Чисельне моделювання покрівельних покриттів на декількох шахтах Кузбасу з використанням підходу з механікою механічних пошкоджень з кінцевою різницею

Михайло Єремін

Інститут фізики міцності та матеріалознавства Сибірського відділення Російської академії наук, Томськ 634055, Російська Федерація

Габріель Естерхайзен

b Національний інститут охорони праці, Пітсбург, штат Пенсільванія, 15236, США

Ігор Смолін

c Національний дослідницький Томський державний університет, Томськ 634050, Російська Федерація

Анотація

Важливим етапом проектування шахт є оцінка ступенів першої та періодичної поглинання даху в шахтах довгих стін. Як правило, це здійснюється з використанням досвіду на місцях і може бути значно покращено за допомогою чисельного моделювання. У цій роботі застосовувався метод скінченної різниці в поєднанні з підходом механіки пошкодження континууму (CDM) для моделювання напружено-деформаційного розвитку гірської маси з підземним отвором під час видобутку вугілля. Етапи та етапи поглинання даху були оцінені, спираючись на дані чисельного моделювання, та їх порівняно з польовими даними кількох діючих шахт на півдні Кузнецького басейну, Росія. Залежність першого кроку поглинання даху при моделюванні лінійно корелює з польовими даними. Результати відповідають фактичним дахам довгостінних панелей пласких заглиблюючих вугільних пластів, і середня швидкість просування торця становить приблизно 5 м/добу.

1. Вступ

Видобуток довгих стін - один із двох найпоширеніших у світі способів видобутку підземного вугілля. Він цілком безпечний, високопродуктивний і вимагає меншої кількості експлуатаційного персоналу і т. Д. І це більше підходить для вугільних пластів з низькими кутами занурення (плоскі занурення) та мінних полів прямокутної форми. Великі консолі основної покрівлі можуть залишатися позаду стіни стіни (близько 100 м і більше) в певних геологічних умовах (як правило, з великою товщиною основної покрівлі), якщо не застосовуються спеціальні процедури поглинання даху. Це посилює тиск на опору перед ріжучою поверхнею на 2–2,5 коефіцієнта порівняно з величиною вертикального напруження у випадку, коли довжина шару має близько 100 м [1,2]. Максимальне значення опорного тиску спостерігається на кілька метрів углиб незайманого вугільного пласта. У той же час на 1,5–3 м вздовж страйку вугілля дає, періодично спричиняючи обриви видобутку через спалахи [3]. Підземні отвори порушують незайманий стан стресу та деформації [4]. Посилення напруги в околицях отворів відповідає за прояв розриву гірських порід, вугілля та газу, негайного врізання даху в робочу зону, нестійкості захисних стовпів тощо [5].

2. Геологічні умови кількох вугільних пластів Кузнецького басейну

Розташування та зовнішня межа Кузнецького басейну (після [20]).