Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Прогнозирование прочности и устойчивости горных пород по фрактальной размерности линии контура подземных выработок : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.20

Год: 2010

Номер работы: 311231

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

1.1. Определение устойчивости горных пород Понятие устойчивости горных пород в обнажениях неразрывно связано с действием горного давления, выбором и расчетом прочных размеров крепи, безопасной эксплуатацией горных выработок. Все эти вопросы рассматриваются фундаментальной отраслью горной науки - геомеханикой. Устойчивость обычно рассматривается с двух позиций - устойчивость горных пород в выработке и устойчивость выработок. При близости этих понятий они все же имеют и различия. Под устойчивос

1.2. Использование «Строительных норм и правил» для прогнозирования устойчивости горных пород Строительные нормы и правила (СНиП) [79, 80, 84, 85] устанавливают основные положения и правила по проектированию и реконструкции подземных горных выработок для предприятий и организации по добыче полезных ископаемых, а так же общие технические требования и правила производства инженерно-геологических изысканий. Анализ Строительных норм и правил позволяет сделать следующие выводы. Прежде всего, следу

1.3. Критерии прочности и разрушения горных пород В массиве горные породы находятся в сложном напряженном состоянии. Для математического описания процесса их разрушения используются те или иные физические уравнения, вытекающие из различных теорий прочности, в которых объемная прочность породы выражается через характеристики ее прочностных свойств в условиях элементарных напряженных состояний. Под термином «прочность породы» понимают ее способность сопротивляться различным по интенсивности и х

1.4. Фрактальные характеристики горных пород и выработок Важнейшей характеристикой, определяющей устойчивость горных пород, является их трещиноватость. Траектория развития трещины определяется наличием ослабленных связей между атомами и положением других дефектов структуры. Распределение дефектов носит случайный (вероятностный) характер. Поэтому поверхность трещины, как и ее след на поверхности тела, носит нерегулярный (изломанный) характер. Трещину, как правило, нельзя описать какой-либо гла

1.5. Определение свойств породных массивов Для успешного решения вопросов устойчивости горных пород необходима достоверная и надежная информация о свойствах породного массива. Изучению свойств пород конкретных месторождений посвящено огромное количество работ. Делались попытки создания справочников (кадастров) свойств горных пород [86, 96]. Однако при всей полезности таких изданий их анализ приводит к однозначному выводу - многообразие состава и строения горных пород обусловливают чрезвычайно

1.6. Методы прогнозирования свойств и состояния горных пород Прогнозом принято называть вероятностное научно-обоснованное суждение о состоянии какого-либо объекта, процесса или явления и альтернативных путях достижения конкретных результатов, определенных в качестве цели. Прогнозирование - вид познавательной деятельности человека, направленной на формирование прогноза [21, 92]. При анализе объекта прогнозирования необходимо соблюдение следующих принципов [91, 92]. 1. Принцип системности анали

2.1. Объекты и предмет исследований Объектами изучения данной работы являются скальные горные породы, разрабатываемые в ходе строительства подземных выработок. В эту базу, прежде всего, включаются свойства горных пород, т. е. их специфическая реакция на различные внешние воздействия. В свою очередь, свойства пород определяются их составом строением. Таким образом, предметом исследований являются свойства и состояние горных пород, обусловленные их минеральным составом и строением. На кафедре ш

2.2. Методы исследований свойств горных пород В соответствии с поставленной задачей комплексного изучения физических свойств горных пород месторождения «Юбилейное» был решен ряд вопросов методического характера, связанных с отбором проб, выбором методик единичных определений и отработки рациональной последовательности проведения комплексного эксперимента. В большинстве случаев материал для испытаний был представлен кернами буровых разведочных скважин, места заложения которых отвечают целям и

2.3. Характеристика Юбилейного месторождения В структурном плане Юбилейное месторождение имеет трехъярусное строение [29]: Палеозойский ярус сложен вулканогенными и вулканогенно-осадочными пликативно и дизъюнктивно дислоцированными породами. В пределах яруса залегают колчеданные руды и золотосодержащие бурые железняки. Мезозойский ярус сложен рыхлыми и слабо литифицированными породами триаса и юры. В пределах Петропавловского рудного поля данный ярус наследует неровности рельефа палеозойского

2.4. Анализ результатов исследования свойств горных пород В соответствии с методиками, изложенными в разделе

2.2, нами произведено определение комплекса свойств более 99 литотипов горных пород Юбилейного месторождения. Сводные результаты по каждой из разведочных скважин приведены в Приложении. Анализ полученной информации позволил сделать следующие обобщения.

2.4.1. Плотностные и водно-физические характеристики Величина объемной массы изученных пород изменяется в достаточно широких пределах - от 2,3 до 3,6 г/см . Минимальные значения показателя характерны для зоны выветривания, где залегают слабые нарушенные горные породы. Максимальные значения объемной массы свойственны породам с повышенным содержанием пирита. При исключении аномальных значений распределение данного показателя практически не отличается от нормального (рис.

2.5). 1* о I К

2.4.2. Акустические и упругие свойства Статистическая обработка результатов измерения данных характеристик показала следующие результаты (табл.

2.5). Приведенные в таблице результаты подтверждают вывод о том, что представленные горные породы являются достаточно плотными и упругими телами. Коэффициент пористости 0,02 0,07 0,03 0,01 35,1 0,02 0,06 0,03 0,01 27,7 0,016 0,150 0,03 0,02 74 0,014 0,183 0,04 0,03 94 Плотность скелета Таблица

2.5 Статистические характеристики акустиче

2.4.3. Прочностные характеристики горных пород Результаты статистического анализа прочностных свойств горных пород в сухом и увлажненном состоянии по разведочным скважинам приведены в табл.

2.6. Таблица

2.6 Статистические характеристики прочностных свойств горных пород Показатели Прочность при растяжении, МПа ест. вл. влажн. 2 2,6 32,5 12,6 6,6 52,2 3,4 17,7 2 8,2 3,2 39,6 5,8 25,5 13,8 4,8 34,5 3,2 29,5 15,0 5,5 26,6 3 1,4 24,5

9.8 4,5 46,3 2,4 12,7 3 6,5 2,5 39,0 3,2 23,

2.5. Классификация горных пород по свойствам Анализ результатов изучения свойств горных пород Юбилейного месторождения по разведочным скважинам свидетельствует о широкой вариации показателей и невозможности использования их усредненных статистических характеристик для проектирования разработки месторождения. Действительно, за редкими исключениями закономерностей изменения свойств пород с глубиной не прослеживается. Гистограммы распределения свойств имеют ярко выраженную асимметрию или полимод

2.6. Анализ паспорта прочности горных пород Под паспортом прочности понимают огибающую предельных кругов напряжений Мора. В инженерной практике ее построение для.скальных пород производят по двум кругам напряжений — прочности при одноосном растяжении о"р и сжатии а с ж . Однако эти величины однозначно определяют только линейную огибающую, в то время как для скальных пород реальная огибающая 58 предельных кругов напряжений всегда нелинейна. В этом случае важное значение приобретает выбор

3.1. Характеристики породного массива Свойства породного массива существенно отличаются от свойств горных пород в образце. Это обусловлено следующими факторами [45]. 1. Влияние физических полей. Прежде всего, это напряженнодеформированное состояние (НДС) массива и действие горного давления в ходе сооружения подземных выработок. Действительно, при извлечении керна, используемого для лабораторных испытаний, происходит его разгрузка, т. е. изменение НДС, существующего в массиве. Кроме того, испы

3.2. Влияние горного давления на свойства и состояние пород Разведочные работы на Юбилейном месторождении предусматривают перспективу его развития до глубины Н= 1500 м. В общем случае горное давление на данной глубине Н может составлять порядка а = уН = 40-50 МПа при градиенте порядка 10 МПа на каждые 400 м. Изменение свойств и состояния массива под действием горного давления, связанного с увеличением глубины отработки месторождения, обусловлено изменением структуры пород. Действие горного да

3.3. Влияние влажности на свойства и состояние горных пород Строительство горных выработок при освоении месторождений неизбежно связано со вскрытием водоносных горизонтов и в той или иной степени с увлажнением пород. На макроуровне влияние влажности на свойства и состояние горных пород можно описать следующим образом. С одной стороны, замещение газа в порах и трещинах более плотным телом — водой приводит к возрастанию объемной массы горных пород и всех характеристик, связанных с распространен

3.4. Масштабный эффект в горных породах В общем случае под масштабным эффектом понимается зависимость свойств горных пород от их объема. Наиболее рельефно масштабный эффект проявляется для прочностных характеристик пород. В работах ряда авторов [64, 107 и др.] проявления масштабного эффекта связывают с блочным строением массива. В полученных уравнениях (как правило, эмпирических) используют модули трещиноватости, характеристики геометрии трещин, размеры блоков и т. п. На наш взгляд, такой под

4.1. Общие принципы прогноза Как показано в разделе

1.6, при формировании прогноза необходимо выполнение следующих принципов. 1. Принцип системности анализа. Применительно к задачам данного раздела он означает комплексное рассмотрение взаимодействия и взаимовлияния характеристик горных пород и породных массивов, распределения горного давления по глубине, концентрации напряжений на контуре горной выработки с учетом неровностей контура, реального строения (трещиноватости) массива, его обв

4.2. Критерии устойчивости пород в горных выработках Данному вопросу посвящено множество исследований. Условно их можно разделить на два направления [16]. Первое направление связано с изучением поведения породного массива вокруг выработанного пространства [26, 27 и др.]. Этот подход опирается на шахтные наблюдения в конкретных выработках и использование методов геомеханики. Типичным примером можно считать

введение «коэффициента относительной устойчивости» [16]: /7 А Г = min^min 4 0 0 %

4.3. Методы определения коэффициента концентрации напряжений на контуре горной выработки После проведения горной выработки на ее контуре концентрируются напряжения. Распределение этих напряжений в некоторой области вокруг выработки называется горным давлением. Решение упругой задачи для горизонтальной выработки круглого сечения [77, 89] дает выражения для радиальных <jr и тангенциальных ао напряжений в зависимости от отношения радиуса выработки Ro к текущей координате г ( ( сг,. = уЯ 1-

4.4. Определение фрактальной размерности линии контура горной выработки В соответствии с формулой (

4.22) величина коэффициента концентрации напряжений определяется двумя характеристиками - дисперсией отклонений D и общим числом пересечения профилем выработки ее проектного (конформного) контура N = 2тгш. Эти показатели косвенно характеризуют степень изломанности линии контура выработки. С появлением инструментария фрактальной геометрии (см. Гл.

1) такие характеристики можно более

4.5. Разработка имитационной модели контура горной выработки Коэффициент концентрации напряжений в выражении (

4.22) при постоянном уровне надежности q(P) однозначно определяется числом точек пересечения т и дисперсией отклонений D. Фрактальная размерность, характеризующая степень изломанности линии, должна надежно оценивать и выше указанные показатели. Для проверки этого была разработана компьютерная программа (имитационная модель) генерации контура горной выработки. Имитационное модел

4.6. Анализ результатов реализации имитационной модели Разработанная имитационная модель использована для оценки соответствия коэффициента концентрации напряжений фрактальной размерности линии контура горной выработки. Для этого на вход программы подавались проектные параметры сечения выработки, соответствующие усредненным характери109 стикам вскрывающих выработок рудных шахт. Форма выработки - арочная с коробовым сводом и площадью поперечного сечения в проходке 12,5 м (с учетом КИС = 1,05).

4.7. Анализ результатов шахтных измерений контура горных выработок Для проверки работоспособности предлагаемого выражения (

4.32) необходимо сопоставить результаты с реальными сечениями горных выработок. Кафедрой шахтного строительства УГГУ (В. Г. Симанов, В. А. Кузовкин, Н. Н. Лещуков) были проведены натурные исследования выработок Североуральских бокситовых рудников (СУБР). Полярные координаты контура выработки определялись специальным устройством с телескопической рейкой и угломером

4.8. Оценка устойчивости горных пород в выработках с вероятностных позиций Для оценки устойчивости горной выработки необходимо знать напряженно-деформированное состояние (НДС) горных пород за ее контуром. Это состояние определяется совокупностью множества независимых факторов, описание которых в единой работоспособной модели не представляется возможным. Поэтому в зависимости от характера вмещающих пород используют ту или иную идеализированную схему расчета. В механике горных пород рассматрива

4.9. Прогноз устойчивости горных пород Юбилейного месторождения

4.9.1. Оценка категории устойчивости пород по рекомендациям Строительных норм и правил Определение категории устойчивости горных пород производится по рекомендациям СНиП II 94-80 «Подземные горные выработки». Основой для расчетов являются результаты инженерно-геологических и гидрогеологических исследований Юбилейного месторождения [29], включающие геологическое описание месторождения, данные скважинного каротажа, расчет гидрогеологических параметров по результатам опытно-фильтрационных работ;

4.9.2. Прогнозирование вероятности разрушения горных пород Расчеты, выполненные по рекомендациям СНиП, соответствуют практике проектирования. Однако вычислительная процедура изобилует эмпирическими коэффициентами, выбор значений которых достаточно произволен и неконкретен. Так, рекомендуемый СНиП коэффициент структурного ослабления к^ назначается в зависимости только от расстояния между трещинами породного массива и никак не учитывает множества других факторов. Кроме того, предла124 гается вы

4.9.3. Формирование банка данных инженерно-геологических разработки Юбилейного месторождения условий В результате выполненных исследований получена обширная информация по инженерно-геологическим характеристикам пород Юбилейного месторождения. Эта информация организована в соответствующие базы данных: • Петрографическое описание изученных горных пород; • Свойства горных пород: плотностные характеристики (объемная масса, плотность минерального скелета, общая пористость, коэффициент пористости

4.10. Использование результатов исследований Выполненные в диссертации аналитические и экспериментальные исследования позволили разработать и обосновать ряд практических рекомендаций. В качестве основных можно указать следующие: • Метод анализа и построения паспортов прочности горных пород, позволяющих определять значения сцепления и угла внутреннего трения, соответствующих результатам их непосредственного измерения. Компьютерная программа, обеспечивающая реализацию указанного метода. • Метод