Оценка влияния схем раскрытия забоя на напряженно-деформированное состояние пород при проходке большепролетных выработок

В настоящее время, во Вьетнаме, а также во всем мире широко развито освоение подземного пространства крупных городов со строительством большепролетных выработок. Такие выработки встречаются при строительстве сложных подземных комплексов, таких как: подземные гидроэлектростанции, подземные атомные станции, военные и промышленные объекты специального назначения, а также транспортные автодорожные тоннели. Под термином большепролетных выработок следует понимать что, это такие выработки имеют ширину больше 6 м. При строительстве таких выработок сплошным забоем значительно влияет на напряженно-деформированное состояние пород и эффективность работ. Поэтому в этом случае важно выбирать оптимальную схему раскрытия забоя для увеличения устойчивости массива вокруг выработки и скорости проходки. Зная напряженно-деформированное состояние пород, позволяет нам легко определить конструкцию крепи, величину нагрузки на крепь подземного сооружения, оптимальную схему проходки, а также количество уступов забоя. Эта статья представляет собой оценка влияние схем раскрытия забоя на напряженно-деформированное состояние пород и выбор оптимальной схемы при проходке большепролетных выработок.

• 2)    Схемы раскрытия забоя

При строительстве большепролетных выработок существует следующие технологические схемы раскрытия забоя:

• -    Уступный способ (рис. 1)

• -    С боковыми уступами (рис. 2)

• -    Новоавстрийский способ (рис. 3)

Каждая схема проходки имеет свои достоинства, недостатки и сферу применения, но все они имеют общую характеристику – это повышение скорости проходки и устойчивости породного массива подземного сооружений.

• 3)    Оценка влияния схем раскрытия забоя на напряженно -деформированное состояние пород и выбор оптимальную схему при проходке большепролетных выработок.

Схема раскрытия забоя значительно влияет на устойчивость породного массива подземных сооружений, обычно форма поперечного сечения забоя разделится на следующие группы: B = (5 - 10 м); В = (10 - 15 м) и В > 15м. В этом разделе мы исследуем большепролетных выработок с отношением В/h>1 и ширина выработка В = 10м, высота выработки h = 6м.

В качестве примера мы взяли следующие данные в табл. 1:

Параметры ввод для анализа

Таблица 1

Номер	Название параметра	Символ	Значение	Ед. из.
1	Плотность порода	Y	0,026	MН/м3
2	Прочность на растяжение	k	0,05	MПa
3	Сцепление	c	0.1	MПa
4	Угол внутреннего трения	Ф	35	Град
5	Модуль упругости	E	6000	МПa
6	Коэффициент Пуассона	Ц	0,25	-
7	Угол расширения	Ф	0	Град
8	Угол избыточного внутреннего трения	re	36	Град
9	Избыточное сцепление	c re	1	MПa
10	Ширина выработки	B	10	М
11	Материал типа	Пластичный	-	-
12	Стандарт использования	Mohr -Coulomb	-	-
13	Коэффициент     напряжения (горизонтальный/вертикальный)	3 /   1	1	-
14	Глубина расположение горной выработки	H	100	М
15	Задача рассматривается плотность и тектоническая напряжения в массиве

Рис. 1. Уступный способ.

Рис. 2. С боковыми уступами.

Рис. 3. Новоавстрийский способ.

Рис. 4. Применяемые схемы для исследования.

С использованием программы Phase 2 после ввода параметров и получим следующие результаты (рис. 5 и рис. 6).

Рис. 5. Вертикальное напряжение после анализа

8xy = 4,38.10^-3м

£xy = 2,33.10^-3м             8xy = 2,19.10^-3м

Рис.6. Суммарная деформация вокруг выработки

По этим рисункам можно видеть напряженно-деформированное состояние достигает максимально при проходке сплошным забоем, и минимально при проходке 3-мя уступам.

А в частном случае, когда раскрываем забой на 2 уступа

Рис.7. Схемы раскрытия забоя 2-мя уступами

Получены следующие результаты:

b/B = 3/10

b/B = 4/10        b/B = 6/10    b/B = 10/10

Рис.8. Вертикальное напряжение при различных схемах раскрытия

b/B = 3/10        b/B = 4/10          b/B = 6/10        b/B = 10/10

8xy = 4,29432.10^-3m     8xy = 4,28306.10^-3m     8xy = 4,19998.10^-3m     8xy = 4,37881.10^-3m

Рис.9. Суммарная деформация при различных схемах раскрытия

После анализа полученных результатов (таб. 2) можно составить следующее отношение

Таблица 2

Напряженно-деформированное состояние пород при проходке 2-мя уступами

№	b/B	Напряжение в своде, MПa	Суммарная деформация, м
1	0,3	3,30	0,00429432
2	0,4	3,15	0,00428306
3	0,6	3,15	0,00419998
4	1,0	3,30	0,00437881

Где: b - ширина опережающего забоя; B - ширина выработки

b/B

Заключение

• -    В результате анализа видно что, проходка забоя боковым уступным способом позволяет увеличить устойчивость породного массива вокруг выработки. Схема проходки значительно влияет на напряженно-деформированное состояние пород вокруг выработки.

• -    В случае B/h = 1,67 (B=10м и h=6м) рекомендуем раскрыть забой 3-мя уступами.

• -    Если проходить выработку 2-мя уступами при B/h = 1,67 (h=6м, B=10м) рекомендуем принимать ширину опережающего забоя 6м, т.е. b/B = 0,6.