CC BY
25
Оригинальная статья
УДК 622.1:622.831.312 © Т.К. Исабек, Н. Хуанган, А.Р. Айтпаева , Р.Т. Шаймерденова, 2020
Моделирование выбросоопасного состояния массива с дизъюнктивным нарушением и горной выработкой
методом конечных элементов
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-6-55-61
В статье представлено решение методом конечных элементов задачи определения состояния устойчивости или разрушения породного массива. Рассматривается геомеханическая модель горного массива между дизъюнктивным геологическим нарушением и выработкой прямоугольного сечения. Разрывное нарушение моделируется узкой щелью в плоскости смести-теля угольного пласта. Представлен вариант нахождения выработки под щелью нарушения. В статье представлена принципиальная возможность использования метода конечных элементов при решении геомеханических задач. Параметры напряженно-деформированного состояния массива рассчитываются на основе теории упругости. Задача решается в плоской постановке. Исходными данными приняты размеры щели модели нарушения, размеры выработки, расстояния до нарушения. Физико-механические свойства углепородного массива приняты с учетом структурного ослабления. Численным моделированием показано, что метод позволяет оценить возможность проявления гео- и газодинамических явлений (ГДЯ) в зависимости от взаимного расположения плоскости нарушения и выработки. Использованием специального пакета для научных исследований получены графические поля напряжений. Вычисляются главные напряжения, касательные, вертикальные и горизонтальные. По численным значениям напряжений построены аппроксимирующие полиномы. На основе аппроксимирующих полиномов определены напряжения в промежуточных точках массива между выработкой и нарушением. Ключевые слова: геомеханическая модель, дизъюнктивное нарушение, выработка, моделирование, метод конечныхэле-ментов, устойчивость, нарушение сплошности массива. Для цитирования: Моделирование выбросоопасного состояния массива с дизъюнктивным нарушением и горной выработкой методом конечных элементов / Т.К. Исабек, Н. Хуанган, А.Р. Айтпаева и др. // Уголь. 2020. № 6. С. 55-61. 001: 10.18796/0041-5790-2020-6-55-61.
ИСАБЕК Т.К.
Доктор техн. наук, профессор кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» КарГТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: [email protected]
ХУАНГАН Н.
Доктор PhD кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» КарГТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail:[email protected]
АЙТПАЕВА А.Р.
Магистр техн. наук, докторант кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» КарГТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: [email protected]
ШАЙМЕРДЕНОВА Р.Т.
Старший преподаватель кафедры «Экономика и менеджмент предприятия» КарГТУ, 100027, г. Караганда, Республика Казахстан, e-mail: [email protected]
ВВЕДЕНИЕ
Планирование добычи полезного ископаемого включает в себя интеграцию сложного комплекса процессов, который в идеале должен быть одновременно рассмотрен, чтобы генерировать глобально оптимальный результат. На ранних этапах проектирования горных работ, в частности, на эта-
пах оценки и предварительной оценки, необходимо сделать ряд предположений. По мере поступления дополнительной геологической, геотехнической и экологической информации эти предположения заменяются более подробными строгими данными, которые формируют исходные данные, необходимые для следующего этапа технико-экономического обоснования [1].
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Моделирование процессов при ведении горных работ как одно из важных направлений научных исследований включает последовательность этапов, каждый из которых представляется в модели с теми или иными допусками и упрощениями. Изучение (исследование) гео- и газодин-мических явлений (ГДЯ), особенностей их связи с тектоническими нарушениями и на сегодня является актуальной и сложной задачей, определенное решение которой возможно численными методами на основе математического моделирования.
Известно, что при обосновании математической модели геомеханики внезапного выброса угля и газа возникают три проблемы, которые должны как можно адекватнее отражать природу явления с целью получения полезного решения:
• описание и представление углепородного массива с определением его основных элементов в пространстве моделируемого объема;
• аналитическое описание системой уравнений физико-механических закономерностей деформирования и (или) разрушения массива;
• корректная постановка и методы решения краевых задач, учитывая условия нагружения геомеханических объектов или конструкций.
Правильная постановка первой задачи создания геомеханической модели состояния массива - это в большей степени геологическая проблема. Анализ методов моделирования возникновения ГДЯ в зонах геологических нарушений, используемых известными исследователями [2, 3, 4], показывает, что наиболее приемлимым, на
наш взгляд, можно считать подход авторов [4]. На основе принципов возникновения ГДЯ в зонах нарушения сплошности углепородного массива, которые возникают именно из-за тектонических напряжений, строится модель изучения НДС вокруг выработки и нарушения.
МОДЕЛЬ СОСТОЯНИЯ ВЫБРОСООПАСНОГО
ГОРНОГО МАССИВА
В данной статье показана геомеханическая модель, включающая выработку прямоугольного сечения, находящуюся под пластом, и дизъюнктивное нарушение в виде узкой щели (математическая идеализация [4]), а ее расчетная схема, построенная на основании метода конечных элементов, приведена на рис. 1.
На втором этапе для аналитического описания напряжений и деформаций в массиве под действием внешних и объемных сил можно использовать уравнения теории упругости [5]. Связь напряжений, возникающих при деформациях, с характеристиками массива дается законом Гука, который в плоской постановке записывается в следующем виде
ax=2G(ex +
= G-ух
oy=2G(e
у + v-2
(1)
(2)
где <зх, сту - компоненты нормальных напряжений, МПа; тх , ту - компоненты касательных (скалывающих) напряжений, МПа; е , е - компоненты нормальных деформаций по
х у
осямХ,У; у ,- компоненты касательных деформаций в плоскости ХУ; О - модуль сдвига материала массива, МПа; V - коэффициент Пуассона материала массива; Д - дифференциальный оператор.
Соотношения (1), (2) вместе с уравнениями движения образуют систему дифференциальных уравнений в частных производных эллиптического типа [5]:
8х ™
ЗА
(v-2) дх
(3)
Рис. 1. Расчетная схема по методу конечных элементов Fig. 1. The calculation scheme by the finite element method
гу
8А
(4)
Проекции внешних сил на направления осей координат связаны с напряжениями формулами:
-Р =-
дх
_
дх
р = 8(5 У К
" ду ду
(5)
(6)
Как правило, применение для решения задачи уравнений упругой модели среды есть первое приближение к состоянию реального горного массива, которое дает при-емлимые по точности результаты для анализа влияния различных факторов и принятия инженерных решений.
Численное решение уравнений математической модели (1) - (6) можно выполнить с использованием специальной интегрированной программной среды МАНАВ (матричная лаборатория), разработанной для научных исследований и технических приложений [6, 7]. В результате численного моделирования этот программный пакет выводит полную информацию о напряженно-деформированном состоянии массива, включающего геомеханические объекты и конструкции: напряжения (главные ст1, ст2 , горизонтальные стх вертикальные сту , касательные (тангенциальные т), а также соответствующие относительные деформации е.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
В статье для моделирования приняты следующие параметры и исходные данные: глубина залегания пласта Н= 500 м, объемный вес налегающей толщи у = 0,025 МН/ м3, ширина выработки Ь = 4 м, высота к = 2 м, кратчайшее расстояние от выработки до нарушения (щели) по нормали к ней ё = 3 м, протяженность нарушения (ширина щели) 10 м.
Массив на расчетной схеме нагружен сверху и снизу давлением уН, а по бокам - давлением ХуН. Коэффици-
ент бокового распора принят Х = 1,56, что соответствует направлению «север-юг» для условий Карагандинского угольного месторождения. Расчетное вертикальное давление - 12,5 МПа, горизонтальное - 19,5 МПа.
Физико-механические свойства массива, с учетом коэффициента структурного ослабления Ксо = 0,3, приняты следующие: модуль упругости породы (песчаник), где расположена выработка, Е = 0,48-104 МПа, предельное сопротивление одноосному сжатию стсж = 24 МПа, коэффициент Пуассона V = 0,22, угол внутреннего трения ф = 35°. Для угля соответствующие физико-механические свойства: Е = 0,1104 МПа, V = 0,26, ф = 38°.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Программная среда пакета МАНАВ решает систему уравнений (3) - (6) с графической визуализацией числовых значений компонентов НДС.
Численным моделированием НДС получены величины напряжений в кровле и в бортах выработки, значения которых приведены в табл. 1. В обозначениях главных нормальных напряжений принято ст1> ст2.
В целях получения аналитических выражений распределений модельных численных значений напряжений по кровле выработки выполнена аппроксимация их полиномами, виды и статистические оценки которых приведены в табл. 2.
С использованием аппроксимирующих полиномов вычислены значения напряжений в промежуточных точках и с достаточным разрешением построены графики изменений (распределений) напряжений в кровле выработки по ее ширине.
Как видно из данных табл. 1, в кровле выработки первые главные напряжения ст1 - растягивающие (знак «+») по всей ширине и, снижаются к середине выработки. Вторые главные напряжения ст2 - растягивающие с левого края, сжимающие (знак «-») с середины выработки и снова растягивающие к правому краю. Горизонтальные напряжения ст - растягивающие с переходом на сжимающие к правому
Таблица 1
Численные значения расчетных напряжений (МПа) вокруг выработки
Напряжения В кровле выработки на расстоянии (м) от левого борта
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
ст1, МПа 63,0 53,0 34,0 21,0 11,5 6,0 3,5 4,6 17,5
ст2, МПа 12,8 2,5 -2,0 -3,0 -3,5 0,5 1,2 5,3 9,8
<СТ, МПа 44,5 50,0 32,0 19,0 11,0 4,1 -1,1 -4,2 -4,8
т, МПа 19,1 13,0 8,3 5,3 3,5 2,8 1,9 0,15 0,35
Левый борт выработки на расстоянии (м) от почвы
ст1, МПа 49,5 35,0 27,0 43,0 63,0 - - - -
ст2, МПа 12,1 7,0 4,7 4,2 12,8 - - - -
<СТ, МПа 38,0 14,6 6,6 12,0 44,5 -
т, МПа -15,0 -9,7 1,4 15,4 19,1 - - - -
Правый борт выработки на расстоянии (м) от почвы
ст1, МПа 88,0 60,0 33,0 24,0 17,5 - - - -
ст2, МПа 18,7 4,8 2,4 1,2 -1,6 - - - -
<СТ, МПа 64,0 17,0 4,0 2,1 -1,1 - - - -
т, МПа 27,0 22,0 6,3 1,4 -1,9 - - - -
Таблица 2
Аппроксимирующие уранения изменения модельных численных значений напряжений в кровле по ширине выработки
Напряжения Уравнения полиномов Оценка Я1
Первое главное напряжение, МПа ст1 = 1,224-х3 + 0,3021-х2 - 33,39-х + 67,2 1
Второе главное напряжение, МПа ст2 = 0,5586-х4 - 5,682-х3 + 22,28-х2 - 35,47-х + 15,92 0,9886
Горизонтальное напряжение, МПа ст = - 1,55-х4 + 14,15-х3 - 38,95-х2 + 15,94-х + 45,21 0,9854
Касательное напряжение, МПа т = 0,2253-х4 - 2,442-х3 + 10,06-х2 - 20,84-х + 21,14 0,9983
Примечание: переменной х обозначено расстояние от левого борта выработки.
Таблица 3
Численные значения расчетных напряжений (МПа) в «почве» щели
Напряжения По «почве» щели на расстоянии (м) от левого края
0,1 1 2 3 4 5 6 7 8 9
стг МПа 59 18 1,8 0,4 1,1 3,5 15,2 19,3 62 69
ст2, МПа 1,2 -0,17 -6.4 -11,6 -14,4 -6,8 -0,18 0,07 2,2 2,9
ст , МПа х 47 2,1 -4,2 -11 -16,5 -2,1 12,7 17,9 35, 42
т, МПа 1,4 -0,14 -1,7 -4,8 -3,1 2,2 5,2 5,4 26 32
Таблица 4
Аппроксимирующие уранения изменения модельных значений напряжений по «почве» щели (плоскости дизъюнктивного нарушения)
Напряжения Уравнения полиномов Оценка Я2
Первое главное напряжение, МПа СТ1 = - 0,2759-х3 + 6,992-х2 - 39,1-х + 57,87 0,9373
Второе главное напряжение, МПа ст2 = - 0,0412-х4 - 0,6332-х3 - 2,117-х2 - 2,212-х + 2,236 0,8632
Горизонтальное напряжение, МПа ст = - 0,485-х3 + 9,153-х2 - 43,73-х + 46,86 х 0,9571
Касательное напряжение, МПа т = 0,0549-х3 + 0,216-х2 - 2,892-х + 2,017 0,9983
краю кровли. Касательные (тангенциальные, сдвигающие) напряжения - растягивающие по всей ширине выработки.
Моделирование исследуемого варианта взаимного расположения выработки и плоскости дизъюнктивного нарушения показало, что характерно следующее формирование полей всех напряжений в кровле выработки прямоугольного сечения: наибольшие первые главные и горизонтальные растягивающие напряжения, до 63-50 МПа, соответственно, сконцентрированы в левом верхнем углу кровли выработки. Эти величины в 5-4 раза превышают вертикальное давление от налегающей толщи пород. Если учесть, что горные породы гораздо хуже сопротивляются растяжению (разрыву), чем сжатию, то сформировавшееся поле концентраций напряжений в кровле выработки показывает первое приближение к возможному очагу выброса.
Аналогичные поля распределения напряжений при моделировании получены и для «почвы» щели, моделирующей сечение плоскости дизъюнктивного нарушения и обращенной в направлении кровли выработки. Величины этих напряжений приведены в табл. 3.
Как видно из графиков на рис. 2, область минимальных значений первых главных ст1 и горизонтальных стх напряжений расположена в серединной части щели. При этом главное нормальное напряжение - растягивающее, а горизонтальное напряжение - сжимающее. Кроме того, по модельному взаимоположению щели и прямоугольной выработки эта область минимума расположена против левого угла кровли выработки, где возникают максимальные растягивающие напряжения.
Для исследований устойчивости или разрушаемости пород массива между выработкой и геологическим нарушением (дизъюнктивным в принятых модельных условиях), т.е. возможности проявления геодинамического явления, необходимо принимать определенную теорию (или гипотезу) прочности.
Автор известной работы по механике и разрушению горных пород [8] считает, что чаще всего для описания условия предельного состояния горных пород используется критерий Кулона-Мора:
|т| = К +стп 1м(ф),
(7)
где К - сцепление, МПа, ф - угол внутреннего трения, т и сти - касательные и нормальные напряжения на площадке сдвига.
В терминах главных напряжений этот критерий записывается в виде [8]:
СТ1 = Э'СТ3
СТ ,
(8)
где стс - прочность породы при одноосном сжатии, МПа; ст1 и ст3 - максимальные и минимальные напряжения, МПа; 9 - параметр объемной прочности породы, определяемый по углу внутреннего трения.
9 =
1 + вш(ф)
(9)
1 - вт(ф)
Этот критерий разрушаемости горных пород рекомендует использовать и автор работы [9], когда неизвестны ориентации возможных поверхностей ослабления. Мож-
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Расстояние от левого края щели, м
Рис. 2. Распределение напряжений в «почве» щели по ее протяженности Fig. 2. The distribution of stresses in the "soil" of the gap along its length
1,5 2 2,5
Расстояние по кровле, м
Рис. 3. Изменение знака величины Аст в кровле по главному напряжению CTj и по горизонтальному напряжению стх
Fig. 3. Change in the sign of Аст in the roof according to the principal tension CTj and horizontal tension ст
80 60 40 20 0 -20
По главному напряжению п По горизонтальному напряжению п Граница устойчивости
0
4 5 6 7 Расстояние по кровле, м
10
Рис. 4. Изменение знака величины Аст в «почве» щели по главному напряжению ст1 и по горизонтальному напряжению стх
Fig. 4. Change in the sign of Аст in the "soil" of the crack according to the principal tension ст, and horizontal tension ст
но дополнительно отметить то, что критерий предельного равновесного состояния породы, описываемый уравнениями (8), (9), структурно похож на обобщенный критерий Хока - Брауна [10], также рекомендуемый в геомеханике:
где стр ст2, ст3 - главные напряжения, участвующие в разрушении материала массива, и абсолютные значения которых расположены в последовательности:
ст1 > ст2 > стз >
(11)
т, ст , 5 - положительные значения
' с
физико-механических свойств материала (пределы прочности на одноосное сжатие, на сдвиг, упругие свойства).
В соответствии с принятым методом математического моделирования для разрушающейся среды в процессе расчетов критерии прочности применяются по величинам напряжений, действующих на площадке ст , ст и т . Если в точке ст > 0,
1 I п п п
т.е. наибольшее главное напряжение положительно, то проверка выполняется по критерию (8).
При моделировании в настоящей статье полученные результаты показывают, что наибольшие главные напряжения и горизонтальные напряжения положительны. [11] Исходя из этого результата и вышеизложенных рассуждений и ссылок, устойчивость или разрушение пород вокруг выработки оцениваются по критерию (8).
Для этого с применением аппроксимирующих уравнений (см. табл. 2) кровли выработки, составляется и анализируется следующее соотношение:
Аст = ст1 - (Зст3 + стс),
(12)
ст, = ст + (m ст -ст + 5-ст2)
1 2 4 c 3 c
■2) 1/2 c
(10)
в котором используются значения первого (наибольшего) главного напряжения ст1, а вместо ст3 - второго (наименьшего) главного напряжения ст2. Если величина Дст > 0, т.е. действующее главное нормальное напряжение больше сопротивления разрушению породы, то эта область породы кровли является, следуя терминологии Н.В. Черданцева [9], зоной нарушения сплошности и в наших исследованиях - возможной зоной формирования очага гео-газодинамического явления.
РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
По результатам моделирования методом конечных элементов исследовалось расположение возможных зон нарушения сплошности массива пород в кровле выработки от воздействия первых главных напряжений ст1 и горизонтальных растягивающих напряжений стх. С использованием разработанной в среде МАНАВ прикладной программы выполнены расчеты и построены графики изменения величины До по наибольшему главному напряжению ст1 и по горизонтальному напряжению стх.
Для условия кровли выработки, состоящей из песчаника с пределом прочности на одноосное сжатие в массиве
9
100
2
3
8
стс = 24 МПа, углом внутреннего трения ф = 35°, на рис. 3 видно, что зона нарушения сплошности (Дст > 0) от действия напряжений обоих видов формируется в области от 0,25 до 2 м от левого борта выработки.
Аналогичные исследования состояния устойчивости массива выполнены для области «почвы» щели, ориентированной в направлении кровли выработки. Результаты соответствующих расчетов показаны на рис. 4.
На этом рисунке видно, что нарушение сплошности массива породы в «почве» щели от действия растягивающего главного напряжения ст1 может произойти по всей протяженности сечения плоскости нарушения. От действия горизонтальных растягивающих напряжений нарушение сплошности массива может проявиться на протяжении порядка 2 м в серединной части щели. Отметим, что по принятому модельному расположению именно серединная часть щели находится против левого края кровли с максимальной концентрацией растягивающих напряжений [12].
Анализ зон нарушения сплошности, вычисленных моделированием НДС между дизъюнктивным нарушением и выработкой, показывает, что возможное соединение этих зон от действия растягивающих напряжений может быть одной из причин возникновения ГДЯ. Здесь не рассматривается давление газа, который может содержаться в коллекторах в области геологических нарушений, также способствующее разрушению.
ВЫВОДЫ
1. Метод конечных элементов может применяться как один из инструментов математического моделирования для исследования напряженно-деформированного массива, в том числе и решения задач гео- и газодинамических явлений в угольных шахтах.
2. Перечень параметров НДС массива, вычисляемых средствами интегрированной программной среды МАЛАВ для научных и инженерных вычислений, дает возможность всесторонне исследовать состояние устойчивости массива между выработкой и геологическим нарушением.
3. Исследования на численной модели МКЭ показали, что в принятом в модели близком расположении выработки от геологического нарушения возможны нарушение сплошности массива и вероятное проявление ГДЯ в левой краевой части кровли выработки прямоугольного сечения.
4. Универсальный программный комплекс среды МАНАВ, ориентированный именно на МКЭ, позволяет исследовать поставленную проблему с изменениями лю-
бых параметров модели, задаваемых пользователем, что особенно важно и в геомеханике.
Список литературы
1. Exploiting the Metallurgical Throughput-Recovery Relationship to Optimize Resource Value as Part of the Production Scheduling Process / А. Yap By, F. Saconi, M. Nehring et al. // Minerals Engineering. Great Britain. 2013. Р. 74-83.
2. Сергиенко А.И., Воробьев В.Д. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния выбросо-опасного массива // Вкт Донецького прничого шституту. 2015. № 1-2.
3. Елкин И.С., Гуров Д.Е., Чернакова А.Д. Моделирование динамических явлений в подготовительной выработке / Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием. Современные проблемы в горном деле и методы моделирования горно-геологических условий при разработке месторождений полезных ископаемых. КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева, 17-19 ноября 2015 г.
4. Черданцев Н.В., Черданцев С.В. Геомеханическое состояние массива горных пород, вмещающего выработку и дизъюнктивное нарушение // Вестник КузГТУ. 2014. № 6. С. 3-12.
5. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1966. 724 с.
6. Матлаб в инженерных и научных расчетах / А.Ф. Да-щенко, В.Х. Кириллов, Л.В. Коломиец и др. Одесса: Астро-принт, 2003. 212 с.
7. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.х. В 2-х томах. М.: Диалог-МИФИ, 2006.
8. Оловянный А.Г. Механика горных пород. Моделирование разрушений. СПб, 2012. С. 278.
9. Черданцев Н.В. Устойчивость целиков около системы выработок прямоугольного поперечного сечения // Вестник КузГТУ. 2014. С. 24-30.
10. Marinos V., Marinos P., Hock E. The Geological Strength Index: Applications and Limitations // Bull. Eng. Geol. Environ. 2005. Vol. 64. Р. 55-65.
11. Isabek Т.К., Dyomin V.F., Ivadilinova D.T. Methods for monitoring the earth surface displacement at points of small geodetic network under the underground method of coal development // Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2019. N 2. P. 13-20.
12. Каталог внезапных выбросов угля и газа (Карагандинский угольный бассейн) / Ю.М. Бирюков, Р.Р. Ходжаев, Е.И. Фоминых и др. Калининград: Изд-во ФГОУ ВПО «КГТУ», 2009. 163 с.
SUBSOIL USE
Original Paper
UDC 622.1:622.831.312 © T.K. Isabek, N. Khuangan, A.R. Aitpayeva, R.T. Shaimerdenova, 2020 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, № 6, pp. 55-61 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-6-55-61
Title
MODELING THE OUTBURST STATE OF AN ARRAY WITH DISJUNCTIVE DISRUPTION AND MINING USING THE FINITE ELEMENT METHOD Authors
Isabek T.K.1, Khuangan N.1, Aitpayeva A.R.1, Shaimerdenova R.T.1 1 Karaganda State Technical University, Karaganda, 100027, Republic of Kazakhsta
Authors' Information
Isabek T.K., Doctor of Engineering Sciences, Professor of Mineral deposits development department, e-mail: [email protected]
Khuangan N., Doctor PhD of Mineral deposits development department, e-mail: [email protected]
Aitpayeva A.R., Master of Engineering Sciences, Doctoral student of Mineral deposits development department, e-mail: [email protected] Shaimerdenova R.T., Senior Lecturer Economics and enterprise management department, e-mail: [email protected]
Abstract
The paper presents a solution by the finite element method of determining the state of stability or destruction of a rock mass. The geomechanical model of the rock mass between the disjunctive geological disturbance and the development of a rectangular section is considered. Fracturing failure is modeled by a narrow gap in the plane of the coal seam mixer. The option of finding the output under the violation gap is presented. The article presents the fundamental possibility of using the finite element method in solving geomechanical problems. The parameters of the stress-strain state of the array are calculated based on the theory of elasticity. The problem is solved in a flat setting. The initial data are the dimensions of the gap model violations, the dimensions of the output, the distance to the violation. The physicom-echanical properties of the carbon rock mass are taken into account structural weakening. By numerical modeling it is shown that the method allows one to evaluate the possibility of manifestation of geo-and gas-dynamic phenomena (GDY) depending on the relative position of the plane of disturbance and development. Using a special package for scientific research, graphic stress fields are obtained. The principal stresses, tangential, vertical and horizontal, are calculated. Approximating polynomials are constructed from the numerical values of the stresses. Based on the approximating polynomials, the voltages at the intermediate points of the array between generation and disturbance are determined.
Keywords
Geomechanical model, Disjunctive violation, Development, Modeling, Finite element method, Stability, Violation of the continuity of the array.
References
1. Yap By A., Saconi F., Nehring M. et al. Exploiting the Metallurgical Throughput-Recovery Relationship to Optimize Resource Value as Part of the Production Scheduling Process. Minerals Engineering. Great Britain, 2013, pp. 74-83.
2. Sergienko A.I. & Vorobev V.D. Chislennoye modelirovaniye napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya vybrosoopasnogo massiva [Numerical modeling of the stress-strain state of an outburst hazardous massif]. Donetsk Mining Institute News, 2015, No. 1-2.
3. Elkin I.S., Gurov D.E. & Chernakova A.D. Modelirovaniye dinamicheskikh yavleniy vpodgotovitel'noy vyrabotke [Modeling of dynamic phenomena in the preparatory development]. All-Russian scientific and technical conference with international participation. Modern problems in mining and methods for modeling mining and geological conditions in the development of mineral deposits. KuzSTU, November 17-19, 2015.
4. Cherdantsev N.V. & Cherdantsev S.V. Geomekhanicheskoye sostoyaniye massiva gornykh porod, vmeshchayushchego vyrabotku i dizyunktivnoye na-rusheniye [The geomechanical state of the rock mass, containing production and disjunctive disturbance]. Vestnik KuzGTU, 2014, No. 6, pp. 3-12. (In Russ.).
5. Tikhonov A.N. & Samarsky A.A. Uravneniya matematicheskoy fiziki [Equations of mathematical physics]. Мoscow, Nauka Publ., 1966, 724 p. (In Russ.).
6. Dashchenko A.F., Kirillov V.Kh., Kolomiyets L.V. et al. Matlab v inzhenernykh i nauchnykh raschetakh [Matlab in engineering and scientific calculations]. Odessa, Astroprint Publ., 2003, 212 p. (In Russ.).
7. Potemkin V.G. Sistema inzhenernykh i nauchnykh raschetov MATLAB 5.x. V 2-kh tomakh [System of engineering and scientific calculations MATLAB 5.x. In 2 volumes]. Мoscow, Dialog-MIFI Publ., 2006. (In Russ.).
8. Olovyannyy A.G. Mekhanika gornykh porod. Modelirovaniye razrusheniy [Rock mechanics. Destruction modeling]. St-Petersburg, 2012, pp. 278. (In Russ.).
9. Cherdantsev N.V. Ustoychivost' tselikov okolo sistemy vyrabotok pryamougol'nogo poperechnogo secheniya [Stability of pillars near a system of workings of a rectangular cross section]. Vestnik KuzGTU, 2014, pp. 24-30. (In Russ.).
10. Marinos V., Marinos P. & Hock E. The Geological Strength Index: Applications and Limitations. Bull. Eng. Geol. Environ, 2005, Vol. 64, pp. 55-65.
11. Isabek Т.К., Dyomin V.F. & Ivadilinova DT. Methods for monitoring the earth surface displacement at points of small geodetic network under the underground method of coal development. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2019, No. 2, pp. 13-20.
12. Biryukov Yu.M., Khodzhaev R.R., Fominykh E.I. et al. Katalog vnezapnykh vybrosov uglya i gaza (Karagandinskiy ugol'nyy basseyn) [Catalog of sudden emissions of coal and gas (Karaganda coal basin)]. Kaliningrad, FGOU VPO «KGTU» Publ., 2009, 163 p. (In Russ.).
For citation
Isabek T.K., Khuangan N., Aitpayeva A.R. & Shaimerdenova R.T. Modeling the outburst state of an array with disjunctive disruption and mining using the finite element method. Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, No. 6, pp. 55-61. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2020-6-55-61.
Paper info
Received January 12,2020 Reviewed February 25,2020 Accepted March 23,2020
Итоги Трудовой вахты АО «Разрез Тугнуйский»
На разрезе «Тугнуйский», входящем в состав АО «СУЭК», подведены итоги и награждены победители Трудовой вахты.
СУЭК
СИБИРСКАЯ УГОЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ
В период с 1 февраля по 30 апреля 2020 г. среди коллективов предприятия АО «Разрез Тугнуйский» проводилась Трудовая вахта в честь 75-летия Победы в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг. Трудовое соревнование, проводимое среди коллективов предприятия, было направлено на улучшение показателей в производстве с соблюдением требований охраны труда и промышленной безопасности. При этом, чтобы достичь высоких показателей, коллективы должны быть сплоченными, а их работа должна быть слаженной, инициативной.
Лучшим участком признан участок буровых работ под руководством А.Г. Жилкина.
В номинации «Лучшая бригада», класс драглайн, победителем стал экипаж ЭШ-20/90 № 441 (бригадир Н.М. Варфоломеев), «Лучшей бригадой» класса механической лопаты стал экипаж экскаватора KOMАTSU РС-1250 № 1 (бригадир М. Абакирова). Оба экипажа работают под руководством начальника Никольского участка В.В. Моисеенко.
В номинации «Лучшая бригада», класс автосамосвалы, победителем определен экипаж БелАЗ-75130 № 142 (бригадир О.А. Берецкий, начальник участка Ю.И. Пожидаев).
Победители награждены денежными премиями и кубками Трудовой вахты с символикой юбилейного года Победы.
