Стійкість елементів конструкції підземних камер колективного порятунку працівників шахти

Abstract

Мета. Розробка способу дослідження стійкості елементів конструкції підземної камери колективного порятунку працівників шахти. Методика. Задача про деформування в часі вуглепородного масиву з гірничою виробкою, камерою колективного порятунку і елементами їх кріплення розв’язувалась із застосуванням методу скінченних елементів. Результати. Розроблено спосіб дослідження стійкості елементів конструкції підземної камери колективного порятунку, який полягає у створенні комп'ютерної моделі гірського масиву з гірничою виробкою, камерою колективного порятунку і їх кріпленням; чисельному розрахунку поля напружень і зон непружних деформацій в породах і кріпленні; аналізі стійкості бетонних елементів кріплення камери колективного порятунку за максимальними напруженнями і характером деформування; аналізі стійкості приконтурних порід, які теж є одним з елементів конструкції підземних споруджень, за мінімальними напруженнями. Для прикладу створено чисельну модель для дослідження стійкості елементів конструкції підземної камери колективного порятунку і гірничої виробки, закріплених анкерно-рамним кріпленням. Виконано розрахунок напруженого стану вуглепородного масиву і елементів кріплення. Показано, що в заданих гірничо-геологічних умовах використання анкерного кріплення дозволяє зберегти гірничу виробку і камеру порятунку в стійкому стані, а бетонна стінка між камерою і гірничою виробкою витримує високе навантаження і не руйнується. Наукова новизна. Вперше запропоновано виконувати аналіз стійкості елементів конструкції камери колективного порятунку працівників шахти в два етапи: аналіз стійкості бетонних елементів кріплення за максимальними напруженнями і характером деформування; аналіз стійкості приконтурних порід за мінімальними напруженнями. Практична значимість. Застосування запропонованого способу дозволить на етапі проектування дослідити та підвищити стійкість елементів конструкції підземних камер колективного порятунку, завдяки чому поліпшиться рівень безпеки працівників шахти. Ключові слова: аналіз стійкості, елементи кріплення, підземна камера колективного порятунку, спосіб дослідження, чисельне моделювання

Purpose. Development of a method of studying the stability of structural elements of an underground shelter for the collective rescue of mine workers. Methods. The problem of time-dependent deformation of a coal-rock mass with a mine, a collective rescue shelter and their supporting elements was solved using the finite element method. Findings. A method of studying the stability of structural elements of an underground shelter of collective rescue has been developed. It consists in creating a computer model of a rock mass with a roadway, a collective rescue shelter and their support; numerical calculation of the stress field and zones of inelastic deformations in rocks and support; analysis of the concrete elements stability according to the maximum stresses and the nature of deformation; analysis of the stability of near-contour rocks, which are also one of the structural elements of underground structures, based on minimum stresses. For example, a numerical model was created to study the stability of structural elements of the underground shelter for collective rescue and the roadway, supported with rock bolts and frames. The calculation of the stress field in the coal-rock mass and supporting elements was performed. It is shown that under the given mining and geological conditions, the use of rock bolts allows to preserve the roadway and the rescue shelter in a stable condition; the concrete wall between the shelter and the roadway withstands a high load and does not collapse. Originality. For the first time, it was proposed to analyse the stability of the structural elements of an underground shelter for the collective rescue of mine workers in two steps: analysis of the concrete elements stability according to the maximum stresses and the nature of the deformation; analysis of the near-contour rocks stability according to minimum stresses. Practical implications. The application of the proposed method will allow at the design stage to investigate and increase the stability of structural elements of underground collective rescue shelters, thanks to which the level of safety of mine workers will improve. Keywords: stability analysis, supporting elements, underground shelter, research method, numerical simulation