Сдвижкова Олена Олександрівна. Стійкість підземних виробок у структурно-неоднорідному породному масиві з випадково розподіленими властивостями

Короткий опис

Сдвижкова Олена Олександрівна. Стійкість підземних виробок у структурно-неоднорідному породному масиві з випадково розподіленими властивостями : Дис... д-ра наук: 05.15.09 - 2002.

Сдвижкова О.О. Стійкість підземних виробок у структурно-неоднорідному породному масиві з випадково розподіленими властивостями. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.09. «Механіка ґрунтів і гірських порід». Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2002.
Дисертація присвячена проблемі підвищення надійності та економічності проектування і експлуатації гірничих виробок шляхом розробки науково-обгрунтованої комплексної методології оцінки стійкості виробки, що враховує стохастичний характер її функціонування. Породний масив, що містить природні неоднорідності і штучні порожнини, розглянуто як багаторівневий об'єкт зі статистично розподіленими властивостями.
Досліджено імовірнісну природу міцності породного масиву, виконано аналіз статистичних даних про навантаження на кріплення протяжних виробок. Розроблено алгоритм визначення внутрішніх зусиль, що виникають в елементах кріплення під дією випадкового навантаження, обґрунтовано закон розподілу коефіцієнта стійкості виробки як випадкової величини, вирішено задачу знаходження мінімуму витрат на підтримку виробки.
Досліджено стійкість виробок у зоні впливу очисних робіт. Запропоновано імовірнісний показник ефективності охоронних заходів. Обґрунтовано принципи раціонального розміщення виробок стосовно основної системи тріщин. Установлено, що залежно від напрямку та інтенсивності тріщин кількісний показник стійкості змінюється в 1,5...2 рази.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій дане теоретичне узагальнення закономірностей зміни стану неоднорідного складно структурного породного масиву з урахуванням імовірнісно-статистичного характеру функціонування системи «масивприконтурна областькріплення» і отримано нове рішення актуальної науково-прикладної проблеми підвищення надійності та економічності проектування й експлуатації гірничих виробок.
Основні наукові та практичні результати роботи.
1. На основі статистичної обробки значного обсягу зразків гірничих порід Донбасу доведено, що розподіл їх властивостей щодо міцності описується логарифмічно нормальним законом і обґрунтована ймовірносно-статистична модель міцності неоднорідного масиву, яка враховує наявність мікро- та макродефектів, що дало змогу встановити залежність коефіцієнта структурного послаблення масиву від ступеня неоднорідності середовища і підвищити точність розрахунків при оцінці стійкості підземних споруд.
«Методика оцінки міцності неоднорідного масиву, що включає системи тріщин, і визначення навантаження на кріплення підготовчої виробки» затверджена ДВАТ «Інститут Дніпродіпрошахт»
2. Уперше встановлено, що стійкість протяжної гірничої виробки, пройденої у статистично неоднорідному масиві, з випадково розподіленими системами тріщин, обумовлюється двома основними характеристиками: кутом між напрямком проведення виробки і лінією схилу площин тріщин, а також відносною варіацією інтенсивності тріщин. Це дозволяє розробити принципи раціонального розміщення виробок у просторі й у 2...2,5 рази підвищити кількісний показник стійкості.
Установлена закономірність зареєстрована як наукове відкриття за № 131 Міжнародним комітетом з відкриттів.
Рекомендації щодо раціонального розміщення виробок і розкрою шахтного поля впроваджені на шахтах ДХК «Шахтарськантрацит» і «Добропіллявугілля».
3. Розроблено алгоритм математичного моделювання випадкового навантаження на кріплення виробки і визначення внутрішніх зусиль у його елементах, на основі якого встановлений імовірнісний закон розподілу коефіцієнта стійкості підготовчих виробок, що дає можливість для конкретних гірничо-геологічних умов прогнозувати стійкий стан підземної споруди, обґрунтувати запас міцності найбільш розповсюджених металевих конструкцій кріплення і проектувати їх з більш високим рівнем надійності.
«Методика розрахунку металевого аркового кріплення, що функціонує в умовах випадкового навантаження», а також «Методика кількісної оцінки й аналізу стійкості підземної виробки, проектованої в породах, що здимаються» затверджені ДВАТ« Інститут Дніпродіпрошахт». «Методичні вказівки щодо визначення параметрів анкерування порід при спорудженні трисклепистої станції метрополітену» затверджені Дніпропетровською філією державного проектного інституту «Укрметротунельбуд» і ВАТ по будівництву метрополітену в Санкт-Петербурзі («Метрострой»).
4. Уперше для підготовчих виробок, розташованих у зоні впливу очисних робіт, із застосуванням математичного апарату теорії випадкових функцій поставлена і вирішена імовірнісно-статистична задача про стійкість геомеханічної системи «виробкаелемент охоронилава», завдяки чому розроблено рекомендації з геометричних параметрів і жорсткості охоронних елементів. Установлено, що практично доцільне співвідношення жорсткостей охоронного елемента і вугільного пласта перебуває в межах 0,2...0,6.
5. На основі гіпотези про логнормальний розподіл коефіцієнта стійкості узагальнено та отримано нове рішення про оптимальне проектування капітальних і підготовчих виробок. Уперше встановлено, що проектування протяжних виробок може вважатися оптимальним лише в тому разі, якщо обсяги ремонтних робіт за період експлуатації перебуватимуть у певних межах, розміри яких залежать від ступеня експлуатаційної важливості об'єкта, ступеня неоднорідності середовища і застосовуваних імовірнісних моделей.
6.Очікуваний економічний ефект від упровадження викладених в дисертації рекомендацій, отриманий за рахунок зменшення витрат на ремонт (підтримку) виробок, становить 679000 грн.