Д. т. н. Тутанов С.К., асп. Журов В.В.

Карагандинский Государственный технический университет

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МАССИВА ВОКРУГ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ АНКЕРНОЙ КРЕПИ

 

Рассматривается задача о распределении напряжений в окрестности выработки глубокого заложения. Пусть оси прямоугольной системы координат Oxy выбраны, как указано на рисунке 1. Расстояние от дневной поверхности до центра выработки обозначим через h.

Рисунок 1 –Расчетная схема

 

Если поверхность выработки свободна от напряжений, то

при ; ;                                                   (1)

при ; ;                                                   (2)

Граничные условия на достаточном удаление от выработки

при ; , ;                                                                     (3)

при ; , ;                                                                          (4)

при ; , .                                                                (5)

Уравнения равновесия элемента тела имеют вид

                                                                                (6)

а компоненты вектора деформаций  при конечных деформациях определяются геометрическими соотношениями

                                                                                                                                                                                    (7)

При малых деформациях эти соотношения преобразуются к виду

                                                  (8)

Эквивалентная форма обобщенного закона Гука может быть записана как

                                           .                                        (9)

Таким образом, распределение напряжений в окрестности подземной выработки может быть определено, если будет решена система уравнений (6), предварительно разрешенная с помощью соотношений (9), (8) относительно компонент вектора перемещения при условиях (1), (2) на контуре выработки и при условиях (3)-(5) на достаточном удаление от нее.

В качестве примера рассмотрена выработка трапециевидного сечения. Установлены зависимости максимальных и минимальных напряжений от изменения длины анкера для конкретных условий шахты «Абайская» УД АО «Арселор Миттал Темиртау».

Форма поперечного сечения выработки: трапециевидная.

 

 

 

Рисунок 2 –Сетка конечных элементов

 

Параметры расчетной схемы: угол падения пласта 15 градусов; глубина разработки 400 м.; мощность пласта3.8 м.;площадь сечения выработки 15.5 м2; диаметр анкера 0.022. В кровле выработки расположено 11 анкеров и по 4

 

 

 

 

 

Рисунок 3 - Распределение вертикальных напряжений

 

анкера в боках. На рисунке 2 приведена расчетная схема, разбитая на конечные элементы. Расчет проведен в программном комплексе ANSYS.

 

 

 

 

 

Рисунок 4 - Распределение вертикальных перемещений

 

Получены графики максимальных и минимальных напряжений.На рисунке 3, представлено распределение вертикальных напряжений  в горном массиве вокруг выработки, длина анкера равна 3,5 метра.

На рисунке 4, представлено распределение вертикальных перемещений  в горном массиве вокруг выработки, длина анкера равна 3,5 метра.