изучение влияния формы охранного сооружения, возводимого

УДК 622.831.3
B .Н .М О К РИ ЕН К О , аспирант, mokrienko. vladimir@gmail. com
C .Г .Н Е ГРЕ Й , канд. техн. наук, доцент, snegrey@ukr.net
Д .Н .КУ РД Ю М О В , ассистент, kurddm@gmail. com
Донецкий национальный технический университет
V .N .M O K RY EN K O , post-graduate student, mokrienko.vladimir@gmail.com
S.G .NEG REY , PhD in eng. sc., associate professor, snegrey@ukr.net
D .M .K URDIUM OV , assistant lecturer, kurddm@gmail. com
Donetsk National Technical University
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ ОХРАННОГО СООРУЖЕНИЯ,
ВОЗВОДИМОГО ВСЛЕД ЗА ЛАВОЙ, НА МЕХАНИЗМ СМЕЩЕНИЙ
ПОДСТИЛАЮЩИХ ЕГО ПОРОД
Приводятся результаты лабораторных исследований по изучению поведения пород,
подстилающих жесткие охранные сооружения с различными формами основания.
Ключевые слова: жесткие охранные сооружения, охрана выработок, форма охран­
ных сооружений.
STUDY OF THE INFLUENCE OF THE FORM OF SECURITY
STRUCTURES ERECTED LAVA FOLLOWING ON THE MECHANISM
UNDERLYING IT ROCKS DISPLACEMENT
The results of laboratory research into the behavior of rocks underlying the strict conserva­
tion structures with various forms of the base.
Key words: hard protective structures, the protection of openings, a form of security instal­
lations.
С увеличением объема угледобычи
увеличивается доля систем разработки, пре­
дусматриваю щ их поддерж ание выработок
позади очистного забоя. В связи с этим ин ­
тенсифицировались исследования по разра­
ботке способов и средств их поддерж ания
на наиболее проблемном участке подгото­
вительной выработки - в зоне неустановившегося горного давления позади лавы. В
этой зоне реализуется до 60 % смещ ений
пород контура выработки за весь срок отра­
ботки выемочного участка, при которых не
удается обеспечить эксплуатационное сече­
ние. В больш инстве случаев причиной этого
являю тся смещ ения пород почвы выработки
вследствие применения недостаточно эф ­
фективны х охранных сооружений, возводи­
176
мых вдоль выработки, которые, независимо
от степени их податливости, со временем
начинаю т работать как штамп.
Обобщ ение имею щ ихся в литературе
представлений о м еханизм е пучения пород
почвы в вы ем очны х вы работках п озволяет
сделать вы вод, что общ епринятой ги п о те­
зы этого явления в настоящ ий м ом ент нет.
М еханизм пучения пород почвы н а разны х
этап ах сущ ествования вы работки р а зл и ­
чен. В зоне неустановивш егося горного
давления позади лавы одним и из основны х
влияю щ их ф акторов, которы е определяю т
м еханизм и интенсивность см ещ ений п о ­
род почвы вы работки, являю тся п ар ам ет­
ры охранного сооруж ения, в частности его
ф орм а и ориентация относительно вы ра-
--------------------------------------------------------------------
IS S N 0135-3500. Записки Горного института. Т.199
ботки. В связи с этим целью исследования
является изучение поведения подстилаю щ их
жесткие охранные сооружения пород с раз­
личны ми параметрами.
Д ля проведения данны х исследований
был при н ят м етод м оделирования с и с ­
пользовани ем эквивалентны х м атериалов
[2]. Б ы л а подготовлена объем ная м одель
из эквивалентного м атериала, в которой
закатанны е слои им итировали п о д сти ­
лаю щ и е породы. П осле этого п ред усм ат­
ривалась устан овка н а подготовленны й
объем отдельностоящ их ж естких о х р ан ­
ны х сооруж ений различной формы. В к а ­
честве охранны х сооруж ений (ш тампов)
использовались сборны е конструкции из
ги п са и дерева.
Рассмотрены охранные сооружения, в
основании которых леж ат прямоугольник,
треугольник и окружность.
В результате пригрузки ж естких охран­
ных сооружений различной формы наблю ­
далось интенсивное деформирование, кото­
рое сопровождалось погружением в них ж е­
стких опор (рис.1).
П осле пригрузки и разруш ения подсти­
лаю щ их охранное сооружение слоев модели
распиливались в вертикальной плоскости с
определенным шагом. П ричем модели с од­
ной и той же опорой отрабатывались по не­
скольку раз для того, чтобы получить разре­
зы по ш ирине и длине модели. Кроме того,
отработаны модели, в которых после пригрузки были извлечены образовавш иеся под
охранным сооружениям ядра для более де­
тального их изучения (рис.2).
В результате моделирования было ус­
тановлено, что образованное под охранным
сооружением ядро имеет форму пирамиды и
в процессе приложения нагрузки перемещ а­
ется вместе со штампом. Его грани задаю т
направление вытесняемым породам. Углы
наклона граней ядра к плоскости основания
ш тампа составляю т а = (л / 2)+ф (где ф угол внутреннего трения подстилаю щ их ох­
ранное сооружение пород, град.).
Характер деформирования подстилаю ­
щ их пород и направление их выдавливания
из-под опор различной формы имею т боль­
шие отличия. П ри визуальном изучении м о­
дели вокруг опор просматривались воронки
оседания и неравномерное выдавливание
подстилаю щ его м атериала по периметру
прямоугольного ш там па и равномерное при круглом и треугольном.
Е сли рассм атривать ориентацию ох­
ранны х сооруж ений по отнош ению к вы ра­
ботке, то для определенны х условий та или
иная ф орм а м ож ет оказаться эффективной.
В частности, при прям оугольной форме
больш ий объем вы давливаем ой породы
приходится н а больш ую сторону основания
опоры, т.е. при располож ении данной опо­
ры больш ей стороной параллельно про­
дольной оси вы работки (рис.3, а) больш ие
смещ ения будут реализовы ваться в сторону
вы работки и в вы работанное пространство,
если же ее располож ить перпендикулярно к
оси (рис.3, б), то вы давливание в вы работку
будет происходить по м еньш ей стороне о с­
нования с м еньш ей интенсивностью . П ри
квадратной и круглой ф ормах эф ф екта от
пространственного разм ещ ения относи­
тельно вы работки не будет. П ри треуголь­
ной ф орме более эф ф ективной является
ориентация, при которой опора с верш иной
с м иним альны м углом будет располагаться
у вы работки (рис.3, г).
Располож ение охранных сооружений,
разнесенны х друг от друга, такж е сказыва­
ется на состоянии выработки. Определению
оптимального расстояния между опорами
прямоугольной формы посвящ ены исследо­
вания ДонН ТУ [3]. Предлагается располо­
жение прямоугольных опор перпендикуляр­
но продольной оси выработки и оставление
между ними специальны х полостей для реа­
лизации в них выдавливания. П о результа­
там исследований при ш ирине полости
больше ш ирины опоры происходит сравни­
тельно быстрая потеря устойчивости под­
стилаю щ их пород, которая сопровождается
их выдавливанием в полость меж ду опорами
и интенсивным прокалыванием. П ри ш ири­
не опоры, которая сущ ественно больше ш и­
рины полости, пучения пород ее подош вы
практически не наблюдается. Оптимальным,
с точки зрения обеспечения устойчивости
почвы выработки, является соотношение
размеров опоры и компенсационной полости
---------------------------------177
Санкт-Петербург. 2012
а
Рис.2. Общий вид охранных сооружений с основаниями прямоугольной (а), треугольной (б) и круглой (в) форм
вместе с извлеченными ядрами
а
в
б
b
г
b
7
Рис.3. Варианты схем расположения охранных сооружений различной формы вдоль выработки
178
IS S N 0135-3500. Записки Горного института. Т.199
1:1, при котором сдвиги в подстилаю щ их
породах также происходят, но потеря их ус­
тойчивости происходит при больш их пригрузках.
Это подтверж дается результатами ис­
следований по изучению взаимодействия
близкорасположенны х фундаментов раз­
личной формы и их влияния на деформации
подстилаю щ его грунта [1]. У казывается, что
взаимное влияние штампов на оседания
грунтовых оснований сущ ественно сказыва­
ется на расстоянии 1,0-1,5b (где b - ш ирина
штампа). П ри расстоянии между ш тампами
более 2b взаимное влияние штампов на де­
формации их основы практически не сказы­
вается. Кроме того, максимальное воздейст­
вие зафиксировано для ленточного фунда­
мента, минимальное влияние друг на друга
отмечено для круглых фундаментов при од­
ной и той же интенсивности давления и
одинаковом расстоянии между штампами.
В результате отработки серии моделей
было установлено, что под охранным со­
оружением формируется ядро в форме пи ­
рамиды, грани которой задаю т направление
вы теснения пород из-под охранного соору­
жения. Это позволило рассмотреть поведе­
ние пород, подстилаю щ их охранные соору­
жения различной формы. У становление оп­
тимальных расстояний между опорами их
оптимальных форм в условиях подземных
горных вы работок угольны х ш ахт требует
детальны х исследований.
ЛИТЕРАТУРА
1. З ияд М .М . Сальха. В заи м одей стви е р яд ом р ас­
п ол ож ен н ы х ф ундам ентов разл и ч н о й ф орм ы н а основа­
н и и в ви д е линей н о-д еф орм и руем ого слоя грунта: А втореф . д и с...к ан д .т ех н .н а у к / П р и дн еп ровск ая госуд арст­
вен н а я
академ и я
строи тельства
и
архитектуры .
Д н епроп етровск, 2004.
2. М од ел и рован и е п рояв л ен и й горного дав л ен и я /
Г.Н .Кузнецов, М .Н .Будько, Ю .И .Васильев, М .Ф .Ш клярский, Г .Г .Ю ревич. Л ., 1968.
3. М о к р и е н к о В .Н . П арам етри рован и е нового спо­
соба охран ы вы ем оч н ой в ы р аб о тк и с и сп ол ьзован и ем
м ето д а экв и в ал ен тн ы х м атериалов // Збiрн и к наукових
п р ац ь Н ГУ . 2010. № 34. Т.1.
REFERENCES
1. Z iy a d M .M .S a lh a . Interaction o f th e w ith basis the
closely set b ases o f various form s as a linearly deform ities
ground layer: M anuscript. D issertation on com petition o f
graduate degree o f candidate o f engineering sciences on
speciality 05.23.02 th e footings a n d foundations are the
P rydneprovskaya state academ y o f civil engeneering. D n e­
propetrovsk, 2004.
2. S im ulation o f the m anifestations o f rock pressu re /
G .N .K uznetsov, M .N .B udko, Y u.I.V asiliev, M .F.Shkliarsky,
G .G .Y urevich. L eningrad, 1968.
3. M o k rien k o V.N. P aram eter a n e w w ay o f m aking
cu tter using th e m eth o d o f eq u iv alen t m aterials // Z b irn ik
N au k o v a P ratzen N SU . 2010. № 34. Vol.1.
---------------------------------179
Санкт-Петербург. 2012