автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.04, диссертация на тему:Устойчивость подготовительных выработок угольных шахт в условиях больших глубин разработки

МИНИСТЕРСТВО ОКРПЭШШШЯ УКРАИНУ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГОРНАЯ АКАДЕМИЯ УКРЛШІН

РГ6 ОН

¿ (з і-., ¡Г; |Г;п~ На npaçax рукописи

РОЕІІКП Анатолий Николаевич

УСТОПЧНВОПТЬ ПОДГОЇОШШІШК ІПІГПІІОЖ УГÜilhliHli ШГЇХТ В УСЛОІіН-ЧХ ііольуих глуїімм разработки

Спзииалышсть ü:i,lh.0-1 - "'J.nxritoa н иол-їсяноі;

С і|(П!ІТї!і:НСТ!Н)" '

í'l !í T il i! F. О t. i1 :1 T

диісс|їТйііі,и ii-'i сьнсікшнв учаивА степян.»

_д íi : t r п ¡i •:> TñX!ttvif:t;(ü!í Hat;:;

Аіітніои.мгпг.ігі;

i

Диссертации предстанлгна ъ 4»■!рукин:.’»

Работа ьиполнена ь Гооуд-цл-тренн-ш I ирной академии . , Украины ,

На/чинЛ конс7л«.тант

аюд-'мик АМН Укрыт», докт. т»-хн. наук, П|ю<1«'1>сор ШГЩЮНКО АЛг-КСаНЯр 11*(КОЛси.*1;ИЧ

О^ицинлыи;^ опион-нти

Академик АГН Украиим,

дост. техн. наук, проф. Ппнью.ьскиИ Гл*'6 Станиславович

Дост. техн. наук, проф. Дружко Квтшй Горисовнч

■»

Дога. техн. наук • Клоков Иван Григорьевич

Еедуцеё предприятие

Донецкий научно-исследовательский угольный институт (ДонУПП

Уавдта диссертации состоится "р£9" ШАкЯля&Ь г. ч

на еаседании специализированного сокета ДО. Сб. оа в Государственной горной академии Украины (320087, г. Днепролет • ровск-27, пр. Карла Маркса, 19). .

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке академии.

" М/1Л 1995 г.

Автореферат разослан

Учений секретарь специализированного сонета,

-доктор технкчоских наук И. А. Оадопенко

Ч.

7

ОПШ ХПРПКТЕРИСТНКП РПБОГЫ .1 »•

Актуальность пройлени. Програина »^роконасстаСнпй реконструкции действующих и строп тел !»с тг’а нопкх вахт в Украине, обусловленная необходииостьв овеспечения до&ычм угля до 2000 г. на уровне 140-150 илн.т •< гол и доведением этоЛ-цифры к 200!3 г. до 15Я ылн.т, стапит перед ВПХТОСТрПИТСЛЯМН И ПРОИЗПОДСТВСШШКЛКИ ряд СЛОЕН«)! проблей, спязанннл с проведением, креплениен горних выработок и обеспеченней их устпйчипости п процесс эксплуатации. Основной причиной, приводяпей и потере устойчивости вмработок, является естоян-ный рост глубшш отработки угольных месторождений и, связанное с ЭТНЫ, услоанечич ГОрНО'ГеОЛОГИЧеСНИХ условий.

Опит строительства и зкеплчатанни глубоких вахт показывает, что п таких условиях не только интенгифипируктся г-:е известные проявления горного данления. но и характер их развития существенно отличается от уде известного.-

Несоответствие прнчеияемнх крепей и способов обеспечения устойчивости наработок характеру развития геокехлммческнх процессов привело и увеличении объемов ремонтах работ, связанних С"|»еОбХОД!1-ностьп поддержания гмработок в удовлетворительном состоянии: ИЗ ВСЙХ Поддсряиоаеынх вчработяч дефориированс более 5РХ, я так числе 2 О И находится в аварийном состоянии и около 3 тис. нм, т.е.

302 обь-'Л их протявенностн енегодно рсионтнруетсй, •

Изучение закономерностей дефоркчропания и раэрувечма прчкошур-ного пассива пород в окрестности выработок позволило установить, что й ряде случаеэ на бельких глубинах некоторое пидн проявлений горного давления происходят но в результате разупрочнения породного шссн^а, а являются следствие« потери из устойчивости равновесного состояния. Это позволило предложить новкй подход ¡< рассмотрения проАлеиы устой— чипости массива пород в окрестности в?/ре^отоя и рреенк» задач по их креплений и охрянс. та« как по.цдервание выработок в рабочем состоянии по ЙНОГПИ злвиент от степени соответствия критериев, принят:)» при расчете пардкетроз состояния породного иассиза, характер« Развития п пек г^оируаннческих процессов. 4

Следооатр/ьно, челслъзовлнке иопого подхода, основанного* шь на понатки прочяпеш поролнего массива, а на понятии устойчивости его равновесного состояния при «.»учении епоЯпшостеЯ развития гео*ехлнн~ ческих прш;г>тг?п в окрестности гяр-'боток и разработка на згой иснсве притер-<со оцо1нм! устойчивости прккогпцрирго уасекка, яэлдекд рапной

ИЛ и'1 ¡10 - I "с;л , >;■. Ь. О Т С *> -. Г. О"., ’ (V г ^ ’’ 1.1; ^Г!

.4. ' - г г тг-л г::т-л^1 ч о^срсий!!.«:! усто^чмг-лггч гпрну>; ячпл-

Лот НО !*■ п »»;<- г

Исследоиапия ишнь.,шиы и пайках 1шле«ой КОШ1ЛСИС1ШЙ uiраслеии программы PH.lI.OQl'"Совгриенстнопание технической базы топливноэнергетического комплекса и повышение -^{¡активности использования знергсресурсов (Энсргокомплекс), утвержденной Постановлением N 3 Госплана УССР от 28,01.19Н1 г, и Постановлением правительства УССР

Целью работы является научное обоснование, разработка и практ ческое применение средств и способои обеспечения и прогнозирования устойчивости протякешшх горних вирлботок, располокеннкх в неоднородной порокнок массиве на больиих глубинах.

, Основная идея работ« заключается в использовании закономерностей демаркирования неоднородного породного массива и окрестности выработок глубокого заложения при разработке средств и способов обеспечения их устойчивости.

Метода . следований. Поставленная в диссертационной работе це достигнута путей применения комплексного подхода к выполнению иссл дования, включающего анализ и обобщение литературних данных и опят крепления горных выработок, аналитически« исследования напрякенно-дефориированлего состоянии прииснтурного массива пород и процесса потери им устойчивости, лабораторное н натурное изучение развития геоиеханических процессов в окрестности горной выработки. Аналитические исследования выполнены с привлечением методов механики подзем пик сооружений, неханикн твердого дс, jp'-'ipyenoro тела, строительной механики, теории упругости и пластичности. Лабораторные исследования - с использованием’ полевений теории подобия.

Научнее положения, защищаемые в диссертации:

, - затраты средств на поддержание выработок глубоких угольных шахт находится в экспоненциальной зависимости от ковплексного показателя устойчивости 0 (0 ~ уИ/¿>с* ).при этой значениям показате;

0 <0,14 соответствует устойчивое состояние выработок, при

0,22 <; 0 < 0,14 - область повнвенних давлений на ¡;репь при устойч» вык породах; почвы ч значениям показателя 0 > 0,22 - область потер» устойчивости пород почвы;

- основных фактором, определявший структуру и объем реМОНТНЫ) работ в горных выработках, расположенных вне зоны влияния очистны) работ, является нелинейно зависящий' от комплексного показателя Q размер зояы неупругих деформаций (31UJ)V : при г,, <1,2 - практически не требуется выполнения ремонтных работ, при 1,2 $l\,i 1.6 • необходимо выполнять ремонт и перекрепление выработок и при Гь> ! необходиио выполнять перекрепление и подоывку пород почвы;

- в двухслойных комбинированных крепях горных выработок наличие иевслоевого контакта ’"лородойетон-порода" приводит к существе] ноиц (до 50Х) снивешш,. тангенциальных напряиений на внутренней koi

■ури и ншшпинип несущей способности коне к р у к и и и и 1,5 2,0 раза;

- явление вспучивания почвы горной выработки. расположенной и

(соднородиой. жестко деформируемой по,одной среди, ЯВЛЯЕТСЯ результатом потери уирцго-пяастичсс!?ой устойчивости прикомтурным кассипом; 1ачплу процесса вспучинлн;:я соотвптстяугт критический радиус зоны юупругих деформаций ( ), определяемый выражением £у 1< (л.,,» <]3Г*)*

г 1п г"(г’г-1)*2 = 0, где £к, и к0 механические константы неродной' :реды. _ '

* вспучивание слоистой почвы горних выработок происходит о юзультате потери слоями упругой устойчивости и переходом их от ис-;одных равновесных форм к скеямим;.при это» критическая величина :янма£цих усилий нелинейно зависит о' величина начальной погийи

(1)0 и коэффициента сцепления кряду слоями К .

Обоснованность и достоверность научных поповский, выводов и |СКо«ендаций подтвервддется карре'Р.тностьп поставленных пддач> ис-шльзованием апробированных методов механики подземных сооружений I механики твердых деформируемых тел, Фундаментальных положений еории упругости и пластичности; удовлетворительней (до Ю-15Х) сходностью результатов аналитических, лабораторных и натурных и.сслгдп-аиий; достаточной апробацией научных яолпвений и выводов работы; 1спезны« внедрение« результатов о практику сооругения горных выря-¡оток.

Научная новизна работы заключается в следувчем;

- в новой постановке регена упруго-пластическая задача о разхе-ах зоны нсупругих деформаций вокруг наработки; ка основе предлог,ен-ой завксккости для радиуса зонм неупругих деформаций, а таксе ана-иза затрат на поддержание выработок показана возможность прогно-ироьания структуры и объемен ремонтных работ в горных выработках;

- впервые исследовано нзпрякенно-дефорхированиое состояние кок-

инированной крепи типа ЙНТ (арка+на0ризг0етс|н4гакпонож), редставлящей собой двухслойную толстсстенкуп конструкция нскруго-ого очертания, что позволило установить степень влияния иежслоевого антакта "породобстон-порода" на несусуа способность крспн; .

- разработана инженерная методика расчета*ксубинировлиной крепп НТ, работавшей с иппользоранием несуцей способности приконтурного асснва пород, позволявшая оперативно производить вноор рациональных араметрое крепи для хлнкргтпмх горн-о-геологичйских условий;

- впервые исследочгн процесс потери устойчивости структурно неод-г ородного породного массива о окрестности протяяенной выработки с спользовамием фактических законоугрностеА де&орккромння порох, за поделок прочности; полученное в «рвение для критического радиуса

оны неупрцгин деформаций позволяет нл стадии проектирования вира-

ботки прогнозировать возиояность вспучинанио порпд почвы;

- разработан новый полкой к оценке'возкакноетн вспучивания слоистой почвы горкой наработки, отличавшийся использованием критерий, основанного не на понятии прочности слоистой почвы, а на понятии устойчивости ос равновесного состояния; полученные зависимости позволяют оценить возможность вспучивания слоистых пород почвы при различной сочетании провоцирувцих пучение факторов.

Практическое значение работы:

- предлоиена методика определения параметров крепи типа АНТ, позволявшая учитывать влианис основных геологических и горнотехнических флктароо: методика доведена до- кнаеиерного уровня и даст возков ность оперативно производить выбор рациональных параыетров крепи;.

- при внедрении крепи АНТ в-различных гогжо-галогических услови-

ях отрасотаны рациональные конструктивнее и технологически:? ее параметры, позволяяниа обеспечить устойчивость выработок в течение все'’-го срока их эксплуатации; .

- выполнено конплекснор исследован е аплении вспучивания пород

почвы в протяженных горних выработках, расположенных на больвой глубине, позэвливзйе установить новые закономерности и особенности в развитии зтаго процесса; - ...

- разработан новый подход к интерпретировании явлений вспучивания, эакдвчаякийся в тол, что процесс пучения рассматривался не как результат потери прочисти породами почв«, а как потеря ими устойчивости равновесного состоянии. Зто позволило предложить новый критерии для оценки зозыохности вспучивания пород;

- вахтиая проверка иероприятий, направленных на сниисние интенсивности пучеыиа, позволила отработать параметры предлагаемы/, способов, а такие оценить работоспособность их в ноикрвтинх горногеодв-гичсских условиях.

Реализация результатов исследований:

-■ на вахтах Луганской и Дйцной областей комбинированной крепью •тала АНТ чакрепла.чк десятки килокетроя горных выработок различного назначения-. Это позволило обеспечить устойчивость внрзботок, сократить СрО.'.Н ИХ СС 'руяенйй, сэкономить 'строде^нцнтные строительны^ «атерлэл» к получить сучесгвен.чий экономический аффект;

, методика рзечвга основных параметров крепи АНТ внедрена при . разработке ревоаекдаииб для заибиа йонолитннх «втоляобстонннх крепей ::а койбинировмняя йНТ в околостислышх доорад горизонтов 700 и OOí .i*' _ иахтй "r¿-p5.;.j Г’ -;с«бинага "Лугаишпмтоитрой", Это позволило

СГ/.{:УП71- it 1.:-: > rpO"Ter>CTi2 : СГ’О^СТ&ПЛЫШ ДВОрОО I: СЗЙОНОЙИГЬ

О«':, ^ У он;-: jívu.v. ¡.;рв;ш; '

- на основании обобщенна половитвльного опита применении кропа липа ЙНТ были разработаны техническое задание на' коибинированку® крепь, проект крепей типа ЛИТ, а такие оаздел “Комбинированная крепь" к Руководству по проектировании !] применении крепе А капи-' талыш горних наработок ;

' - на вахтах "Пелозерскаэ“ к кн.РККА ПО "Добропольеуголь“ на участках выработок обяей длиной 130 м пыпотна »кеперикеитальнаа проперкл мероприятий по предотвращении пучения пород почзи, я результате чего отработаны параметр» предлагаем«« способов и диапазон горно-геологических условий, п которых целесообразно применение спо-соГиш. „

Осноонае результаты нацчннх исследований используптся в учебкой процессе при изучении студентами специальности 05С4 "Уахтное строительство" курса “Неханика пг.дзекммх сооружений, конструкции и расчет крепи",

Апробация работы. Основное полонення д/ссертзшш докладырались н обсуждались на Ьсесоязннх семинарах по исследовании горного давления и способов охран!/ капитадьнмя и подготовительных экдаботок ( Новосибирск,1978,1980, Якутск, 1Г’2), но республиканской научно-технической конференции :.:олодих ученых и специалистов ( Оороаиловгрлд. 197:1) , на ЯП Все С' ‘той конференция по иехл-ннн« горных порог, ( Днепропетровск, 1381) , на илучно-гехинчр--скон сонете институт« ВНиИОЫЙС (. Харьков, 1378, 1879, 1980), ил техмико-зконоштскон созета комбината "Вороаиловгрлдвахтосгроа"

I й^роаилопград. 1Э77, 1973), на семинаре кафедры с троя те.и г. «Л аахг и подзечи«« сооружений КГИй ( Коакцнарск, 1988), на сойе^зкин уцчшх и специалистов по вопросу креплен*«! к охрана горних выработок ( Павлоград, 19ЭЗ ) , на объгдкнгкном семинаре каоедрн строительства вахт и псдяе»ннх соордязнай ГГйУ (-Даепропвтропск, 1983, 1391, 1934, 1393 ). л

Публикации, Оснопныв положения диссертационной работ« опуйля-копаны 8 31 "статье.

Объем и структура рдботн, Диссер'гациошш*рг£ота состоит па вврдеиип, вести глав7’"за>,.л*чс!|на, списка лятературы из 23Л наичсиа-ряний и приложений. Изложена ил страницах «а*инопкснсг(Т тек-сто, содеряит 81 рисунок и 19 Таблиц.

Работ« выполнена на кафедре строительства иачт и лодзекннк сооружений Гос\щарствеинай горной лкадекчи Украину.

Автор внрааает искренние благодарность академику АНН Украины, доктору технических наук, профессору Л.ИЛ’аченкй за постоянное рни~ мание н многолетняя помочь при выполнении исследований, ,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЯПНИЕ РАБОТЫ

Постоянный рост глубины отработки угольных местороидений поставил перра, производственниками ряд слоеных задач, связанных с обе спечением необходимого уровня добычи угла и обусловленных значитель ным услоинениеы горнс-геологических условий. Опыт строительства н эксплуатации горных предприятий в таких условиях показал, что обеспечить долгсвреиеннуп устойчипость выработок на больыих глубинах довольно словно, • '

Применение дорогих, ыатериалоекких крепей, обладавиих высокой несуцей способностьи, не всегда являлось эффективный мероприятием,

о чех свидетельствует состояние выработок и рг-ст затрат, связанных с их сооружением и лоддераанием, Об*ее состояние выработок на вахтах Украины в настоящее время характеризуется следующими показателями: всего деформировано выработок - 50/!, в той числе стволов 1 32*. околоствольных дворов - 432, основных горизонтальних выработок - 502, сопряжений - 6?2, подготові гольных пыработок различного гида и назначения - 732. ¿толь неудовлетворительное полоиение с обеспеченней устойчивости выработок привело к необходимости поиска новых, нетрадиционных регений в части крепления и охрани горных вы-раоотак,

Обкеигтсстними являются исследования ы зтом направлении таких ученых, как Баклаеов .Й,. Булычев Н.С.. Глувко В.Т.. Друяко Е.6.. Заславский Й.З., Картозиа 6.А., Косков И.Г., Копелев К,0,, Лнберкаи

і.М., Литвинский Г,Г., Максимов Й.П., Парчевскнй /1.3., Пиньковский Г,С., Сонин С.Д., Усаченко Б,М., Черняі: И.Л., Вавенко Й.Н. и др.

Многолетний опыт работы позволил накопить ученый и производственникам значительный палокителмшй опит в этом направлении. ■ Так, наряду с применением различного вида подпорных крепей,нирское распространение получило использование несицей способности прикон-т^рного породного масива, эффективные способы охрани выработок. Однако, анализируя ситуации с состоянием и затратами на паддеряание выработок,проблему обеспечения их устойчивости нельзя считать ревенной.

I Изучение причин такого полоаення показало, что, наряду с услоя-н2«і(нмиса гооно-геологическиии условия««, одним из основных влиявцих факторов является несоответствие применяемых сродстя и способов креплений и охрани выработок на больших глубинах характеру проявления горного давлення, отличалцегоси от такового на средних и имдых глубинах* 9то‘приведо-к резкому росту затрат на поддермание варабо-тойв условных больших глубин. На рис,1 приведен график эависнмост» затрат, связанных с реиоитом и поддеріаннек выработок, от комплек-

-9-

сного показатпля устойчивости 8 = 6са/]11

Как видно нз графика, есть несколько обдастеЛ, в которих условия поддср-яаниа пнработок существенно отличается др иг от яруга;

область 1, где значение параметра 8< Л, 14 соот-петствует "малин" и "средний" глубина», дда крепления пркиеняптся типопве крспн и процесс поддершшя выработок заключается а пополнении профилактически« мероприятий,

С переходе» горник'работ на болмме глубины ситуация с обеспеченней цс-тейчипоста выработок резко иен*ется я худву* сторонц и условия их подвергания могут формироваться по двца направления!!, Ъ перрон случае окру;:г.пзпе наработку породи после им ойнпкеная склони:; и инт&н--сианочу рзсслоенг.а п кро.ч-ле г. боках Еч/рзйотки, создание ловгоенмогэ давленая РЛ креп'), часгнчипку пел полнсиц пе разрчкенкт Почоз 1шрабог!(и при эти остается устойчясЪйд Процесс поддерраика связан с необходимость!) йкпалнемия реиингов крепч, чдетячиин ИДЯ ' полнк» перекреплен'!«;! участков вяработки. Зит; еоегоянив соответствуй область 11 на рис. 1 н ам.т«,'ння кпмплакстго показателя

0,22 ^ 0 с 0,14. Наличие пьдвг.ги С сиидетчльстпцет о з>пчктяльпо* ихцдьснии *|слот;Л поддеркатся вчрлбоюк глубоких угольлях <-••*!)<г. Лрн-■п:ноЛ сто ¡и* сш’" )[ч:мп)1!’ (лн;.: :<а*;шг ль.гл:: I ./л р^зг’..-: ::чи::;сг.;;,.:п~ и;::; г ит ..•■г л нл I ч .т.. н. 'мм,

Чг'-Г,'*, С ¡.л ^-.-Л г Л. < ^ Г. У-' * (Л-

ТрЛ 0 :* 0,,7.

~dC~ :

Анализируй записимость, прииеденнцп на рис. І, иоано заовчить, что с переходом горних работ на Оольвни глубини глзникает две проо-лсии. связанный с обеспеченней устойчивости гшработок: 1- обеспечение ijcroftwv ¡ості! выработок при наличии непучацнх пород почвы (область II) и 2- борьба с пучение и пород почвы (область ЕЛ.

Исходя ия такого подхода к постановко 'проблеми обеспечения устойчивости горних пнработок в условиях болыаих глубин в диссертационной paño те непйходиио (¡ила роиить следуячие задачи:

1, Изучить особенное ту; развития геоыеханических процессов в

окрестности протяіенной горной пырайотки, располосенной на большой глубина, и определять на этой основе иеличину нагрузки на крепь и ей податливость, • '

2,- Иег.ледпяать нлпряиенно-деоориирпвлтюе состояние комбинированной окреп«, работаьцей с использованием несущей способности пг^и-контурксго породного иассина, на основании чего разработать книс-нернув методику расчета этой крепи.

3, Исследовать процес^, потерн устиїічиннети однородной почьи гормнх выработок на основании использования фактических закономерностей разрушения горну» пород за пределов их прочности.

Вішішшь комплексное исследование процесса лучения слоистой почвы герних выработок, па осноизнии чего сформировать аатеиа-тйчеекчв и физическую, .иодели явления вспучивания,

3. Внполнить кахтнуи проверку преяловшшх средств и способов обеспечения устойчивости горних виработок, располовенных в тякелмх гирнс-*-« магических условиях больвнх глубин,

Определение йелкчиии горного давлений на крепь выработки* чрезвычайно Еаянал и доволмю слогнаа задача. Среди су«ествуяяих в настоящее врем иетодов определении давления нет простих к надев-пих, которые давали бы удовлетворительные результати для различии;: горно-гй ологических условий Все это значительно затрудняет процесс проектирования горних виработок в ьтюра ь^ектианых конструкций крепай. .

. Анализ наиболее распространении« гипотез по определении величина roimorn давлечиа показав, что подавлявшее большинство из них предполагает связь величину давления с разиераии зоны чіеупругкі; де-форадцвА, обраэукцейся вокруг выработки. Такой .подход является наиболее їіразозершш, поскольку он учитывает характер развитие геиаи-

ЗДПИЧЭСГИ? npouefcntl r¡ ОКСОСТИОСТИ BL'pnfiOt ЯК, COf>Cflnjíflai!S».HftC« O'v,

psrxmiii"!:! 311$ К fO!'!i:!,rin;,aH,;s :iarpjpK>* гл rtp'lib.

! ikyo;;;; ия т:-,;тЬЛ ппе'ггг:-;);,',! Ьиг.',. питчлпм:.! c:'Gp. fifioG--.fi ■■■. \< аіи'ілкз и і^,''ч^.--тг.:-сіг:чзг>:с:.'! л;ггсрагурс: св(*дєіґ„й і. Q^n::-

4ícic;:k рмпер-к 3!1Д гйкруг ::урайй j о і; и пол чч,.нй даилічмк ка і ;г и пъ.

Несоответствие вес ■ пород в пределах ЛИД фактической величине .нагрузки на ирепь^юзполило сделать в^вод, что давление на крег.'о создаст не всс породи в пределах ЗНД. а*иш> какая-то их часть.

Тапии образом, задача определенна величин:,! давления на крепь до лена заключаться в последовательном ренрнии двух взаимосвязанная задач - определения размеров ЗНД вокруг выработки, а такие установления размеров топ части пород а пределах это ft зона, где массив в максимальной степени разручен, разрихлонные породу потеряли сцепление, отделились ОТ выяклеяэдня пород !! СВОИМ В S С О !1 создаат давлений на крепь.

8 процессе ревениз укаэашшх задач бчло установлено, что на расчетную величину давления существенное влияние оказчваст угол внутреннего трения пород р у. если его.величина принята без достаточного обоснования, расчет давления на крепь лрактнчеекк теряет с мае л, поскольку поличаекис значения давлений voryt гнаться в очень бользих пределах. Простсйвя>; расчет» г испяль«з= .>шеа *ор;;улк Либериана И.Я. показмвазт, что когда угол о примят в интервале 10-30° н одинаковым для обеих зон С упрцгоЛ к ноупругой), величина давления на крепь изменяете;: от 190 >о 2130 кН/ к2. Заполнение расчетов, кроме этого, сэязано со сложностями з установлен!:« f.txr:s>:s-ских значений угла jo для пород упруго области, а отличие от которого значение угла внутреннего трепня для пород рпзругеш»«,- па-теразвих сцепление, характеризуется стабильностью » ом для Яоль-кинства пород н енпучил «атериало» равен 35-ЮС‘. .

Учитывая 9то,пр»дстапл5стсл целесообразны* всйдзчйть кз расчг-тон значение угла р для пород упругой области. ’

С использованием такого подхода, а та;;« полученной Л.Я.Парчгя--сш'.и и Л.Н.Влземко зависимости для угла внутреннего трения пород упругой области, Сила поставлена я рокена задача о разчерлк nous ие-упругих десорхаиий и получено вяразеппе %r.s епрсделтп безраэидрипб ввлпчинч радиуса ЛНД:

21Н - 1Г2|*Нйсж ,7,

Г’

■¿Ъ'.Нр 3

СП

' ' ' ? Р '

.. от

гг.': ct••• : Р- угол ппутреннсге трения поре-, рлзрч -пт»:: ,>л эс«ч;

¿с!( (1- предел прочности пород нз г-ати.? в Ч.ЧСС!«!)е; р - >'.-пор ::рсн.*!.

Оснопипаясь на исходной продпоенлнк о тон, что д-зпяен«е ил крепь выработки соэдлвт ня все породи я пределах ЗНД, а л.“вь качая-то их • часть, били епбранч и проанализированы дачпхе, полученное W!<orov«c-ленннмн учешшк при исследовании структ^рк и состояния пород по глубине зон:» неупругих деформация, )>аоачтгр изменения изучавших параметров (K(t3®fM4t'CMT рлгрМХЛСНПЯ пород, и» смеценнс, модуль Рига,

скорость распространении продольных ультразвуковых поли к др.) по глубине зсни позволил сделать ьипод. что с пределах ЗНД существует две области, свойства пород в который резко отличаатсс друг от друга. В перво«: области значения изиврвеицх параметров резко иеняптсп с удаленней от.контура гшрагтткн, а по второй они претерпевает незначительные изменения по нерв удаления от контура, приблика^сь к значекияи параметров неразрушенного массива. Естественна предполо-аять, что такое резкое изволение значений измеряемых парацетроп в 1-Я области обусловлено агрегатный состояние« разрусенннх пород, которые I' иаксииальной’ степени разрнхленн, потеряли сцеплении и, подобно сыпучей среде, своиу иесон создаст давление на крепь. Разиер этой области составляет 25-30^ от разиера всеЛ ЗНД, что позволило предложить длз определенна’ величина давление не. крепь выработки о условиях больвих глубин следупвув зависимость:

Р - О.ЗГГ0

....2 Р.

Усі •' ■*

(2)

• от

где Г0 - радиус выработки.

Вшшнешше расчета показали, что величина давлений, полученное с использование« зависимости (2), ниевт хороеув сходимость с данники о «фактических его зкаченнак, полученный пут: кахтпих измерений и иивлцнхсв в научно-технической литературе.

Ревоние перг.ий задачи исследований, виполнаеыих в настояцеО работе, позволяло установить е?,е одну интерескуа закономерность. іінзлнз графика зазкскиост»; г = Г с 0), где 0 - комплексный показатель устойчивости, построенного с использованием оориули (і), показал, что размер ЗНД к Ьатрати на поддеримкче выработок (см.рис,1 і яие»т одинаковая характер зависимости от параметра 0 . Зто позволило сделать вивод о тої:, что разиер ЗНД ¡¿оісг бить принят в качестве основного фактора при прогнозировании объема и структури ремонтинх рлТот, свбзаинкх с поддермнкеи ішрабо.мк на Содьких глубинах: при Г < 1,2, что соответствует области 1 на рис. 1, рештше работи практически выполнять нот необкоднуасти; при 1,2 <гв< 1,6 необходимо выполнение ргвонтния работ с ч личный пли полный перекрегь.е-нига участнез'вкрайоток (область П на рис.1) и при V > 1.6 - кроме сітиочйнння вііііє работ иеобходиво йнполнать подрквкц пород почои (обійсть В), •

' г Разработка г$$си71»в1шк ергдета в способов обеспечения устойчи-орсііи_ горивя вараб&ток ь условия:? Сольвих глубин при наличии непу-ча^>: пород іточба осуг,астса.гдась, с цчетав накопленного опита п зюа штраалеїш. Изучение и анализ этого опата показали, что наиболее работоспособными ркозались обладавшие высокой несуяей способностью

ограниченно-пидатлипке крепи. U сили освоенностей своей конструкции, и технологии подведения такие крепи позтниит пассиву пород реализовать оснопнув .часть своих сиецений, ограничить которые не п состоянии практически никакая крепь, а затем, стлновясь на "аосткий" реями работу н обладая внеокей несущей способностью, предотвращает дальнейвее развитие ЗНД. обеспечивая равновесие система "крепь-массив" .

Оценка особенностей различии* видов таких крепей позволила сделать вывод, что и условиях больвих г;.\ібнн необходим ориентироваться на прішкнпннп крепей, ипюльзуїзих иесу^уп способность при-кошурнрго массива пород. Однин из позиокнах вариантов ревенип проблемы крепления оирайоток на Оильиих глубинах при нспучавнх породах почв и ио*пт бигь применение комбинированной крепи АНТ, пр;д-стаэляяцей собой рациональное сочетанно кетліличсской арочнпЛ податливой крепи из СЙП. набризгбетонного покритим по поверхности крепи и неараиного ограждения и таыпопав* лзкрешюго пространства, После запернения процесса возведения нрепь'ПНТ ыовио расскатрмпть как 3-х>элеие1пнуп конструкция: 1-А элеиент - подпорная крепь из СВП и два несугмх слои - эзвонпличсииэы о закрепноа пространстве .забутовка и скрепленная тавпенагнаа растворов приконтурная тре!»ико-ватая зона.

Для достизгния ыаксиалльного зрфента при креплении вирабпточ крепьк ПИТ необходимо нvєть простуа и нздскнус кстодику расчета ее параметров, Ииегимеся методики расчета нногослой.чих крепсА разработаны, в основном. для стволов или горизонтальних выработок круглого поперечного сечения, что не является характерный для горизонтальних и наклонных горных виработок. Исследопаме кногосло'кюЯ конструкции арочной ¡уоруи нииса не яиполиялось, н еэгги с чек ргг.«!-«не этой задачи имеет вавное научное и пра;иичзечол эмачениз.

Для исследования иапряяенчо-деформирорлнчогп состояния KPtT.i;

АНТ била выбрана с? расчетная схема. При этпз учи>::плл:сь аепбеш;*.*

сти развития геоиехашп-чких процгссоч я ок{>естквст:» пнргбогки,

особенности KOi'CTpytüh:’ ;i териологии ¡»са’здешю I: ре:;ультг-

тп крепі« ЛИТ расг’іогр»!!гі.чась кпч .?■.-• г.лоЛш>Л тслетогтптА ппг.гч::-лиидр, лемсиЯ чі зягт«м-< г< нсуопп.ч и -•агрч'.гмчгЛ пз !*лрч’?- ччя и т; .. п: с г j ;; ‘¡¡г :i¡v.n : с' l и о Л ¡: ¡ь ч n: • г р ьт г-, а5':;. ? :í”rr.n:

Ті'-- Р 1 Г. *' >. v . ;і ■ v ' "ТС’ ч Г‘'-Ік . ‘ ■: ;!Г'Гр:,\- .

í. .І Г1 ■■-= '—'-44(1!' Г -“!«*-1! •¡■:"\.V;a 'МіЛ'іііи' í'tf'.C ¡-П ПО'НГ rV' -

еанив иапривенно-дефоринрованного состоания 2-х-слойной крепи нвкчу-гового очертания, о результате чего получены зависимости для iianju-оений и перемещений D любой точке конструкции. Порученные зависимости, иассте с результатам лабораторних и захтнмх исследований, послужили основой для расчета крепи АНТ на 3htf. Результаты расчета, а такие с-ориула (2) позволили построить ноиограмку, с использованием которой мсішо определять рациональные параметры комбинированной крепи АКТ приьенительно к различна* условиях ее применений.

йноголзтний полпхительиий опит внедрения крепи АНТ в выработках различного назначения позволил заклечигь, что проолева обеспечений устойчивости горных выработок в условиях Рольних глубин и нспу-4as¡itx пород почни кокет бить реяена путем применения крепи АНТ кдк других крепей, сходмак с указанной по конструкция н принципу работы.

Гораздо болас слоіііой оказалась проблем борьбы с пучениси пород почва о горних выработках. Несмотря на то, что зто один из с "мак распространенных видов проявления горного давлення, змект вспучивания пород п подзеинкх выработках до сих пор наименее изучен. Слов-постг. npoörsMu пучения hg мюзналила до си:< пор найти эффективных ин-век'грнык решений, которые Су удовлетворяли требованиям горнпдобыва-ESiCÄ отрасли,

Соярсизнпне способу борьби с пучеииеа пород весьиа разнообразии, но, и согаленнв, нередко імлозедектиани. что ввдаетсе следствий* противоречивого,<>а иногда і! неправильного трактований иеха-яизка-этого йвлйнйз. Изученной проблема пучения порад почвы запинались многие учение, среди каторих следует отметить работы Белова ЬХ. Белозовича И.О., Бондаренко А.П., Глунко В.Т.. Город-нпчгва ЬХ, Гурдуса Й.В., Давыдова С.С,, Заславского Ь X .Коиелеиа К.В.,Дитой!іского Г .Г.. Лыткина В.П., Каксивоса , Ррпсиейта К-.В,, Сироватко И.С,, Циабарсвича ПХ, Черпака И;Л,, їейхета Й,Н, и др. Исследойгжяа указзнвих учиих позволили глубоко изучить иехамкз« едения пучения, оценить в..иян«е различай» факторор на развитие ьтого процесса, предложить ряд коикратнмх игр борьб« с ниа. Однак»,

¡rer.UfíTpit tía ьто, говорить О ПОЛНОЙ ЯСНОСТИ В ТРАКТОВКИ 6ВЛЄІІН8

оспучиьипия пород нельзя, что оодїіг задается наличной иногочке/ imux. вэоездоз ил улйическуй сушіосіь «вярлиші неоднозначной оценкой степе ш? бяияиг-я различна» факторам, л гласное, отсутг.твиеи падеяних H!i,v‘t!cpuuK еісеєіпі« во борьб* с пучjiüietí, Поэтому дашшйвес ИССАЄДО.-buhw кехаг.ич«'і лучения и разработка на st ой основе иероиркятпй по пог.паеннл остобчк'юстн ьнгЫотек о «іслав;:лк шршімх пород прелг-а!»-

/ " :7 с. fjp.v ,;П;\ ¡'a;flH'J--T¡jXH¡¡'WCl¡yil IiprH'í'lit'l).

;ч п.’Г ?:!;■ V; ¡.Г. С И ДОПт’Н.' - ;¡íí рг'И;Сь ,ї 1 ¡'Mí-'iííK'UI^

V-i rcJ;-¡0J;,;::/¡ f¡, H ДЬніЄГІКП , KaTüpüt. М.ЗГЩРСС ВПН/і,-,.',!:

- <5"~

пия пород почоы считал результатом потерн устойчивости упругоплпсти-ческого равнопеси.у приконтурного млссча. Несмотря на то, что п'ред-лояснний подход является нош/м п иэученчм явления пучения, ом требует дальнейчего .развития, поскольку нзссип рассматривался структурно однородна», что не характерно ДЛЯ уГЛСВНСКаВЧИХ горных пород.

В реальных услониах породнмй массив по яияяется изотропной, однородной средой, п сплзи г. чем соперлснстпованке предлоеекного'подхода к интерпретации механизма вспучивания .пли струг,турни меодиородних, слоистих пород является паяной задачей.

Исхода из осиоиноЛ предпоенлкк, что породила среда в окрестности внраОоткн депортируется ясстко и является структурно неоднородной; более реальной будет модель пучения, отравляет особенности такого дефориирозания: разупрочнение и функционально связанное с мяк разрыхление в пластической области. Задачей исследования, вм-полнетшк в настозпей работе, было определение такого критического значения глубин» И" и соответстнувпнн ей критических значений радиуса области пластических деформаций г* я смешений на контуре заработки Н*. при которых начинается процесс яидапликанк.я. п

Принимая о качестве оснонного V'лопня то пояокение, что поле напрзвений и' перемещений вокруг вкрлйотки характеризуется наличкеа основного нсвоэиуаеииого поля и дсполт,,!пы1ого, позникаичега вследствие вудпплипаикя пород почки,и которое иалоаится на основное, ревение задачи сводилось и опрсдслснич осех составляеяих пеирягелие-дебппмиропаипого состоянии к пос*?ду>чгго су^чкропзния их г,.* я упру- ' гоа и пллстгнвсхоЛ областей.

Конпомгнтч певозиуаенного напразенно-дероройровзнного состояния а упругой и пластической областях определялись изве-епти ¡м^смяо-

СТЯЙИ.

Получение вырзяений для напрачений и ясренепени* боэндоекнога

СОСТОЯНИЯ ОСЦЗеСТПЛЯЛОСЬ С непользеплнлег» СУ1;КЧИН СМИ.ЧЙНКЯ прочности породной среди в окрестности оиработки, йКСГ?5ей'рЯД:

6/60 - f (г) = А (1 - у'г ) , (3)

где !\ ~ Г?<г’-1) 1 ; К1 -иэненоягаяса в пластической области прочность на одноосное скатив, л тйкяс зависимости не иду едпицнеЛ

разупрочнения (3) и функцией разрыхления;

' _ , б/бп - 1 ~еу /ёГ" » (4)

где £ - максимальное увеличение объема в условиях одноосного

счатия; е - текучее значение этой величины. .

В результате решения постепенной задачи получено внраяенко для определения критического радиуса области пластических деформаций

г* :

8vka(a + Ji)UM-"L(r^ - 1) • 2 - 0 ,

V, г’?*г і '*'3 где ct* 1,1*0,85с Ul г*)’; ß = (Т^7Г)ї * ;^UF*-:V; к0 - коэффициент, учитывавший остаточні)«! прочность на контуре выработки.

Быраяемие (5) позволяет оценить позношюсть вспучивания пород почвы о горних пиработках на стадии их проектирования.

Вланыа эталон в развитии коделей, описывавших яилсние пучеиия, стало исследование устойчивости слоистой почни горной выработки. Впервые при математической моделировании процесса пил использован критерий, осиоваииий »с на понатии прочности слоистой почвы, а hü понятии устойчивости ке равновесного состояний. Таной подход 6им принят исхода из следувцих сопбравений.

Г,под выработки является конструкцией cautmoj. ’.ервиваочейса, поскольку его форна такова, что иапрявеиия d пси в процессе дефорын-ронанкя всегда оставтса свикаозиии. Почва её ведет себя иначе. С ?с-чвиизх времени наблюдаете« ее искривление в сторону выработки, соп-росовдаачееся выдавливанием породных с.-тсв, что повет привести и появления зон растягивавших Аапрявений. Слоистая структура пород почви моает славить причиной отрыва верхнего слоя от пассива и интенсивного его изгиба с сторону выработки. Способствуем отрину верхнего слов сикздвзно усклиа со сторона боковых пород, а такие вцдавливаоцее гсйсткг.е Hü"*r.EUüt?iSir. слоев почен. Препятствует ОТриви только с'цспле-ü'.is с н;;Еглесані«и слсдої, которое не аовет быть больве, чей сопро-пилеш!,; пород разрыву н она многократно отличается от прочности на сьетие в веньвуя сторону.

Итак, если отрыв верхнего слой вознокен, за ніш следует лавинообразное возрастание прогибов, возникновение значительна!; растягива-ь?0»к напрапеннй в нені радьиоЛ части слоя н разумение его как конструкции. вопрос в тс;:, что первично в процессе разрушения? Если при п/авиоа ионолктнои демаркировании пачои в ее центральной части из-за иэщба і;озк!іке£т значительнее растягивавшие иаправенив, достигающие ейл;ічи>ш предела прочности пород на раэрцв и приведение к излоку, то опревдаикаа следует считать классический прочностной подход к цсслздосанйэ прпблеізі? пучения. Если -’е. допустить, что в начале г;т-ЧСЩ'КГ отрыв верхнего слои основания с последувиик затеи иэлоиои, то возникает необходимость разработки нового подхода, основанного ка »^следовании устойчивости сдоз как конструкции.

^Принципиально вгшпіін валяется то обстоятельство, что в ыомент 'пріірт устойчивости сйой налряяешш в ней когцт не достигать прп-” дйльяи^прйчностикх значинкй. С точки зрения прочности напрявенное

состояние среди ыозот считаться еще безопасным.

D настоящей работе для катеиатмческого иоделировання пучения било предлоаеио две расчетные exeuu, с использование» которих иссяз-допался процесс потери устойчивости верхнего слоя пород почвы пира-ботин. '

Согласно первой расчетной схеиг. рассматривался процесс плаоно-го ( п об’деи случае неуппугого) деоормироплния под нагрузкой верхнего слоя почпн, который ияеот на:? начальное песоперзенства форм, так и приобретений п процессе нагруасния изгиб. I) роли пнеиник нагрузок виступавт сзнмапг!',12 усилия с бонов пнработки и усилия взанаодейстзия » со стороны нипг—лезачих слоев, т. о. речь идет о продольно-поперечной изгибе слоя. В процессе дефариироианиа п слое создается иапря-иенно-деформированиое состояние, хараитеризус^аеся существенной неод-нородностьп. Для подобного рода неупругнх объектоп типичной язляатся слсдцяцая зависимость ааксииалышх пересечений (з ï.*enr>iG слои) от обобпвнного параметра нагрузки Cpüc.2), *

lia предстаплпшюй дипг- « раине смдел;.х'гсз критическая точка- (IIя,f*). Она соответствует аоиенту исчерпания несу-г»г?Г: способности слоя. Внесшая нагрузка но монет препненть . значения ÎI*. При достптчнм критической точки происходит отри верхнего слоя основания,

' питвиснаное "складаааиле" слоя с пояплемпеа троц:«!. Задергается процесс полнив разрусяш!-ея слоз, КПП конструкции.

Таким образом, цельз расчета является построение диаграмм десюрцнрепания пород пэчпн !t иахоадение кратичссноа точки.

Для исследований ;шдел.".:~ лась полоса слоя едиякчной ан-ринн и толщиной h, инеп*ая на’ Гио. 2 чллышй прогиб со()(Х ), обус-

лооленннй исаодннин нзеовераеи-стопчи поверхности основания,

. П процессе деформирования слой получает дополнительна прогиб

.о(х). Полное порсне^ение сютцнппется из и) и со , Связь верхнего д ид

слои основания с леж'ацими ннвс слоями моделировалась упругими Винкле ронскими святямн. Погонная реакция принялась пропорциональной ди-ПОЛНИТЕЯЫЮНЦ ПрОГИРу КсОд (где И - коэффициент яестквсти).

СсиоБнини величинами, подлежащими определенна при решении задачи, выбраны Си'л(ос ) и деформация срединной поверхности в направления оси X Б0<Х), необходимость .учета которой связана с существенной рольа продолышх схиманщкх усилий, называющих укорочение слоя, а такас налич;.ск зон пластических деформаций, слунащих причиной неравномерности осевой усадки.

В результате реиония била получена следующая разрешавшая система задачи;

ЕЬс0 + Г = -Т ; с б)

Ь° сГ'Шд с(г М* с1г((0„ ессО 12 с[хА + с!;с'Г с!;*;8- ^ + ®иод

У *

» этой системе €0( X ) к ОН Л') - искомые функция; Т и М -пластические составляющие внутренних силовых факторов; Т - схииав-цее продольное усилие; и - распределенная поперечная нагрузка;

Е - модуль 8 иг а.

Систена (ЬЫ7) нелинейна, так как величины Т и У целиней-ниа образок связано с С(] 1*. сод, поэтоку анализ,чески ренить се невозможно. Ь связи с этих был использован метод дополнительных нагрузок А.О.Ильвз’Иия, согласно которому репение задачи строилось в процессе посиюдователышх приближений. На каждом яаге процесса определялись искомые функции Б^1 и со^ ' . Итерациониий процесс про-доляапся до получения требуемой точности результата и установления критических значений величин 60 и со . ¡3 качестве кулевого прибли-вениа использовалось решение, так называемой, "упругой задачи", т. с. задачу, р которой связь иеяду деформациями и нчпряяенияии при-ниуантоя линейной. _

Вторая еезхояная расчетная схема для исследования деления пучения пород заключается в тон. что разрумянив пород гючпи выработки представлялось как результат резкого отрава слоя от.основного массива. Для изучения этого вида разрушения использована бифуркационная модель. Суть се в следующем. '

С начального момента в течение длительного времени (вплоть до наступления критического состояния равновесия) наблюдается процесс' плавного деформирования массива пород вокруг виработки, сопровоядав-щяйся монотонини »гараст^ниеи деформаций и, и частности, перемещений центральной части основания внутрь выработки. Процесс характеризует

з однозначной занисимостыэ деформаций от обойденного параметра па-тузг.и, В критический иоионт обнаруживается иозаоаность суяестпова-<я наряду с исходники к других сиояних Форы равновесия при той гн; эовне нагрузим. Процесс плавного доиршичаского дефпрыирипания раз-этвлается, перестает бит» одчознлчниы. Слой прии&рвтает сносагжогть {ачкоибразно перейти к искриплснной форме равновесна без дополни-злышх ьнеиних воэдпйстний, Такой переход провоцируется различными эктораии: нссонервснство:« оорми, структурной анизотропией пород, шни дннаыическини воздействииии, одновременно высокой прочностью <рупкостья) пород и высоким уровнем напраяЕпнй и т.д. Скачкопбраэ-¿й переход |; смс*шш формам равнинесиа определяет бнфурнацию. При 1фуркаци1! остается ненэиг-чниа только о6ций уровень внеянРП нагруз-<. Все внутренние силовик факторы и деформации приойр^етапт допол-¡тельние прирацевип.

Суцествешдо отличием предлагаемо!'! постапввки задачи цстойчипо-ги от общепринятой в миханике классической постановки являете* у'»«т »однородности доирнтичйскога состояния равновесна.

Докритнческое состоянии слоя основания характеркзцет.ся нзненав-.1СТЫП только в ппперечноц сечении. Послсстоурчацноште состояний »рактеризуется ианеняеиьсть» как в поагречнои, так и в продольной правлениях, Поэтому расчетная схема дли пписйпня явления потери ус-1йчиностн строится для пластии» с соизиерниини размерами.

Анализ устойчивс ли слоя нрооодился на основе дефаркационио»} горни пластичности А.Л.Мльеикна. '

Реаение задачи сзодьлось к определения прирацений всех состаб-шчия направдшо• деформированного состояния слоя, пояйлао^ихсл и

)НСПТ нинучнплниа.

Зависимость иезду приразекияии шшр-ШРНйЛ и д<?сог»иацйЛ была па-(чена в виде:

¡'¡"¡ШЛ СО N НОНГН: >: г •! Г:;!, 1 чп Т ОПч Ч'.г 'С Т.1! Г, Л ИМ С^'.'.СТЫр'.'Т 1'ГЧЧЬ ЫгЯ‘-

(0)

Тли К:*.!’, наяду ¡ипчтчии.чии «¡•'.чфчапий Ч и

и прир;'.Ч1;ьГ'Я?‘.11 пг.ре-

л

О

то подстановкой (9) п (0) иолучантся зависиности меиду прнрацони-яііи напряжений и перенесений:

¿ч6х = - Вл 2со" - В12 ¿со" ;

$Ф1 = ~ В 21 2 Со". - Вгг2оГ; ПО)

Г ^ ху ~ 33 ^ ^ 1

где Ї- нормальная координата, отсчитниаеиая от срединной поверхности слоя (втрих означает дифференцирование по координато X, точка - по координате В(1 ,ВП и т.д. - параметры, учитывавшие упруг '.с ссой-ства пород и интенсивность напрямний и деформаций п слое.

Интегрированием прирацеинй напрянсний по толщине слоя получена внрааення для приращений внутренних силових факторов:

= - со" - 3,2 со" ;

^ НА гі И <*>1 ’ *

° ~ = ц?.¡г 1 со - ~)гг(0 ; (11)

&ГАЩ* -3„со"_ '

»'/г |і/г ’

Р,1 = I ; эгг - ) ъ В,2ч1г И т.д.

где

Используя уравнения нейтрального состояния равновесия слоя

•ь/г .,Г/г

бсм; Ь - 6хЬсо" - 6уН со'*= о , (12)

где (э, к <Ь - дакгитические напряжения, получено основное разрекаа-ІІС8 уравнение в задаче исследования устойчивости верхнего слоя основания вираСотки:

з„а>т+ г^со^о;;^;;+бхь)а)"+

эг1К"+ ?о3> г„)и>'\2о;г+г}і)иг< <і3)

+ 2^3со''-> Зг2со’"‘-4 23ггсо"' + (Э22 + ■*- 3,",)со" - О.

/!лп г;ос;чсп,*л плгл^лк^Г. порпи;1: о пратек^шг прицссса ьспц'ґл-па-їігп гО'і^ч к о птгя^к^ п>чг*: того іьпі ;;иогп фпктард нл р^:ф: т:го

ИТОГО Г'и!.,г :г(0 К',;, : І <, і С:: Г С ІЧ'Нн.с- іІЛ •

гл: >',;:/<> глтгулт::'*;'с;:и!; . ,

Г?!\: гОГ'''т С'.‘ .’Т м'.!г! : ."../V.' П.І'й'ї.чЬііПД »¡Г-К і- ' іі !•!'.-’•.'Лі

СЦОПЛ^МПЯ , ”

л а

: б* с

& с;4

0,73

П.5

0,2 г;

/

2 Л

!/

.X

/

Ь = 0,ПГ.Я

0,5 1,0 1,5 2,0 -С,І1 о 0,1 0,1 0,3 0,-| ,

о„

?;;г. 3

Рис. 4

Точки а,п,с,а' ,з' ,с‘ на гра:,.і:сап (рис.3,-1) соопстстзуят предельному состоянии слоя: эта точки ітдгз'гся начальная;» длз оценки целостности породних слоев по кратерна прочнеет;-: и ксначітн для рассмотрения ИХ С ТОЧКИ эриния потере упругог. УС70ЙЧВВ0СТИ » процессе депортирования. '

Оценка олиянна различии* факторов на развитие явленяя вепучпеа-ииа позволила сделать вывод, что иатсиатпчо^’ля недель, легавая в ослоп» исследований, достаточно близко отражает поведение пород з процессе пучения. Установленное зависимости раскрцваат філзичаскип природу этого явления к будут полезна при ¡'аэработкз аероприятт' по попаоеннв устойчивости выработок.

Следуваим эттюи исследования явленна пцчешіа стала физическое моделирование па цоделях пэ зншівяштшх материалов. Унаэанннй иетод, в силу своих достоинств и особенностей, позволяет получить нагляднув картину развития геоцеханических процессов в массиве пород при различных геонеханических ситуациях, выполпть не только качественную, но и количественную оценку влияния тех или шшх факторов на развитие изучаемого явленна. Цоделииование осуществлялось

на специально созданном для этил целой стенде. Основными задачами моделирования были:исследование влияния количеств;! слоев в почве и их моциости на устойчивость выработки" а такие оценка работоспособности предлагаемых иняенерннх решений, направленных на предотвращение пучения пород.

В ходе моделирования (шло установлен», что в основе процессов, развивающихся в окрестности горной выработки и приводящих к пучению пород почвы, лежит 7ВЯСИИе бифуркации устойчивого состояния прикон-турного массива, Зта особенность характерна как для сплокного, так и слоистого массива.

Число породных слоев или степень слоистости массива, вмецавце-го гориуя выработку, .«¿однозначно сказывается на ее устойчивости. Небе,львов чигю слоев (1-3) випплияет роль концентраторов поправений. что приводит к снияении предельной ус леи.“!! о fï нагрузки. Однако, цели число слоев превышает четыре, породнил массив становится ква-эноднородныы к прочность сто в целом асимптотически повиааптсу,

Влияние моциости одиночного слоя в почве выработки на ег устойчивость такяе неоднозначна, Так, наличие тонкого слоа в почве отрицательно сказывается на со устойчивости, однако, начиная с какой-то определенной мощности слоя,устойчивость ииработки резко nouusa-стса. Таким образок, создана« в почве вкпаботкк упрочненный слой пород достаточной ь'ог^иости, mozho добиться пойызения устойчивости вв-работки в конкретных горно-геологических условиях.

В"основе придлосениого иеханкэиа вспучивания слоистой почэи ланит пиление отрыва верхнего слоя вследствие его кэгиба внутрь выработки иод рейстниен продольных г.ЕНйавцих усилил. Если нарушить целостность слоев, то действие с*иипк^их усилий будет реализоваться в горизонтальной поджилке частей разру,¡синих t.;uci>, а не вверх. В результате процесс вспучиваний будет задеркзн на ол^дпленьнй проиевц-ток в рс а вин ала г,о. щ/н благоприятны* условиях, прекратится вообце.

Учитывай это, на ыоделях оценивалась степень влияния созданной в почпе вертикальной разгрузочной г;ели па устойчивость выработки,

При зтйй воделировалясь »ыраЬотин без разгрузочной г,ела, с полип разгрузочной цельк г, со цçjibü, заполненной материале« модели.

Ь результате 6 s.: л о установлено, что при испнтанни коделей без разгрузочной ц!-ми и с полой ц&аьа мнгемсмэкиА процесс сас^ний кас-biH.a и лучений наступает при значительно иеньвеи- уровне напряжений, чек на модели с заполненной цельа, Это дает основание предполагать, что создание; разгрцзочиах целей в почве выработки иокет оказаться зффйкткеиак средство« предотврочоьпа пучекиз пород почвы.

Биолит»! о исследования на коделях из эквивалентных материалов позволили установить некоторые закононериостн развития процесса

пучения, а так*е определить позмовныв направления борьбы с зтна явление* ,

В процессе поиска путей речения проблеми обеспечения устойчи-пости гнаних рира6,1 ток їм больших глубинах па аахтах Чнраннн бил» внедрены и проходили пахтную проверку некоторые инхенерние решения, предловоннае в результате внполнемия настоящих исследований.

Комбинированная крепь ЛИТ и псмошіас полокичия методики ее расчета внедрялись на шахтах /ІуганскоЛ и Донецке)'! областей дли крепления нагнетралышх итрскип, нирайоток околосівольных дворов, капер. Ьнсдрение крепи ПИТ позволило о ряде случаев отказаться от тяяслих и трудоемких бетонних и иеталлибетошшх крепей, сократить сроки соо-рцвення uupafiaTQK, полччить суцпственнип экономик иеталла, бетона, цемента, других строителышх материалов. Экономический чч-рент от внедрения составил 1,3? илнлрб.Св ценах 190.3 г.). Обладая преимуществами перед иазестшжи крепями, крепь ПИТ находит псе более пиршеоа прикененип. Объем ес пнедрсниэ ь настоаце« ореня npsaucius 50 ки.

Обобщение иолонителытги оинта применениа крепи ЛИТ стало сока-воА для разработки некоторых парчатиоких дэкуиеитоз, реглакентирцп-вих ее применение: технического заданно на кпибнннрованнне кроли, іряекта комбинированных крепей типа ЛИТ, а такие раздела "Коибичмро-¡аннаа крепь" к Руководству по проектирования и применении крепей {апитальних горник лкработок .

Зактнаа пронерк.а способов предотарацения пучения порад ночгзц ісузестилялась на «актах. ПО "Дабуапольсуголь'Ч R ходе эксперимента» іроизподилась рэриаоцелр^ая разгрузка лриконтуриого породного и а с: -:нна ¡в биках н в почне) вокруг наработки при ноиоци каауфлетпого ізрнванна. Било у* тйновлепо, что при наличии слоистых пород а почне ¡издание im центру ныработки п ее почве разгрузочной щели является іффситивинм способом предотвращении иучевня.

ЗШІЙЧЕННЕ

Диссертация язлиется законченно?! научно-исс/едопательсиог, рабо-Oft, В которой ВВШ1ЛНЄ110 тесфі'їичпское OfiOf'’.(¡ нне и решение КрМіІЯОЛ аучной проблеми, чмсі-дєй iiasiioo нарок,нахоч«|?.ст.т1йе з» ічонкс и аклйчапчейгч п лвнчнп’« пбопнопажн, разработке и практической при • енепин средспі Ч І'ППi.íuhl ¡ІОеспечеПИЯ Ч ;iprn)0:iH|l()P.iH!‘.J IjCTOlMhliO-ти npoTflsemcix горних ннравоток, р..jíui,г.оавмнн)і ji.t Польз« ¡ глубинам " * '■■■"'■ ■: і і :і) ї , :(.д ОСНОВО \ІЧ«ТЛ Ґ. ! |!ЦІП УрНО-] -Ч'.С) VP"

!іл иV.ОІ!• \! Д .у •i'.iMuhX ПОцїіД .

О.'.м, ":;'.'! tlji.'n .TllMet'b.ll! ,!Г:<и-ПЛ 'м ’! Oi'.CÍ і.!

.¡) і: J.V.- Л'і,!.Jі . ,( і.-сДЧИПЄі!.

'-2Н-

!. Обоснован основной прилип ревения проблемы обеспечения ус тойчивости горных выработок в условиях Оольвих глубин, предполагавший, что в зависимости от величины коьллексного показателя устойчивости 0 ревение проблема новет осуществляться по двук направления;!: 1- разработка средств н способов обеспечения устойчивости выработок при непучацих породах почт; и 2- борьба с пученной пород почин. .

. 2, Установлено, что затраты на поддержание выработок в условия* больаих глубин находятся в такой ас зависимости от комплексного показателя устойчивости 0 , что и безразмерный радиус зоны неупругик десориацпй, Зто позволяет по величине безразмерного радиуса 311Д, для определения которого '¿редловено аналитическое выражение, прогнозировать объеы и структуру ремонтных работ. Решение задачи о ргпкерах 311Д отличается от имеющихся использованной особой параболической огкбайцей кругов 0,Пора, аналитическое описание которой не содгфзпг величину угля внутреннего трения пород.

3, Разработан аналитико-эипирический подход к определений величина горного давления на крепь выработки в условиях Сшльккх глубин. Отличительней особенностью предловешшго подходи является то, что величина давления на крепь определяется г. использованием полученного аналитический путей ннравеиия для определения размеров зона неупругих деформаций, а таиае фактических данных о давлении на крепи, размерах ЗНД в окрестности выработок и состоянии пород в предел?* этих зон.

А. Исследовано напрйвешю-дефоркироааште состояние двухслойной комбинированной крепи АНТ, рекомендованной для крепления горных вы-рабоген: в условиях больиих глубин при непучацкк породах почвы. Полу-мены аналитические»пависивости, которые: позволяет оценивать уровень дейстпуацих в конструкции напряжений, а такве успчаплипать степень влияния упрочненного слоя приконтурного массива пород на несугщв способность крепи. -Использование основных закономерностей распределения иапрякеиий и переведений с крепи АНТ дзет возковность регулировать несуэдз способность конструкции в процессе проектирования крепи на основе управления ее напряженно-деформированном состоянии,

5, Разработана инкенерная методика расчета комбинированной крепи ПИТ, с использованием которой для различию» горно-геологических условна по определенной величине давления ий крепь цстаказ-

Л%:ГПГ;1 ГИ гг ¡/Я.■ “[;[)!' ’У,''!’ ПГ.ПЭКеТ[:а. ¡¡еТКДППг! ПОТЙОЛИГМ ОСуИйСГИ-

.".'т:- г:;.дГюг< ¡¡а"Г;о-; • ^г.гсиииего сочетания иаршетрст пмтпа

~:.-,рзл'-‘рг П,1>' '-7 !■' . Ч-Н;!П;:!:!!1П':.)ЛЬНа К НОНКрСГНаИ УСДОРИ?. -■

внедреккк uj.cn:! АНТ. •'

6. Выполнено комплексное изучение процесса пучения пород почвы горних выработок, включающее аналитические, лабораторные и пахтные исследования. Это позволило предлозить математическую и физическую модели явления вспучивания, установить гтепень влияния различных факторов на развитие процесса, атакпо наметить возможные пути борьбы с ним.

7. На основе использопаиил фактических закономерностей дефор-иирования горних пород за пределом их прочности усовершенствована методика прогнозирования возмояности вспучивания почвы по величине критического радиуса области пластических деформаций. Критериальное выразение для радиуса области пластических деформаций получено с. учетом функциональной связи меяду функциями снияения прочности горних пород и их разрыхления в пластической области и позволяет оценивать возмояность потери устойчивости почвы на стадии»проектирования горной выработки.

. 8. В процессе промывленкого внедрения комбинированной крепи ' АНТ отработаны основные ее конструктивные и технологические параметры. На базе обобщения полояительного опыта применения крепи разработаны технический издании и технический проект па номйшжрииан нуг крепь, а такве раздел "Комбинированная крепь" к "Руководству по проектированию и применению крепей капитальных горных выработок" регламентирувцне условия применения крепи ОПТ и особенности конструкции и технологии ей возведения в различных горногеологических условиях. г »

Основные полояеиия V результаты диссертации опубликованы п следумних работах:

1. Максимов А.П./сляенко А.II,, Роенко А.Н. Влияние качества забутои кн на нссучуи’способность неталянческой аргчной крепи //йахтноо строительство,- 1307,- N 3.-С.21-23.

2. Яааснко А,И., Парчевский il.il. .Роенко А,,11. Предельное равновесие горного массива вокруг горизонтальной выработки, пройденной а слабых породах//Изв.вузов.Горный зурнал.- 1993. N 12.

3. Йаиенко. А.Н., Роенко А.П., Каганов И.Е. Критерий устойчивости в задаче о пучении пород почвы подземной пцработки//Изв.вузов. Гор ннй журнал,- 1394. Н 1.

4. Ва»енкп А.К., Роенко А.И. Устойчивость почва горних выработок, пройденных в слоистом породном массиве//Изв.вузов. Горный вурнал 1994, Н 2.- С.31-33.

5. йаиенко А.П., Роенко А.II. О физической модели процесса пучения пород почвы в горних выработках// Изв. вузов. Горный нцрнал.-1934, Н 7.

й. Роенко А.Н., Сдвиякова Е.А., Тулуб С.В. йероятногтная оценка не-

тончисости выработок и уловних пучения парод поичвы// Методи теории вероятностей в геоиеханике. Київ: Техніка, 199Н.- С.128-133. .

7. Максимов П.П., Рева С.II. Роенко full. Киысипириванная крепъ с нс-лользоианики несущей способности пассива и опит се применения// Крепление, поддержание и охрана гарных иыраооток// Сб.научн.тр./ 11ГД СО ПН СССР. Новосибирск, 1 379.

0. Максимов П.П., Иавенко А.Н., Роенко (1.11. Напряяеино-дсформирован-ное состояние крепей, работавших с использованием несучей способности приконтурного пассива// Крепление и охрана горних выработок Сб.научн.тр./ ИГД CD (111 СССР. Новосиьнрск, 1901.

9. Максимов fl.ll., ііакенко ft.П., Роенко'ft.lt, Технология оозвепдения и принцип работы кои.Мвэиционких крепой//Сй.научн.тр. Кузбасс, поллтехн. иг т, Кемерово, 1979,- С.! 1516.

10. Максимов А.П., Ваиенко fi.iL, Роенко ft.il. Влияние схеми загруяенн

на несуну» способность арочних иеталлическнх крспей//Строитель-стпо вахт, рудников и подземных сооружений.-Свердловск.- 13Н2.-С. 57-62. ' .

11. Иаксииов ft.П., Едаенко А.Н., Роенко А.II. Комбинированная крепь

АНТ и методика определения осиооных ее пара*етров//Крепление, поддеряалие и охрана горных виработон//СС.научи,тр./ ИГД СО fill СССР, Новосибирск, 1983,- С,5^-54 • .

12. їїааенко ft.H., Роенко ft.11. 0 физической природе пучйііиа слоистой ішчіш горных ныработш:// Зкилш ичеспнс проб/»мы горного крона оодеїиа, переработка и размещение отходов// Сб.тр, П-ft ¡мучно-техн.конф.. Моска, 30 янв.- 3 фсир., 1953, иэд-во Яоск.гег.уд.

13. Максимов f1.fl., Роенко ft.IL, йавекко fi.il. и др. Опыт применения композиционной крепи АНТ//Строительство предприятий угольной про«наленности.-*-ЦНИЭИуголль.- 1982 , fi 1.

14. Каченко ft.IL, Роенко ft.lt. Несучая способность иогалличссксй ароч ной крепи при пополнен контакте ее с н.оп одним ¡!онут[іои//Роферпт. сборник "Марганец", Тбилиси,: ГрузІІИИНТІІ.- 19Ь7,- Н 1 (¡09!.-

С. 10-13.

15. Каяеико ft.11., Роенко ft.H., Натьякн ft.il. и др. Некоторые закономерности деформирования осадочних пород при аесткон иагруаеини //Реферат, сборник "Марганец"f Тбилиси,: ГрузНИННТЙ.- 1907.-

11 ?. (110),- С.11-14, '

16. Максимов ft.П., Иаивнко ft.lL, Роенко ft.lt. Напряжеино-дефориироваи-нов состояние и расчет каигюзицношшх крепей, работавших с исполі зование несукей способности прилегавшего массива горных пород// Теэ.докл, УП Всесоюзной кол®, на механике горнах пород, г.Днепропетровск, 23 сент. 1981,- ИГЛ ии, Скочилского А.А.- М., 1901.

г

"Завенкп ft.И., Роенко ft.H. Расчет крепи f)HT д.па пиработок, проЛ-денних и слабих породах/ Днепр.гори.ик-т. - Днепропетровск, 19В2.

- 1? с.- Деп. в УкрНИИНТИ ¿4,05.1382. N 3598-Д82.

Роенко Í1.H, К попроси о поддержании виработок, пройденних и ела-Сих породах/ Днепр, горн. нм-т.О- Днепропетровск, 1902,- 12 с,-Деп. в УкрНИИНТИ. II ЗВОЗ Ук-Двг.

Йазенко rt.ll., Роенко rt.H. Упругопластическое”распределение напряжений и перемещений «округ горизонтальной выработки кругового очертания./Днепроп.горн,ин-т.- Днепропетровец, 1Э8В.- 15 с. Деп. в УкрНИИНТИ 10 сект. 108G, N 2117-Ув86.

Еавенко fi.ll.. Роенко A.H.. Назарко В.11.> др. Исследование процесса пучения горних пород im моделях из эквивалентных материалов// Днепроп,герн.ин-т.-Днепропетровск, 1988,- 12 с.-Деп, в' УкрНИИНТИ

30. 05.1988, Я ШО-’Jií 80. *

8авенко ft.H., Роенко ñ, Н., Вейко А.В. и др. Экспериментально-аналитический метод определения нагрузки на крепь горизонтальных вирайоток//Днепроп,горн.им-т.-Днепропетровск,1989.-11 с.-Деп. в УкрНИИНТИ И.03.89, Н 755-Ук 89.

Роенко A.H., Назарко В,П., Иванчивнн С.Я. Анализ состояний протяженных горных выработок чахт ПО "До5ропольеугаь"//Диепроп,гарн. чн-т.- Днепропетрппск. 1908,- 13 с. Деп.я УкрНИИНТИ 15.09,89,

Ч 1G3?-'Jh 83. .

Sasewto Й.Н., Роенко fl.ü., Наганов М.Е. Исследование механизма учения пород почвы подземных nupaßoTOK глубоких угольных bixt// Inenpon.горн.ин-т.-Дн пропетровск, I392.- 12 с,- Деп. з НкрИНТЗ1! ¡0.09.92, N НО?- Ук 32,

'оенко П.H., Рацекко Й.И. Вличний глубинч разработки уголът« íT.gcTOfl на устойчивость копитальннх горных внра6отон//Днепроп. 'орн.ин-т,- Днепропетровск, 1332.- 5 с.-Деп.п УкрННТЗИ 20.10,92,

I 174? - Ук 32.

:авенко fl.II., I'ocíik” А,II., Косолапо» Л.Ф. 0 влиянии слоистости ЛССИПЛ ГОПИНХ пород Н'< УСТОЙЧИВОСТЬ ПОЧВЫ BWpfiOTKH//fl(ieitpOpri.

ори.им-т.- Днепропетровск, 1033.— 5 с.-Деп. п УкпИНТЗК 22,02.93, 22R- !1>{ 93.

ОПНКО (>.Н. 'Л вопросу OÖ onpPJlfí 1г>Н1!Н nOMüTIH “болмгне глубины"// liunpyri. Vt'un , Ulf- Т , - Д1!'!'1"ПЯГ!Г|1П;:<;!(, 1393.- И с,-Деп. п HITS кранпч «1.07.‘.133, Н tv>í- Чч ч\,

оеино А.И. О h.ihohh:? ?ц.п> м->с п дл ¡(нугргнибго тоення пород на

-.......................на т'о-'п*,//'Дч',г?пгя-тт -/!мпгр»»~

(чро.1г1; !Г<'П. - '? ...... '"I’' '!'■ '!’ Í; , 'П, lí ”'2^'’ '!■! ГГ'.

’ Л'-*п ’'.И И -jrjnr ■, '¡"Ч i’ ¡ • г ; "* ;рен:?!' I гр-

г: 1и:р((д//Дч”;'*пп!,Г'.ч,н ,*ti—т. iííonc’«.. !9‘3.~ 10 с.-'cu. я

в ГНТБ Украины 15.11.93, N ?2б6- Ук а-.

29. їїапемко А.Н., Рбенко А.Н. Решение задачи оо упруго-плаптической устойчивости структурно-пеодиородног^ гюродпого массива и окрестности одиночной горизонтальной выработки//Госуд.горн. академия.-Днеопропетровск, 1994.- 14 с.-Деп. в ГИТЕ Украины 5.12.94, Н 2276- Ук 94.

30. Иаиенко Л.Н., Роснко А.Н. ¡Иахтные исследования работоспособности способов предотвращения пучения пород почвы горных выработок/ Гос.горн.академьл Икраины.-Днепропетровск, 1994,-12с.-Деп,в ГНТБ

«■ Украины 25 .01 ,95, N 216 - Ук 95.

31. Роенко А.Н. Оценка способов борьбы с пучением пород почвы подземных горних выработок на моделях из эквивалентных материалов/

Гос.горн.академия акраины.-Днепропетровск, 1994.- б с.- Деп. в

! НТВ Укра,.ны 25 .01.95, N 218- Ук 95.

В опубликованных работах личный вклад соискателя заключается в следущеи:

(1,10.И) - постановка и решение з адачн; (2) - решение задачи; (3,5,6,12,23,29) - реиение задачи, анализ полученных зависимостей; (4,20,25) - постановка задачи, моделирование, анализ результатов; (7,9.13) - анализ состояния выработок, закрепленных крепьв АНТ; (0,16) - реиение задачи, обработка результатов, анализ зависимостей; (11,1?) - реиен...! .'•одачи, анализ результатов; (15) - испытание и анализ результатов испытания горных пород на несткои прессе; (19) - реиение зада-Гл, анализ полученных соотношений; (21) - обобщение и анализ фактических данных о даи-лении на крепь; (22,24) - идея, обработка данных и анализ результат:« экспериментов.

RESUME

ft.M.Roenko. The coal ¡sine developK&nt stability at oeu^

operation sites.

Theses for the degree Doctor of Science on Speciality 05.15,04 "Mining and underground construction”. The State Mining University of Ukraine, Dnepropetrovsk, 1995. ,

The work presents the results of the theoretical and field study of the rock sassif under deforBation in the viclrity ot ths deer developaents. It has been establisnjd that under conditions of great, depthas the loss of the developments stability shall not be attributed to the loosennine of the rock uassif, but is the conseguence of the loss of the cc.rfil ibriua stole thereof, and, further, the rock pressure nani festaliort depends on the dist'nsions of the non-res!]Ient deforaation zone. The Result of investigations were published In 31 articles. .

The results of the work have been expcrisentaly tcstsd and put into effect coBBercially at a K’inber of coal aine3.

АНОТАЦІЯ . .

Роенко А.к. Стійкість підготовчих виробок вугільних эахт в умовах великих глибин розробки.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора тохнічиях наук за спеціальнім» 05.15.04 - захтне та підзєкне будівництво, Дернавна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 1993.

Б роботі захищаються результати теоретичних-та експерииен7 тальних досдідвсиі) деформування породногНі иаспвз навкруги виробок глибокого закладення. Встановлено, чо в умовах великих глибин втрата стійкості виробок виникаЕ ие від втрати аіцності породним иасиеом, а е наслідкоа втрати иии рІвАовряного стана, а характер прояв гірничого тиску залежить від разнірів зони не-пруаних деформацій. Результати дослідиень опубліковані в Зі. статті.

Здійснені експериментальна перевірка та проиислове впровадження результатів роботи на ряді вугільних гахт,

Плечові слова: втрата стійкості, зона непрцяних дефораацій, комбіноване кріплення, здииання порід підояби.