Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Для современного этапа развития горнодобывающих отраслей черной и цветной металлургии характерно вовлечение в разработку месторождений со сложными горно—геологическими условиями, увеличение глубины и повышение интенсивности ведения горных работ на действующих рудниках. Возрастают масштабы воздействия горных работ на окружающую среду, увеличиваются размеры участков массива и земной поверхности, подверженных процессам сдвижения горных пород, в зоне подработки оказываются многие ответственные объекты.
Все это приводит к повышению актуальности проблем, связанных с охраной зданий и инженерных сооружений от вредного влияния горных работ.
Многолетние инструментальные наблюдения и теоретические исследования.проведенные в ведущих научно — исследовательских институтах, таких, как ВНИМИ, УНИПРОМЕДЬ, ИГД УрО РАН, ВИОГЕМ и др., позволили решить большой крут вопросов, связанных с охраной сооружений от подработки, выпущены нормативные документы по охране зданий и сооружений для отдельных рудных месторождений. В то же время для предрасчета сдвижений и деформаций на рудных месторождениях чаще всего используются эмпирические зависимости, которые имеют ограниченную область применения, а аналитические решения получены только для выработок простой геометрии в изотропном массиве. В этих условиях большое развитие получили численные методы решения задач механики горных пород и особенно — метод конечных элементов (МКЕ ). МКЕ широко используется в подземном строительстве при ' расчетах крепи выработок, в гидротехническом строительстве, при расчете осадок различных сооружений.
Однако в настоящее время для решения вопросов, связанных с охраной зданий и сооружений от подработки, МКЕ практически не используется, причем как в нашей стране, так и за рубежом. В этой связи исследование вопросов, касающихся практического применения МКЕ для прогноза сдвижений и выбора мер охраны сооружений от подработки на рудных месторождениях, является актуальной научной и практической задачей.
Исследования по теме диссертации проводились автором на кафедре "Маркшейдерское дело и геодезия" Пермского
государственного технического университета в ходе выполнения грантов :
Грант Российского фонда фундаментальных исследований. Проект .№ 94 —05—17841а "Численные модели и методы прогноза и управления деформированным состоянием подрабатываемых скальных массивов рудных месторождений";
Грант высшей школы "Фундаментальные исследования в области
горных наук". Договор № 93—64/Б "Разработка методов
компьютерного моделирования глобальных процессов
деформирования скальных массивов рудных месторождений как основы для принятия стратегических решений при проектировании горных работ",
а также следующих хоздоговорных НИР : "Прогноз параметров сдвижения горных пород при разработке глубоких горизонтов рудников Зыряновского свинцового комбината"; "Исследование сдвижения вмещающих пород под влиянием подземной разработки и его влияние на устойчивость и сохранность полевых горных выработок, подземных и поверхностных промышленных объектов для Тишинского и Риддер — Сокольного месторождений";
"Прогноз параметров сдвижения вмещающих пород в условиях комбинированной отработки с разработкой Указаний по охране сооружений от вредного влияния горных работ по Тишинскому и Риддер — Сокольному месторождениям".
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является разработка методики расчета сдвижений и деформаций подрабатываемого скального массива методом конечных элементов, учитывающей его структуру, свойства и особенности деформирования.
ОСНОВНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в использовании основных геомеханических моделей горного массива и их реализации методом конечных элементов с учетом особенностей деформирования скальных пород для расчета сдвижений и деформаций подрабатываемого скального массива.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ включали в себя анализ
существующих отечественных и зарубежных методов прогнозирования параметров процесса сдвижения на рудных месторождениях; проведение инструментальных наблюдений за сдвижением горных пород и анализ их результатов; численное моделирование процессов подработки скальных массивов.
НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, защищаемые в работе, и их новизна:
зависимость линейных параметров процесса сдвижения от упругих и прочностных характеристик скальных пород, отличающаяся нелинейным характером с наличием участков интенсивного, монотонного роста сдвижений и их стабилизации;
характер влияния угла дилатансии і„ на величины сдвижений скального массива, отличающийся тем, что степень этого влияния уменьшается с глубиной, что позволяет при расчетах сдвижений скальных пород на глубинах свыше 350 — 400 м угол дилатансии не учитывать ;
численное моделирование разрушения скального массива с использованием в качестве критерия разрушения величины предельного касательного смещения по трещине, что позволяет производить обратные расчеты по определению прочности горных пород в массиве.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ состоит в обосновании методических подходов к прогнозированию сдвижений и деформаций скальных массивов методом конечных элементов и их реализации в комплекте программ "GEOTEX", который позволяет прогнозировать величины напряжений, сдвижений и деформаций скальных массивов при открытой и подземной разработке месторождений, а также вокруг одиночных выработок и больших выработанных пространств ; в выявлении характера и степени влияния различных факторов на величины сдвижений подрабатываемого скального массива.
ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, выводов И РЕКОМЕНДАЦИЙ обеспечивается : представительным объемом инструментальных наблюдений, использованием общепризнанных геомеханических моделей горного массива, удовлетворительной сходимостью результатов расчетов с данными инструментальных наблюдений.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты данной работы использовались при выборе мер охраны зданий и инженерных сооружений на Тишинском руднике и руднике "40 лет Октября" Лениногорского полиметаллического комбината, для расчета сдвижений и деформаций горных пород на Малышевском рудном месторождении.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты
работы докладывались и обсуждались на Всероссийской
конференции "Управление . напряженно—деформированным
состоянием массива горных пород при открытой и подземной
разработке месторождений полезных ископаемых"
(Екатеринбург, 1994), на Международном симпозиуме "Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций" (Пермь, 1995), на технических советах Лениногорского полиметаллического и Зыряновского свинцового комбинатов, на научно— технических совещаниях ПермГТУ.
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 работ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, изложенных на 145 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 6 таблиц и список использованной литературы из 103 наименований.
