Article thumbnail

The rational parameters of backfilling of the worked-out area definition at the selective coal mining

By В. А. Соцков and Н. И. Деревягина

Abstract

Цель. Целью выполненного вычислительного эксперимента является определение фак-торов воздействия механических и геометрических параметров бутовых полос воздвигае-мых из пресекаемых пород при селективной выемки угля на состояние геомеханической си-стемы сопряжения выемочной и очистной выемки. Полученные закономерности обеспечи-вают оптимальный выбор технологического решения применения частичной закладки при различных горно-геологических условий в мелкослоистом породном массиве. Методика. Вычислительный эксперимент проведен с использованием метода конечных элементов при моделировании трехмерной расчетной области геомеханической системы. Породный массив представлен двенадцатью слоями пород и угольным пластом. При прове-дении расчета соседние породные слои свободно перемещаются относительно друг друга. Расчет напряжений и деформаций выполнен в полноразмерном блоке 300×160×50 м, кото-рый включает в себя нетронутый массив, очистную и две подготовительные выработки. Моделирование механических характеристик бутовых полос выполнено при помощи до-полнительных аналитических расчетов. Окончательные выводы основываются на анализе изменений величины деформаций породных слоев непосредственной кровли очистной вы-работки. Результаты. Выполненные расчеты состояние геомеханической системы сопряжений очистной и выемочной выработок позволили определить характерные зоны нарушенного породного массива, которые определяют механизм развития обрушения кровли очистной выработки с учетом влияния параметров закладки. Анализ напряженно-деформированного состояние геомеханической системы в кровле очистной выработки по выбранным попереч-ным сечениям позволил определить условия взаимодействия породных слоев в результате которого происходит опускание кровли на бутовые полосы. Научная новизна. Использование для определения оптимальных параметров закладки выработанного пространства анализа продольных горизонтальных напряжений позволяет однозначно определить тип и геометрические параметры схемы охраны выработанного про-странства очистной выработки при различных прочностных и геометрических параметрах нарушенного породного массива. Выявленные закономерности взаимодействия кровли очистной выработки и элементов закладки определяют оптимальные условия управления кровлей очистной выработки при селективной выемке угля. Практическая значимость. Полученные закономерности изменения напряженно-деформированного состояния геомеханической системы очистной выработки при различ-ных условиях частичной закладки выработанного пространства позволили определить ме-ханизм выбора скорости подвигания очистного забоя, типа и геометрических параметров воздвигаемых бутовых полос. Это позволяет обеспечить минимизацию затрат на внутрен-нюю логистику добычного участка, снизить себестоимость очистных работ и повысить без-опасность горнорабочих очистного забоя. Разработанная методика позволяет на этапе проек-тирования выбирать оптимальные условия функционирования очистного забоя без проведе-ния дополнительных геологических изысканий.Мета. Метою виконаного обчислювального експерименту є визначення факторів впливу механічних і геометричних параметрів бутових смуг, що споруджуються з присіканням по-рід при селективної виїмки вугілля на стан геомеханічної системи сполучення виїмкової і очисної виїмки. Отримані закономірності забезпечують оптимальний вибір технологічного рішення застосування часткової закладки при різних гірничо-геологічних умов у дрібноша-руватому породному масиві. Методика. Обчислювальний експеримент проведено з використанням методу скінченних елементів при моделюванні тривимірної розрахункової області геомеханічної системи. По-родний масив представлено дванадцятьма шарами порід і вугільним пластом. При прове-денні розрахунку сусідні породні шари вільно переміщаються відносно один одного. Розра-хунок напружень та деформацій виконаний в повномірному блоці 300 × 160 × 50 м, який включає в себе незайманий масив, очисну і дві підготовчі виробки. Моделювання механіч-них характеристик бутових смуг виконано за допомогою додаткових аналітичних розрахун-ків. Остаточні висновки ґрунтуються на аналізі змін величини деформацій породних шарів безпосередньої покрівлі очисної виробки. Результати. Виконані розрахунки стану геомеханічної системи сполучень очисної і виїмко-вих виробок дозволили визначити характерні зони порушеного породного масиву, які ви-значають механізм розвитку обвалення покрівлі очисної виробки з урахуванням впливу па-раметрів закладки. Аналіз напружено-деформованого стану геомеханічної системи в покрів-лі очисної виробки за обраними поперечним перетинах дозволив визначити умови взаємодії породних шарів в результаті якого відбувається опускання покрівлі на бутові смуги. Наукова новизна. Використання для визначення оптимальних параметрів закладки вироб-леного простору аналізу поздовжніх горизонтальних напружень дозволяє однозначно визна-чити тип і геометричні параметри схеми охорони виробленого простору очисної виробки при різних характеристик міцності і геометричних параметрах порушеного породного маси-ву. Виявлені закономірності взаємодії покрівлі очисної виробки і елементів закладки визна-чають оптимальні умови управління покрівлею очисної виробки при селективній виїмці ву-гілля. Практична значимість. Отримані закономірності зміни напружено-деформованого стану геомеханічної системи очисної виробки при різних умовах часткової закладки виробленого простору дозволили визначити механізм вибору швидкості посування очисного вибою, типу і геометричних параметрів бутових смуг, що споруджуються. Це дозволяє забезпечити міні-мізацію витрат на внутрішню логістику видобувної дільниці, знизити собівартість очисних робіт і підвищити безпеку гірників очисного забою. Розроблена методика дозволяє на етапі проектування вибирати оптимальні умови функціонування очисного забою без проведення додаткових геологічних вишукувань.Goal. The purpose of the performed computational experiment is to determine the factors influenc-ing the mechanical and geometric parameters of rubble strips erected from suppressed rocks during selective extraction of coal on the state of the geomechanical interface system of the extraction and treatment excavations. The obtained laws provide the optimal choice of technological solutions for the use of partial bookmarks under various mining and geological conditions in a shallow rock mas-sif. Methodology. A computational experiment was carried out using the finite element method in modeling a three-dimensional computational domain of a geomechanical system. The rock mass is represented by twelve layers of rocks and a coal seam. During the calculation, neighboring rock lay-ers freely move relative to each other. Stresses and strains were calculated in a full-sized block 300 × 160 × 50 m, which includes an untouched massif, a treatment plant and two preparatory workings. The modeling of the mechanical characteristics of rubble strips was carried out using additional ana-lytical calculations. The final conclusions are based on the analysis of changes in the magnitude of deformations of the rock layers of the immediate roof of the mine. Results. The calculations performed on the state of the geomechanical system of mates between treatment and excavation workings made it possible to determine the characteristic zones of the dis-turbed rock mass, which determine the development mechanism of the roof collapse of the treat-ment mine taking into account the influence of the bookmark parameters. The analysis of the stress-strain state of the geomechanical system in the roof of the mine by the selected cross sections made it possible to determine the conditions for the interaction of rock layers as a result of which the roof is lowered to rubble strips. Scientific novelty. Using the analysis of longitudinal horizontal stresses to determine the optimal parameters for laying the worked-out space allows us to unambiguously determine the type and ge-ometric parameters of the protection scheme for the worked-out working space of a working mine for various strength and geometric parameters of the disturbed rock mass. Practical significance. The obtained regularities of changes in the stress-strain state of the geome-chanical system of the mine working under various conditions of partial laying of the mined-out space made it possible to determine the mechanism for choosing the speed of movement of the face, the type and geometric parameters of the erected rubble strips. This allows you to minimize the cost of internal logistics of the production site, reduce the cost of treatment and improve the safety of miners of the working face. The developed technique allows at the design stage to choose the opti-mal operating conditions for the working face without additional geological surveys

Topics: породный массив, очистная выработка, напряженно-деформированное состояние, секция крепи, частичная закладка, бутовая полоса, породний масив, очисна виробка, напружено-деформований стан, секція кріплення, часткова закладка, бутова смуга, rock massif, treatment mine, stress-strain state, lining section, partial laying, rubble strip
Publisher: 'Dnipro University of Technology'
Year: 2019
DOI identifier: 10.33271/crpnmu/59.043
OAI identifier: oai:ir.nmu.org.ua:123456789/154935

Suggested articles


To submit an update or takedown request for this paper, please submit an Update/Correction/Removal Request.