К вопросу учета мощности, механических свойств и местоположения слоев толщи при их изгибе

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ГЕОМЕТРИЯ И КВАЛИМЕТРИЯ НЕДР
^ В. Н. Гусев, 2000
УДК 022. 838:626/627
В.Н. Гусев
К ВОПРОСУ УЧЕТА МОЩНОСТИ, МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ СЛОЕВ ТОЛЩИ ПРИ ИХ ИЗГИБЕ
Д
еформации слоев массива горных пород, их изгиб вызывает давление на нижележащие слои пород. При этом оно всегда меньше веса столба пород над рассматриваемым слоем за счет частичного сохранения сопротивляемости боковых пород и самого слоя. Отсюда часть веса породы, которая будет поглощена сопротивлением не-подработанных боковых частей можно выразить как у^р, где р — давление со стороны единицы площади рассматриваемого слоя: h и у — соответственно мощность и объемный вес этого слоя. Далее можно получить (у^р)М, что является объемным весом некоторой условной породы, при котором отсутствуют деформации кровли, то есть соблюдается условие первого предельного пролета [2]. Подставляя в это условие полученное значение объемного веса условной породы, получим
сти hm. Для определения этого значения достаточно взять первую производную от р по h и приравнять ее нулю:
, Ф .к h- = у- 4ст--йк /2 к у/2
откуда hm =
4ст
(3)
/ =.
2ск
2
у к — р откуда:
(1)
Если при расчетах давления некоторого слоя по формуле (2) оно будет получаться отрицательным, то это означает, что данный слой за счет отслоений должен разделиться на подслои или пачки слоев мощностью, определяемой из выражения (3). И для определения действующего давления на нижележащий слой в формулу (2) вместо h следует подставить величину.
Необходимо также учесть степень восприятия нижележащим слоем давления со стороны вышележащего слоя, то есть учесть взаимодействие слоев при отслоении и изгибе. Пусть вышележащая порода оказывает давление р1 на нижележащую породу,
к 9
р = ук — 2ст-,
/2
(2)
где / - предельный пролет слоя породы- С — предел прочности породы на растяжение.
Реализация этого давления, то есть когда р достигнет максимума, произойдет в случае отслоения и изгиба слоя определенной мощно-
Таблица
РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛОЕВ В ТОЛЩЕ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УЧАСТКАХ
растании объемного веса нижележащей породы:
у = Р1 + у 2к2
У Пр2 — ,
к2
где упр2 — приведенный объемный вес нижележащей породы- р1 — давление со стороны вышележащей породы при ее изгибе- у2к2 — соответственно объемный вес и мощность нижележащей породы.
Далее величина упр2 подставляется в формулу (2) вместо у2 и определяется давление р2 с учетом отслоений. Это давление также будет передаваться на следующий нижележащий слой породы мощностью к3 и объемным весом у3, что учитывается через приведенный объемный вес породы, поглощающей изгибное давление:
у = р2 + у33
1пр3 -. '
П3
и так далее по всему комплексу пород, слагающих рассматриваемую толщу над выработкой.
Используя вышеизложенную схему геомеханических процессов, были получены распределение давлений изгиба слоев толщи для конкретных условий участков экспериментальных скважин, пробуренных на полях шахт Кузнецкого угольного бассейна (см. табл.). Физико-механические характеристики слоев толщи были взяты из результатов кернового опробования по скважине № 4 (табл.). Результаты расчета в районе скважины № 247 представлены в графической форме на рисунке. Аналогичная интерпретация распределения давлений при изгибе слоев была сделана и по остальным случаям подработки массива горных пород, представленных в таб-
№ п/п Шахта Экспериментальная скважина Глубина залегания пласта, м а1 а Примечание
1 Пионерка № 4 216 1,01 1,01 Физико-механические испытания по керну
2 Пионерка № 7 264 0,94 0,90 Глубинные реперы
3 Пионерка № 8 264 0,93 0,89 Глубинные реперы
4 Западная № 247 148 0,58 0,57 Глубинные реперы
5 Октябрьская Октябрьская № 12 875 120 0,88 0,87 Глубинные реперы
6 № 14 795 123 0,82 0,82 Глубинные реперы
при этом оно будет поглощено нижележащей породой. Учтем это в воз-
лице.
Кроме того, по каждому из рассматриваемых случаев определялось
расстояние до центра изгибающих давлений:
X р/
Т'- = -І
Тф п
(4)
X Р 1
гдер 1, р2, …, Рп — давление слоев с учетом их взаимодействия при изгибе- п — количество слоев, составляющих толщу- ?1,12,., 1п — расстояния до почвы рас-сматри-ваемых слоев от пласта.
И далее определялся показатель, учитывающий распределение изгибающих давлений слоев в пределах рассматриваемой толщи:
L (ф
ал = -^-,
1 L
Рис. Распределение в толще давлений при изгибе слоев на участке скв. № 12 875: Ь '-ф -расстояние от пласта до центра распределения изгибающих давлений- Ь — то же, при равномерном распределении слоев в толще- 1 — алевролит- 2 — песчаник- 3 — пласт угля
Т н
где Т =---------
2
расстояние до
(5)
центра распределения давлений слоев толщи в случае их равномерного распределения- Н — суммарная мощность слоев рассматриваемой толщи.
При а1& gt-1 слои с наибольшим изгибающим давлением находятся в первой половине подрабатываемой толщи, считая от поверхности. При а1& lt-1 — слои с наибольшим изгибающим давлением имеют тренд располагаться ближе к пласту, т. е. во второй половине толщи. Таким образом, этот показатель отражает особенности строения толщи через распределение изгибающих давлений слагающих ее слоев.
Учитывая тот факт, что величина а1 получается из распределения изгибающих давлений слоев толщи, а последние функционально связаны с мощностью слоев, то должно быть соответствие между а1 и показателем, учитывающим распределение в толще слоев определенной мощности. Расчеты, сделанные по рассматриваемым случаям (см. табл.), подтвердили наличие практически полной аналогии между показателем, характеризующим распределение изгибающих давлений слоев в толще (а1) и показате-
(6)
лем, учитывающим распределение в толще слоев — определенной мощности (а). Последний определялся из выражения:
Ьф, а = -1-,
Ь
где Ьф — расстояние от пласта до центра распределения масс слоев толщи- Ь — то же, что в формуле (5).
Таким образом, в зависимости от исходных данных о слоях, слагающих толщу, можно с одинаковой степенью точности учитывать влияние строения слоистой толщи на распределение деформаций кривизны как через показатель а1, так и через а. Практическая значимость этого вывода заключается в том, что расчет распределения деформаций массива с учетом его строения можно делать в тех случаях, когда не известны механические характеристики слоев, слагающих этот массив.
Методика учета влияния местоположения слоев толщи различной мощности в расчетах распределения деформаций кривизны через показатель, а или а1 подробно изложена в работе [1], в которой показано, что вследствие этого существенно увеличивается точность предрасчета указанных деформаций и точность прогноза развития зон техногенной трещиноватости массива горных пород.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
21. Гусев В. Н. Зависимость высоты зоны водопроводящих трещин от распределения в толще породных слоев // Маркшейдерское дело и геодезия: Межвуз. сб. /Санкт-Петербургский горный институт, СПб, 1997, с. 78−81.
22. Шиман М. И. Предотвращение затопления калийных рудников. — М.: Недра, 1992, 176 с.

Гусев В. Н. — доцент, кандидат технических наук, и.о. зав. кафедрой МД Санкт-Петербургский горный институт.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой