Результати дослідження впливу надпрацювання на гірничі виробки, що закріплені композитним кріпленням

Abstract

Мета. Аналіз впливу надпрацювання на гірничі виробки, що закріплені композитним кріпленням. Методика. Обчислювальний експеримент проведено на основі тривимірного моделювання геомеханічної системи підготовчої виробки із шаруватим породним масивом, що надпрацьовується лавою, методом скінченних елементів з використанням нелінійних закономірностей зміни напружено-деформованого стану досліджуваного об'єкта у програмному продукті Ansys Mechanical. Результати. Розроблені розрахункові моделі геомеханічної системи дозволили визначити картину деформації композитного кріплення за різного його перерізу. найбільш висока концентрація напружень спостерігається при використанні базового металевого кріплення. Область σmax поширюється на 1,2 м і 1 м відповідно, після чого починається рівномірне зниження напружень. Область з максимальними напруженнями утворюється в центральній частині верхняка з невеликим ухилом у ліву сторону. При цьому при збільшенні перерізу композитного кріплення до 39 спостерігається поступове зменшення областей σmax. Результати досліджень дозволяють отримати максимально повну картину напружено-деформованого стану композитного кріплення виробки. На підставі проведених експериментів можна з високим ступенем об'єктивності визначити недоліки системи композитного кріплення, що буде покладено в основу для розробки раціональних параментрів кріплення із композитних матеріалів на великих глибинах. Наукова новизна. Вперше розроблено та розраховано тривимірну модель шаруватого гірського масиву з системою композитного кріплення різних перерізів. Встановлено, що при використанні композитного кріплення з перерізом 39 області σmax мають найменші значення. Практична значимість. Отримані результати доводять, що при надпрацюванні краще використовувати композитне кріплення перерізом 39, що разом з полегшенням конструкції та пришвидшенням роботи зміни буде сприяти розвитку підземного вуглевидобутку. Ключові слова: гірничі виробки, композитне кріплення, максимальні напруження, моделювання, надпрацювання, напружено-деформований стан

Purpose. Analysis of the effect of overworking on the mining workings fixed by arched supports made of composite materials. Methods. The computational experiment was carried out on the basis of three-dimensional modeling of the geomechanical system of the preparatory work with a layered rock massif overworked by longwall, using the finite element method using non-linear regularities of changes in the stress-strain state of the object under study. Findings. The developed calculation models of the geomechanical system made it possible to determine the deformation pattern of the composite fastener for its various cross-sections. the highest stress concentration is observed when using a basic metal fastener. The region σmax extends to 1.2 m and 1 m, respectively, after which a uniform reduction of stresses begins. The region with maximum stresses is formed in the central part of the upper part with a slight inclination to the left. At the same time, when the cross-section of the composite fastener increases to 39, a gradual decrease in the σmax areas is observed. The results of the research allow us to obtain the most complete picture of the stress-strain state of the composite fastening of mine workings. On the basis of the conducted experiments, it is possible to determine with a high degree of objectivity the shortcomings of the composite fastening system, which will be the basis for the development of rational fastening parameters from composite materials at great depths. Originality. For the first time, a three-dimensional model of a layered massif with a composite fastening system of various cross-sections was developed and calculated. It was established that when installing a composite fastener with a cross-section of 39, the σmax regions have the smallest values. Practical implications. The obtained results prove that it is better to use a composite fastener with a cross-section of 39 when working overtime, which, together with the lightening of the structure and speeding up the work of the shift, will contribute to the development of underground coal mining. Keywords: mine workings, composite support, maximum stresses, modeling, overworking, stress-strain state