Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
• 3. Обзор исследований и разработок
• 3.1 Обзор международных источников
• 3.2 Обзор национальных источников
• 3.3 Обзор локальных источников
• 4. Первый раздел
• 5. Применение Ansys
• Выводы
• Список источников

Введение

Маркшейдерские службы контролируют безопасное ведение горных работ. При разработке шахты появляются опасные зоны, где разработка невозможно без принятия дополнительных мер по безопасности. В настоящее время разработка пластов полезного ископаемого невозможна без использования барьерных целиков. Барьерный целик – часть залежи полезного ископаемого, оставляемого для предохранения горных выработок от возможных прорывов воды из водоносных горизонтов и близко расположенных водоёмов (рек, озёр, прудов и т.п.),[1] а также прорыва воды, газов или заиловочной глины из ранее пройденных и затопленных выработок соседних шахт барьерный целик служит также для отделения шахтных полей соседних предприятий. В нетронутом массиве горные породы находятся в напряженном состоянии, а после проведении горных выработок и вокруг полости после выемки угля, концентрируется зона опорного давления. Как уже установлено, зоны повышенного давления образуются над и под целиками и краевыми частями лав, а нетронутые угольные целики выступают концентратором напряжений в углепородном массиве. В настоящее время при изучении напряженного состояния призабойной части угольного пласта принимается, что она входит в зону влияния выработки. Схематично такое разделение на зоны влияния выработки и нетронутый массив представлено на рис.1. [2].

1 – область влияния выработки; 2 – зона опорного давления; 3 – граница зоны разгрузки; 4 – граница защищенной зоны; 5 – граница зоны полных сдвижений; 6 – зона сдвижения пород и земной поверхности, возникающая в результате деформации массива в зоне опорного давления

1. Актуальность темы

Поэтому актуальной научной и практической задачей является исследование напряженно–деформированного состояния угольного пласта и окружающего горного массива в окрестности барьерных целиков при различной крепости мощных пород кровли и почвы угольного пласта, изучение геомеханических процессов в горном массиве при оконтуривании междушахтного барьерного целика с целью оптимизации размеров очистной выработки при планировке горных работ на различной глубине их проведения, исследованиние степени разрушения междушахтных барьерных целиков и недопущение проникновение воды в горные выработки действующей шахты, в случае затопления горных выработок соседней шахты.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Идея работы заключается в использовании связи между механическими показателями и геологическими и технологическими показателями и размерами целика.

Цель работы в повышении безопасности горных работ за счет определения расчетных параметров барьерного целика.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследования:

1. Изучить состояние проблемы обеспечения устойчивости барьерных целиков, проанализировать методики расчета барьерных целиков и меры их безопасности;
2. Постановка задачи, выявление и обоснование предельных условий и методик для выполнения работы;
3. Обоснование метода конечных элементов и исследуемых факторов в качестве основного инструмента исследования;
4. Выполнение числового эксперимента;
5. Анализ полученных результатов;
6. Выводы по полученным результатам.

Объект исследования: процесс перераспределения напряжений барьерного целика.

Предмет исследования: параметры барьерных целиков.

Планируемые результаты:

1. Разработка методики математического моделирования процесса деформирования и разрушения на различной глубине междушахтных барьерных целиков в свите пластов разнообразной мощности под влиянием очистных работ в углепородном массиве различной крепости горных пород методом конечных элементов;
2. В разработке алгоритма формирования системы узловых точек и программного обеспечения, реализующего математическую модель происходящих геомеханичееских процессов;
3. В подготовке расчетных схем и проведении вычислительных экспериментов;
4. В анализе и обобщении полученных результатов.

3. Обзор исследований и разработок

Поскольку добыча полезных ископаемых из недр земли развита по всему миру, то ее проблемами занимаются все страны мира, в том числе и Украина.

3.1 Обзор международных источников

В настоящее время для решения проблемы устойчивости барьерных целиков в международной практике используется методов конечных элементов [3-12].

3.2 Обзор исследований по теме в Украине

На территории Украины исследованиями геомеханических процессов, происходящими в углепородном массиве в результате ведения подземных горных работ, занимаются научно–исследовательский институт УкрНИМИ НАН и отделение физико–технических проблем ДонФТИ НАН Украины. [13].

3.3 Обзор исследований по теме в ДонНТУ

Кафедра Маркшейдерского дела в Донецком Национальном Техническом Университете является одной из ведущих научных организаций, которая занимается геомеханическими процессами, происходящими в углепородном массиве в результате ведения подземных горных работ. Этими проблемами занимаются д.т.н. . проф. Н.Н. Грищенков и д.т.н. . проф В.В. Назимко.

4. Первый раздел

Первый раздел моей магистерской работы посвящен обзору уже имеющейся литературы для аналитического обзора исследований по проблемам напряженного–деформированного состояния при очистных работах на угольных пластах, расчетам барьерных целиков в свите пластов установлено следующее:

1. В расчетных методах определения барьерных целиков не в полной мере учитываются особенности протекания геомеханических процессов в оконтуривающих целик лавах, зависящее в первую очередь от параметров очистных забоев и глубины залегания пласта.
2. Вследствие длительного воздействия зон повышенного горного давления на барьерный целик, его краевая часть подвергается разрушению. Это не в полной мере учитывается в существующих формулах по расчету барьерных целиков.
3. Так как в результате модделирования мы должны получить сведения о геомеханических процессах не только на границах целика и пород, но и внутри толщи кровли и почвы, а также в самом угольном пласте и свите пластов, предпочтение было отдано методу конечных элементов.

5. Применение Ansys

ANSYS — универсальная программная система конечно–элементного анализа, существующая и развивающаяся на протяжении последних 30 лет, является довольно популярной у специалистов в области компьютерного инжиниринга и конечны элементов решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твёрдого тела и механики конструкций (включая нестационарные геометрически и физически нелинейные задачи контактного взаимодействия элементов конструкций), задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей. Моделирование и анализ в некоторых областях промышленности позволяет избежать дорогостоящих и длительных циклов разработки типа проектирование – изготовление – испытания. Система работает на основе геометрического ядра Parasolid. [14].

Прочностной анализ конструкций является, по–видимому, наиболее распространенным приложением метода конечных элементов. Термин конструкция относится не только к таким инженерным сооружениям, как мосты и здания, но также и к разнообразным деталям машин. Основными неизвестными, определяемыми во всех типах прочностного анализа конструкций, являются перемещения. Остальные величины – деформации, напряжения, усилия – вычисляются по этим узловым перемещениям [15-16] .

В программе ANSYS доступны следующие виды прочностного анализа:

• статический анализ – вычисление перемещений, напряжений и т.д. в условиях статического нагружения;
• модальный анализ – определение собственных частот и форм колебаний;
• гармонический анализ – определение отклика конструкции на гармонические составляющие возмущающей нагрузки;
• динамический анализ – определение отклика конструкции на действие произвольной нагрузки как функции времени;
• спектральный анализ – расширение модального анализа для вычисления напряжений и деформаций при действии спектра частот или случайной вибрации;
• анализ устойчивости – расчет критических нагрузок и определение форм потери устойчивости.

Кроме того, имеется возможность проводить специальные виды расчетов в области механики разрушения, прочности композитных материалов и усталостного разрушения.

Большинство ANSYS–элементов предназначены для проведения расчетов на прочность конструкций – от простых балок и стержней до многослойных оболочек и сплошных тел при больших деформациях.

База данных

В программе ANSYS используется одна, центральная, база данных для всего набора сведений, относящихся к модели и результатам решения (рис.3 ).Сведения о модели (включая данные о геометрии твердотельной и конечно–элементной моделей, свойствах материалов и т.д.) записываются в базу данных на стадии препроцессорной подготовки. Нагрузки и результаты решения записываются процессором решения. Данные, полученные на основе результатов решения при их постпроцессорной обработке, записываются постпроцессором. Сведения, внесенные одним из процессоров, доступны, при необходимости, для других процессоров. Например, общий постпроцессор может считывать данные, относящиеся к решению и модели, а затем использовать их для постпроцессорных вычислений [16].

Формат файлов

Файлы используются для пересылки данных из одной части программы в другую, для создания базы данных и для сохранения выходных результатов работы. Эти файлы включают файлы базы данных, результатов, графических объектов и т.п. Создаваемые программой файлы имеют формат ASCII (т.е. могут легко читаться и редактироваться) или двоичный формат. По умолчанию бинарные файлы создаются программой ANSYS с использованием внешнего формата (IEEE Standard), обеспечивающего обработку данных различными аппаратными средствами. Например, данные о геометрии модели могут быть созданы пользователем в одной компьютерной системе, а затем без затруднений использованы другим пользователем программы, установленной на другой платформе [17].

Метод конечных элементов, который реализован в программе ANSYS

Появление ЭВМ стимулировало развитие метода конечных элементов (МКЭ), математические основы которого были сформулированы известным математиком Р. Курантом в 1943 г. Рассмотрим применение этого метода к расчету упругой пластины, находящейся в условиях плоского напряженного состояния, при использовании простейших треугольных конечных элементов.

На рис. 4 изображена плоская область, составленная из треугольников. Каждый треугольник является конечным элементом, имеющим свой порядковый номер. Общие вершины треугольных конечных элементов называются узлами, которые также нумеруются. Граница области представляет собой ломаную линию. Кинематические граничные условия задаются в узлах на границе. Нагрузки на границе заменяются сосредоточенными силами в узлах, связь конечных элементов между собой осуществляется также в узлах [18].

В каждом узле неизвестными являются перемещения по осям Ox и Oy, Обозначим перемещения в узле с номером i через ui и yi (по осям Ox и Oy соответственно). Пусть n – число узлов в выбранном разбиении. Тогда общее число неизвестных будет равно 2n.

Выводы

Аналитические методы расчета напряженно–деформированного состояния горного массива в окрестности очистных выработок и угольных целиков позволяют с достаточной точностью определить параметры горного давления в окрестности очистных и подготовительных выработок с условием корректировок физико-механических свойств горных пород.

Для обоснования методики расчета оптимальных размеров очистных горных работ при их планировке вблизи междушахтных барьерных целиков В саите пластов с учетом глубины их проведения и различной крепости мощных пород кровли и почвы угольного пласта необходимо проанализировать и изучить НДС системы целик – горная выработка – толща вмещающих пород. Математические методы моделирования геомеханических процессов позволяют выполнить анализ влияние различных технологических схем отработки пласта вблизи целика.

Использование компьютерного моделирования позволяет проводить эксперименты по разрушению барьерных целиков с меньшей затратой времени и средств, нежели масштабное моделирование в лабораториях. Применение метода конечных элементов позволяет проводить компьютерное моделирование с высокой точностью.

Комплекс метода конечных элементов ANSYS является оптимальным инструментом для решения поставленной задачи, а именно для изучения напряженно-деформированного состояния целиков В свите пластов в зависимости от размеров оконтуривающих его очистных выработок, глубины залегания и мощности угольного пласта.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Дата завершения: декабрь 2012 года.

Список источников

1. Большая Советская Энциклопедия. М., т. 24, ч. I: Советская Энциклопедия, 1976, с. 62.
2. Земисев В.Н. Расчеты деформаций горного массива. - М: Недра, 1973. –144 с.
3. Atkinson R.H., Ko H.-Y. Statistical variation on the compliance of coal.- Proc.2nd Int.Conf.numerical Methods in Geo-mech., Blacksburg,Va.,USA,vol.1, 1976, pp.367-3SO.
4. Blake W. Rock burst research at the Galena Mine»Wallace, Idaho. -US Bureau of Mines Techn.Progress Report 39».-Denver,Colorado,Aug.1971.
5. Clough R.W. The finite element method in plane stress analysis. -Proc.2nd ASCE Conf.Electronic Computation, Pittsburg,Pa.,Sept.1960.
6. Fadeev A.B., Abdyldaev E.K. Elastoplastic analysis of stresses in coal pillars by finite element method. Rock Mech., 1979, 11, pp.243-251.
7. Gudehus G. Some interactions of finite element methods and Geomechanics: A survey.Ch.1. In: Finite elements in Geo-mechanics. Ed.by G.Gudehus. Chichester,John Wiley & Sons,1977,1979, pp.1-32.
8. Heuze F.E., Yufin S.A. Finite element modelling of sequential excavation and rock reinforcement. Proc.lOth AIME Annual Meeting,Denver,Colorado»March 1978.
9. Jenkins W.M. Matrix and digital computer methods in structural analysis. London.McGraw-Hill, 1969.
10. Turner M.J.,Clough R.W., Martin H.C.,Topp L.J. Stiffness and deflection analysis of complex structures. J.Aeronaut. Sci.,1956, vol.23, U 9, pp.805-823.
11. Whiteman J.R. A bibliography for finite elements. N.Y., Academic Press, 1975
12. Zienkiewicz O.C. The finite element method. 3rd edition, London,McGraw-Hill B.Co.(US)Ltd.1977
13. Правила подработки подземных сооружений и природных объектов при добыче угля полдземным способом. Минтопэнерго Украины. Киев. 2004.
14. http://ru.wikipedia.org/wiki/ANSYS
15. http://www.ansys.com/
16. Басов К.А. ANSYS: справочник пользователя .- М.: ДМК Пресс, 2005. – 640с., ил.
17. Басов К.А. Графический интерфейс комплекса Ansys - М.:ДМК Пресс, 2006.-248с.
18. Басов К.А. Ansys в примерах и задачах - М.:Компьютер Пресс, 2002.-228с.