Введение к работе
Актуальность темы. При современных масштабах и глубинах раз
работки месторождений полезных ископаемых и подземного строитель
ства выбор безопасных и экономически выгодных вариантов разработ
ки, параметров горных выработок и способов их крепления требу#г
количественной н качественной оценки напряженного состояния мас
сива пород. ' -
Существующие метода расчета напряженного, состояния массива пород вблизи подземных выработок не учитывают, что породы в краевая, частях находятся в условиях объемного напряженного состояния. В расчетах напряженного состояния, выполненных для угольных и рудных месторождении, очистные выработки моделировались пространственной щель». Однако для камерных выработок при. таких упрощениях возможна несопоставимость результатов расчета и выводов, по сравнении о данными натурных наблюдений или исследований другими катодами. Пра проектировании и строительстве крупногабаритных подземных сооружений, как правило, расчеты напряженного состояния массива пород выполняются в плоской постановке для среднего сечения, полагая что длина " выработки намного превосходит размеры поперечного сечения. Это может привести к неверной оценке распределения напряжений в одссяве и, следовательно, к необоснованным выводам.
В связи с этим актуальпа проблема разработки метода решения
пространственной задачи о распределении напряжений в массиве
пород вокруг выработок. л '
Работа выполнена в соответствий с планом научных исследований МТкШ! АН Республики Кыргызстан по разделам: "Исследование закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния массивов горных склонов под влиянием природных и техногенннх факторов" (Я 0186.01211970, 1986-1990 гг. координационный план АН СССР по проблеме 3.1.13),."Совершенствование методов контроля, управления горным давлением в создание унифицированных методов расчета конструктивных параметров систем разработок рудных месторождений на болыпях глубинах в горноскладчатых областях" (я гос.рег. 0186.Q1219T1) и ШИМй "Прогнозирование и предотвращение горных ударов при подземной разработке месторождений полезных
_ 4 -
ископаемых и строительства подземных соорувенсй в горнорудной и нерудной промышленности" (Постановление ГККТ СССР й. 552 от 29.10.85. Я гос.per. 01860052890).
Целью работы является разработка метода расчета объемного напряженного состояния массива пород вблизи камерных выработок различной пространственной конфигурации.
Идея работа состоит в использовании решения пространственной задачи методом граничных интегральных уравнений для установления особенностей распределения напряжений в массиве пород вокруг' кауэрных выработок.
Задачи исследования.
-
Разработать метод и алгоритм расчета напряжений в массиво пород вблизи выработок различно:'! пространственной конфигурации используя прямой метод граничных интегральных уравнений для объемных задач гвомэханшш
-
Создать программный когяілекс для расчета напряженного состояния массива горных пород на основе разраоотешюго алгоритма с применением граничных элементов высокого порядка.
-
Выявить закономерности перераспределения напряжений в usccii2a горных пород при отработко блоков коадых" рудних тол Таптпголъского ыостороэдэкпя.
-
УсїаноЕГ.їь особенности пространственного распределения исщ-шэниЗ в массиве пород вблизи камерных шрзботок' макзалп Рсгупокой ГЕС.
Истоды нсолодозп;п:й. Для достижения поставленной цыл использовались сс.~ро:.:зпні:з їжори псслоддакп:!", ЕіОиЛзкко: ai;n.f:;:t! и обобгдзшо дашш натурних н лаборатории исследований, окйлп'щ-чос;;по ь:эг-оды сехаппіаі сплошной сроду п s плода вшислптолыю:: {.;оїо.;ат;нгг. Результаты исследований еолооговлялп-'Ь с дміг;г;:ч піхурзії наблюдений к практики шдзш'л горшл;. работ.
Научные полог.жкя вшюсиїко на згй;пїї:
ї,:ітод расчета нспрлїізниого состояв::!; изссщва пород ьбднзн t'J.or)Oo-;ov. на основе рспонпя промркпзтронноп- :;пд;ічї; vaop::u упру~-гозгп ї.;о0;'одсч! гр;нплн;;п ккогр^лыш .урлг,:^! о чідп.їпкглдай oc;.io;<;soro ур.пзн<;.-г.:л;
п.';)-op. ж. кппа"аНі! г.г'логр-^о:' от с.""!і'У.'г.і'.;:.'~. яхзр в
граничному элементу;
реализация разработанного алгоритма для расчета объемного напряженного состояния массива пород в виде комплекса компьютерных программ;
закономерности пространственного изменения напряжений в массиве пород вблизи отработанных блоков мощных рудных тел и камерных выработок.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработан новый метод расчета напряженного состояния пород вблизи выработки различной пространственной конфигурации;
разработан алгоритм вычисления интегралов от сингулярных
ядер в случав, когда точка интегрирования принадлежит квадратич-ч
ному граничному элементу; , *
установлены закономерности изменения напряжений в массива пород вблизи выработок и подземных сооружений различной пространственной конфигурации.
Личный вклад автора состоит в разработке метода расчета на
пряженного состояния массива пород вблизи выработок прямым мето
дом граничных интегральных уравнений для объемных задач на ос
нове модификации основного интегрального уравнения и создании
алгоритма для вычисления интегралов от сингулярных ядер; разра
ботке и тестировании компьютерных программ для расчета напряжен
ного состояния; проведении расчетов и установлении закономернос
тей изменение напряжений в массиве пород вблизи выработок и
подземных сооружений.
Достоверность научных положений и выводов обеспечиваются корректной постановкой задачи с учетом накопленного опыта в постановке и решении задач о численном расчете напряженного состояния массива горных пород, применением апробированных методов механики горных пород и вычислительной математики, сопоставлением результатов решения задач разработанным методом с соответствующими аналитическими решениями, согласованностью численных результатов и выводов на основе их анализа с данными натурных и лабораторных исследований.
Практическая ценность работы заключается в разработке метода, алгоритма и комплекса компьютерных программ для расчета объемного напряженного состояния массива пород и использование
его для оценки геомеханического состояния породных массивов вокруг камерных выработок.
Реализация работы. Результаты исследований и разработанный комплекс программ "ГРАНИТ" внедрены во ВНИШ, ИПКОН и использованы при оценке напряженного состояния в массиве пород вблизи подземных выработок Таштагольского месторрвдения и Рогунской ГЭС.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и одобрены на: II Всесоюзной научной конференции по механике подземных сооружений( Тула, 1982), V Всесоюзном семинар "Аналитические методы и применение ЭВМ в механике горных пород"( Новосибирск, 1984), VII Всесоюзной конференции "Механика горных пород"( Тбилиси, 1985), II Рабочем совещании "Метод граничных интегральных уравнений. Задачи, алгоритмы, программная реализация" (Пущино, 1985), II Всесоюзной школе-семинаре "Физические основы прогнозирования разрушения горных пород" (Фрунзе, 1985),Всесоюзном семинаре "Применение ЭВМ в механике горных пород" (Апатиты, 1986).Всесоюзном семинаре "Информатика недр" (Кемерово,1987), IX Всесоюзной конференции "Механика горных пород" (Фрунзе, 1989), VI Международном конгрессе по горной механике (Монреаль,1987).
Публикации Основное содержание работы отражено в 8 опубликованных работах и получено авторское свидетельство.
Объем и структура работы, диссертация состоит* из введения, четырех разделов, заключения и содержит 127 стр. машинописного текста, 24 рисунков., 11 таблиц, списка использованной литературы из 98 наименований, приложения( документы о внедрении).