Бабець Дмитро Володимирович. Оцінка стійкості підземних протяжних виробок, що проведені в неоднорідному породному масиві, на основі багатофакторного аналізу

Короткий опис

Бабець Дмитро Володимирович. Оцінка стійкості підземних протяжних виробок, що проведені в неоднорідному породному масиві, на основі багатофакторного аналізу : Дис... канд. наук: 05.15.09 2006

Бабець Д.В. Оцінка стійкості підземних протяжних виробок, що проведені в неоднорідному породному масиві, на основі багатофакторного аналізу. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.15.09 Механіка ґрунтів та гірських порід”. Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, Дніпропетровськ, 2006.
В дисертації викладені результати досліджень впливу на напружено-деформований стан породного масиву мінливості його фізико-механічних властивостей, яка обумовлена природною неоднорідністю гірських порід.
Узагальнені результати численних спостережень відносно фізико-механічних характеристик гірських порід, що наведені в різних джерелах. Розроблений спосіб урахування макродефектів при визначенні параметрів розподілу досліджуваних кількісних ознак. Доведено, що наявність систем тріщин впливає не тільки на величину середнього значення і показники розкиду, але і змінює вид розподілу, причому, його асиметрія і ексцес нелінійно залежать від відстані між тріщинами.
З урахуванням встановлених закономірностей розроблений алгоритм чисельного моделювання стохастичної мінливості властивостей середовища при визначенні напружено-деформованого стану масиву навколо виробки. Використовувався метод скінчених елементів в поєднанні з прийомами імітаційного моделювання. Встановлено, що зміщення контуру виробки і розміри зон непружних деформацій в породному середовищі з випадково розподіленими властивостями на 30-40% перевищує ці ж величини в середовищі з усередненими властивостями.
Побудовано прогностичні моделі, які дозволяють оцінити приріст величини зміщення і розміру зони руйнувань залежно від відомих значень варіації основних міцнісних і деформаційних характеристик. На основі імовірнісної моделі безремонтної підтримки протяжних виробок розроблена методика оцінки їх стійкості і вибору параметрів кріплення.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на основі вперше встановлених закономірностей формування поля напружень і переміщень в неоднорідному породному масиві з урахуванням статистичної мінливості його деформаційних і міцнісних властивостей вирішена актуальна задача оцінки стійкості протяжної підземної виробки на основі багатофакторного аналізу, з метою підвищення надійності її експлуатації.
Основні наукові і практичні результати роботи.

На основі аналізу статистичних сукупностей фізико-механічних характеристик гірських порід встановлено, що:

міцнісні і деформаційні властивості середовища мають істотну (не нижче 45%) мінливість навіть в межах однієї і тієї ж літологічної різниці;
наявність тріщин змінює всі статистичні оцінки властивостей порід і впливає на закон розподілу їх ймовірностей, причому показники асиметрії і ексцесу емпіричних розподілів нелінійно залежать від відстані між тріщинами.

Виходячи зі встановлених закономірностей імовірнісного розподілу властивостей гірських порід, розроблені принципи імітаційного моделювання стохастичної неоднорідності породного масиву і розроблений алгоритм визначення його напружено-деформованого стану навколо виробок з урахуванням мінливості основних деформаційних і міцнісних характеристик, що підвищує вірогідність геомеханічних розрахунків.
Розрахунками за розробленим алгоритмом встановлено, що неоднорідність породного масиву, яка виявляється в природному розкиді показників його фізико-механічних властивостей, обумовлює збільшення (в порівнянні з однорідним середовищем) на 30-40% зміщення контуру виробки і розмірів зони руйнувань залежно від величин варіації основних деформаційних і міцнісних характеристик порід (модуля пружності, коефіцієнта Пуасона, меж міцності на одновісне стиснення і розтягування).
Модифікований стосовно задач геомеханіки метод групового урахування аргументів, на основі якого узагальнені результати обчислювального експерименту представницького обсягу і отримані узагальнюючі багатофакторні залежності для урахування варіації початкових даних при розрахунку переміщень контуру протяжної виробки і розмірів зон руйнування навколо неї, що дозволило розробити інженерну методику оцінки стійкості протяжної виробки. «Методика визначення зміщень контуру протяжної гірничої виробки і навантаження на її кріплення з урахуванням статистичного розкиду властивостей гірських порід» затверджена інститутом НДІОМШБ, м. Харків.
Запропоновано імовірнісну модель стійкості протяжних виробок, яка дозволяє обґрунтувати величину коефіцієнта запасу стійкості, необхідного для практично безремонтної підтримки виробки з відомою ймовірністю. Вірогідність розробленої моделі підтверджується збігом результатів розрахунків величин зміщень з даними натурних спостережень.
Виконано прогноз стійкості і вибір параметрів кріплення для умов шахти ім. Бажанова (конвеєрний штрек 6-й західної лави). Очікуваний економічний ефект за рахунок скорочення обсягів ремонтних робіт складає 568 тис. грн. на 1000 п.м. виробки.