автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Прогнозирование нагрузок на крепь и смещений пород в подготовительных выработках угольных шахт на основе обобщенных уравнений равновесных состояний массива

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

л

1 . I I Л I ■ /

ПР0ГН03НР0ВАНИЕ НАГРУЗОК НА КРЕПЬ И СМЕЩЕНИЙ ПОРОД В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ НА ОСНОВЕ ОБОБЩЕННЫХ УРАЙНИШЙ РАВНООСНЫХ СОСТОЯНИЙ НАССЙВА

Специальность 05.15.02 - Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

• Тула - 1996

' Работа выполнена в Тульской государственном университете.

Научный руководитель

Заслуненный деятель науки и техники РФ дркт. техн. наук. проф. КАРЕТНИКОВ В.Н.

Официальные оппоненты:

академик АГН, докг. техн. наук. проф. Потапенко В. А.

канд. техн. наук, доц. . Прохоров H.H.

Ведущее предприятие - АО Тулауголь

Защита диссертации состоится "jffi марта 1996 г. в ^ часов на заседании диссертационного соеета К 063.47.04. Тульского государственного университета по адресу: 300600. г.Тула, пр.Ленина, 92.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан " .г*"' Февраля 1996 г. •

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

~ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность равдтч, Одной йз типе причин относительно низких технико-экономических показателе!'} добычи угля на шахтах России является.употребление недостаточно обоснованных паспортов ярепленяя подготовительных выработок, задача изыскания наиболее раццоналышх способов охраны выработок и конструктивных параметров крепе?} доляна'решаться на основе методов, использующих широкие во?«о«">сте, «рз^язхг ЗШ. • охьа.ьпамии* чйоч-на ваячг'» фгктврэз И в иакбольаей степени приолнжающях расчетные схемы к реашш условиям. Существующие методики, рекомендуемые нормативными документами и базирующиеся на данных шахтных измерений, не позволяет учесть влияние всей совокупности горно-геологических и.горнотехнических факторов. Но в полной ме- • ре используются базы данных по поддержании выработок и машинное проектирование, Это указывает на острую необходимость совершенствования методов прогнозирования условий .гюддёргздшя. выработок и БК5ора параметров крепи с цельа обеспечен!!.! безопасного пх Функционирования з течение необходимого орекепи или -всего срокл эксплуатации. Исходя из сказанного следует, что теиа диссертация является актуальной.

Диссертационная работа написана на основе анализа результатов исследования, выполненных институтами ИГЛ А. А. Скочинско-го, ВНЙМИ, .со АН 'СССР, Подмосковным НИУН, ЛокУП!, МГЦ ТулПИ. КузПи. КузНЙУИ, ШахтНЙУИ и др. на шахтах Донецкого, Кузнецкого, Печорского, Подмосковного .¡{.других,угольных бассейнов...... - —

Цель работы заключается, в совершенствовании методики прогнозирования нагрузок на крепь и смещении пород и подготовительных выработках угольных иахт длявноора .ргщчощлыйге параметров -креШ'.Г обесцёчивашйх' повышение- эффективности и безопасности ведении горных работ,

'Идея работ состоит в использовании лля прогйозирераняя нагрузок на крепь п смещений пород в подготовительных выработках экспериментально-аналитического метода, базирующегося иа .уровне •-йияК" ¡равюёёстя' •'состояний массива пород," полученных путем обобщение экспериментальных данных шахтных измерений, и позволяющего -моделироватьна —ЭВ8." равновесные и прёяе31ьные"состояния

системы крепь-массив в различных горно-геологических и горнотехнических условиях. .

Метод исследования заключается в анализе и научном обобщении имеющихся результатов экспериментальных исследований .. проявлений горного давления, в подготовительных выработках угольных шахт, численном моделировании на ЭВМ силового взаимодействия' системы ^ крепь-массив при• разнообразных горно-геологических и горнотехнических,условиях, обобщении результатов моделирования. При обработке результатов экспериментальных исследований применялись методы математической статистики и корреляционного анали- .' за. • - •

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна: • *''.''

- получены функциональные зависимости смещений пород я наг-.рузок на крепь в подготовительных выработках угольных шахт от совокупности .влияющих факторов при различных способах их охраны, и поддержания;

- получены уравнения равновесных состояний пассива, ослаб-' ленного выработками, устанавливающие связь между смещениями пр-. род на контуре выработок »; реакцией крепи; установлено, что в. общем случае эта связь выражается показательной функцией, экспоненциального вида, а входящие в нее коэффициенты являются аналогичными функциями влияющих факторов;

- получены формулы для определения коэффициентов уравнений равновесных состояний через значения влияющих факторов; ;

- усовершенствована методика автоматизированного расчета на ЭВМ смещений пород И нагрузок на крепь родготовителщых выработок за счет введения й нее в качестве исходных Даннда значений горно-геологических и горнотехнических факторов и перехода от расчетных схем "по заданным нагрузкам" и "по активным нагрузкам" к расчетной схеме "в режиме взаимовлияющих деформаций".

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

большим объемом экспериментальных данных о проявлениях гор- . ного давления, полученных из различных литературных источников; . хорошим совпадением результатов расчетов по предлагаемой методике с использованием ЭВМ с данными частных методик, представленных в виде таблиц и графиков; удовлетворительной- сходимостью по-

лучаемых по предлагаемой иетодшсе результатов с решением . анаяо--"^•и^шх' задач вероятностно-статистическим методом Байеса (расхождение результатов не превышает 15 %).

Научное значение работ состоит в разработке зксперимен-. тально-аналитпческого метода прогнозирования проявлений горного давления в подготовительных выработках угольных шахт, основанного на установленных закономерностях формирования равновесии и предельных состояний системы крепь-массив, с учетом максимального количества влияющих факторов. ■ .

n^y^y^crsz piCciu w«cHr в «одмАотк* чтгпчи'п«

растет* нагрузок на крепь и смещений пород в подготовительных выработках угольных шахт, реализации . разработанной методики в виде пакета прикладных- программ для. персональных ЭВМ. совместимых с IBM/PC, позволяющих проводить многовари-антныё расчеты длй оптимизации параметров паспортов крепления.

Реализация работ. Основные 'результаты работы переданы в виде методики расчета институту ПНИУИ и используются в учебном, процессе. . _ ....................., .....

Апробации работ. Основные положения диссертационной работы докладывались и. обсуяплксь на конференциях профассорско-прспо-дй^ательского с>-стзза Тульского государственного университет» (П.Тула, 1991-1956 гг.).

Публикации. Но ивтераалзд диссертационной работы опубликовано пять печатных работ.

Объем работ. .Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 142 страницы, включая 32 рисунка, Ц. таблиц.. списка даератури-иа 97 наименований, приложения. .

' • ' ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

особенности условий применения ч эксплуатации иахтннк кре-' пей определяются комплексом ГорНо-геологйЧескИх и горнотехнических факторов, присущих даннону месторождению, многообразие эш ?зкторйП'' яагз р предах одного месторождения треСует применения • универсальных Методов определения-снейений и нагрузок на крепь, охватывающих широкий "спектр уйяоёий. " " ..........

В настоящее рремя накоплен большой опыт в области исследований проявлений горного давления непосредственно в шахтах, расчета и прогнозирования условий поддержания подготовительных горных выработок. Этой проблеме посвящены работы многих научно-исследовательских и учебных заведений: ИГД ИМ. А. А.Скочинского. ВНИ-Щ. ДонУГИ, КузНИУЙ. ПНИУЙ,. МГГУ. ДонГТУ, ЕГИ, КузГТУ, 'СПГГИ. ТулГУ и др. Значительный вклад в развитие методов расчета, основанных на рассмотрении крепи и массива пород как единой деформируемой системы, внесли Б. 3. Ацусин, К. А. Ардашев. , Ц. В. Баклашов. Ф. А.Белаенко, Н-С. Булычев, ■ Ю. 3-Заславский. Б. А.Картозия, А. Ла-6aGc, J0.M.Либерман, В.Л.Попов, В.А.Потапенко.- К.В.Руппенейт. H.H.$отцева, И.Л.Черняк, и другие. Несмотря на определенные успехи, достигнутые'в этой области исследований, стремление создать точные методы расчета, рассматривающие совместную . работу крепи И массива, наталкивайте^ на значительные математические трудности. Поэтому получили распространение приближенные методы расчета, построенные на использовании экспериментальных данных и аналитических решений. - полученных с использованием различных механических моделей массива.

На основании вышесказанного, дли достижения поставленной а работе Цели потребовалось рыполнить следующие основные задачи;

- обобщить экспериментальные Данные щахтных исследований о целью получения обобщенных уравнений, описывающих равновесные состояния массива применительно к основным типам подготовительных горных выработок угольных шахт;

- усовершенствовать'расчету» модель геонеханичаокор системы крепь-массив за счет введения Р нее обобщенных экспериментальных данных, базирующихся на результатах исследований научно-исследовательских. Проектных, учебных нноти'тутов и отдельных авторов; • .

- разрабрт^ нет°Щ№У аатоматизированного расчета смещен«^ Пород и »¡згруэок на крепь подготовительных гьр№ выработок угольна шахт и реализовать ей р бйДэ пакета прикладной программ дця персональны^ ввм, сормест$иш о 1ШЛ/РС. позволяй®« породить мноГоварИантнУе расчета по иняоленМи Уоловий рзаиИодействия крепи о нзссйрам пародг ' '. • '

- установить зарнсимости ветчин смещений порой « рагруэон на крепь от горко-геологнчесщга $ горнотойИНЧеския фаНтЬрош

- дать рекомендация по сцредолеиию смещений горных пород в выемочных йтреках и оценке условий их поддержания для условий месторождений Подмосковного бассейна.

При выполнении исследований 1вделось в виду, что ранее в ТулПИ Н.В.Мироновой нз основании проведенного анализа известных аналитических решений все многообразие ■ уравнений равновесных состояний однородного изотропного массива, ослабленного круглой выработкой, было сведено к универсальному виду:

...... . р(й)* А2 * V + ЛЗ...............(1)

фуакцИя его сища1ш.'и; Л2, Аэ' - коэффициенты, величина которых в каядом конк[ отном случае .определяется из решений одномерных-, задач С использованием упругой, упруго-пластической, хрупкой и др. моделей, массива, однако выражение (1) получено для одиночных выработок; находящихся вне зонМ влияния очистных работ, и поэтому оно неприменимо для подготовительных выработок.

8 данной работе на основе анализа' экспериментальных исследований, проведенных научно-исследовательскими и учебными ансти7 тутами на шахтах различных угольных бассейнов, путем корреляционного анализа замеренных смещений пород я нагрузок на крепь установлено, что для подготовительных выработок наиболее универсальной является но показательная, а экспоненциально-показательная функция следующего вида: . . р(и)= А1 * ехр (А2*Ц), (2)

где ^, Аг - коэффициенты аппроксимации, величина которых определяется' типом выработки, ее геометрическими характеристика-Ш!, "а.также паршитрака,... характеризующими глубину заложения выработки-, угол залегание пород,, их прочность, срок службы' выработки, тип основной кровли, аирину охранных целиков, влияние

очистных' работ и. др......... _ ............. ........... ........

Исследования показали, что-при использования уравнения (2) определение коэффициентов аппроксимации для наиболее характерных . случаев может : производиться по. универсальным выражениям, полученным на основе обобщения Имеющихся шахтных исследований. При этом..'зксперщентальнне -данные .были разделены по типу выработок. Схека выбора типа выработки при" расчете нагрузок на крепь, смещений пород и коэффициентов уравнений равновесных состояний мас-• сива представлена.'на риз. • !." В результате было установлено, что

Алгоритм расчета смещений пород и нагрузок на крепь при совместной .работе крепи и массива

У2=1 У2=2

ОДИНОЧНЫЕ ПО ВЫЕМОЧНЫЕ

ПЛАСТУ УГЛЯ ШТРЕКИ

У3=1

У3=2

ПОГАШАЕМЫЕ ЗА ОЧ.ЗАЕОЕМ

У3=3

ПРОВОДИМЫЕ ЙЛРИСЕЧКУ

V =1',

V -г

ОДИНОЧНАЯ

ЛАВА

СПАРЕННАЯ ЛАВА

3

I

ВВОД ХАРАКТЕРИСТИК МАССИВА И ВЫРАБОТКИ Н.а.т.Кс.Ккр.о.Клр.К'.В, 5св,Кохр.Во,1о,ТО,Т1,Т2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЙ И КОЭФФИЦИЕНТОВ:

1Л,т,11пр,и1Ло,иц,ио<1>

Ка,КоД,Щ,К»,Кв

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРАВНЕНИЯ РА&НОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА . Р»А1«ЕХР(А2«и')

П08Т0РН0Г0 ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

-]У4=2

ВНЕ ЗОНЫ В ЗОНЕ

ВЛИЯНИЯ ВЛИЯНИЯ

04.ЗАБОЯ 04.ЗАБОЯ

РАСЧЕТ КРЕПИ ПО СХЕМЕ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (ОПРЕДЕЛЕНИЕ Р, и, СИЛОВЫХ И КИНЕМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, ОЦЕНКА ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ)

для каждого типа рнработок' коэффициенты -Ai и A?, в внранёнии (2) -могут быть определены по соответствующим им уравнениям.

Так, для вскрывающих и одиночных подготовительных выработок, охраняемых целиками, инеем:

Al = 2082.269 • и'0-436; AZ = 1. 828 • U' "1 ■064 . ' (3) В выражениях (3) Ú'- смещения пород, зависящие от влияющих факторов. Для вскрывающих горных выработок они определяются по формуле: _ ...

о

tí'-i вбн-S-H.üiií-!. i63í.-íf"t) • ихр(6. Vgl£-4-i' )х

х (В - 1) 'ехр(1.13е-2-(H/Rc )-3.649е-4-(H/Rc)a)x

хехр [[50.367•ехр(-0.233• H/Rc +2. '46е-3 (H/Rc)2) ] • Т+

+ [.721. 08-ехр(-0. 46 - (H/Rc И4- 69e-3(H/Rc

х -^-в-.зае-оз . ехр(2. 54е-02 • Rc'76 .-Н). -. (4)

Для одиночных, подготовительных выработок, охраняемых, целиками, инеем:

U'- 3. зе- 2-exp(-l. Í83E-2 а)-ехр(5. 290E-2-Ct - 1.721Е-4-а)х х (В - 1) Ц5. 65е-2-ехр(1". 13е-2-íH/Rc)-3.65е-4-(H/Rc )2)х

хехр[[50.37-ехр(-0.233-(H/Rg)+2. 46е-3(H/Rc)2)]-Т+

+ 1721. 08-ехр(-0. 46-(!j/Ra)+4. 69е-3<Н/Вс)г )]Т^]х.

х ñc-e-3Pe-03 ехр (2. 518-02 •' Rc~°'7!Г-Н) ] + Ккрх

х1.3-(H/R)0 105 -ехр(3.96е-4-(H/R)1 ■185-Т) ехр(-1.71e-2-Rc)x

х Н(1 . i sexpí-z 2e-3.Rc)xexp(00g. (Зо д,о )+о. 66- (В0/L0 )2) ]. (5)

где а - угол залегания пород, м: В" - ширина выработки вчер-. не. н; Н- глубина заложения выработки, м; Rc J сопротивление пород сщтнй.. г'Пз; .Т - срок слузйы выработки, jist;. Кцр. ^ коэффициент. учитывай!®!} влияние класса основной кровли пласта; Ti- вре-

мя влияния очистных работ, лет; - ширина охранного целика, м; размер зоны опорного давления, м. . ■ .

Аналогичные выражения для определения коэффициентов А1 и 42 получены для выработок, находящихся в зоне и вне зоны влияния • очистных работ и погашаемых.за очистным забоем, ' сохраняемых для повторного использования и выработок, проводимых вприсечку к выработанному пространству.

Однако многолетняя практика расчетов показала, что уравнения (2) для условий Донецкого. Кузнецкого и им Подобных бассей-нор. примерный ьид графиков равновесных состояний для которых . показан на рис. '2.а, не могут быть использованы для условий ела-, бых вмещающихся пород, характерных для Подмосковного бассейна (рис. 2*6). Для анализа равновесных состояний массива в выработках Подмосковного бассейна ,были использованы результаты совместных исследований, проведенных ПНИУИ И -ТулПИ по определению смещений пород и нагрузок на крепь в подготовительных выработках. При этом Использовалась классификация ВВДМИ, в соответствии с которой, по условиям поддержания, выработки' подразделены на три класса: легкие, средние и тяжелые. Исходя из вышесказанного, было установлено, что уравнения равновесных состояний массива для условий Мосбасса "будут иметь общий вид, ■ аналогичный выражению (2). - Полученные в результате корреляционного анализа величины коэффициентов уравнения (2) для различных условий поддержания и основных типов выработки'приведены в таблицах 1 и 2.

При проведении.исследований величины и могут принимать произвольные .значения в соответствии с графиками (рис.2). Для конкретных условий поддержания вскрывающих и охраняемых целиками подготовительных выработок они рассчитываются по формулам (4} и . (5). Формула, аналогичные выражениям (4) и (5) получены в работе и для других типов выработок.

Анализ показал, что для определения равновесных и предельных состояний системы крепь-массив эффективным является использование расчетной модели, базирующейся На уравнениях метода начальных Параметров, разработанной'ранее в ТулПИ.

Автором в указанную расчетную модель для описания совместной работы крепи и массива на основе проведенного анализа экспериментальных данных были внесены следующие принципиальные изменения: устранена необходимость задания при расчетах нагрузок на

- 11 -

Графики уравнений равновесных состояний массива пород яв выработках,погашаемых за очистным забоем: а -для условий Кузбасса, Донбасса; б -для условий Мосбасса

Значения коэффициентов А1 И А8 для подготовительных выработок угольных шахт Мосбасса.

Таблица 1

Тип выработки Значения коэффициента А1

условия поддержания

легкие .средние . тяжелые

вне зонь вличниг в зоне ЕвдяИщ вне зонь ЁЛИЯШН В зоне ВЛИЯНИЯ вне зонь влияние В зйне. вияния

вскрывающие ЙЗЭ. 15 200.14, ■ 301.8

одиночные, охраняемые целиками £39.15 200.14 301.8

погашаемые за очистным забоем 202. Б 265.66 291.38 401,83 492.49 626.25

проводимые вприсечку к Выраб. простр. 260.7.8 246.16 ' 413.89 401.56 636.65 862.70

сохраняемые для повтори, использования . 202. В 255.66 29}.38 401,83 492.49 626.25

Таблица 2

Тип выработки Значение коэффициента ^

• • условия поддержания

легкие • • • ; средние тяжелые

вне зоны!в зоне ВЛИЯНИЯ|влияния вне зонь влияния В зоне Влияния вне зонь влияния в зоне вияния

вскрывающие • -ЗР.20 - -6.37 -2.75

одиночные, охраняемые целиками -30;20 ■ -6.37 -2. 75

погашаемые за ОЧИСТНЫМ ■ забоем -23.81 • 13. -17.42 -11.75 -14.10 -8.14

Р«8к выраб. простр. -23.39 .60 -18.80 —10.32 -11.78 -8.69*

сохраняемые для повтори, использования -23.81 13.28 , -17.42 -11.75 -14.10 -8.14

крепь и - коэффициентов отпора. С. этой_целью было получено выражение для определения величины модуля разгрузки массива как среднее его значение на малом интервале разгрузки:

* где и1.1 - величина перемещений контура выработки к началу г. -го этапа разгрузки массива; - величина оставшихся напряжений в массиве к началу 1 - го Этапа; 4(/1-1 - приращение перемещений на ¿Л-1У ом этапа.- Вместо нагрузок здесь задаются "снимаемые" напряжения, прикладываемые к контуру выработки и вызывавшие его перемещена!.

Разработанная методика расчета легла в основу программного обеспечения для ПЭВМ, совместимых о 1ВМ/РС. Она позволила автоматизировать процесс математического моделирования работы системы крепь-массив'с целью выявления особенностей взаимодействия. крепи о массивом ' пород и оценки несущей способности различных

типов креп«; . ........ ................. :.......

Благодаря введению разработанных алгоритмов прогнозирования смещений пород и нагрузок на крепь в САПР паспортов крепления подготовительных выработок была существенно усовершенствована методика выбора параметров крепи. Это достигнуто за счет того, что вместо однозначно заданных смещений пород, нагрузок на крепь и несущей способности крепи используются системы уравнений, опи-.. сывающих равновесные состояния массива и напряженно-деформированное состояние крепи при их совместном деформировании под - действием "снимаемых-" напряжений.-При этом рациональные параметры крепи' определяются в процессе многовариантного численного моделирования на ЭВМ равновесных состояний системы крепь-массив с учетом совокупного влияния горно-геологических, горнотехнических факторов • и деформационно-прочностных характеристик крепи и массива. За счет применения пошагового и итерационного методов задача решается в нелинейной постановке.

•На рис.3 в качестве примера приведена графическая интерпретация Фрагмента;, исследований взаимодействия , штрековых,. металлических крепей КМЛ-К4-3.25, КМП-К4-3. б'.' КМП-К4-4.1 и КМП-КПЛ-3.32 с массивом пород. Приведенный на рисунке график а, .являющийся чазтагграфика равновесных состояний массива,' ' описывается-урав-

(6)

■рением р=626.2-ехр(-8.14-и), полученным для тяжелых условий Ло-минцевского месторождения. Графиками 16,26.36 и 1в показан характер деформирования указанных крепей без учета срабатывания узлов ' податливости. Обозначения ; на ' графиках ' в еиде

1,2,3,...,1-1, 1, 1+1.....к соответствуют порядковым номерам

ступеней нагружения; места появления пластических шарниров показаны на графиках крестиками, где цифры перед скобками соответствуют порядковому'номеру ступени нагружения, а цифры в скобках -номерам сечений (схемы бив), в которых появились пластические аарипры. Точки.. обозначенные к-13. еоотватствуит установившемуся равновесию системы крепь-массив; р(1б). р(2б), р(3б)~ нагрузки на крепь при установившемся равновесии системы; ркр(]е)- критическая нагрузка на крепь. Как видим, по графику а. к моменту установки крепи напряжения р0 на контуре выработки составляют 626 кПа, а смещения контура ио=0. ц м. Кольцевая крепь КМП-К4-3.25, • нагружение которой показано графиком 16, работает в упругоплас-тическом режиме. Конечная нагрузка на эту крепь р(1б) составляет 369 кПа.. В области упруррх деформаций ее несущая способность не превышает 286 кПа. Смещения крепи при упругой работе составляют 0.021 м.. а при упруголластической - 0.065 м. Примерно такую ие несущую способность и перемещения в предельном состоянии имеет и крепь КМП-К4-3. 5 (график 2б). В упругой стадии ее несущая способность и перемещения выше, соответственно, на 19 и 47%. Особенностью кольцевой крепи КМП-К4-4.1 (график 36) является то. что она имеет одинаковую несущур способность р(360=405 кПа как в упругопластлческом, так и в упругом состоянии. Уровень нагрузки чее на 40 »--выше, Чей крепь 1Щ[ЬК4-3.25. Урругопластичес-ка. одатливость этой-.крепи составляет 0.0Е25 м. . а упругая -0.04 ¡.к Наиболее широко применяется в Мосбассе кольцевая крепь с

пологи^летнем КИП-ЙПЛ-З36,.„,однако,.....В.соответствии.<3 Графиком

1р, она Имеет существенно меньшур несущей способность по сравнению с рассмотренными выше Кольцевыми крепями ( р упругой стадии на 28 й, в уругогшстичвской - на 1б 55). наиболее слабым звено« этой крепи является пологий лежень, работа которого изображена

графики . , . ...... ...........

" Ь результата мо?нр заключу, что уровень нагрузки, воспринимаемой рассматриваемыми ктлпамн в упруголластической стадйи, кЬЛШётсй от ■ 79'да'400 кПа. При нёрвхояймостй"'прёДатвращбййя

пластических деформаций они должны бить сцабкены узлами податливости. имеющими сопротивленце от 130 до 670 кН. В зависимости от типа крепи. Однако сопротивление существующих конструкций узлов податливости обычно не превышает 125 КН. что соответствует предельной расчетной нагрузке 78 кДа. ■ В ¡этих условиях перемещения расмотреннда крепей возрастут до 0.29 н, что приведет к недопустимой потере сечения штреков еще до подхода очистного забоя. Отсюда следует швод. что сопротивление узлов податливости существующих крепей необходимо повышать, а в.зоне влияния очистного забоя следует применять спецальныз усиливающие крепи.

Как видим из приведенного Примера, ' предлагаемая методика позволяет проводить всесторонний анализ взаимодействия породных ' массивов' с крепями разнообразных конструкций и выбирать на этой основе рациональные параметры паспортов крапления подготовительных выработок.угольных шахт.

- ЗАКЛЮЧЕНИЕ !¡ ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Представленная диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится, новое решение задачи совершенствования методики прогнозирования нагрузок на крепь и смещений пород в подготовительных выработках уголыш шахт Ha основе применения обобщенных уравнений равновесных состояний массива, полученных путем статистической обработки вксперныенталънш данных, содержащихся в нормативных'Документах И литературных источниках, что нрзволяет при численном моделировании на ЭВМ рассматривать работу оийтевд крепь-массив в режиме вэа&мовлияющих да- . формаций с использованием принципа "снимаемых напряжений" И дзет возможность оа счет более- полного учета несущей способности массива выбирать' рациональные параметры крепи.

Основные результаты работы и выводи заключается- в следую-1 щем. . '• "

1. Мп различных способов окра,ны jí поддержания подготовительных выработок угч:jkux шахт ' путем Корреляционного анализа получены функциональные зависимости Нагрузок на крйпь и смешений 'пород от рлияющих Факторов: глубины заяодашп-ркрвбьткн.. прочности пород на скатге, угла залегания'Пород, направления выра-

ботки относительно простирания пород,, срока службы выработки, ширины охранных целиков, размера зоны опорного давления, времени ..влияния очистных, работ-и др. ..При этом рассмотрены вскрывающие выработки; одиночные подготовительные выработки, охраняемые целиками; выемочные штреки,'погашаемые за очистным забоем; штреки, сохраняемые для повторного Использования; Штреки, проводимые вприсечку к выработанному пространству.

... 2. Для всех, указанных в ПЛ. случаев полуиены уравнения равновесных состояний массива, ослабленного Выработкой, устанавливай®^ сцяз!П^дУ'"емещеШ!ЯШ пород"« реакцией:крепи. устайовле-" но, что в .общем случае эта связь выражается показательной функцией экспоненциального вида; а входящие в нее коэффициенты являются аналогичными фунпшями влияющих факторов. Получены формулы для определения коэффициентов • уравнений равновесных состояний через значения влияющих факторов.

3. Применительно к условиям подготовительных выработок получено выражение для определения модуля разгрузки массива, позволяющее моделировать -на ЭВМ совместную работу крепи-н пород на различных этапах их взаимодействия.

4. Разработан общий алгоритм и создан пакет прикладных программ для персональных ЭВМ, совместимых с IBM/PC, позволяющие производить многовариантные расчеты смещений пород и нагрузок на крепь в зависимости от влияющих факторов.

5. Усовершенствована методика автоматизированного расчета , крепи на ЭВМ за счет введения в нее в качестве -исходных данных,

вместо нагрузок, значений влияющих факторов и перехода от рас' четных схем "по заданным нагрузкам1* и "активным нагрузкам- к расчетной схем® "в режиме рзаимовлияредах деформаций". —

6. Разработаны прогаммные модули расчета нагрузок на крепь • « смещений пород в подготовительных,- выработках угольных^ шахт.

которые ц . виде . методики Переданы для использования институту ПНИУИ. а татее вошли составной частью в систему автоматизированного проектирования паспортов крепления подготовительных выработок, разработанную ранее в ТулПИ.

......основное: содершда диссертации' опубликовано в. следующих

работах: ' . ■

1 Uommrvn Л С TiininQima tmuoTnwi/imfl тт na^uai'UUV nvall vna-

• ^ i , t ibynui^iyij ^ I ,J1 1 JJ J »Щ.1, , ,4 tvMiui, ,

пи горных выработок /Подземная разработка тонких и средней мощ-

ности угольных пластов.- Тула. 1992.- С. 74-76.

2. Копылов д. Б. Характер разуплотнения пород вокруг выработок /Подземная разработка тонких' и средней мощности угольных пластов, - Тула, 1993.- С. 38-41.

3. Копылов А.Б. Особенности расчета крепей, взаимодействую' щих со слоем расширяющихся пород /Подземная разработка тонких и

средней мощности угольных пластов,- Тула. .1993.- С. 79-62.

4. Копылов А.Б. совершенствование"экспериментально-аналити~ . ческого метода оценки устойчивости горных выработок /Известия ТулГУ. Серия Экология и безопасность жизнедеятельности, ,вып. 2. 1995.

5. Копылов А. Б. Автоматизированный выбор параметров крепи -подготовительных выработок /Известия ТулГУ. Ci 'е-зопасность жизнедеятельности, вып. 2. -1995.