автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Экспериментальная и теоретическая разработка метода расчета интенсивности пучения почвы в одиночных штреках в условиях Куангнинского угольного месторождения Вьетнама

ШШСТЕРСТВО НАШ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИГИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Санкт-Петербургский ордена Ленина, ордена Окгябрьской 1авояюцш и ордена Трудового.Красного знамени горний инотигут имени Г.В.Плеханова

На правах рукописи

Нгувн Хак Тхо

ЭКС1ЕШЛШАЛШЯ И ТЕ0РВ1ИЧЕСШ РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНОСТИ ПУЧЕНИЯ ПОЧШ В ОДИНОЧНЫХ ИГРЕКАХ В УСЛОВИЯХ, КУАНГНИНСКОГО УПХШЮГО 1ШСТОРОЗДЕНШ ВЬЕТНАМА (НА ПРИМЕРЕ ' ШТЫ МАОХЭ)

Специальность D5.I5.02 - Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

Автореферат .. диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург I9S2

- г -

Работа выполнена в Санкт-Петербургском горном институте омени Г.В.Плеханова

Научный руководитель - Лауреат Государственной премии СССР

доктор технических наук, профессор Борисов A.A. '

Официальные оппоненты: ■

- Доктор технических наук, профессор Бич Яков Адамович'

- Кандидат технических наук'

• , . Симонов Владимир Александрович

Ведущее предприятие - Институт "Гипрошохт"

Защита диссертации состоится ".//" .,,^-а ¿у е>/> -с 1992 г. в / -т чао. /■■>" мин, на заседании специализированного совета ДЛЗЗ.15.01 в Санкт-Петербургском горном институте .имени Г'.В.1Ь1ехакова по адресу: 199026, Санкт-Петербург, 21 линия, ■дом Z, ауд. ■//((■ .

'С диссертацией можно.ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан - 1932 г.

. . Учений секретарь . ' специализированного совета

д.т.я. врой. ^-л Э.И.Богуславский

ОБЩАЯ ХАРАКГЕРЛСТта РАБОТЫ

Актуальность работы. Пучение.-почвы горных ¿вработок -весьма распространенное явление не только в угольных бассейнах Вьетнама, России, Украины, Польши, но'и во многих-других странах. -. . Большая интенсивность пучена я: пород почвы препятствует подзешнм траяепортяш работам, ухудшает условия охрани, и поддерг? чякя выработки и в целом значительно повышает стоимостные показателя работы шахты......

В результате этого в настоящее время.в области горного дела наией страны возникла весьма актуальная проблема безремонтного додаержанкя подготовительных выработок, главным образом пластовых штруков и пройдена определегш механизма явления ' пучения пород , почву и способа борьбы с яш.

' Цаль работы. Повышение эффективности и обеспечение безопасности ведзоия горных работ в пучащих породах на основе при- • ьинеши прогрессивного способа проведения штреков с обратным сводом.

Утя работы, Разработана расчетная схема взаимодействия бокового опорного давления и пучащих пород почвы, а такяе способ операгзвяого ярэглсза язкоквкий бокового опорного давления и шаиоста пучадего слоя, дая обеспечения заблаговременной кор-.. ректкрозкз параметров принятого способа борьбы с пучением. -

Д** ясатвдосакия процесса пучения-исяольэозяч кошиешадй метод исследований, вклотавдий: анализ и обобщение литературная источников по борьбе с пучением почвы, обстойгельяяс- тэортчадсккз к лабораторные исследования, випол-яеяннз кегодзки твязосетик, экезгал&яткых материалов.и котгаён-сэдгщз"; иагрузкг.

ШШ^^гШШШМЗ&ШШг. 2 ииеетвв объема исследований прянягв уелозля ваш» ;!ажэ луячште&ото угольного бассейна.Вьетнйка.

Основннс УЛУМУй ПОЛ(ЩПЩЯ^

- проиесс пу«?йй:й. зсчза здзгдоя елотяки, ¡яюго^акторннч/ в об-дем случае он лгли-ггся ЗДикдо» /еловая и дяаашкн его пар^тр-З!» гдожж; :

- пучение яочги но является, г>«о 'Лгч'^о пат'^^а-т. од-

аостади&нш. процессом, а вюшчает три стадии; . "

- общий характер пучения почви зависит не только от свойств пород почвы, ко и ох свойств пород, слагащих стенки выработки; ........ .

' — осноыюЭ пртчзной пучения псадк .выработка является оао- -раое давление, в начале - переднее, а затем - боковое; - . — полнота изучения явления.пучения почвы-требует -применения не.одного, а нескольких методов его изучения: моделирование методом эквивалентных материалов, методом тензооетки, ме- • тодомкошенсируыцей нагрузки.и-аналитическим методом;

.. - нестабильность форм пучения, их зависимость от горно-геологзческих условий и динамики изменений бокового опорного давленая; . ...........

- способы борьбы с пучением-определяются на основе предлагаемого экспериментально-теоретического метода расчета; -

эффективность мероприятий но борьбе с пучением почвы определяется на основе.технико-экономического сравнения вариантов.

Научная новизна работы .. ......

.-а) показана неприемлемость суадлЕувдих.методов расчета пучении вочзы, не .отражающих данника процесса пучения;

6} разработана методика .изучения арагессоа.пучения почш;

в) вдервне показано .влияние соотношения .жесткости пород • почен и стенок выработки на характер и интеасирарсть пучеиая почвы;.-..-.... .....

г.) предложена новая кетсякка расчета пучения почвы с учетом динашкь. прсцесоа; . "

. д) показан раалишшй характер пучения и разные форды разт рушения яучадах пород в зависимости от условия проведения выработки: глубины работ, пролета выработки, свойств пород .зоны пучения, жесткости стенок выработки на контакте с почвой,; .

е) предложена методика оперативного прогноза изменений интенсивности бокового спорного давления,мощности пучащего слоя,

.жесткости стенок выработки, .что.определяет наиболее целесообразно способы борьбк о пучением;

ж) установлена общая закономерность процесса пучения почел: при данных горно-геологических условиях интенсивность пу-" ченая почва выработок прякопропзрцаовальна величине бокового

опорного давления, времена и обратно пропорциональна величине кеоткооти отенок выработки.

Достоверность основных научных положений. Выводы я рекомендации обоснованы значительным объемом лабораторных исследований (испытано 4?моделэ2) с-достаточной сходимость результатов исследований выполненных разными методами. ...........

.....Практическая.ценность работы для условий Куаягяинского

месторождения .состоит в повышении эффективности проведения ... штреков, снижения стоимооти их поддержания и уменьшения аварийности за счет внедрения оперативного прогноза параметров процесса; пучения:, интенсивности опорного давления, модности пучащих пород вдоль штреков и соблюдения минимального отставания от забоя меота возведения крепи почвы.

. Апробация работы. В полнот объеме диссертации доложена на заседании.кафедры разработки пластовых месторождений Санкт-Петербургского горного института.

Структура и объем работы. Диссертационная работа представлена на 173 страницах машинописного текста и состоит из введения, девяти разделов и общих выводов, содержит 68- рисунков, 22 таблиц, список использованной литературы содержит 78 наименований.

0СБ0Ш0Е ООДЕНАНИЕ РАБОТЫ _ ■

Исследования процесса пучения почвы выработок осуществлялись многими выдающимися учеными. Одним из первых эти исследования начал проф.Д.С.Ростовцев в 1933 г.

Эти исследования выполнялись по трем направлениям: шахтное, лабораторные и теоретические (аналитические).. ...

Наиболее интересные шахтные исследования пучения почвы., выполнялись под руководством.про-ф.С.Д.Соаина, проф.В.И.Барановского, а такие Максимовым А.П,, Заславским Ю.З. и др.......

Исследования выполнялись на основе закладки реперннх, контурных и глубинных станций. ____________...

Результаты этих исследований имеют, существенный интерес, но в то же время и существенные, недостатки. Недостатки этих, исследований чосят принципиальный характер. Так, если под руководством ароф.С.Д.Сонина исследования проводились в Псдмос-. ковком бассейне при малых глубинах, где породы почвы представ-.

ленн глинаш, то проф.Барановский В.И. проводил исследования • в шахтах Донбасса,-при средних глубинах рабе™, где породи почва представлены в.основном глинистыми и песчанистыми сланцами.

-Следовательно шахтные исследования ке сопоставимы и практически не могут быть повторены из-за изменения геологических условий. .'.,..

Кроме того подрнЕки почвы выводят из строя репернне стан» ции заложенные в почве штреков, вследствие чего теряотся последовательность измерений, появляется несогласованность пре~. додущкх измерений с последующими. -

Кроме того, в шахтных исследованиях совершенно не обосновывалась представительность выбранного сечения выработки, наблюдательные станции располагались а произвольных сечениях..

Лабораторные исследования проводились в основном методой моделей рядом ученых: проф.В.И.Барановским, И.П,Шмаковым, проф. И.Ж.Черняком, Ким Мухеном (под'руководством проф.А.А.Борисова) и другими.

Наибольший интерес из втюс исследований представляют лабораторные исследования проф.И.Л.Черняка, котор!й.получил новую форму пучения почвы.

Все эти исследования, за исключением-исследований Ким Му-хена, выполнялись на плоских моделях, для некоего абстрактного сечения, в них не воспроизводилась динамика пучения почвы. ,

Исследования теоретическим (аналитическим) методом осуществлялись также радом ученых: проф.П.М.Цимбаревлчсм, Б.К.Руп--(пенейто?л, Б.'Л.Городничгвш, М.Н.Шейхетоы, .А.П.Максимовым, В.А.Лыткнннм и др. Так же, как и лабораторные, эти исследовали" внпс&дялись для отвлеченного, поперечного сечения горизоя-.. талькой, выработки а для идеальных сред.

Одни ученые,'как например, проф.Цимбаревич П.М. в своих расчетах принимали снпучу» среду, другие, как например, jyn-^ пеней К.В., пр:нг или 'сгиошную, однородную изотропную среду; выработка представлялась в форме Еыраза. .

Эти исследования жеот существенней научный и определенный практически:! интерес.

Однако, эт;1 исследования имем1 следующие недостатки: . е) принималась сплетая, однородная, изотропная среда, несмотря на то, что в реальности тлеется слоистая, ранневдпуль-

. - 7 -

яая и тектонически нарушенная среда;

б) рассматривается плоская, а не объемная задача; з) расчете зедутся дня отвлеченного сечения; ■. г) соверазкно не освещается вопрос о достоверности -переноса .полученных результатов на реальные условия. .

В целом приведенные методы исследований процесса пучения лочвд выработок является абстрактными; в действительности,как это в частности следует аз работ проф.А.А.Борисова, задача о лучении почвы выработок является- объемной, а процесс пучения почвы тлеет сложный динамический характер.

Исследование методом тензбсетки ставит своей задачей изучение основных закономерностей пучения почвы выработок .в упругой срзде, поскольку они.являются основными, исходными для ' даяьаййшх исследований. - ■ -

Этот метод позволяет изучать интересующие закономерности.' с полкой очевидностью. Применялись плоские модели из зальпмас- ' са. Ярзизяеагз ттот плоских моделей для.исследования прочее--' са аупеши в 'дагшга условиях Еполне правомерно.

Сухость гзтеда тепзосетки сводятся к следующему. Модель аороявой -тощп, якиачаищей модель виработки в фор- . т гнрзза, оглянется а фэрмз заданных размеров, при этом на. ее лйязвой когерхаоск* воспроизводится сетка тонких ортогона-пшш. прямых линий с рас,:-зрамя ячеек 1x1 см.

При кагруяешгя шдея» денонсируется и ячейки теизосетки Евкааашгя. По жиенгтлш хяж&шх размеров ячеек определяются гахзчшш дв?«1шцай я яшдаюгед. .

Количественной звличази для натура определяются маелта-

^ л

баки; - теок2?ш1Ц5с:ш£ <4* ~ ; еялозым = ---- :

* Л* * А»

здггсь-4/ , Д, ,/5, <гггя«?ся, еосгзвтсзв'чшо,. лпнойнытг,: размерами -этурпьййэях, а сахаик, действу*ци?.и в натуре и модеяг. . . . , .

Помимо того- сржссйгегся «аекгзб мжчи кодсяя«4» -

где »V иодаяэрушай: тсадаа наедят; зосгрстводамая толщина модели. . . •

Норыальше иегряаевхж яо яегтекгякгой к горяЕ.шяа«»сЗ .осям и касатвлыке йотрязгажег дедоокеяе* т згзгдегкш Пор- '

мулам теории упругое?;*.

. . - Ü - .

r' Валыдаасса шела следующие характеристики: ' т •

- модуль деформация - 3 = <0,5-1,0) Л0Ь Па; коэффициент Пуассона s 0,4-0,5;.

- сопротивление сжатию = (0,4-0,5).10 Па;

Этим методом исследовались'основные зависимости пучения почвы горизонтальных выработок типа игреков.

Процесс пученш почвы выработок является функцией рада параметров. Наиболее вгишьш из них являются: угол, падения ~ пяаста, глубина.заложения выработки, ее. пролет, механические характеристики пучацих пород, мощность пучащего слоя, соотно-шегдо жесткостей станок выработки несущего слоя и пучащего слоя, динамика'процесса пучения, время.

Наши исследования•выполнялись применительно к геологиче-■ ским условиям шахты Иаохэ Куангшшскогс угольного бассейна.

Масштабы моделирования бшш приняты в двух вариантах^ = -gj-

s wj- ■ ■ ■ -

В даяьнейшем основные исследовt л-я выполнялись в масата-

Пролет выработки и мощность пушащего слоя изменяются от 2 до 5 м в масштабе натуры; глубина затожекия выработки варьировалась в пределах от 100 м до 400 и. ....

. Изучались-закономерности изменений основных параметров .зоны пучения почвы в горизонталь* ой шработке: .шкоимальная ве-.личина пучения почвы по оси Быработки, максимальная глубина и максимальная ширина зоны пучения. .. . .

. Куангнэтское месторождение представлено пологими пластами с углом падения, до 20 :-25°.

.Исследование влияния угла падения пласта на параметра зоны пучения.изучалось путем сравнительных исследований моделей, кмеыцих горизонтальное залегание пород и полотое падение 25°.

.Это сравнение показало,' что расхоздевиа в величинах таких . параметров зош пучения, как величины пучения, ее глубина и ширина зоны пучения на уровне почва в пределах до 5+7 %.

Вследствие этого дальнейшие исследования велись на моделях, воспроизводящих, условия горзпежтаяьно.го залегания.

. - Еаянейшаи паре, .«шя зонн .'пучения являются: максимальная величина пучения по оса выработки -лЛ, ; глубина зоны пуче-

нга по оси выработки - И ; ширина зоны пучения на-, уровне почва - Помимо того в дальнейшем излояения приняты обозначения: - пролет выработки; Н - глубина залокения выработки; '

А» - мощность пучащего слоя. . ......'. .... . .

......Проведены 4 серии испытания ыоделой, в каждой серии было'

испытано, по 4 модели. '.-.-'. .'

В первой серии при пролете выработки изучались .

зависимостилк ;/£ =/(А,*) В первой се-

рии экспериментов изменялась (в пересчете на натуру) от 2 м до 5 м.

Этими исследованиями установлено следующее: . - I. Зависимость л(ь. .= £Ске) кмевг- параболический характер, причем с увеличением А,„ , ак стремится к некоторому пределу. . ................... ...... ■ .'...■';•.■

2...Глубина зоны пучения %. изменялась от 2,0 до 3,0 м,

тоже тлеет параболический характер,. ......... ■ . ........

'. 3» Зависимость . имеет слабо' выраженный криво-

линейный характер.я тенденции.стремяеяия к некоторому пределу."

. Во второй серии экспериментов пролет выработ..- £ изменялся от.2 до-5 м. Глубина заложения выработки,, исходя из условий1 работы, шахты Маохэ была принята - 300 м.. ..-,'.•;.'.......

Эти исследования позволяет сделать следуящие'.выводы:

1. Завис;шость.д/ь = имеет слабо выраженный криволинейный характер. . . . ... .............:............'.. .

2. Зависимость X имеет четко выраженный прямолинейный характер. . .. .,,' ,...,...

. ' 3. Зависимость & -/(€) имеет четко вырахенннй пряколи- . нейный характер. • .!— ..'...,. ...... .. . .......... .....

В третьей серии экспериментов глубина заложения выработки - Н изменялась.от 100,до.400 м,-пролет выработки составлял - '■ = 4 м, мощность пучащего слоя составляла также. Л* = 4 м.

Выводы по этому разделу заключаются в следующем: ...

I. Зависимостьл^ = ^^ло»...имзет. четко.выраженвый прямолинейный хаг^ктер. При..возрастании.глубины-заложения выработки • от 100 до. 430 м величина пучений возросла от 0,04 до' 0,17 м.

.. ■ 2. ЗависимостьХ-= £<!-<) така^ имеет натко выраженный.. . . прямолинейный характер. При. изменении глубины заложения выработки от 100 до 400 м величина к. изменялась от 0,75 до 3,0м. /

• 10 -.....

3. Зависимость^- " также имеет четко выраженный

•прямолинейнйй характер. При из. .енении глубины залтжеякя выработки от 100 до 400 м, ширина зоны пучения изменилась от 4,5

до 5,0 к. . . .......

.....3 сяедувдей - четвертой серии экспериментов изучалась.зависимость параметров пучения почвы .от величины жесткости стенок выработки......................

. . Действие стенок выработки на ее почву можно представить, как действие двух полубесконечных бадок-^полосок С консолей), нагруженных по конца?.: опорным давлением, отстоящих друг от дру-. га на.расстоянки ширины продета и действ у шлих подобно двум штампам. ....

Изучались зависимости:

лА. з у Се у) = ^сеЗ)

где Е - модуль упругости штампов; С - момент шерцки штампов.

На моделях комбинированным методом изучалась в .основном качественная картина. Жесткость стенок .выработки.моделировалась применением..для чих материалов различной .точности. -

• Изгиб концов таких полубесконечных .балок-полосок, латащи; на пучащем слоепочве выработки, .при данной величине .литост; тичеокого (точнее -.опорного) давления, и, при прочих равных" условиях, определяется только их кестностыо.

■ Результаты' этих экспериментов воказвваюг, что по мере . -.увеличения'кесткости стенок выработки, максимальная величина пучения почвы уменьшается, а ширина зоны пучения увеличи-. за тся. Следовательно, параметры зоны пучения, и их изменения существенно. зависят от яесткости стенок выработки, что ранее совершенно не учитывалось.

Дальнейшие исследования осуществлялись метода"«:: эквивалентных материзло-предложенным прОф.Г.Н.КузнгяоЕш и 1937 г и методом компенсирукще,* нагрузки, предложенным лро^.^.А.Бор;1 совым а 1939-1540 гг. .... .

. Сущность г.етг^а комзенсирущей нагрузки заключаемся в следу^цем.

.. . .В практике модшшр зания весьма часто особый интерес пре ставлрет но вся толда горных пород, а только отдельна-: ее час

............-л. П -...■'■.. . ...

Пра атом весьма целесообразно моделировать только часть массива ограниченных размеров, вклгачащуга интересущую область. Действие остальной частя массива моделируется .1 сложением при-, грузки, или что го же.самое -.компенсирующей нагрузки. Ее ин-' те^еявиость определяется ао формуле:

9- р ' У»' *

Эта Формула предотааляет преобразованный закон динашче-окого подобия И.Ньютона. .. . . ;. "

Цель дальнейших исследований-заключалась в сопоставительном изучении сходства, и различия изменений механических характеристик породпочвы. и носткоотей стенок выработки Еа величины деформации пучения почвы и изменения характера пучения.

. -Эта цель определила преимущественно качественный ..характер основных.зависимостей и применение помадо эквивалентных..:, материалов других, искусственных. естественных материалов .в комбинации с эквивалентнши материалами, в том числе и глины., ./ На каждой модели изучались следующие зависимости:

I. ам.--/(%л) _

где - опорное давление, величина которого в свою очередь

выражалась зависимость» . = м) где II - глубина заложения выработки;

3. ак ~ у' А.ри) -

где t. - время пучения; ' .

4. & * <ГСП) .

Стенд представляя металлическую конструкцию их швеллеров ; •в форме прямоугольной рам, в которой сооружались плоские модели. Размеры стенда: 1,0 х 0,8 хОД м.

Компенсирующая нагрузка воспроизводилась рычажными устройствам. ... .

Измерения осуществлялись индикаторам,, часозого типа с ценой деления 0,01 ш, которое размещались п почве модели, на ее верхней границе и непосредственно в моделях выработки..

Лдя обеспечения сопоставимости во гсег. моделях были'приняты одинаковые пара-датрн н .масштабе натуры! пролет вирдбстки <£=4,0 м; пределы изменений глубин: 100, 200 , 300 , 400

мощность пучащего слоя - 2,0 м; масштаб моделей¿f, = 1:50. Все модели выполнялись многослойными. . В первой серии исследований почва была воспроизведена слоистой валышассой,- отработано 6 моделей.

Деформации почве.были в предзлах упругости . . - - . . .', . Лучение носило П-образннй характер. При дальнейшем повышения опорного давления началось разрушение верхнего слоя почвы ц форме .трещин в нижних углах зечония выработки. .Затем ати трещинн углубляются до 2-х м (в пересчете на натуру); они искривляются по направлению к оси выработки и выделяют в почве

часть обратного свода. .....

В условиях перзоЗ серии испытаний в верхней частя пучащего слоя превалирующее значение имзот растягивающие а спаси; тангенциальные напряжения.

- Во второЗ. серии исследований почва, была предсгймеяз ш:с~ чано-парафиновой смесью, .«•.». эквипалектним матёрйажда. Шло отработано .6. моделей. .......

. Результаты исследований оказались близки?.®: к павучаавш результатам в первой серии исследований,., на сдадаяе запуталось в проявлении деформации ползу .зсти пород почвы в -заютте--тельной. стадия. Наблздаписьтакне неупорядоченные разрушения

верхнего слоя почвы...... ... - - . -••-' --• -

В третьей сериз исследований, » отличие'.от предыдущих, почва выработки была принять' ^©сжаточно .&лиз'г;сй;'к условиям иахты 1,'аохэ, где она -яредстав&еаа относительно,слабыми низко-модульныш, слоистыгм .глиалтед сеансами..'-.,' ... . ..... Одна Сила смоделарсвааа ^тирыля слоями пластилина, обла-дащего достаточно высосет реологическими свойствами.

. Результаты исследавйгш.8 показывают большую интенсивность

пучения. ............ .

Деформации олаев ¡ютвы имеет характер интенсивного, волнообразного „додееак, происходящего практически без разрывов

сплошности. . - — .........

' . В четвертой серии-экспериментов почва была представлена относительно слабыми низкомодульнывд породами типа слабых глинистых сланцев; была смоделирована глиной с влажностью 35 Í. Стенки выработок, сложенные весьг.а прочникк поро~а?ш типа песчаников "большой жесткости, были смодеяираз&чи стаяьшкк шк-с-

тинами - штампами,

В этом эксперименте жесткость стенок выработки во много раз превосходила жесткость пучащего слоя,- подъем.почвы происходит в фор,¡а шташообразования - ввделзяия прямоугольного тела шириной, в точности разной пролету выработки. Расчисткой боковой поверхности образца обнаружены трещины разрушений, показывающие нэлраьтения лишй скольжения. .В этом*состоит ценность эксперимента, его значение и отличие от результатов экспериментов предыдущих серий исследований.

Этот. эксперимент подтверждает результаты лабораторных ис-1 следований проф.И.Л.верняка. Результата наших, исследований при-разных свойствах пород почвы представлены на рис.1.

заложения выработки.

I - песок с парафином; 2 - ватьцмасса; 3 - пластилин; 4-глина.

.Вопросы динамики процесса пучения почвы в литературе практически де находят освещения.

Рис.2. Распределение напряжения и дефоряашш в городах вокруг штрека, ио проф.А.А.Борисову • .

- 15 -

В этой дшаникэ могло выделить три стадии в соответствии с динамикой опорного давления, общий характер которого представлен на рио.2.

Начало деформации восстановления подъема почвы начинается еще несколько впереди забоя выработки (штрека), под влиянием уменьшения переднего опорного давления, вследствие деформации прязабойиой его части..

Во второй стадии деформации пучащего слоя возрастают все более интенсивно уке под влиянием роста бокового опорного давления, вплоть до сечения Б-Б, в котором опорное давление до- • стнгает. своего максимума. В этот период влияние времени имеет подчиненное значение.

В третьей стадии, по удалении от сечения Б-Б, интенсив- . ность опорного давления практически остается стабильной, по пучение продолжает возрастать под влиянием времени. . '.

... На основании.наших экспериментов физическая сущность явления пучения почвы представляется для сплошной среды как вы- . давливаниа пучащих слоев почзы двумя .стенками .выработки,/'.представляющий две полубесконечные 'балки-полоски, которые действуют комбинированно: а) подобно двум штампам, имеющим плоскопараллельное перемещение; б) подобно, двум коясольнш полубес-. конечным балкам-полоскам, имеющим. деформация изгиба, с их максимумами под концами консолей. .... .. ' ...:...'.

Однако, при большой жесткости шташов (стенок выработки) дефорлация изгиба консолей имеют подчиненное.значение,и в лабораторных условиях.происходит штампование почвы.

Анализ решений, предлагавшихся ранее, привел..к.отказы .от ■ их использования, вследствие их несоответствия существу и це- . ли задачи.

Задачей экспериментальной части являлось установление ос-' новных зависимостей и в первую очередь выявление главных влияющих' багсгоров, которыми являются: глубина заложения выработки - Н; величина ее пролета —£ ; и характеристики пучанш пород. Глубина заложения выработки, и величина, пролета, определяют суммарную- величину, бокового опорного давления, а следовательно и его интенсивность - Р. ............

Характеристика:,и пучащих.пород является.силы сцепления ~ К и силы сопротивления сдвигу, определяемые углом внутреннего

• . . . • 16 - ■ . . . .. . трения - у. Следует тлеть в воду, чтЭЛчучащие породы обладают относительно небольшая силам:; сношения. . .

- Другие факторы, в том число и мощность пучащего слот более 0,1 м и жесткость стенок выработки, имеет подчиненное значение, а параметры зсиы ьучения являются производными. .

• Рассматривается плоская задача, которая сводится к действию на нучащее основан®двух полубесконечннх штампов, отстоящих друг от друга на расстояние пролета выработки - . Штампы - стенки выработки.нагружены боковнм опоршм давлением, кото. рое является шавкой причиной пучения почвы. , . Расчет производится не дая произвольного сечения выработки, а для сечения., в котором опорное, давление достигает макси-

• мума, т.е.. в сечении Б-Б, как показано выше. ;

. . Напряженное состояние пород почвы непосредственно перед началом лучения по данным проф.Борисова A.A. представлено на рис.За. На основании результатов наших экспериментов, подтвердивших результаты исследований проф.К.Ji.Черняка и.с учетом распределения. напряжений перед началом "лучения почвы, нами раз-

• работана расчетная.схема,изображенная на рис.36.

• . -Вследствие отнс -итально небольших пролетов штреков и гри-'шмая во внимание приближенность решения, этору бокового опорного давления.допустимо осредаита, как показано на рис.36. . '

.Целью расчета является определение интенсивности противодавления, исклшатацего явление пучения почвы в выработке -%г.-

.. Ьучадие породы отличается низкими прочностными свойствами

• являютсянизкомодульной .сплошной средой. Сила ¡свази в пучащих дорогах определяется углом внутреннего тронет -¿г и коэф-

• фадиентом сцепления. - К .

Такие породы, как показано В.В.Соколовским, сплошная среде, по мачостк коэффициента сцепления- К, могут считаться сыпучими. Сн предложил решение задачи определения необходимой величины заглубления йундамента - 'А,. Для определен)) i величины к, , ш срадаокень формула

>U - ä. t ß. лс'А «О

у : }■ -/* й/ъу . v s ■

. Его-расчетная схема представг^на на рио.4.

Данное реденке пр дотавляет приложение теории плаотячкбс та к с?атнкэ сыпучей среды. .,.•

заглубления фундамента до В.В.Соколовсксму

Уравнения предельного равновесия для решения рассматриваемой плоской задачи б условиях весомой среди, на основании работ проф.В.В.Соколовского, тлеют вид:

+ 5 Удс^ _ у дх. Ъу

• у- ро ■ ■ ■ (Г)

сЬе. Эр

(бх. - ¿уУ1* 4 -С&с

На основании решения это!! системы ура внё^': получена Формула : ■'

%т ■ Ч? ИШ *** - е-

где р - интенсивность бокового опорного давления в сечении Е-К - силы сцепления; у - угол внутреннего трения;«- коэффициент запаса. По данным акьд.Л.Д.Шевякова л - 2+3.

Полученная формула являемся несколько измененной фор.1улс проф.В.Б.Соколовского, позволяет решать практические задачи, произвести расчеты параметров мер борьбы с пучением почвы,например, производить расчеты штанговой крепи и др.

Учитывая многообразие горно-геологических усяовий, мс но считать целесообразна.! применять для упрощенного р?.<г-гета несколько измененную формулу Тикера:

НЗЗ)'" ■ «3)

Расчет по нашил формулам даат более вь'сокле значения-величин противодавления сравнительно с полученная в задаче В.В.Соколовского. Этот метод расчета'рекомендуется для условий пологого падения, в части - для условий шахты Маохэ я для сходных условий.

Для обеспечения успешной борьбы с пучением, наряду с расчетом интенсивности противодавления нами предложен метод прогноза основных параметров пучения лочеы:

а) мощности пучащего слоя на 3-4 и. впереди забоя;

б) касткости основного слоя стенок выработки;

в) изменений интенсивности бокового опорного дазлентай-

. Предложены такяе конкретные методы и способы, обеспечивающие успешное прогнозирование этих факторов.

Особо необходимо остановиться на выборе места крепления почвы. 3 целях обеспечения успешной и экономичной-борьбы с . пучением, крепление почвы (или проведение других мероприятий) должно производиться еозтгошю ближе к забои выработки и, во всяком случае, на расстоянии от него менее,- чем рис.2 (т.е. ближе, чем расстояние до сечения Б-Б). '

За пределами сечения Б-Б, в условиях стабилизации интенсивности бокового-опорного давления, пучение пород почвы может переходить в третью стадии, и величина пучения будет возрастать на , поскольку при соответствующих реологических свойст-

вах пород, процесс лучения брет продолжаться.' *

Поэтому в любом сечении, за пределами сечения-Б-Б, потребуется возведение более прочных крепей, и, следовательно увеличение расходов на борьбу с пучением.

Следует обратить внимание на трудности получения правильных аналитических расчетов для этого периода, особенно вследствие отсутствия достоверных данных о реологических свойствах пучащих пород. Не исключается возможность определения реологических свойств методом лабораторных игпитаний образцов пучащих пород. ......

. Однако, учитывая необходимость получения для этого испытания большого числа образцов, изменчивость геологических ус-

;.'::.. ... ■ -.20- ■ ......

ловиЗ и свойств пучащих пород,.а также требование многократных отборов образцов пород почви по трассе -'выррботки, длительность .испытания их реологических свойств, следует признать этот способ неоперативным. . .. ..... —

Необходимо также учесть и, отмеченные ваш .недостатки.аналитических катодов расчета, приводящие к большим погрешностям

в определении исксмих величин. ..... .. . . _

Внедрение предлагаемого нами метода расчета противодавления пучению почва и методики прогноза основных параметров пучения .создает условия успешной, бесперебойной-и экономичной , проходки й поддержания горизонтальных выработок и их эксплуатация и обеспечивает: ■ . .. '.-:-'........ ,.",...'..

. - а) достоверность прогноза изменений мощности пучащих пород; " • •-. • ..........

- .. б) заблаговременное определение участков,, на которых необходимо изменить средства борьбы с пучением;.. - -...е) .корректировку параметров принятие способов борьбы с / пучением. . . ...-.,.,.-' ., - В заточение даны анализ и опенка способов борьбы с пуче-адием почвы и. .расчет.- экономической- эффективности их применения в условиях шахты. Маохэ Куангяянояого бассейна-Вьетнама.'

, Для данных 'условий ло.результатам расчетов в качестве способа борьбы с пучением рекомендуетсяпринять способ нрохо-. дки длреков с .обратным сводом, являющийся наиболее целесообразным е'.экономичным и.внедрить предлагаемый способ прогноза ^ параметров пучения почва.•"'■.■

; . . '. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ■ ■.

> ''; .В..диссертационной работе дано новое решение.актуальной за-,'дача,'нмещйй существенное значение -дпя-Курнгнянского угольно: го месторождения Вьетнама..- повышение эффективности л' безопас-носгя ведения го-тых работ, на-основе проведения штреков в пу-

.: чапцк породах с .обратном сводам...: , .' ........ .. . . .......

.. . .Основные научные и практические результаты, пал"/чанные автором при выполнении аналитических н лабораторных исследо-. ваяпй, зшаадаютоя х, следующем:. ... '. -'- Изучение ¿ояврртурнше источников, в.том число работ З.А.Дыкина, П.П.Цл-баревича, Д.С.Ростовцева, А.П.Макоимова,

, 21 -

З.М.Городккчева, М.И.Шейхета и др. доказывает следующие их недостатки:./ ......; ' - .

.а) процесс пучения почвы .рассматривался с лозипии стати-г кь, т.е. постоянства действующих - сил г. что. неправильно, поско-' льку. в действительности проявляется.их динамика;-..... ~.' .::*' ■

б) не указывается конкретное сечение, в котором стабили-',-зируется боковое...опорное давление,. равно как .и .длительность

. периода "проведения исследований .в этом сечении;..- . . .. ..

в).недостаточно показана динамика параметров зоны пучения; •. г) недостаточно полно учтены обуславливающие параметры ';

пучения. ....... . , - , . '...-'.,

2» В.отличие от.предыдущих исследований, нашими исследо-. вш-дши показало, что в общем случае интенсивность пучения - . является функцией ряд -1.' факторов:

где: ,Н - глубина запоиешга выработки; £ - пролет выработки; . ■ /с - прочностные и дефорланиошшв свойства пучащих пород; А-й - модность пучащих пород; - время пученнн; - расо-' тояяие от забоя до.сечения выработки, в которой стабияизирог валось боковое опорное давление; Л - жесткость стенок вира- .

ботге:. ... , . - .......... ..

. — 3. Обоснована.и разработана методика лабораторных исследований процесса- пучения, отличающаяся применением комбиниро-ванннх способов моделирования. . . . . .. . ...

. 4. Впервые предложена методика оперативного прогноза, из- . менений-интенсивности бокового опорного давления, мощности пучащего, слоя, жесткости ст'енок выработки, что предопределяет . наиболее целесообразные споообн борьбы с пучением.

5. Установлены три стадия пучения почвы ¿о времени: . .

а) восстановления дефзЕтний сжатия почвн передним опорным давлением; . ... ..

б) нарастания проц-эсса пучения почпн под влиянием возрастания бокового спорного давления вплоть до его полной стабилизации; ..... ...'....'

. .в) нарастания деформаций пучения почвы во времени при максимальной величине- бокового опорного дазления. . ■

6. Определена зависимость параметров ъояи пучения от гор-

но-геояогических факторов: глубины рабо'х, пролета-выработки, мощности пучащего слоя, свойств пучащих пород, естественной кесткоста стенок выработки;

. 7. Определены рависшости .динамики процесса пучения в функции расстояния от забоя и времени:. . .....

а) нарастания величины переднего опорного .давления; . '. б)..нарастания созкестного.действия увеличивающегося до максимума величины, бокового опорного.давления и времени (в пределах расстояния -£««= , рис.2);

' в) -влияния времени при максимальной (стабилизировавшейся) величине бокового опорного давления.

8. Предложен новый метод расчета параметров зоны пучения.

9. Установлено.вчияние гесткости стенок выработки (точное соотношение, кесткости пород, слагазцих сгенкй выработки, п пород почек на форму пучения почвы. ■

. 10. Установлена следующая законоиерзость процесса пучения почт: ирк.дашаас геологических условиях интенсивность пу-■ чёвж.% почва выработки 'прямо пропори. юнальна величине бокового епаразго"д£Еяеккя, временя и обратно пропорциональна величине кесгкости стенок.выработка. ...... ....

.. -II. Показано, что форма пучения почвы не стабильна, зависит с-: свойств среды, пшраны шолета выработки, жесткости станок выработки; ъ упругой среде.верхняя граница лучащих пород имеет форму близкую к окрузнос чи; в пластичной:^ П-образную, а при весьма крепких породах стенок выработки'.(весьма крепкий песчаник) ж порода:': почек ыике. средней крепости .происходит явление '-:дта**пован^ . почвы (см.наши эксперименты и эксперименты проф.ИЛ.Чераяка), , ....

- - 12. Установлено-, что при подогом падении и обычных, размерах. .пролетов выемочных штреков, максимальная, величина пучения ориентируется npsoíspao по оси симметрии сечения штрека. . .

. Однако, при достаточно больших пролетах .выработш,-макси-., мальная величина пучения ориентируется вблизи стенок выработки.

.13. В момент разрушения почвы явления подъема почвы молено ' разделить на три типа: собственно пучение, выдавливание и штампование. - . ...

. 14. В процессе л-.зшрованж почвы выработки выделяются следугаие виды действующих напряжений:

а) при проявлении собственно пучения превалирующее .значение имеют растягиватаие и отчасти тангенциальные напряжения;

б) в процессе выдавливания превалирующее значение игяета напряжения статия;

в) в процессе итачпозания превалирутсщее значение имеет ' срезывающие напряжения.

15. Рекомендовать шахте Маохэ внедрение предложенных наш:

а) метода предварительного расчета величины противодавле- '

пая;

б) метода прогноза: ...

- интенсивности бокового опорного давления,

- величины жесткости стенок выработки, - величины мощности пучащего слоя.

По данным оперативного прогноза рекомендуется вести регулярный предраочет устойчивости стенок выработки (краевых .зон); в случаях их неустойчивости, при появлении признаков разрушения, а также в кзстах ожидаемых увеличений пролетов выработки, необхо- ' дашо производить перерасчет интенсивности противодавлений и на этой, основе определять параметры усиления крепи почвы, или переходить на другие инженерные мероприятия.