Исследование предельно напряженного состояния пласта в его краевой зоне методами механики сыпучей среды

Представлены результаты решения задачи о предельно напряженном состоянии краевых зон угольного пласта. При этом полагается, что разработка пласта ведется на достаточно большой глубине, поэтому в его краевых частях априори образуются предельно напряженные зоны. Критерием наступления предельного состояния являются соблюдение условий Кулона-Мора по пласту и Мора-Кузнецова по его контакту с боковыми породами. Поскольку принято, что во всех его точках в предельно напряженной зоне выполняется условие Кулона-Мора, то диаграмма условных напряжений пласта представлена диаграммой Прандтля, на которой участок предельного деформирования материала горизонтален. Задача решается методами механики сыпучей среды. Дифференциальное уравнение предельного состояния пласта относится к гиперболическому типу. Оно решается численно, и в зависимости от граничных условий в каждой характерной его области, расположенной в предельной зоне, последовательно решаются три краевые задачи теории предельного равновесия. Показано, что компоненты поля напряжений, как вдоль продольной оси пласта, так и вдоль его контакта с массивом изменяются ступенчато, причем размер ступени по мере удаления от краевой части вглубь массива уменьшается, а интенсивность нарастания напряжений резко увеличивается. Приведены сравнительные оценки результатов расчета напряженного состояния в краевой зоне пласта с аналогичными результатами, полученными по экспоненциальной формуле, показатель степени в которой представлен совокупностью характеристик прочности по пласту и по его контакту с боковыми породами. Установлены размеры приконтурной зоны пласта, в которых результаты по двум подходам достаточно близки друг к другу. При решении задачи о напряженном состоянии пласта графики изменения напряжений в краевой зоне могут быть аппроксимированы полиномом с максимальной степенью, равной количеству рассматриваемых областей. По значениям напряжений на границах этих областей определяются коэффициенты аппроксимирующего полинома.

Ключевые слова: массив горных пород, угольный пласт, горная выработка, предельно напряженная зона пласта, критерии прочности Кулона-Мора и Мора-Кузнецова.
Как процитировать:

Черданцев Н. В. Исследование предельно напряженного состояния пласта в его краевой зоне методами механики сыпучей среды // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 3. – С. 45–57. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-3-0-45-57.

Благодарности:
Номер: 3
Год: 2020
Номера страниц: 45-57
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.023.23
DOI: 10.25018/0236-1493-2020-3-0-45-57
Дата поступления: 22.04.2019
Дата получения рецензии: 25.05.2019
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 20.02.2020
Информация об авторах:

Черданцев Николай Васильевич — д-р техн. наук, главный научный сотрудник, e-mail: nvch2014@yandex.ru,
Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН.

 

Контактное лицо:
Список литературы:

1. Петухов И.М., Линьков А.М. Механика горных ударов и выбросов. — М.: Недра, 1983. — 280 с.

2. Чернов О.И., Пузырев В.Н. Прогноз внезапных выбросов угля и газа. — М.: Недра, 1979. — 296 с.

3. Zhang C., Canbulat I., Tahmasebinia F., Hebblewhite B. Assement of energy release mechanisms contributing to coal burst // International Journal of Mining Science and Technology. 2016. Vol. 27, no 1, pp. 3—7.

4. Полевщиков Г.Я. Динамические проявления при проведении подготовительных и вскрывающих выработок в угольных шахтах. — Кемерово: ИУУ СО РАН, 2003. — 317 с.

5. Шадрин А.В. Статическая и динамическая выбросоопасность угольных пластов // Безопасность труда в промышленности. — 2018. — № 4. — С. 42—48.

6. Клишин В.И., Зворыгин Л.В., Лебедев А.В., Савченко А.В. Проблемы безопасности и новые технологии подземной разработки угольных месторождений. — Новосибирск: Новосибирский писатель, 2011. — 524 с.

7. Козырева Е.Н., Шинкевич М.В. Особенности газогеомеханических процессов на выемочном участке шахты // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2010. — № 2. — С. 28—35.

8. Фисенко Г.Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок. — М.: Недра, 1976. — 272 с.

9. Napier J.A.L., Malan D.F. Simulation of tabular mine face advance rates using a simplified fracture zone model // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2018, Vol. 109, pp. 105—114.

10. Guo W., Xu F. Numerical simulation of overburden and surface movements for Wongawilli strip pillar mining // International Journal of Mining Science and Technology, 2016, Vol. 26, pp. 71—76.

11. Христианович С.А. Механика сплошной среды. — М.: Наука, 1981. — 484 с.

12. Руппенейт К.В. Некоторые вопросы механики горных пород. — М.: Углетехиздат, 1954. — 384 с.

13. Gao Wei Study on the width of the non-elastic zone in inclined coal pillar for strip mining // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2014, Vol. 72, pp. 304—310.

14. Черданцев Н.В., Черданцев С.В. Разработка модели геомеханического состояния углепородного массива, вмещающего пластовую выработку // Безопасность труда в промышленности. — 2014. — № 11. — С. 41—45.

15. Черданцев Н.В. О некоторых условиях наступления предельного состояния кровли угольного пласта при его отработке очистной выработкой // Безопасность труда в промышленности. — 2017. — № 5. — С. 17—22.

16. Черданцев Н.В. Построение решения задачи о выпирании в пластовую выработку породного слоя, расположенного в почве угольного пласта // Горный информационноаналитический бюллетень. — 2017. — № 5. — С. 369—381.

17. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. — М.: Наука, 1969. — 420 с.

18. Кузнецов Г.Н. Графические методы оценки предельных состояний трещиноватого массива вокруг горных выработок // Современные проблемы механики горных пород. — Л.: Наука, 1972. — С. 30—44.

19. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. — М.: Наука, 1990. — 272 с.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.