Визначення раціонального перерізу композитного кріплення в умовах ШУ «Покровське»

Abstract

Мета. Визначення раціонального перерізу композитного кріплення в умовах ШУ «Покровське». Методика. Задля досягнення поставленої мети роботи проведено обчислювальний експеримент на основі тривимірного моделювання геомеханічної системи підготовчої виробки із шаруватим ізотропним гірським масивом за різної глибини проведеня виробки, методом скінченних елементів з використанням нелінійних закономірностей зміни напружено-деформованого стану досліджуваного об'єкта у програмному продукті Ansys Mechanical. Результати. Встановлено, що напруження в базовому варіанті металевого кріплення досягають максимальних величин (понад 270 МПа) у стояках від підошви на висоту 0,8 – 1,1 м, симетрично з обох сторін; на верхняк також впливають максимальні напруження від центру виробки в обидва боки на 1,4 – 1,5 м, що знаходиться на межі деформації і руйнування кріплення. А кріплення із композитного матеріалу D39 в тих же умовах не досягає максимальних напружень за винятком невеликої зони розміром 0,2 – 0,3 м у стояках та 0,3 – 0,4 м у верхняку, що не призводить до руйнування кріплення та зміни поперечного перерізу виробки. За сукупністю результатів проведеного аналізу стану гірського масиву на великих глибинах розробки та композитного кріплення побудовано сім’ю графіків, що відображають закономірності впливу геомеханічних факторів на переріз композитного кріплення. Переріз композитного кріплення змінюється за степеневою залежністю від співвідношення глибини проведення виробки H та середнього розрахункового опору на стискання R гірських порід. Це дозволяє прогнозувати стійкий стан виробки протягом усього терміну її експлуатації. Встановлена кореляція має місце між параметром перерізу композитного кріплення і відношенням H/R, що дозволило сформулювати один із основних наукових висновків наступним чином: навантаження на композитне кріплення підготовчої виробки, знаходиться в прямо пропорційній степеневій залежності від параметра H/R і обернено пропорційно перерізу композитного кріплення. Це забезпечує вибір параметрів системи композитного кріплення зі зниженою в 5 разів матеріаломісткістю без погіршення стійкості виробки. Найбільш підходящим перерізом кріплення буде композитне з перерізом 390 мм, бо при використанні цього кріплення області σmax мають найменші значення. Наукова новизна. Вперше розроблена максимально деталізована геометрія моделі гірського масиву та композитного кріплення за різної глибини проведення виробки в умовах ШУ «Покровське». Встановлено, що при використанні композитного кріплення з перерізом 390 мм області σmax мають найменші значення. Практична значимість. Отримані результати доводять, що в умовах ШУ «Покровське» за різної глибини проведення виробки раціональніше використовувати композитне кріплення перерізом 390 мм, що разом з полегшенням конструкції та пришвидшенням роботи зміни буде сприяти розвитку підземного вуглевидобутку.