Реферат по темі випускної роботиЗміст
АктуальністьАналіз сучасних тенденцій підземної розробки вугільних пластів Україні дозволяє зробити висновок про те, що зі збільшенням глибини ведення гірничих робіт все більше поширення знаходять схеми відпрацювання виїмкових дільниць з підтриманням підготовчих виробок слідом за очисним вибоєм. Разом з тим, це пов'язане з проблемою забезпечення їх експлуатаційного стану позаду лави в зонах впливу очисних робіт і сталого гірського тиску, а також необхідністю розробки ефективних способів і засобів охорони виїмкових виробок, зокрема способів охорони з використанням рядовий породи і обмежуючих поверхонь. Застосування способів охорони з використанням рядовий породи і обмежуючих поверхонь дозволяє істотно зменшити трудові витрати за рахунок зменшення обсягів закладання породи при одночасному зменшенні витрат на підтримання виробок внаслідок збільшення несучої здатності конструкцій, що зводяться. При детальному вивченні сучасних засобів охорони можна прийти до висновку, що охоронна споруда, не залежно від ступеня його податливості, з часом починає працювати як штамп, у тому числі і способів охорони з використанням рядовий породи і обмежуючих поверхонь. Дана обставина вимагає розробки заходів щодо нейтралізації даного ефекту щодо стійкості виїмкових виробіток, а саме визначення параметрів охоронної споруди, при яких сили, що виникають від дії навантаження на охоронну споруду, не будуть направлені в бік виробки. На нашу думку, цього можна досягти застосуванням охоронних споруд змінної жорсткості. Причому охоронну конструкцію передбачається зводити з рядової породи для зменшення витрат на підтримання виїмкових виробіток. Цілі та завданняЦіль роботи: обгрунтування параметрів способу охорони виїмкових виробок породними опорами змінної жорсткості Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:
Передбачувана наукова новизнаНаукова новизна роботи полягає в розширенні уявлень про механічні процеси, що відбуваються в породних опорах з обмежуючими поверхнями і оточуючих їх породах. Плановані практичні результатиРозробка способу охорони виїмкових виробок породними опорами змінної жорсткості. Огляд досліджень по теміДо теперішнього часу в ДонНТУ існує великий обсяг досліджень напружено-деформованого стану навколишнього масиву і запропоновано досить велика безліч заходів по збереженню стійкості виїмкових виробок за рахунок управління його станом. Серед них, наприклад, можна виділити:
В межах Україні вченими розглядаються наступні питання в галузі поишенія несучої здатності охоронних споруд:
Огляд за темою за межами України показав, що проводиться велика кількість досліджень в області збільшення несучої здатності охрнних споруд, а також розглядаються питання моделювання цих систем. Основна частинаУ 60-70% випадках незадовільний стан виробок, підтримуваних позаду лави, обумовлено інтенсивними зміщеннями порід грунту. Многосложность процесу здимання порід грунту визначає широкий спектр способів боротьби з цим явищем. І, як показує практика, одних лише способів запобігання пученія порід грунту в ускладнюються умовах відпрацювання пластів недостатньо, і для забезпечення стійкості виробки необхідно розгляд питань її підтримання та охорони в комплексі. Причому правильно вибрані спосіб і засоби охорони є найбільш результативним шляхом зниження витрат на кріплення і підтримання виробок [1]. Дуже часто самі засоби охорони (бутові смуги, БЖБТ, литі смуги тощо), а саме схеми їх установки і розміщення щодо вироблення, є причинами інтенсивного здимання порід грунту, і ці споруди відіграють роль штампа, з-під якого видавлюються породи в порожнину вироблення [2, 3]. Таким чином, розробка способів і визначення їх параметрів повинні передбачати комплекс досліджень напружено-деформованого стану (НДС) навколишнього масиву і встановлення механізму витискування підстилаючих порід з-під охоронних споруд з метою забезпечення безремонтної експлуатації виробітку. Розвиток обчислювальних технологій привело до створення великої кількості програм, що використовують найбільш розповсюджений метод аналізу напружено-деформованого стану - метод кінцевих елементів (МКЕ). Сучасні комп'ютерні технології дозволяють нам все простіше моделювати і розраховувати різні механічні системи. Для реалізації цього існує досить таки велика кількість програмних середовищ працюють в тому чи іншому напрямку. У даній роботі була обрана програма для побудови 3D моделі і проведення розрахунку на міцність - SolidWorks 2009 з вбудованим модулем розрахунковим CosmosWorks 2009. У процесі моделювання створюються моделі грунту гірничої виробки при дії на неї рівномірно розподіленим і нерівномірно розподіленого навантаження по прямокутному майданчику в системі аналітичного проектування SolidWorks і вирішена задача статики в лінійній постановці допомогою пакета кінцево-елементного аналізу CosmosWorks. У роботі розглядаються два варіанти охорони гірських виробітків:
Рис.1 - Загальний вид охоронної споруди (бутової смуги) з рівномірним розподілом навантаження по всій ширині смуги
Рис.2 - Загальний вид охоронної споруди (бутової смуги) змінної жорсткості
Від інших кінцево-елементних програм CosmosWorks відрізняється тим, що граничні умови можуть задаватися виключно у прив'язці до геометрії об'єкта. Тобто неможливо «персональне» визначення на грань, і у вузлах кінцевих елементів. Якщо з'являються нові грані, кромки вершини, що вимагають додатка навантажень, або вказівки переміщень, то граничні умови повинні бути задані відповідними командами. Якщо ж семантика моделі не змінилася, тобто нові геометричні елементи не з'явилися, граничні умови будуть автоматично задаватися, відповідно до нової геометрією. За фізичну природу діючих факторів граничні умови діляться дві основні групи: кінематичні та статичні. Перша група вимагає завдання на кордонах або в обсязі тіла переміщення (або кутів повороту), які можуть мати характер обмеження рухливості - рівні нулю в одному або декількох напрямах. Друга група - додаток навантажень як зосереджених, так і розподілених зусиль, а також в інших формах, в кінцевому рахунку зводиться до цих двох [28]. Кінематичні граничні умови можуть задаватися на гранях, кромках і вершинах. При обробці граней канонічної форми - плоских (Plane), циліндричних (Cylindrical), або сферичних (Spherical) - програма «відчуває» їх форму і граничні умови прикладаються з урахуванням породжуваних цими об'єктами напрямів. При моделюванні застосовувалися такі граничних умов: - Фіксація (Fixed) - зафіксована геометрія. Фіксація переміщень у всіх напрямках нижньої основи моделі. А також заборону переміщень в горизонтальному напрямку, з вільним ковзанням у вертикальному напрямку на бічних гранях моделі. Статичні граничні умови - це сила. Вони можуть бути зосередженими і мати розмірність «сила», розподілені по кромці «сила / довжина», розподілені по поверхні «сила / площа». До останнього відноситься тиск. У процесі моделювання застосовувалися типи статичних граничних умов. Направлене постійний тиск - перпендикулярно обраної грані. Розглянемо детальніше задані при моделюванні граничні умови. На верхній межі моделі є 5 прямокутних майданчиків. По ширині майданчик дорівнює ширині однієї смужки в бутової смузі - один метр. Довжина прямокутного майданчика дорівнює 10 метрів, щоб дотримати пропорцію 1:10 і надалі розглядати плоску задачу. У випадку, коли розглядалася традиційна бутова смуга з однаковим ступенем податливості, на кожну з майданчиків прикладена рівномірно розподілене навантаження 100 МПа (рис.3). 
Рис.3 - Схема навантаження 100-100МПа
У випадках, коли розглядалося охоронне споруда змінної жорсткості (вариабельной податливості), на першу площадку була прикладена навантаження 100 МПа, на наступні (2-5) рівномірно зменшується навантаження в залежності від досліджуваної моделі (рис. 4). 
Рис.4 - Анімована схема навантаження підстилаючих порід
Анімація реалізована за допомогою Adobe Photoshop CS3:
кількість кадрів - 4, кількість циклів повторення - 7, обсяг 151,677 КБ
Після проведення всіх вищеописаних процедур було проведено розрахунок. В результаті розрахунку з'ясували, що розподіл напружень в підстилаючих породах нерівномірне, причому з боку сектора охоронного споруди з найменшою жорсткістю буде велика зона впливу опори і відповідно великі напруги з його боку. Таким чином, необхідно розташування охоронного споруди сектором з найбільшою жорсткістю до вироблення. Для визначення параметрів пропонованого способу доцільним буде застосування системи Plaxis, яка є спеціалізованою двовимірну комп'ютерну програму, засновану на методі кінцевих елементів, яка використовується для розрахунків деформації та стійкості різних геотехнічних об'єктів. Реальна ситуація може бути змодельована за допомогою моделі плоскої деформації або осесиметричної моделі. Програма має зручний графічний інтерфейс, який дає можливість користувачу швидко створювати геометричну модель і сітку кінцевих елементів, засновану на представленому вертикальному поперечному розрізі. Створення двовимірної кінцевої елементної системи в Plaxis базується на геометричній моделі. Ця модель створюється в площині xy в системі координат, тоді як z-напрям знаходиться поза площиною. В системі координат напрямок z-відображається у напрямку до користувача (мал. 5). 
Рис.5 - Координатна система та компоненти позитивних напруг
У всіх випадках введення даних, вихідні стискаючі напруги й сили мають негативну величину, тоді як розтягують напруги і сили позитивні. У програмному комплексі Plaxis нами проведено розрахунок декількох моделей, в кожній з яких передбачалося охоронне споруда змінної жорсткості, але при різному його розміщення по відношенню до вироблення. Для розрахунку моделей в програмі введення даних Plaxis створюється двомірна віртуальна модель. Вона заповнюється матеріалом з параметрами, близькими реальних умов. На початковому етапі відпрацьовувалася перша модель. Потім, на верхню межу моделі подавалася розподілене навантаження в 10 кН/м2 і проводився розрахунок для визначення вертикальних напруг і зсувів. Наступні моделі створювалися на основі першої з видаленням охоронного споруди від виробітку. ЗаключенняПроведений аналіз нетрадиційних способів підвищення стійкості виїмкових виробок показав, що основна тенденція їх розробки спрямована на створення умов, за яких сили виникають в околиці вироблення були б спрямовані в бік від самої виробки з метою мінімізації їх впливу на стійкість останньої. Важливе зауваженняПри написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2011 Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати. Література
|
||