КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАЧАЛЬНОГО ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ГОРНЫХ УДАРОВ

Авторы

  • Александр Сергеевич Пугач

DOI:

https://doi.org/10.25635/2313-1586.2022.01.025

Ключевые слова:

горный удар, напряженно-деформированное состояние, начальное поле напряжений, геомеханические процессы, дилатансия, компьютерное моделирование, модель уплотняющейся среды, пластичность

Аннотация

Рассмотрены особенности прогнозирования горных ударов на основе применения компьютерного моделирования. В модели представлено Воркутское месторождение, разработка которого осложнена горно-геологическими условиями и влиянием тектоники, создающими предпосылки для формирования начального поля напряжений.
Произведен анализ того, как напряженно-деформированное состояние массива сказывается в проявлении горных ударов, на основании чего предложена методика их прогнозирования, включающая рассмотрение модели упрочняющегося массива. Угольный пласт в этом случае представляют пластичным материалом. Непосредственно в угольном пласте образуются переходные зоны текучести, изменяющие свое состояние с течением времени и играющие роль в создании максимумов пределов текучести, вносящие дополнительный вклад в перераспределение напряжений, а также зоны упрочнения, выражаемые через полиномы высших порядков при описании напряженного состояния. Расчетная модель включает несколько комбинаций модуля деформации и коэффициента Пуассона в диапазоне 0,8Eср…1,2Eср и 0,8νср…1,2νср, где Eср и νср – усредненные значения, определяемые лабораторными способами. Полученные расчетные значения выражены в главных напряжениях. Для значений в точках горных ударов (согласно планам горных работ) и в указанных нейтральных точках, где горных ударов не наблюдалось, рассчитана плотность числа реализации значений напряжений.
Для каждого из этих случаев распределение плотностей числа реализаций носит различный характер. В точках, соответствующих горным ударам, существуют предпосылки к резкому изменению напряженного состояния при образовании поверхности обнажения, в то время как в остальных точках есть предпосылки к постепенному снижению напряженности. Такая модель позволяет устанавливать причинно-следственные связи. Полученное решение не противоречит практике ведения горных работ и может найти отражение в рамках регионального прогноза.

Библиографические ссылки

Справочник (кадастр) физических свойств горных пород, 1975. Под ред. Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, М.М. Протодьяконова. Москва: Недра, 279 с.

Chen Yulong, Zuo Jianping, Liu Dejun, Wang Zhenbo, 2018. Deformation failure characteristics of coal-rock combined body under uniaxial compression: experimental and numerical investigations. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, pp. 1 - 16.

Кузяев Л.С., Пугач А.С., 2014. Метод компьютерного анализа опасных геодинамических процессов на глубоких горизонтах шахт Воркутинского месторождения. Нелинейные геомеханико-геодинамические процессы при отработке месторождений

полезных ископаемых на больших глубинах: материалы 4-й Российско-Китайской научной конференции, 27 - 31 июля, Владивосток.

Tymiński Wojciech, Kiełczewski Tomasz, Daniluk Hubert, 2018. Hardening soil model-influence of index on unloading-reloading modulus. Proceeding of China-Europe Conference on Geotechnical Engineering, August, pp. 89 - 93.

Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по прогнозу динамических явлений и мониторингу массива горных пород при отработке угольных месторождений». Приказ Федеральной службы по экологическому,

технологическому и атомному надзору от 10 декабря 2020 года N 515. Доступ из Электронного фонда правовых и нормативных документов. URL: https://base.garant.ru/400164978/? (дата обращения 22.04.2022)

Ивлев Д.Д., Быковцев Г.И., 1971. Теория упрочняющегося пластического тела. Москва: Физматлит, 232 с.

Fu Xiaolong, Dai Junsheng, Feng Jianwei, 2018. Prediction of tectonic fractures in coal reservoirs using geomechanical method. Geosciences Journal, August, Volume 22, Issue 4, pp. 589 - 608.

Молчанов А.Е., 2008. Математическое моделирование сейсмотектонических процессов в зонах активных разломов. Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле. К 40-летию создания М.В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН:

Тезисы докладов Всероссийской конференции. В 2-х томах. Т. 1. Москва: ИФЗ, С. 152 - 154.

Zoback Mark D., 2007. Reservoir Geomechanics. Stanford Univercity, California: Cambridge Univercity Press, 452 p.

Song Dazhao, He Xueqiu, Wang Enyuan, Li Zhenlei, Liu Jie, 2019. Coal and Rock Deformation, Failure Mechanism, and Energy Conversion. Rockburst Evolutionary Process and Energy Dissipation Characteristics, pp. 19 - 51.

Петухов И.М., Линьков А.М., Сидоров В.С. и др., 1992. Расчётные методы в механике горных ударов и выбросов: Справочное пособие. Москва: Недра, 56 с.

Баклашов И.В., 2004. Геомеханика: Учебник для вузов. Том 1. Основы геомеханики. Москва: МГГУ, 208 с.

Bolton M.D., 1986. The Strenght and Dilatancy of Sands. Geotechnique, Vol. 36, №1, pp. 65 - 78.

Schanz T., Vermeer P.A., 1996. Angles of Friction and Dilatancy of Sand. Geotechnique, № 46, pp. 145 - 151.

Kondner R.L., 1963. Hyperbolic stress-strain response: Cohesive soils. Soil Mechanics and Foundation Division Journal, № 89(1), pp. 115 - 143.

Duncan J. M. Chang C.-Y. 1970. Nonlinear analysis of stress and strain in soils. Soil Mechanics and Foundation Division Journal, № 96(5), pp. 1629-1653.

Chen Yulong, Zuo Jianping, Liu Dejun, Wang Zhenbo, 2018. Deformation failure characteristics of coal-rock combined bode under uniaxial compression: experimental and numerical investigations. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, pp. 1 - 16.

DOI https://doi.org/10.1007/s10064-018-1336-0.

Босов А.Д., Орлов Ю.Н., 2013. Эмпирическое уравнение Фоккера-Планка для прогнозирования нестационарных временных рядов. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, № 3, 30 с. URL: http://www.mathnet.ru/php/ archive.phtml?

jrnid=ipmp&papered=3&w (дата обращения 20.04.2022)

Загрузки

Опубликован

2022-06-08

Выпуск

Раздел

ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ И ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОСВОЕНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ