175
блоков, выпиливаемых или отбиваемых буровзрывным способом из кровли
пласта и устанавливаемых на берме сохраняемого штрека (ходка).
Удельная несущая способность предлагаемых охранных конструкций
может достигать 80 - 120 МПа, что многократно превышает данный показатель
других известных искусственных ограждений.
Практический опыт применения охранных конструкций показывает, что
одним из проблемных аспектов является их взаимодействие с бермовой частью
выработки, которая может скалываться и разрушаться на большом протяжении
штрека даже при высокой прочности боковых пород. В связи с этим
представляет научный и практический интерес исследование влияния физико-
механических характеристик охранных конструкций на устойчивость пород
бермовой части повторно используемых выработок.
Рассмотрим стандартную выработку прямоугольного сечения площадью
15 м
2
, пройденную в песчаниках и по пласту угля мощностью 1 м.
К одной из боковых стенок выработки примыкает отработанное
пространство лавы, образовывая породную берму высотой 2,0 м.
На берму устанавливаются в шахматном порядке по сетке 1,0х1,0 м
породные блоки объемом 0,5 м
3
.
Исследование взаимодействия представленной геотехнической системы
является сложной задачей механики подземных сооружений, требующей учета
большого комплекса факторов. Наиболее адекватным в этих условиях является
применение метода конечных элементов, широко применяющегося для
решения подобных задач.
Автором была разработана объемная численная модель участка,
имеющаяся кубическую форму с размером грани 50 м.
Задача решалась в упругой
постановке в дополнительных напряжениях,
по боковым и нижней внешним сторонам модели задавались ограничения
смещений по нормали к граням.
В результате расчета, выполненного с помощью программного комплекса
«Лира - 9,0» определись все компоненты объемного тензора напряжений и
деформаций в конечных элементах и узлах модели. Далее определялись
эквивалентные напряжения в соответствии с критерием прочности
Кулона-
Мора и параметр Лоде-Надаи, характеризующий вид объемного напряженного
состояния.
Анализ результатов расчета показал следующее.
В породах бермы штрека возникают значительные радиальные
деформации и растягивающие напряжения, превышающие соответствующие
величины в породах противоположного бока выработки в 3 - 3,5 раза.
Породы бермы штрека находятся в состоянии объемного растяжения, при
этом интенсивность эквивалентных растягивающих напряжений
уменьшается
от контура вглубь пород бермы (рис. 1).
Установленные в шахматном порядке блоки оказывают значительное
влияние на подстилающий породный слой бермы штрека, создавая
периодическую неоднородность напряжений вдоль оси выработки и локальные
концентрации напряжений. Для количественной оценки этого влияния введен
параметр
σ
отн
, определяемый как отношение максимальных эквивалентных
напряжений в породах бермы, контактирующих с блоками к соответствующим
напряжениям в породах бермы без охранных конструкций. Определение
параметра
σ
отн
производилась при различных физико-механических
характеристиках породных блоков.
На рис. 1 представлен график зависимости относительных напряжений от
отношения
G
бл
/G
0
, где G
бл
– модуль сдвига пород охранного блока, G
0
–модуль
сдвига пород бермы.