Реферат по теме выпускной работыСодержание
АктуальностьАнализ современных тенденций подземной разработки угольных пластов Украины позволяет сделать вывод о том, что с увеличением глубины ведения горных работ всё большее распространение находят схемы отработки выемочных участков с поддержанием подготовительных выработок вслед за очистным забоем. Вместе с тем, это сопряжено с проблемой обеспечения их эксплуатационного состояния позади лавы в зонах влияния очистных работ и установившегося горного давления, а также необходимостью разработки эффективных способов и средств охраны выемочных выработок, в частности способов охраны с использованием рядовой породы и ограничивающих поверхностей. Применение способов охраны с использованием рядовой породы и ограничивающих поверхностей позволяет существенно уменьшить трудовые затраты за счет уменьшения объемов закладываемой породы при одновременном уменьшении затрат на поддержание выработок вследствие увеличения несущей способности возводимых конструкций. При детальном изучении современных средств охраны можно прийти к выводу, что охранное сооружение, не зависимо от степени его податливости, со временем начинает работать как штамп, в том числе и способов охраны с использованием рядовой породы и ограничивающих поверхностей. Данное обстоятельство требует разработки мероприятий по нейтрализации данного эффекта в отношении устойчивости выемочной выработки, а именно определения параметров охранного сооружения, при которых силы, возникающие от действия нагрузки на охранное сооружение, не будут направлены в сторону выработки. По нашему мнению, этого можно достичь применением охранных сооружений переменной жесткости. Причем охранную конструкцию предполагается возводить из рядовой породы для уменьшения затрат на поддержание выемочной выработки. Цели и задачиЦель работы: обоснование параметров способа охраны выемочных выработок породными опорами переменной жесткости Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Предполагаемая научная новизнаНаучная новизна работы заключается в расширении представлений о механических процессах, происходящих в породных опорах с ограничивающими поверхностями и окружающих их породах. Планируемые практические результатыРазработка способа охраны выемочных выработок породными опорами переменной жесткости. Обзор исследований по темеК настоящему времени в ДонНТУ существует большой объем исследований напряженно-деформированного состояния окружающего массива и предложено достаточно большое множество мероприятий по сохранению устойчивости выемочных выработок за счет управления его состоянием. Среди них, к примеру, можно выделить:
В пределах Украины учеными рассматриваются следующие вопросы в области поышения несущей способности охранных сооружений:
Обзор по теме за пределами Украины показал, что проводится большое количество исследований в области увеличения несущей способности охрнных сооружений, а также рассматриваются вопросы моделирования этих систем. Основная частьВ 60-70% случаях неудовлетворительное состояние выработок, поддерживаемых позади лавы, обусловлено интенсивными смещениями пород почвы. Многосложность процесса пучения пород почвы определяет широкий спектр способов борьбы с этим явлением. И, как показывает практика, одних лишь способов предотвращения пучения пород почвы в усложняющихся условиях отработки пластов недостаточно, и для обеспечения устойчивости выработки необходимо рассмотрение вопросов ее поддержания и охраны в комплексе. Причем правильно выбранные способ и средства охраны являются наиболее результативным путем снижения затрат на крепление и поддержание выработок [1]. Очень часто сами средства охраны (бутовые полосы, БЖБТ, литые полосы и др.), а именно схемы их установки и размещение относительно выработки, являются причинами интенсивного пучения пород почвы, и эти сооружения играют роль штампа, из-под которого выдавливаются породы в полость выработки [2, 3]. Таким образом, разработка способов и определения их параметров должны предусматривать комплекс исследований напряженно-деформированного состояния (НДС) окружающего массива и установление механизма выдавливания подстилающих пород из-под охранных сооружений с целью обеспечения безремонтной эксплуатации выработки. Развитие вычислительных технологий привело к созданию большого количества программ, использующих наиболее распространенный метод анализа напряженно-деформированного состояния — метод конечных элементов (МКЭ). Современные компьютерные технологии позволяют нам все проще моделировать и рассчитывать разные механические системы. Для реализации этого существует довольно таки большое количество программных сред работающих в том или ином направлении. В данной работе была выбрана программа для построения 3D модели и проведения расчета на прочность – SolidWorks 2009 с встроенным расчетным модулем CosmosWorks 2009. В процессе моделирования создаются модели почвы горной выработки при действии на нее равномерно распределенной и неравномерно распределенной нагрузки по прямоугольной площадке в системе аналитического проектирования SolidWorks и решена задача статики в линейной постановке посредством пакета конечно-элементного анализа CosmosWorks. В работе рассматриваются два варианта охраны горных выработок:
Рис.1 - Общий вид охранного сооружения (бутовой полосы) с равномерным распределением нагрузки по всей ширине полосы
Рис.2 - Общий вид охранного сооружения (бутовой полосы) переменной жесткости
От других конечно-элементных программ CosmosWorks отличается тем, что граничные условия могут задаваться исключительно в привязке к геометрии объекта. Т.е невозможно «персональное» определение на грань, и в узлах конечных элементов. Если появляются новые грани, кромки вершины, требующие приложения нагрузок, или указания перемещений, то граничные условия должны быть заданы соответствующими командами. Если же семантика модели не изменилась, т.е. новые геометрические элементы не появились, граничные условия будут автоматически задаваться, в соответствии с новой геометрией. По физической природе действующих факторов граничные условия делятся две основные группы: кинематические и статические. Первая группа требует задания на границах или в объеме тела перемещения (или углов поворота), которые могут иметь характер ограничения подвижности - равные нулю в одном или нескольких направлениях. Вторая группа - приложение нагрузок как сосредоточенных, так и распределенных усилий, а также в других формах, в конечном счете сводимых к этим двум [28]. Кинематические граничные условия могут задаваться на гранях, кромках и вершинах. При обработке граней канонической формы - плоских (Plane), цилиндрических (Cylindrical), или сферических (Spherical) – программа «чувствует» их форму и граничные условия прикладываются с учетом порождаемых этими объектами направлений. При моделировании применялись следующие граничных условий: - Фиксация (Fixed) - зафиксированная геометрия. Фиксация перемещений во всех направлениях нижнего основания модели. А также запрет перемещений в горизонтальном направлении, со свободным скольжением в вертикальном направлении на боковых гранях модели. Статические граничные условия – это сила. Они могут быть сосредоточенными и иметь размерность «сила», распределенные по кромке «сила/длина», распределенные по поверхности «сила/площадь». К последнему относится давление. В процессе моделирования применялись типы статических граничных условий. Направленное постоянное давление - перпендикулярно выбранной грани. Рассмотрим подробнее заданные при моделировании граничные условия. На верхней грани модели имеется 5 прямоугольных площадок. По ширине площадка равняется ширине одной полоски в бутовой полосе – один метр. Длина прямоугольной площадки равняется 10 метров, чтобы соблюсти пропорцию 1:10 и в дальнейшем рассматривать плоскую задачу. В случае, когда рассматривалась традиционная бутовая полоса с одинаковой степенью податливости, на каждую из площадок приложена равномерно распределенная нагрузка 100 МПа (рис.3). 
Рис.3 - Схема нагружения 100-100МПа
В случаях, когда рассматривалось охранное сооружение переменной жесткости (вариабельной податливости), на первую площадку была приложена нагрузка 100 МПа, на последующие (2-5) равномерно уменьшающаяся нагрузка в зависимости от исследуемой модели (рис.4). 
Рис.4 - Анимированная схема нагружения подстилающих пород
Анимация реализована с помощью Adobe Photoshop CS3:
количество кадров – 4, количество циклов повторения – 7, объем 68,312 КБ
После проведения всех вышеописанных процедур был проведен расчет. В результате расчета выяснили, что распределение напряжений в подстилающих породах неравномерное, причем со стороны сектора охранного сооружения с наименьшей жесткостью будет большая зона влияния опоры и соответственно большие напряжения с его стороны. Таким образом, необходимо расположение охранного сооружения сектором с наибольшей жесткостью к выработке. Для определения параметров предлагаемого способа целесообразным будет применение системы Plaxis, которая представляет собой специализированную двухмерную компьютерную программу, основанную на методе конечных элементов, которая используется для расчетов деформации и устойчивости различных геотехнических объектов. Реальная ситуация может быть смоделирована с помощью модели плоской деформации или осесимметричной модели. Программа имеет удобный графический интерфейс, который дает возможность пользователю быстро создавать геометрическую модель и сетку конечных элементов, основанную на представленном вертикальном поперечном разрезе. Создание двухмерной конечной элементной системы в Plaxis базируется на геометрической модели. Эта модель создается в плоскости x-y в системе координат, тогда как z-направление находится вне плоскости. В системе координат направление z-отображается по направлению к пользователю (рис.5). 
Рис.5 - Координатная система и компоненты положительных напряжений
Во всех случаях ввода данных, выходные сжимающие напряжения и силы имеют отрицательную величину, тогда как растягивающие напряжения и силы положительны. В программном комплексе Plaxis нами произведится расчет нескольких моделей, в каждой из которых предусматривалось охранное сооружение переменной жесткости, но при различном его размещении по отношению к выработке. Для расчета моделей в программе ввода данных Plaxis создается двухмерная виртуальная модель. Она заполняется материалом с параметрами, близкими реальным условиям. На начальном этапе отрабатывалась первая модель. Затем, на верхнюю грань модели подавалась распределенная нагрузка в 10 кН/м2 и производился расчет для определения вертикальных напряжений и смещений. Следующие модели создавались на основе первой с удалением охранного сооружения от выработки. ЗаключениеПроведенный анализ нетрадиционных способов повышения устойчивости выемочных выработок показал, что основная тенденция их разработки направлена на создание условий, при которых силы возникающие в окрестности выработки были бы направлены в сторону от самой выработки с целью минимизации их влияния на устойчивость последней. Важное замечаниеПри написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты. Литература
|
||