Вернуться к результатам поиска

Моделирование взаимодействия сталеполимерных анкеров с массивом горных пород при различных условиях закрепления для оценки их несущей способности

Проанализированы конструктивные и технологические особенности сталеполимерных анкеров, используемых для интенсификации подготовительных работ и повышения устойчивости выемочных выработок. Сделан вывод о необходимости учета в практических расчетных схемах оценки устойчивости систем «анкерная крепь – породный массив», кроме прочностных и деформационных свойств вмещающих пород, также и параметров, в не меньшей степени характеризующих эффективность анкерного крепления, а именно – несущую способность стержня анкера по материалу и прочность закрепления анкера в шпуре. Описывается построение схемы численного расчета изменения напряженно-деформированного состояния системы «анкерная крепь – породный массив», вызываемого статической нагрузкой для различных значений прочности закрепления анкера в шпуре. Представлены результаты модельного расчета, проведенного методом конечных элементов в программном комплексе ANSYS. Для описания механизмов потери устойчивости и количественной оценки коэффициентов запаса устойчивости системы «анкерная крепь – породный массив» используется критерий разрушения Кулона-Мора. Расчет осуществлялся с использованием данных, полученных на шахте им. В.Д. Ялевского АО «СУЭК-Кузбасс». На основе результатов моделирования обоснована возможность количественной оценки несущей способности элементов анкерной крепи с неоднородным распределением прочности закрепления вдоль их длины.

Ключевые слова: горные выработки, массив горных пород, анкерная крепь, деформационно-прочностные параметры, несущая способность, качество закрепления, численные методы, ANSYS.
Как процитировать:

Трофимов В. А., Филиппов Ю. А., Закоршменный И. М., Харитонов И. Л., Блохин Д. И. Моделирование взаимодействия сталеполимерных анкеров с массивом горных пород при различных условиях закрепления для оценки их несущей способности // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 1. – С. 35–48. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_35.

Благодарности:
Номер: 1
Год: 2023
Номера страниц: 35-48
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.281.74
DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_35
Дата поступления: 03.07.2022
Дата получения рецензии: 05.10.2022
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.12.2022
Информация об авторах:

Трофимов Виталий Александрович1 — д-р техн. наук, зав. лабораторией, e-mail: asas_2001@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-9010-189X,
Филиппов Юрий Алексеевич1 — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: filippov.yury@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-3347-677X,
Закоршменный Иосиф Михайлович1 — д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: iosif-54@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-9153-673X,
Харитонов Игорь Леонидович — канд. техн. наук, заместитель технического директора, АО «СУЭК-Кузбасс», e-mail: kharitonovil@suek.ru,
Блохин Дмитрий Иванович1 — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: dblokhin@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-4652-661X,
1 Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

 

Контактное лицо:

Блохин Д.И., e-mail: dblokhin@yandex.ru.

Список литературы:

1. Зубов В. П. Применяемые технологии и актуальные проблемы ресурсосбережения при подземной разработке пластовых месторождений полезных ископаемых // Горный журнал. — 2018. — № 6. — С. 77—83. DOI: 10.17580/gzh.2018.06.16.

2. Дудин А. А., Вахрушев Е. В., Злобин С. Е., Прокофьев А. С., Пайкин Д. И., Лысенко М. В. Обоснование возможности применения анкерной крепи горных выработок в условиях обводненных и ослабленных пород // Уголь. — 2018. — № 12(1113). — С. 21—26. — DOI: 10.18796/0041-5790-2018-12-21-25.

3. Качурин Н. М., Ногих В. Р. Взаимодействие подвесных транспортных устройств с породами и обеспечение безопасности и устойчивости горных выработок // Известия ТулГУ. Науки о Земле. — 2015. — № 4. — С. 65—75.

4. Янак А. С. Проблема анкерного крепления горных выработок угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2005. — № 3. — С. 96—97.

5. Уварова В. А., Кострыкин А. П., Копытин В. А. Контроль прочностных параметров сталеполимерного анкерного крепления горных пород // Безопасность труда в промышленности. — 2017. — № 9. — С. 14—18. — DOI: 10.24000/0409-2961-2017-9-14-18.

6. Yokota Y., Zhaoa Z., Shang J., Nie W., Date K., Iwano K., Okada Y. Effect of bolt configuration on the interface behaviour between a rock bolt and bond material. A comprehensive DDA investigation // Computers and Geotechnics. 2019, vol. 105, pp. 116—128. DOI: 10.1016/j. eo.2018.09.017.

7. Lisjak A., Young-Schultz T., Li B., He L., Tatone B. S. A., Mahabadi М. A novel rockbolt formulation for a GPU-accelerated, finite-discrete element method code and its application to underground excavations // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2020, vol. 134, article 104410. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2020.104410.

8. Блохин Д. И., Закоршменный И. М., Кубрин С. С., Харитонов И. Л., Холмянский М. Л. Моделирование взаимодействия анкерной крепи подвесной монорельсовой дороги с массивом горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 9. — С. 25—39. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-0-25-39.

9. Cui L., Dong Y., Sheng Q., Shen Q. New numerical procedures for fully-grouted bolt in the rock mass with slip and non-slip cases at the rock-bolt interface // Construction and Building Materials. 2019, vol. 204, pp. 849—863. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.01.219.

10. Степанов Ю. А. Адаптация и развитие метода конечных элементов для расчета параметров напряженно-деформированного состояния углепородного массива // Вестник КузГТУ. — 2011. — № 4. — С. 31—34.

11. Власов А. Н., Волков-Богородский Д. Б., Знаменский В. В., Мнушкин М. Г. Конечноэлементное моделирование задач геомеханики и геофизики // Вестник МГСУ. — 2012. — № 2. — С. 52—65.

12. Brinkgreve R. B. J., Bakker H. L. Non-linear finite element analysis of safety factors / Proceedings of the 7th International Conference on Computer Methods and Advances in Geomechanics, Cairns, Australia. 1991, pp. 1117—1122.

13. Господариков А. П. Разработка нелинейных математических моделей и численное моделирование прогноза напряженно-деформированного состояния массива горных пород // Записки Горного института. — 2016. — Т. 219. — С. 382—386.

14. Sas I. E., Cherepetskaya E. B., Pavlov I. A. Solving problems in geomechanics: Comparison of the Fidesys strength analysis system and the Plaxis software package // Key Engineering Materials. 2017, vol. 755, pp. 328—332. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.755.328.

15. Трофимов В. А., Кубрин С. С., Филиппов Ю. А., Харитонов И. Л. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния вмещающего массива и пологого мощного угольного пласта при завершении отработки выемочного столба // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 8. — С. 42—56. — DOI: 10.25018/ 0236-1493-2019-08-0-42-56.

16. Захаров В. Н., Трофимов В. А., Филиппов Ю. А. Численное моделирование анкерного крепления контура выработки при реологическом деформировании пород // Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2021. — № 6. — С. 6—17. — DOI: 10.15372/FTPRPI20210601.

17. Мирный А. Ю., Тер-Мартиросян А. З. Область применения современных механических моделей грунтов // Геотехника. — 2017. — № 1. — C. 20—26.

18. Juvinall R. C. Engineering Considerations of stress, strain, and strength. New York: McGraw-Hill, 1967. 580 p.

19. Cao J. C., Zhang N., Wang S. Y., Qian D. Y., Xie Z. Z. Physical model test study on support of super pre-stressed anchor in the mining engineering // Engineering Failure Analysis. 2020, vol. 118, article 104833. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2020.104833.

20. Chang J., He K., Pang D., Li D., Li C., Sun B. Influence of anchorage length and pretension on the working resistance of rock bolt based on its tensile characteristics // International Journal of Coal Science & Technology. 2021, vol. 8, no. 6, pp. 1384—1399. DOI: 10.1007/ s40789-021-00459-9.

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.