрунтування параметрів нової технології перекріплення виробок за допомогою методу скінчених елементів / Вісті Донецького гірничого інституту. — 2008. – №2. — С. 104– 109.
5 Касьян М.М., Овчаренко М.А., Сахно І.Г., Петренко Ю.А. Обоснование параметров новой технологии перекрепления выработок // Новые технологии подземного строительства и добычи полезных ископаемых: Мат международной научн. — техн. конф. (г. Алчевск, 11–13 апреля 2008г.).— Алчевск: ДонГТУ, 2008 — С. 105–108.
6. Методы и средства решения задач горной геомеханики / Г.Н. Кузнецов, К.А. Ардашов, Н.А. Филатов и др. – М.: Недра. — 1987. — 248 с.