Исследование возможности разработанной методики

Разработанная методика позволяет получить решения с помощью персональных компьютеров широкий класс геомеханических задач, в которых требуется определить напряженно- деформированное состояние и устойчивость породного массива, ослабленной выработками в сложных горногеологических условиях. Компоненты естественного поля напряжений представляются в виде зависящих от геомеханических структур месторождения. При этом граничные условия могут быть заданны в виде нулевых или ненулевых узловых сил или перемещения (или же смешанных условий). Методика обеспечивает приложение заданных узловых сил и перемещений в заданное число шагов нагружения. Например, если число шагов задано 5, то сначала будет принята заданная сила Qi/5 и проведено упруго - пластическое решение, затем будет принята сила, 2Qi/5 и вновь проведено решение и т.д. Наконец, сила будет равна полному значению. Результат решения не зависит от числа шагов нагружения: либо нагрузка будет приложена сразу полностью в один шаг, либо в несколько шагов. Автоматически учитываются массовые силы тяжести элементов. Введенный объемный вес умножается на площадь элемента, и полученный вес элемента поровну делится между его тремя узлами.

Неоднородность массива учитываются по моделям, путем введения различных прочностных и деформационных характеристик Е, , , с,  (модуль упругости, коэффициент Пуассона, плотность, сцепление и угол внутреннего трения). Поверхность ослабления и нарушения в массиве имитируются слоями элементов с соответствующими понижеными прочностными свойствами. С целью оценки работоспособности программы автоматизированной системы определения напряженно -деформированного состояния породного массива вблизи выработок рассмотрена тестовая задача, общая схема которого представлена на рисунке 1. Задача решена в упруго-пластической постановке методом вычислительного эксперимента, в автоматическом режиме на ПК. Задается размеры рассматриваемой полной области m  1, глубина откоса H, ширина и высота камеры h=0,2H, расстояние между нижней бровки откоса до камеры равные n =0,6H, а также физико - механические свойства E=60 МПа, =0,3,  =20 kn/m3, с=0,1 МПа, =32 . Исходные данные исследуемой задачи приняты эквивалентные параметрам задачи рассмотренный методом оптического моделирования.

Рис. 1. Схема для тестовой задачи: m и 1- размер полной области массива; Н- глубина откоса; h- ширина и высота камеры; n- расстояние между нижней бровки откоса до камеры

Разбиение рассматриваемой области массива на конечные элементы числом узлов равные 409, элементов -751 и ввод и определение необходимых расчетных данных осуществлено на ПК автоматически.

Первоначально задача решалась для нетронутого состояния мас- сива, а затем поэтапно последовательным углублением оформлялся откос глубиной (H) и обрабатывалась одиночная камера (рис.1) . Результаты расчетов обработаны и представлены в виде изолиний у, x на рисунках 2,3 и 4.

На рис. 2 а) и б) изображены изолинии у ( шагом 0.5МПа ) и x (шагом 0.2МПа ) для нетронутого состояния массива. Как видно из рисунка изолиния у изменяется от дневной поверхности массива до нижней границы в пределах 0 4 МПа, а x-01.8 МПа. При этом эти величины приблизительно равны значениям H и H на соответствующих горизонтах.

Анализ изолиний у, x при отработке окончательной глубины откоса, приведенные на рисунке 3 позволяют отметить, что изолинии у вблизи поверхности откоса параллельны откосу и изменяется в пределах 03.5, а изолиния x изменяется в пределах 0 1.5 МПа. Количественное сравнение значений напряжений у и x (рис.3) со значениями, представленными на рисунке 2, для нетронутого состояния показывают, что ниже подошвы откоса у и x уменьшаются в среднем 2.9 и 1.5 раза; вблизи поверхности откоса уи x уменьшаются соответственно 1.8 и 3.1 раза ; в средней части откоса у уменьшается приблизительно 1.3 раза, а x-1.8 раза.

Результаты расчетов после отработки одиночной камеры размером h приведены на рисунке

4. Количественное сопоставление результатов этого случая с результатами неподработанного откоса (рис.3) показывают, что на верхней части камеры уи x уменьшаются соответственно

1.3 и 1.5 раза ; в нижней части камеры наблюдаются снижение у на 1.4 и x -1.2 раза. В боках камеры у повышается и x снижается приблизительно в 1.2 раза. Качественная картина расположения изолиний в этих случаях отличаются вокруг камеры, в пределах небольшого участка массива.

Качественное сравнение результатов расчета (рис.4) с данными оптического моделирования

  1. показывают их близость.

Рис. 2. Изолинии напряжений для нетронутого

состояния массива: а- у, б- x

Рис. 3. Изолинии напряжений для прибортового

массива: а- у, б- x

Рис. 4. Изолинии напряжений массива при подработке:

а- у, б- x

ЛИТЕРАТУРА

  1. Бызеев В.К. Обоснование параметров подрабатываемых бортов карьеров при комбинированной разработке рудных месторождений. Диссертация на соискания ученой степени кандидата технических наук. Фрунзе,1990,157 с.

 

Год: 2011
Город: Алматы
loading...