Введение к работе
Актуальность, Работы по проходке вертикальных шахтных стволов относятся к наиболее сложным и трудоемким работам при строительстве Шахт и занимают 40 - 50 % общей продолжительности строительства и до 15 % общих капитальных затрат. Ствол является главной вскрывающей выработкой-, нарушение функционирования которой ведет к.остановке всего горного предприятия. Срок службы ствола зависит от правильного выбора конструкции крепи, обладающей достаточной несущей способностью, поэтому при проектировании к расчету крепи предъявляются повышенные, требования. Современные методы расчета крепи, базирующиеся на принципах контактного взаимодействия крепи с линейно-деформируемым массивом пород, предполагают идеализацию объекта в виде расчетной схемы с использованием статистически-изменчивых данных о нагрузках и воздействиях, условиях строительства и эксплуатации, свойствах материалов и пород и др. величинах, что приводит к необходимости анализа вероятностной системы «крепь-массив». При строительстве стволов в сложных горно-геологических условиях и увеличении глубины их проведения из-за недостаточности сведений о начальном поле напряжений и закономерностях взаимодействия крепи с массивом пород возникают значительные осложнения. Примером- может послужить разрушение крепи ствола шахш «Центральная» Донского ГОКа. Отсюда - актуальность осуществления в вертикальных стволах, сооружаемых в сложных условиях и.на больших глубинах, мониторинга, представляющего собой систематические натурные измерения напряжений на контакте крепи с массивом пород (нагрузок на крепь), напряжений иди деформаций в элементах крепи, смещений или конвергенции точек крепи с. целью определения фактического напряженно-
деформированного состояния и уточнения надежности и ресурса крепи ствола.
Трудоемкость натурных измерений определяет актуальность применения информационных подходов для обоснования необходимости осуществления.измерений (мониторинга), определения наиболее информативных систем измерений и для оценки эффективности используемых систем.
Актуальной является разработка и совершенствование экспериментально-аналитических методов расчета крепи, которые дают возможность получения Максимальной научной информации из результатов измерений и позволяют использовать результаты непосредственно для проектирования и расчета крепи стволов.
Диссертационная работа выполнялась при поддержке РФФИ
(РФФИ - ГФЕН Китая № 96-05-0057с) и Минобразования РФ (№
35601 Гр/СПГ-Ш). -
Цель рабогь» - разработка информационной системы мониторинга для оценки ожидаемого уровня надежности и несущей способности крепи вертикальных шахтных стволов на основе решения обратных задач механики подземных сооружений..
Основная идея работы заключается в' использовании методов
теории информации и теории надежности для планирования натурных
измерений компонентов напряженно-деформированного состояния
крепи ствола и получения максимума информации при их интерпрета
ции. ' ' ,
Методы исследования. Работа является теоретической, выполне
на с использованием методов математической теорий упругости, тео
рии информации, теории вероятностей, методов математической ста
тистики, программирования. '
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
получено аналитическое решение плоской контактной задачи теории упругости для многослойного колыш, подкрепляющего отверстие в имеющей начальное напряженное состояние линейно-деформируемой однородной изотропной среде, в обратной постаноп-ке, состоящее в определении компонентов начальных напряжений, при которых расчетная эпюра измеряемых величин наилучшим образом приближается к измеренной в смысле наименьшего квадратичного отклонения;
на основе решения обратной задачи разработаны алгоритмы и компьютерные программы обработки результатов измерения нормальних радиальных напряжений на контакте крепи с массивом или на произвольном контакте слоев многослойной крепи, нормальных тангенциальных напряжений или деформаций з элементах крепи, смещений (конвергенции) точек внутреннего контура поперечного сечения произвольного слоя многослойной крепи, а также комплексных измерений произвольных компонентов напряженно-деформированного Состояния крепи, выполненных в произвольных точках поперечного сечения слоев мнбгосяойной крепи;
предложены и обоснованы информационные критерии оценки необходимости и достаточности проведения натурных измерений для исследования напряженно-деформированного состояния крепи, а также критерий выбора наиболее информативных систем инструментальных наблюдений;
разработаны методы оценки необходимого количества пунктов измерений в поперечном сечении ствола для обеспечения заданной точности определение оценок искомых параметров и установления ну оптимального расположения с целью получения максимальной ил-
формации ю результатов измерения.
Достоверность научных положений, выводов л рекомендаций - обеспечивается:
* - применением строгих аналитических методов, имеющих кон-
троль правильности решений;
- точным соответствием результатов расчета при расчете одной и той же конструкции креші, рассмотренной в совокупности всех условий ее работы путем решения как прямой, так и обратной задачи,
Научное значеній * иссергационной работы состоит в разработке информационных критериев, позволяющих установить необходимость и достаточность натурных измерений 'и выбрать наиболее информа-тивные-сисгемы инструментальных Наблюдений, в разработке метода обработки экспериментальных данных, дающих возможность извлечения максимальной информации из результатов натурных измерений, в получении решения плоской контактной задачи теории упругости » обратной постановке и разработке на его основе экспериментально-аналитического метода расчета многослойной круглой крепи вертикальных стволов.
Практическое значение заключается в'разработке метода оперативной обработки результатов натурных измерений в процессе мониторинга и экспериментально-аналитического метода и программы хшя ЭВМ расчета многослойной круглой крепи вертикальных стволов.
Предлагаемая информационная система мониторинга предназначена для оценки ожидаемого уровня надежности крепи вертикальных стволов и может быть использована для оценки риска зксгшуата-. цин стволов.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы включены в отраслевую «Инструкцию по расчету крепи вертикальных стволов рудных шахт в. тектонически активных районах
(применительно к условиям Кнмперсатіскик месторождений хромпто-пых руд Донского ГОКа)», утвержденную Миичерметом СССР.
ЛпроОяиия работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на IX Всесоюзном семинаре по измерению напряжений в массиве горных пород (г. Новосибирск. 1984 г,); на V семина: ре «Аналитические методы и применение ЭВМ в механике горных пород» (г. Новосибирск, 1985 г.); на отраслевой научно-технической конференции «Пути дальнейшей интенсификации и повышения эффективности производства калийных удобрений» (г. Пермь, 1985); на X всесоюзном семинаре по исследованию горного давления и охране капитальных и подготовительных выработок (г. Кемерово, 1986 г.); на I Всесоюзном семинаре «Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья» (г. Фрунзе, 1987); на II Международном конгрессе по измерению напряжений в массиве пород (г. Кобе, Япония, 1987 г.); на Всемирном горном конгрессе (г. Стокгольм, Швеция, 1987 г., т. Катовице, Польша, 1991 г.); на Международной конференции «Эффективная и безопасная подземная добыча угля на базе современных достижений геомеханики» (г. Санкт-Петербург, 1996 г.), на заседаниях Секции расчета и проектирования конструкций Российской Тоннельной Ассоциации-(г. Тула, 1994, 1996, 1997 гг.), на I региональной конференции «Проблемы разработки месторождений полезных' ископаемых Центрального региона Российской Федерации» (г. Тула, 1998 г.), на заседании Круглого стола проводимого в рамках Недели горняка 98 (г. Москва, 1998 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ.
Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения,
4 глав, заключения, изложенных на 268 страницах машинописного
текста, 59 рисунков, 13 таблиц, списка литературы из 235 наимено
ваний. . ' ~
