ОЦІНКА СТІЙКОСТІ ПІДЗЕМНИХ ПРОТЯЖНИХ ВИРОБОК, ЩО ПРОВЕДЕНІ В НЕОДНОРІДНОМУ ПОРОДНОМУ МАСИВІ, НА ОСНОВІ БАГАТОФАКТОРНОГО АНАЛІЗУ

Автор: БАБЕЦЬ Дмитро Володимирович

Назад

Источник:
http://search.icq.com/search/results.php?q=

Актуальність теми

Вугільна галузь грає важливу роль у вітчизняній економіці, оскільки вугілля – енергоносій, який в достатній кількості є на тери- торії України. В умовах ринкових відносин особливу актуальність набуває по- шук раціональних рішень на всіх етапах гірничого виробництва. Зокрема, одні- єю з важливих проблем є раціоналізація витрат на підтримку гірничих виробок. Із збільшенням глибини розробки, залученням в розробку пластів, що приляга- ють до раніше відпрацьованих шахтних полів і т.д., підготовчі та капітальні ви- робки відчувають інтенсивний вплив гірського тиску, що призводить до руйну- вання кріплення виробок і втрати експлуатаційної стійкості. Незважаючи на значні об'єми трудомістких ремонтно-відновних робіт в цілому по шахтах України більш ніж 15% підготовчих виробок знаходяться в незадовільному стані. Цей факт обумовлений різними причинами, одна з яких – мала ефективність засобів підтримки і охорони, недостатня обґрунтованість яких, в свою чергу, пов'язана з відсутністю достатньо об'єктивного прогнозу стану виробок. Підвищення стійкості гірничих виробок можливе лише за умови точної оцінки геомеханічної ситуації, в якій ці виробки функціонують, з ураху- ванням впливу найбільшої кількості як закономірних, так і випадкових чинників. Випадковий характер прояву гірського тиску пов'язаний з неоднорідністю гір- ських порід. Неврахування стохастичної складової поведінки породного масиву робить прогноз його стану не адекватним реальності. Таким чином, дослідження впливу на стан породного масиву неоднорід- ності гірських порід, яка виявляється в стохастичному розкиді їх властивостей, розробка методики урахування впливу випадкових чинників при оцінці стійкос- ті виробки є актуальною науково-технічною задачею.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Оцінка стану виробок і прогноз поведінки вміщуючих порід протягом її експлуатації вимагає розгляду конкретної геомеханічної ситуації, яка дуже час- то не має аналогів в схожих умовах. В цьому випадку не можна екстраполювати накопичені дані спостережень і використовувати існуючий досвід, в більшості випадків умови проведення і підтримки виробок слід розглядати як специфічні, і виконувати прогноз стану підземної споруди на основі глибокого детального геомеханічного моніторингу. Його складовими частинами є контроль стану породного масиву і прогно- зування можливих змін цього стану на основі фундаментальних законів фізики, а також відомих методів механіки твердого тіла, що деформується. В цій області досягнуті значні успіхи завдяки роботам В.В. Віноградова, Б.М. Усаченка, Л.В.Новікової, Т.А. Паламарчук, В.Д. Петренка і ін. Проте часто за межами до- сліджень залишається стохастичний характер функціонування підземної спору- ди. Ймовірносно-статистичний підхід до рішення задач геомеханіки розвиваєть- ся в працях Л.Я. Парчевського, О.М. Шашенка, Г.Т. Рубця, О.О. Сдвижкової. Стійкість підземної виробки визначається рядом факторів, чисельні харак- теристики яких можуть змінюватись випадковим чином. До них відносяться, перш за все, деформаційні і міцнісні характеристики гірських порід, параметри, що характеризують зовнішні навантаження, геомеханічні параметри підземних конструкцій. Мінливість фізико-механічних характеристик породного середовища є на- слідком її природної неоднорідності і спостерігається навіть в межах однієї лі- тологічної різності при випробуванні зразків гірських порід. В дисертації зібраний і узагальнений великий обсяг статистичної інфор- мації, що міститься в різних джерелах, щодо кількісних оцінок фізико- механічних властивостей вуглевміщуючих порід. Статистичний аналіз даних про основні деформаційні і міцнісні характе- ристиках гірських порід дозволив встановити наступні тенденції: - показники властивостей досліджуваних гірських порід мають значну (не ни- жче 45%) варіацію значень відносно середнього; - відповідні емпіричні закони розподілу мають, в основному, характер, який за асиметрією і ексцесом відрізняється від нормального. Мінливість властивостей гірських порід залежить від великої кількості факторів. Однією з основних серед них є наявність тріщинуватості, яка з різних причин, завжди властива породному масиву. У зв'язку з цим було звернуто ува- гу на такий факт. При виготовленні породних зразків ті з них, які перетнуті трі- щиною, руйнуються до початку випробувань і таким чином не беруть в них участь. Тим самим порушується уявлення про міцність і деформацію реального породного масиву. В роботі обґрунтовано спосіб визначення статистичних характеристик для так званого, «виправленого» варіаційного ряду, в який умовно додані елементи, що містять макродефекти.

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на основі вперше встановлених закономірностей формування поля напружень і перемі- щень в неоднорідному породному масиві з урахуванням статистичної мінливос- ті його деформаційних і міцнісних властивостей вирішена актуальна задача оці- нки стійкості протяжної підземної виробки на основі багатофакторного аналізу, з метою підвищення надійності її експлуатації . Основні наукові і практичні результати роботи. 1. На основі аналізу статистичних сукупностей основних фізико-механічних характеристик гірських порід встановлено, що: - міцнісні і деформаційні властивості середовища мають істотну (не нижче 45%) мінливість навіть в межах однієї і тієї ж літологічної різниці; - наявність тріщин змінює всі статистичні оцінки властивостей порід і впливає на закон розподілу їх ймовірностей, причому показники асиметрії і ексцесу емпіричних розподілів нелінійно залежать від відстані між тріщинами. 2. Виходячи зі встановлених закономірностей імовірнісного розподілу власти- востей гірських порід, розроблені принципи імітаційного моделювання сто- хастичної неоднорідності породного масиву і розроблений алгоритм визна- чення його напружено-деформованого стану навколо виробок з урахуванням мінливості основних деформаційних і міцнісних характеристик, що підвищує вірогідність геомеханічних розрахунків. 3. Розрахунками за розробленим алгоритмом встановлено, що неоднорідність породного масиву, яка виявляється в природному розкиді показників його фізико-механічних властивостей, обумовлює збільшення (в порівнянні з од- норідним середовищем) на 30-40% зміщення контуру виробки і розмірів зони руйнувань залежно від величин варіації основних деформаційних і міцнісних характеристик порід (модуля пружності, коефіцієнта Пуасона, меж міцності на одновісне стиснення і розтягування). 15 4. Модифіковано стосовно задач геомеханіки метод групового урахування ар- гументів, на основі якого узагальнені результати обчислювального експери- менту представницького обсягу і отримані узагальнюючі багатофакторні за- лежності для урахування варіації початкових даних при розрахунку перемі- щень контуру протяжної виробки і розмірів зон руйнування навколо неї, що дозволило розробити інженерну методику оцінки стійкості протяжної вироб- ки. «Методика визначення зміщень контуру протяжної гірничої виробки і на- вантаження на її кріплення з урахуванням статистичного розкиду властивос- тей гірських порід» затверджена інститутом НДІОМШБ, м. Харків. 5. Запропоновано імовірнісну модель стійкості протяжних виробок, яка дозво- ляє обґрунтувати величину коефіцієнта запасу стійкості, необхідного для практично безремонтної підтримки виробки з відомою ймовірністю. 6. Виконано прогноз стійкості і вибір параметрів кріплення для умов шахти ім. Бажанова (конвеєрний штрек 6-й західної лави). Очікуваний економічний ефект за рахунок скорочення обсягів ремонтних робіт складає 568 тис. гр. на 1000 п.м. виробки.

Литература

  1. Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В. Оценка стоимостных затрат на поддержание горных выработок с привлечением метода группового учета аргументов // Науковий вісник НГАУ - 2001. - №4. – С. 32-35.
  2. Сдвижкова Е.А., Солодянкин А.В., Маслеников Е.В., Бабец Д.В. Анализ теоретических предпосылок для создания системы геомониторинга // Сбор- ник научных трудов Национального горного университета –2002.-№15, том 1. – С.43-46.
  3. Сдвижкова О.О., Рубець Г.Т., Бабець Д.В. Підбір емпіричних розподілів за даними випробувань гірських порід на міцність // Вісник ЖІТІ – 2003. - №1(24). – С.56-58.
  4. Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В. О моделировании стохастического распределе- ния свойств горных пород в геомеханических расчетах // Геотехнічна ме- ханіка. – Дніпропетровськ: ІГТМ НАН України. – 2003. - Вип. 51. – С. 42-48
  5. Левит В.В., Бородуля А.А., Бородуля Н.Ф., Бабец Д.В. Исследования и ста- тический анализ геомеханических особенностей условий сооружения со- пряжений шахтных стволов Донбасса // Наукові праці ДонНТУ: Серія гірни- чо-геологічна. Донецк. – 2004. - № 63. - С. 103-108
  6. Шашенко А. Н., Сдвижкова Е. А., Ткач А. А., Солодянкин А. В., Гав- риш А. К., Гапеев С. Н., Бабец Д. В. Использование численных методов в некоторых задачах геомеханики // История кафедры строительных геотех- нологий и геомеханики Национального горного университета. – Днепропет- ровск-Донецк: Норд-Пресс. – 2004. – С. 402-418.
  7. Бабец Д.В. Моделирование статистического распределения свойств горных пород при определении смещений контура протяженной // Проблеми гірсь- кого тиску. – Донецьк, ДонНТУ. – 2004. – Вип. 11. – С. 91-105. 16 8. Бабец Д.В. Применение метода группового учета аргументов к задаче оцен- ки устойчивости горной выработки // Горный информационно- аналитический бюллетень МГГУ-2001. - №11.
  8. Сдвижкова Е.А. Кужель С.Н., Бабец Д.В. Research of probability nature of du- rability of fissured rock mass // Gornictvo i Geoinzynieria, Kwartalnik akademii gorniczo-hutniczej. – Krakow: Uczelniane widawnictwa naukowo-dydaktyczne. – 2003. – z. 3-4. – P. 314-318.
  9. Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В. Использование методики многофакторного ана- лиза для оценки устойчивости подготовительных выработок // Изв. Тульско- го государственного университета. Серия «Геомеханика. Механика подзем- ных сооружений». – Тула: ИПП «Гриф и К», 2003. - Вып. 1. - С. 267-272.
  10. Шашенко А.Н., Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В. Анализ затрат на поддержание подготовительных выработок, пройденных трещиноватых породах, на осно- ве алгоритма структурной идентификации // Горн. информ.-аналит. бюлле- тень. – 2003. - №1. – С. 106-108.
  11. Новикова Л.В., Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В. Определение зон разрушения в окрестности выработок на основе вероятностно-статистической модели по- родной среды // Горный информационно-аналитический бюллетень МГТУ №1, 2004, С.165-168.
  12. Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В., Лозовский С.П. Статистическая модель устой- чивости горной выработки // Матеріали міжнар. конф. “Форум гірників – 2005”. – Дніпропетровськ: НГУ. – 2005. - Т.4. – С. 68-74.
  13. Zdvizkova E., Ruazantsev A., Babets D. Modeling of random distribution of rock properties in rock mechanics problem // Conference proceeding «MIOSEN – 2005». - Podiebrady. - 2005. – P. 201-206.

    http://search.icq.com/search/results.php?q=

Назад