Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности

Важной задачей является определение напряженно-деформированного состояния массива с учетом влияющих факторов на устойчивость контуров горной выработки. В качестве расчетной схемы выбрана прямоугольная плоскость, находящаяся в плоско-дефор­мированном состоянии и разбивающаяся сеткой треугольных элементов с соответствующими граничными условиями. Исследование особенностей деформирования породного массива вокруг подготовительных выработок с анкерным креплением при различных углах падения пласта и глубине анкерования, обоснование параметров анкерной крепи и определение рациональной области ее использования является актуальной задачей горного производства.

Исследовались проявления горного давления с установлением степени влияния технологических факторов с использованием метода конечных элементов. Моделировалась технологическая схема очистных работ с возвратноточным проветриванием для условий пласта к₁₀ шахты им. Костенко УД АО «АрселорМиттал Темиртау» при длине лавы 200 м до её прохода с использованием анкерной крепи.

Рассмотрена выработка, закрепленная анкерами (рисунок 1). Исследуем изменения напряжений массива горных пород в зависимости от угла наклона анкеров в кровле. Расчетные параметры: длина анкера 2,2 м; его диаметр 0,022 м; сечение выработки 17,5 м²; глубина разработки γH = 8,7138 МПа.

Рисунок 1 – Сечение прямоугольной выработки,

Из таблицы 1 следует, что при изменении угла наклона анкеров изменяются нормальные напряжения по оси «у» и касательные напряжения. Минимальные напряжения возникают, когда α = β = 90°. Ниже приведены распределения напряжений на примере касательных напряжений τ_xy в массиве горных пород, соответствующих α = β = 45° (рисунок 2,а), α = β = 75° (рисунок 2,б), α = β = 90° (рисунок 3).

a

б

Рисунок 2 – Распределение напряжений τ_xy

Рисунок 3 – Распределение напряжений τ_xy

ются углы α = β = 90°.

Установлены зависимости максимальных нормальных напряжений по оси «у» в зависимости от угла наклона анкера:

(2)

В таблице 2 приведены сравнительные результаты, полученные по эмпирической зависимости и численными данными.

Как видно из таблицы 2, погрешность при угле наклона 45 и 60° составляет менее 10 %, а при угле наклона 30, 75, 90° составляет менее 3 %.

Выявленные закономерности изменения напряженно-деформированного состояния угля вмещающих породных массивов в зависимости от горно-геологи­ческих факторов позволяют в конкретных условиях эксплуатации устанавливать рациональные параметры крепления боковых пород для повышения устойчивости подготовительных горных выработок.