Введение
1 Анализ моделей геомеханического состояния массива горных пород в окрестностях выработок и их систем 15
1.1 Обзор существующих моделей механического состояния породного массива с прочностной изотропией в окрестностях выработок... 15
1.2 Необходимость учёта поверхностей ослабления в расчётах массивов осадочных горных пород. Условия разрушения массива с прочностной анизотропией . 19
1.3 Экспериментальные данные о прочности горных пород с поверхностями ослабления 27
1.4 Аналитические и численные модели геомеханического состояния массива горных пород с прочностной анизотропией 29
1.5 Выводы... 36
2 Разработка модели геомеханического состояния массива с нрочеостной анизотропией, вмещающего систему выработок . 38
2.1 Определение напряжений в массиве около горной выработки 38
2.1.1 Расчётная схема массива, вмещающего произвольную выработку 38
2.1.2 Граничное интегральное уравнение второй внешней краевой задачи теории упругости ...39
2.1.3 Численное решение граничного интегрального уравнения. Метод граничных элементов . 41
2.2 Напряжения по поверхностям ослабления 48
2.3 Показатели нарушенности массива в окрестностях выработок 49
2.4 Аналитические решения канонических задач и их анализ. 51
2.4.1 Осесимметричная задача геомеханики о ЗНС около круглого отверстия ..51
2.4.2 Осесимметричная задача геомеханики о ЗНС около сферической полости 55
2.4.3 Задача о ЗНС возле выработки квадратного поперечного сечения... ...58
2.5 Выводы .60
3 Разработка алгоритма, реализующего модель геомеханического состояния массива ... 64
3.1 Построение алгоритма. ...64
3.1.1 Схема алгоритма 64
3.1.2 Описание алгоритма. 67
3.2 Вычислительный эксперимент и его спецификация... 70
3.3 Модульное представление поверхностей (контуров) выработок
сложного очертания и их гранично-элементная аппроксимация 74
3.3.1 Модульное представление контуров поперечных сечений протяжённых выработок и гранично-элементная аппроксимация модулей 74
3.3.2 Модульное представление поверхности системы выработок и гранично-элементная аппроксимация модулей. 76
3.4 Построение расчётной плоскости .82
3.4.1 Расчётная плоскость, представленная совокупностью локальных сеток.. .82
3.4.2 Расчётная плоскость, представленная универсальной расчётной сеткой...85
3.5 Обоснование сходимости и устойчивости алгоритма.. ..88
3.6 Сравнение численных и аналитических решений. 97
3.6.1 Сопоставление результатов решения для круга и сферы 97
3.6.2 Сопоставление результатов решения плоской задачи геомеханики о ЗНС 98
3.7 Сопоставление ЗНС и областей разрушения, полученных на моделях из эквивалентных материалов. 100
3.8 Выводы..102
4 Исследование нарушенности массива в окрестности протяженной одиночной выработки с различными формами поперечного сечения ...105
4.1 Исследование состояния нарушенности массива в окрестности типовых выработок .105
4.1.1 Построение зон нарушения сплошности массива горных пород в окрестности выработок разных форм поперечных сечений 106
4.1.2 Классификация форм поперечных сечений выработок по степени их влияния на нарушенность окружающего массива 109
4.2 Исследование состояния нарушенности массива в окрестности щелевых выработок. 113
4.2.1 Построение зон нарушенности в окрестности щелевых выработок... 113
4.2.2 Получение графических и аналитических зависимостей степени нарушенности массива в окрестности щелевых выработок 115
4.3 ЗНС массива в окрестности выработки с нетиповыми формами сечения. 117
4.4 Учёт нескольких систем регулярных поверхностей ослабления и сопоставление с результатами расчёта по критерию прочности Кулона - Мора... 118
4.5 Выводы 123
5 Изучение нарушенности массива вдоль протяжённых выработок ...125
5.1 Построение ЗНС массива в окрестности выработок 125
5.1.1 Выработка квадратного поперечного сечения ...125
5.1.2 Выработка круглого поперечного сечения (цилиндрическая выработка). 128
5.1.3 Выработка с поперечным сечением круговой сводчатой формы... 131
5.2 Изучение нарушенности массива в окрестности выработок и получение критерия разграничения плоской т объёмной задач геомеханики ... ...134
5.3 Изучение нарушенности массива в окрестности конической выработки ...138
5.4 Выводы... 142
6 Определение областей неустойчивости массива, вмещающего систему протяжённых горных выработок . 143
6.1 Изучение состояния нарушенности и определение областей неустойчивости массива в окрестности двух протяжённых цилиндрических выработок. 143
6.1.1. Построение ЗНС массива и определение областей неустойчивости при горизонтальных поверхностях ослабления. .143
6.1.2 Изучение нарушенности массива и построение его диаграмм неустойчивости при наклонных поверхностях ослабления и 3=90 147
6.1.3 Изучение нарушенности массива с а=45 при изменениях угла простирания поверхностей ослабления и коэффициента сцепления. Построение диаграмм неустойчивости 152
6.1.4 Изучение нарушенности массива при изменении коэффициента бокового давления. Построение диаграмм неустойчивости 158
6.2 Изучение состояния нарушенности и определение областей неустойчивости массива в окрестности трёх протяжённых цилиндрических выраооток 161
6.3 Построение ЗНС массива в окрестности двух выработок некруглого поперечного сечения 164
6.4 Влияние опорного давления на степень нарушенности в окрестности двух протяжённых цилиндрических выработок и определение областей неустойчивости вмещающего массива 168
6.5 Выводы. 175
7 Проявления нарушенности массива в окрестности сопрягающихся
7.1 Изучение нарушенности массива горных пород в окрестности сопряжения выработок квадратного поперечного сечения 178
7.2 Построение ЗНС массива горных пород в окрестности сопрягающихся выработок с другими типами сопряжений... ...188
7.2.1 Сопряжение выработок квадратного поперечного сечения. 189
7.2.2 Сопряжение выработок с круговым сводом 192
7.2.3 Сопряжение выработок с эллиптическим сводом ..196
7.3 ЗНС массива в окрестности сопряжения трёхсводчатой камеры и протяжённых выработок 200
7.4. ЗНС массива в окрестности сопряжения вертикальной и горизонтальной выработок .203
7.5 Сопоставление эмпирического и модельного объёмного подходов к расчёту устойчивости массива в окрестности сопряжений горных выработок. ...206
7.6 Выводы... 210
8 Апробация модели в реальных условиях массивов горных пород ... ..213
8.1 Расчёт параметров подкрепления горных выработок ..213
8.1.1 Подход к расчёту анкерной крепи на основе разработанной модели... .213
8.1.2 Пример расчёта параметров анкерной крепи конвейерного штрека вне зоны влияния опорного давления. ..215
8.1.3 Пример расчёта параметров анкерной крепи в окрестности сопряжения конвейерного ствола с подготовительной выработкой вне зоны влияния опорного давления. 220
8.2 Оценка устойчивости выработок при отработке угольного пласта по системе HIGHWALL.. 225
8.3 Геомеханическое обоснование газопроявлений в угольных пластах .230
8.3.1 Расчёт ЗНС в почве подготовительной выработки при надработке угольного пласта. .230
8.3.2 Расчёт параметров дегазации угольных пластов системой опережающих скважин. 232
8.4 Обоснование эффекта однобортной нарушенности массива в призабойиых частях подготовительных выработок. .235
8.5 Прогноз смещений почвы горной выработки квадратного поперечного сечения.. 240
8.6 Выводы 244
Заключение. 246
Литература... ..250
Приложение А. 267
