автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Геомеханическое обоснование параметров систем разработкаи короткими забоями пологих угольных пластов средней мощности в слабых вмещаюших породах

Государственный комитет Российской Федерации

Тульский государственный технический университет

. ОАРЫЧЕВ Владимир Иванович

ГЕОМЕХАНЭТЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТОЛ РАЗРАБОТКИ КОРОТКИМ! ЗАБОЯМ! ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ СРЕДНЕЙ КОДЮСТЙ В СЛАБЫХ ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОДАХ

Специальность 05.16.02 - Подвемная разработка месторождений полезных ископаемых

диссертации на соискание ученой степени

по высшему образованию

РГ6 од

Иа правах рукописи

кандидата технических наук

Тула - 1996

Работа выполнена й Тульском государственном техническом университете

Научный руководитель

Заслуженный деятель науки и техники Р.Ф. докт. техн. наук, проф. КАРЕТНИКОВ В.Н.

Официальные оппоненты:

акад. ГАН ПОТАПЕНКО В.А.

канд. техн. наук, доц. ПРОХОРОВ Н.И.

Ведущее предприятие - АО "Тулауголъ"

Защита диссертации состоится и »сил 199Ь г.

в часов на заседании диссертационного совета К 063.47.04 Тульского государственного технического университета по адресу: 300600, г.Тула, пр.Ленина, 92.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного технического университету. •

Автореферат разослан ^г аЯ____1.995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

О

О.М.Пискунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работ. Одной из аадач угольно^ промышленности в условиям рыночной экономики является проблема повышения эффективности добыли иолевнкх ископаемых ва. счет совершенствования технологии ведения горных работ. На шахтах Подмосковного бассейна особуй BfaotoóTb {фИобретаат решение вопросов, связанных с разработкой•Технологий, обеспечивающих экономически целесообраз-йуя отработку учаоткбй каХткнх полей о ограниченными запасами угля фи их Доработке й выемке охранных Целиков с учетом необходимого уменьшении вредного в.;йнния горных работ на инженерные И пряродннэ о&ьектЫ. В таких условиях возникает необходимость перехода tía систему разработки короткими забоями, однако отсутствие достаточного опита ее применения внеывает необходимость проведения специальных Исследований.

В общем комплексе вовникящих при втоЦ задам, вопросы количественной Ьценйи вакономериостей деформирования ji смещения' под-раб^тыбаемЫ« массивов горных пород нуждаются в дальнейшей равра-боткв. В слетавшейся кына ситуации, когда проведение лабораторных и пахуных исследований ватруднено, на первое место выступают исследования, базирующиеся на применении универсальных математических поделай (Массива 1юрод, численных методов и моделирования На НЗМ. Основная трудность при аналитических модельных исследованиях мэхгщйчвскяа процесерв, происходящих в подрабатываемом массиве, вакличается в корректной постановке вадачи, выборе расчетной схемы, достаточно ндеанйеНрозанной пда получения эффективного рекэния й одновременно сохраняющей реальные особенности, чтобы это. решение имело практическую ценность.

Поэтому разработка метода расчета, прогнозирующего закономерности изменения напряженно-деформированного состояния подрабатываемых в процессе извлечения угля слоистых массивов горных по(юд и позволяющего на этой основе;вкбирать рациональные пара-иетря систем равраеадкй, является актуальной задачей.

Диссертационная работа подготовлена на основе обоошения результатов .исследований, выполненным р .рамках хоздоговорной и госбюджетной три (номера государственной регистрации OlHKXMfiíW И* 01010040398) и' хозяйственного договора На 34£Ш.

■ Целью работы является Установление закономерностей геом^ха-Ническчх процгм'-сон, протекающих вокруг очистных наработок, для fXkjcконанил рациональных периметров систем разработки ко^юткими

забоями пологих угольных пластов средней мощности в слабых вмещающих породах, обеспечивающих отработку участков с ограничеины-■ ми запасами и под охраняемыми объектами.

Идея работы еаклаочазтсч в использовании для обоснования параметров систем разработки короткими забоями усовершенствованной стержневой модели, позволяющей моделировать на ЭВМ,напряжен-' но-деформированное состояние геомеханических систем, включающих подрабатываемый слойстый массив и очистные выработки, в различных горио-геологических и горнотехнических условиях."

Мзрюд исследование ваключается в анализе.существующих систем разработки короткими вабаями и методов расчета их. параметров, а также в критическом обзоре результатов исследований зако-кокерностей проявлений горного давления в подрабатываемых массивах пород вокруг очистных выработок, в имитационном моделировании на ЭВМ процессов сдвикений и деформаций слоистых массивов и обобщении результатов моделирования.

Научные положения, разработанные лично соискателей, и их новйена:

разработана математическая модель напряменно-деформирован-пого состояния геомеханическнх систем, включающих подрабатываемый слоистый массив пород и очистные выработки, отличающаяся количеством и способом реализации граничных-условий, учетом переменного характера ?ре»ия контактирующих"поверхностей соседних слоев И скорректлрованнкы аффектом бокового распора пород;

получены вависимостя нзпрял;енного состояния, перемещений и величины предельного пролета подрабатываемого.слоя пород основной кровли от глубины ее эалеганю? и мощности, деформационных и прочностных характеристик' вмещающих пород, отличающиеся 'учетом' физической и геометрической нёлинейностей и позволяющие выбирать параметры технологии, предотвращающие' опасное оседание вемиой поверхности при разработке угольных пластов короткими -забоями;

установлены закономерности • формирования поверхности мулидн сдвижения пород,. отличающиеся тем, что в основу расчета оседаний, горизонтальных сдвижений,' наклонов и.кривизны поверхности мульды положена математическая модель НДО слоистого массива; •

получены зависимости нагрузок на опорные целики' от параметров технологической схемы, деформационных свойств и мощности .'пород покрывающей угольный .пласт непосредственной кровли;,-

разработаны рекомендации по выбору рационаиьных. параметров систем разработки короткими 'врбоями. . .. .

- В -

Обоснованность ц достоверность научных положений, выводов и рекомендаций лодаверздаеягся достаточным объемом данных, получен-■ них в результате исследований на математических моделях с использованием ЗВМ; удовлетворительным совпадением результатов при реиении частных контрольных задач по предлагаемой методике с ре-нвиилни, полученными на рсиове иавестных методов строительной нехвнкки И инженерных методов расчета, принятых, в геомеханике (расхождение не более В-12 X).

Научное значения работы.вавдочается в разработке математической модели напряженно-де^рмиропанного состояния подрабатываемых слоистых массивов при ведении очистных работ и установлении на ее основе вакриомерностей ивменерия Параметров систем разработки щютшми вабоямц в зависимости от горно-геологических ¡1 горнотехнических условий.

Лраякнческоэ вначёииэ работы состоит в рдзр^ботрв методики автоматизированного расчета параметров систем разработки пологих угольных пластов, средней мощности короткими вабоями и рекомендаций по их выбору дли отработки участков с ограниченными запасами И под охраняеьмаи объектами н условиях сла/чж виендадах пород.

Реализация р&Ооян. Основные результаты исследогашш «споль-еованы.в "Методических рекомендациях по выбору параметров каперной системы разработки участков иестсро.жденнй с ограниченными &апаеями н под охрайяиэдя» остеитами", принят;« АО "П№1У#".

Апробация ряйота: Осцойнне положения диссертации докладывались на заседании ученого совета Подмосковного ШУИ (1Q94 г.); ;ва научно-технически« конференция*' про^ссорско-преподавательского состава. Тульского государственной технического университета (г.Тула/ 1891-1985 г.f.), «а расширенно» яаседадий кафедры "Технология и комплексная механиаа)1ня i'opjibix работ" (г.Тупа, 1095 Г.).- .

Публикации. По результатам пшюм* шшх исследований опубликовано 4 научные работы;

Объем рабом. Диссертация состоит ^ввведения, четырех глав, ваключения, содержитстрайид, включая рисунков,^ таблиц и список литератур» из 95" наименований.

Автор шражает благодарность кандидату технических наук, доценту Коновалову О. В. за консультаций И содействие в 'прореде-нии иос,нн«овнний. '

ОСНОВНОЕ СОДЕР2АНИЕ РАБОТЫ

Вопросам расчета я исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) родрабатывае>.;ых слоистых массивов. горю« пород посвящены работы учекнх многих научно-исследовательокЕх я учебных 'вазедений: 0гд ш.а.А.Скочинского РАН, ВНИМЯ, дряуш, КувНЯ-Щ, ГОИУМ, юту; ДонП'У, СГИ, КУБГТУ, СГЦ'ГЦ; ТулГТУ и др. Значительный ьквад з развитиэ ме-тодов прогнозирования поведения неоднородной породной толэд при - ведении очкстйых . работ внесла С.Г.Авераяи, К.Л.Ард&щэв, Е. р. Беляев,- Н.А.Кс$ко, е.К'.И?эрсон, Г.Н.Кузнецов, А.Лабасо, Ю.Ц.Яабермаы, В.Л.Попов, В.А.Потапенко, В.А.Ироскурякор, И.К.Протодьяконов, В.'Ркттер, ' Л.С.Ростовцев, К.В.Руппгнейт, В.Д.Сдесарев, Г.Л.Фасепш, П.М.Щшбаревич, И.Л.Чораяк, ФЛ-Шошко;";, о.йкабн ц другие, • Несмотря на виачи-телъгае успехи, достигнутые в отор области -псапедоватй, йсподь-вованвс больитютва иргтиьпых прсдпогоиош-ш о кеяатшз сдыжа-нг.г. г- дс£ормац:г.! -рр^абатнвгвшх кзссизов иагашшввяря УД серьезные трудности либо »8-ва отсутствия полноцепного уетематкчес-юто аппарата для ревеказ соответствуадй ведши,, л:Ло вз-ва условности рылЕппух:;.-; гкйотез клй уярозенвоетгн расчегнвд схем, либо «гдосто1о-.}ио1й оЗг-жа «ю-лодиш; даавык го учету 4ка«к-нальвд »озмонвого «щел'е. рлияздк ^вктороз.. Вместе с те;«, в пнер-цк.хся детодшод шюоез*» пгиор-'ФУёТся вффекг трелил контшзтау-рв?« лоьерхвссуе^ породаи слоес г;сдду собой, к су-жертвенному пгрергсирг.дг.5е1!йэ иагф.тгоший й выглйатгетй." необходимость допаяиителыюй >и>ррекз-|:ро^:сй кратер^ устойчяаости отдельных длтотцпрр. -

В овяон с ат!« перспективна является пршгпеадгд увкгер-сальных численных методов-, ращедер, истода пачазцш цара;:ет ров. Цр5{мои!1тельло к расчету пдв с«щртух ¿алгироп покруг .одк ррчких рарсботок: аш? метод получил развртре р рййотак р. Л. Попа ея, Кс.ратшдовц, В.А.Брсдкера; Ё.-й.ПереяаиавцЗяа, О. {{.Ту ля нова, в котерцн обосно^аад концепция ссеряневоз йнрроксймацп слоистого пассива и-крепи горных выработок, реализованная на ос вове математическое додели в щщр сктейы уравцецив, описывж®; услория равновесие роен элементов. систем стершей, ровместност их перемещений \\ рраддачнце условид. Основной недостаток базируй щкхся на этой модели уердик-зргапочался В апр|!орноЦ рздании х£ рактеристнк касательных срявей .как абсолютно жестких, что гга Иостъю Исключало {цитацию эффекта трения меяду соседними слопш

В период апробации также были выявлены некорректные предпосылки при выводе уравнений совместности перемещений в части учета продольных деформаций слоев от действия поперечных сил,

Кроме того, в существующей модели применена весьма громоздкая постановка граничных условий, требующая значительного числа ■ дополнительных уравнений.. Весомым-недостатком является также отсутствие некоторых часто встречающихся на практике вариантов граничных условий. Все эчл практически исключает возможность применения существующих методик для моделирования геомеханичео-кйх систем больших масштабов, характеризующих проявления горного давления в слоистых массивах пород вокруг очистных выработок.

■ Исходя из вышесказанного, были поставлены следующие вадачи исследований:

обоснование расчетной схемы и разработка математической модели геомеханической системы "слоистый массив - очистные выработки" при использовании концепции стержневой аппроксимации с расширенным диапазоном реапизуемых условий на контактах слоев и скорректированными уравнениями для учета деформаций слоев при их всестороннем обкатии;

.разработка метода реапизации граничных условий, позволяющэ-га исключить ввод дополнительных условий на границах моделируемой области;

рапрайотка методики, , алгоритма и программного обеспечения " (для пэвм, совместимых с .1ВМ РС) для расчета напряженно-деформированного состояния геомеханических систем по предельным состояниям с учетом отмеченных влияющих факторов;

проведение численных экспериментов по моделированию проявлений горного давления в условиях слабых вмещающих пород и установление зависимостей напряжений и смещений породных слоев от горнотехнических и горно-геологических факторов;

анализ и выбор систем разработки ограниченных запасов с учетом требовании охраны инженерных и природных объектов;

определение закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния вмещающего массива от Параметров систем разработки и выбор на этой основе рациональных параметров, системы разработки ограниченных запасов угля. . •

Для реапизации ' математической модели о учетом устранения отмеченных недостатков была разработана базовая расчетная схема, отличающаяся отсутствием касательных связей ыеЗДУ слоями и одинарных связей нн границах области и представляющая систему из и

стержней, аппроксимирующих породные слои И горнотехнические объекты системы разработки. При этом вертикальными сечениями вся моделируемая область разбивается на конечное чиацо п участков, а на каждом стержне выделяются элементы, которые в зависимости от имитируемого объекта аккумулируют в себе вое его физико-механические характеристики. В качестве возмущающих факторов к каждому элементу расчетной схемы (рис,1) прикладываются сосредоточенные вертикальные (Pfp и Pip) и горизонтальные (Р*р и Pip) силы и внутренние усилия на границах (Qij,Hij,Mjj,Qii+i,Nij+i,Mij+i). Взаимодействие между элементами определяется реакцией вертикальной связи (RkP) и дополнительными горизонтальными силами (dP*p и dpf+ip), имитирующими условие контактирования смежных поверхностей от полного сцепления до абсолютного проскальзывания.

Рис.1. Схема к расчету НДС двух типовых элементов

В общем виде описание НДС смежных типовых.элементов расчетной схемы с учетом их взаимодействия между собой осуществляется на основе трех матричных уравнений:

iBi j+iV^fFjpHPi^+fPipHRipitCHipJ (<Slp>+idSip> )i tBi+mi>-IFi+ipHBi+1J>+ibi+ipHRi+ip>+ m

. [Hi+lpJ(iS1+1p>+i«|St+jp»j

ГАкрЗ < fikp> - f Tkp] <Bkp)+IKkpi (<SkP>+{dskp));

где <Ви>-(Ци,Ни,Му.8jj.Xii.Zij)''' - ректор садовых И кинематических факторов в 3-м сечении 1-го стервдя) fBjj+i> - то же для ЗИ-го сечения; и - то же длщ J-ro и

j-K-ro сечений i+1-ro стержня; <Bkpi = ({BjjMBj+tj>)^ - объединенный вектор силовых и кинематических факторов в j-м сечении р-х элементов обоих стержней; <Rjp> = (Rk-lp.Rj<p)* и <Ri+ip> = (%p.Rk+ip)T - векторы неизвестных решений вертикальных связей р-х __элементов . на i-м и i+1-н стержнях; iSip> = (Pip.P*p,Pfp,Pfp)T - вектор внешних вертикальных и горизонтальных сил, приложенных к верхнему и Нижнему волокнам р-го элемента i-ro стержня-, -tSi+ipV - то же для i+1-iO стермня; idSip} = (cjpfp,dPfp)T ■ - вектор дополнительны« горизонтальных сил по l-му стержню для учета эффекта трения контактирующих поверхностей соседних р-х элементов; idSj +ар>)- - то же по i+1-му стержню; <Skp> = qsipMSi+ip};)T И -fdSkp> = «dSlp},-ldSi+iP>)T - об-ьеди-иенные векторы внешних сил; IFjР1, [Dipl. CHip], IFj+ip], fDi+jp] и LHi+ip) - матрицы влияния силовых и кинематических факторов, реакций связей и внешних сил для р-го участка'i-ro и i+1-го стержней; IArpj, (ТкР] И СКкр] - матрицы жесткости.

Элементы всех матриц системы (1) определяется из общих уравнений метода начальных параметров. При выводе уравнений совместности перемещений в точках расположения вертикальных связей была осуществлена корректировка коэффициентов по учету эффекта вертикального распора пород от действия горизонтальных сил, в итоге в эле'менты матриц жесткости СКкрЭ была введена добавка типа |i/(4F:fl-|t)) (и и В - коэффициент Пуассона и модуль общей деформации) .

Каждое из первых двух уравнений системы (1) характеризует условие равновесия элементов расчетной схемы, третье выражает условие совместности их перемещений. При описании НДС всей моделируемой области математическая модель представляется . в виде системы днух матричных соотношений (2), в которой компонентами векторов -(Rpf, iSp> и <dSp> являются соответствующие векторы реакций связей и внесших сил. Аналогичным образом формируются все базовые матрицы системы.

[En]('p01tFp])[Eo]-(Bo>+[Enlp|1(t[lptFt])CFpr1rDpHRp> = = [EnlJ1(tflplFt])fFp]"1[HpH<Sp>+WSp>);

• [Tp] ([Fp] 1. Pi, IFt^) [ЕоКВо^+

• t"1 .(2)

+^tTp]([Fp]"1(J1[FU)CFi]"1)CDi]<Pi}-fAp?^Rp> = ' =-^[tp]([Fp3"1(t§1[Ft]).iFjr1)CHi3('(Si>+idSi>)-

. -[KpmSp>+-(dSp>); при p = 1.E.3, ,..,п-1,П.

Матричная реализация граничных условий, принятая в математической модели, позволила проанализировать рее возможные комбинации силовых и кинематических факторов в конечных сечениях стержней и расширить до восьми тигюв встречающиеся в практике моделирования условия на границах' исследуемой области. Лерая граница' моделируемой области характеризуется вектором •IBu>1>=(<Boi">,iBQ21'>,. .-ЛВоэт*>)т значимых начальных параметров.

г

Граничные условия на другой стороне облает^ отражаются векторами, содержащими компоненты с нулевыми значениями, которые не "вводятся в общую систему ураннений (Р.). Дин реалиа^ии этого подхода и в целях сохранения структуры построения системы линейных уравнений g ^тематическую модель были введены единичные матрицу 1Ёо] и tEnJ, определяющие условие трансформации' векторов граничных параметров.

Разработан на сснове синтеза метода начальных параметров и "алгебры матриц математическая модель и матричная рнаиизапия граничных условий позволили ь.вдоо сократить общее число линейных уравнений при решении одних п тех ке задач, что предопределило воамоадсютэ раснирения набора и увеличения мааигабов исследований геомеханических ситуаций в подрябатннаемых слоистых массивах горних пород. На основании обобщенной расчетной схемы и математической модели разработаны, методика, алгоритм и программное обеспечение (дня ПНВМ, совместимых о 1РМ РО), предназначенные для проведения численного моделирования и аналитического исследования напряженно-де^юрмированнпго состояния геомеханических систем, нключакщих слоистый массив горных пород и горнотехнически»* оОьектн систем* разработки, с учетом автоматического анализа предельных состояний породных слоев. Методика поанопж-т произво-

дить расчеты как в режиме заданных нагрузок, так и в режиме снимаемых напряжений.

Принципиально важной отличительной особенностью разработанной методики является моделирование поведения слоистых массивов с учетом трения породных слоев. Реализация в модели этого аффекта производится с помощью системы дополнительных горизонтальных сил типа с1р1Р, определение и ввод которых предусмотрены алгоритмом. При чтом в качестве исходных параметров выступает силовые факторы, полученные на предыдущей итерации при условии полного проскальзывания породных слоев. Для опр.деления сил трения в математическую модель были введены следующие уравнения:

гИ) -1 2Ь0

_ }> (3)

2 — 1А1р П

с1Р1р= - К11р((0и+Чп+1) —- -

21)1 .

(зГь+РЬгб^Ь!)).

где 41э и - поперечные силы з 3-м и 3+1-м с-очениях

р-го элемента 1-го стержня; М^.- Nti и N^+1 - изгибающие

моменты и продольные силы в ]-м и зИ-м сечениях гсамдого 1-го слоя из ч слоев, работаю'дих в релизе трения; 111 и Ь0 - мощность 1-го слоя и суммарная моадость д слоев; 1=1,2,...,1 - порядковые, номера ц слоев, начиная с верхнего; К^р и К^р - коэффициенты по учету величины трения на каздом р-м участке 1-го стержня, принимаемые для верхнего и нижнего контактов слоя в зависимости от характера моделируемого явления и изменяющиеся от 0 (полное проскальвывание) до 1 (абсолютное сцепление).

Отработка на §ВМ стержневой модели массива осуществлялась для типовых условий месторождений Подмосковного бассейна. При этом основной цель» проводимых исследований являлось установление закономерностей влияния состава и строения основной и непосредственной кровель на выбор системы разработки и обоснование ее Параметров. На основании имитационного моделирования на ЭВМ была дана оценка устойчивости основной кровли, причем работа образуемого породного моста Над выемочным пространством рассматривалась как в упругой стадии, так и в предельном состоянии после зтвер-

шения процесса треишнообрааовании в нем. При расчетах вадачч решалась пошаговым методом, при атом учитывалась как геометрическая (обусловленная изменением геометрических параметров расчетной схемы), так и физическая (обусловленная непостоянство» свойств материала) нелинейности.

• Оценка устойчивости основной кровли осуществлялась на основании исследовании напряженно-деформированного состояния литоуи-пов мощностью от 1 до 14 м при ивменении распределенной нагруак! от О до 1000 кПа. В результате анаииза перемещений а изгибдавд: моментов было установлено, что при мощности основной кровли бо лее 3 ц наблюдается ярко выраженный нелинейный характер измене ния этих параметров, который объясняется возрастанием роди гори эонтального распора, противодействующего беспрепятственном раскрытию трещин и обеспечивающего высокую жесткость гюродног моста даже, при отсутствии растягивающих н&праденйй в сечениях трещинами. Устойчивость кровли при атом регламентируется крит^ ческими напряжениями сжатия на площадках контакта в трещинан Выли получены зависимости придельного пролета основной кровли с Прочности вмещающей породы и веса покрывающей толщи (пис.;8)

Анализ графиков показывав'!', что, например, при мощности гос -новной кровли и=4 м величина' предельного пролета соотавляе 44 м, $ при т=2 м она равна 21,6 м ( дли известиякои прочност! на сжатие б-^бО МПа- при глубине их залегания Н=50 м). Эначет пролетов предопределяют аквив-ллентную ширину ьыемочного участч ■ для системы разработки, обеспечивая целостность .покрывающей о< новную кровлю породной толщи и земной поверхности.

Исследованиями была установлена схоиесгь перемещений осно! ~йой кровли и просадок • ьемной -поверхности, что предопредели, возможность численного моделирования процесса сдвижения после, нел по' разработанной методике. Контрольные расчеты показа удовлетворительную (в. пределах 12 %) сходимость параметров сдв кений вемной поверхности в наиболее опасных сучениях мульды позволили получить ряд' графических зависимостей, характеризую«! закономерности изменение вертикальных и горилоцтальных деформ ций, наклонов и кривизны в сечениях мульды сдвижения от мощно •ги, строении и состава пород основной кровли.

Моделирование'процесса сдьдаения земной поверхности и оце на устойчивости основной кровли позволили сделать рывод' о тс что, ограничивая длину-лав и оставляя Целики необходимых рав(< 1юв, можно предотвратить оседани« поверхности до'величин,

Рис.й. Зависимости предельного пролета Цч основной кровли от параметра е,=В6С!К/(гН): кривые 1,2,3,4,6,6,7,9,9 и 10 соответствуют мощности 1,2,.3,4,6,б,7,8,12 и 14 м

тсных для сооружений и природных объектов. Обзср существующих, зистем равработки и анализ условий их применения, сопоставление организаций и механиэации работ по добыче и сравнение техни-со-зкономических показателе!?, с одной стороны, и исследование ^орно-геологических- особенностей валегАния угольных пластов в злабых вмещающих породах, с другой, показали, что наиболее приемлемой для отработки ограниченных еапасов в таких условиях яв-метоя камерная система разработки.

Ширина выемочных участков, включающих чередующиеся между зрбой камеры и целики, устанавливается по величине предельного фолета основной кровли, а для определения ра.чмеров камер и мек-¡укачерчых целиков были проведены дополнительные исследование на юнове численного моделирования трех типовых ситуаций: отработка

участка двумя, тремя и четырьмя камерами при отношении пролета камеры к ширине междукамерного целика, равном Двум. При атом в качестве основных влияющих факторов были приняты мощность и иэ-гибная жесткость покрывающего угольный пласт слоя непосредственной кровли. Модуль деформации олоя Варьировался в широком диапа-воне от 10 до 109 кПа,. мощность Ьг изменялась от 0.26 до 10 м. Модуль деформации междукамерного целика угля для всех вариантов расчета онл принят равным 040000 к11а при мощности пласта 2 м. .

При анализе результатов многовариантных расчетов было установлено, что максимальная средняя, величина нагруаки на целик превышала статическое давление пород непосредственной кровли при отработке участка двумя камерами в 2.6 раза, тремя камерами - в 2.75 раза, при отработке четырьмя камерами нагрузка на центральный целик возросла в 3.2 раза,, а на крайний - в 2.7 раза. При атом максимальных вначений средняя нагрузка достигла при мощности кровли 1 и и жесткости Ю4'кПа-м4. Дальнейшее снижение мощности и жесткости во всех случаях приводило к незначительному (менее Б повышению нагрузки,

.В процессе анализа также было установлено, что существенное повышение интенсивности давления пород для первой схемы камерной отработки происходит в интервале снижения мощности непосредственной кровли от 3 до 0.б м, для второй схемы - от 4.Ь до 1 м, для третьей - от V До 1.15 м. Аналогичные тенденции роста давления были отмечены также независимо от изменения мощности при уменьшении ивгибной жеоткооти непосредственной кровли соответственно от 4-105 до 104 кЛа-м4, от 2,Б«106 до 3-Ю4 кЛа'М4 и от 1Р7 до 10Б кПа-м^. Причем максимальные вначвния обоих параметров в каждом ^з интервалов определяют первоначальное давление. Для рассмотренных геомеханических ситуаций были получены изменения средней нагрузки, часть иэ которых для третьей схемы и.центрального целика представлен« на рис. 3.

При выявлении общих, тенденций изменения средней нагрузки для всех схем было отмечено, что наибольшие ее колебания характерны в диапазоне жесткостей на изгиб непосредственной кровли от 5-Ю4 до ю7 кЛа• м'1 и в интервале мовдости от 1 до 6 м. Проведенный анализ состава и строения пород, представляющих непосредственную кровлю на различных месторождениях бассейна, с учетом их физико-механических -свойств показали, • что абсолютное большинство породных слоен по своим характеристикам.лежит.в рампах выделенных лиал^анон параметров рлиякздх ((¡акторов. Ное этс

__•

————- \

ч\ • *

————- ч Л Л ч\

............— .............. ■ ■ч

Рис.а.

Ивменение средней нагруеки на целик в'зависимости о1' жесткости на йзгно (и) и мощности ((¡) непосредственной кровли "

- ÎS -

позволило разработать на dase проведенных исследований и Р Учетом оценки устойчивости основной крова)! "Методические рекомендации по выбору параметров камерной системы разработки учаоцздв «есторсще'!йй о ограниченными анналами и под охранаешт сйъец-теми", приня'ша к внедрению AÜ 'М1НИУИ", в Которых длд типовых условий Подмосковного бассайна приводится порядок формирован^ технологический exet-f BuetiKîî полезного ископаемого.

ВАЮЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В работе дало.решение актуально^ научной еадачи. вакличаа-цейся в разработке математической модели напряженно-деформированного состояния подрабатываемых сдойстшс ккюоиш горда popo* при ведении очкетнда работ ü установлении на со рсноро еаконо-мзрноотей деформирования и ра&русоикя цароодых слоев ' и r.etóiioÍ поверхности в ранличнщ горно-'геологических ц рориогехшмосед» уаповиах, позволяющее ' про^аводить обоснованный ьыбор .рациональных параметров -систем разработки короткими вабопии угольных «лао-уой средней шдаосги в слабых вмещарздх породах, обеспечивающих- отрайотку участков о ограниченными з-ацасааи у, по; охраняемыми обгдедагшй. ••

Основные выводы, научные и пр?4$гические результату райоп ваклочаотоя р следувдеэд. ' .

1Раврйботфй» ымвизричеоод иодель ' (¡аирпь.еино-ванного состояния геомехаиячес.кнк систем, нкаш.ахаих подразатц-ваемый слоистый масоаь горных пород и очистное выработки, отличающаяся количеством и еисюсйсц |5заа|»вадэд грднкчних условий, учетом Переменного характера трэния контактирующих поеерхносте) соседних слоев И скорректирован«^ «Ймктом Рокового распора ло-

род.

2. Равработана методика аитомадинйроваинаго расчета напрл-йенно-деформированкого состоит«) И едьинений.' подрабатДОйеш: слоиста массивов горных пород, ипнводмщ&а проводить ыноговар;; антиое имитационное моделирований И а 11ШМ равворбраведн ' Геотехнических ситуаций с целью ^Ора Варнметроь систем равработк! угольных пластов корртрИмр условиях ограниченных запа-

сов и' под oxpEuifjeHHtyi объектам^.

8. Получены »анрсимостй н&ПряжеНногЬ'оостряНия, церемещену?! й наличии« предельного продета" подраГ^тыьэемого слоя пород ос .ионной кроыи от глубину ее валеганин и мощности, дефорЦаКионны:

1рочностных характеристик вмещающих пород, отличающиеся учетом зической и геометрической-нелинейностей и позволяющее выбирать эаметрм технологии, предотвращающие опасное оседание земной зерхности при разработке угольных пластов короткими забоями;

4. Установлены закономерности формирования мульды сдвигаения под, отличающиеся тем, что в основу расчета оседаний, горизон-вьных сдвижении, наклонов и кривизны поверхности положена ма-иатическая модель НДС слоистого массива.

5. Для трех характерных технологических схем получены, зави-'.юсти нагрувок на опорные целики от параметров технологической эмы, деформационных свойств и мощности покрывающих угольный аст пород непосредственной кровли.

6. Даны рекомендации по выбору рациональных параметров сис-ии разработки ограниченных участков угольных пластов короткими Зоями в условиях местороэдений Подмосковного бассейна.

Основные.полаязння диссертации опубликованы в следующих ратая: - '

1.Сарычев В.И. Определение прочностных и деформативннх ха-ктерстик горных пород// Подземная разработка тонких и сродней прости угояышх пластов/ ТудГШ.- Тула, 1990,- с.122-12/.

2.Сарычев В.И. О-влиянии всестороннего обяатия породных оев на характер деформирования неоднородного массива// Подзем-я разработка тонких и средней.мощности угольных пластов/ТулПй. Тула, 1992'.- С.77-02.'

3.Сарычев В.И. Разработка математической модели напряиен--деформпровавного состояния подрабатываемого слоистого массива рных пород// Подземная разработка тонких и средней мощности ольных пластов/ ТулПИ.- Тула, 19РЗ.- 0.32-37.

4.0арнчев В.И. Постановка задачи расчета напряженно-дефор-рованного состояния подрабатываемого слоистого массива горных род.//Подземная разработка тонких и средней мощности угольных астов/ ТулПИ.- Тула, 1993.- С.49-54.