Дослідження та моделювання напружено-деформованого стану стелин шатрової та склепистої форми

Abstract

Залізні руди Криворізького басейну видобуваються понад 130 років. У процесі їх видобутку підземним способом застосовуються різні класи систем розробки, як з обваленням руди та налягаючих порід, так і з відкритим очисним простором. У всіх випадках в гірському просторі формуються очисні або компенсаційні камери, стійкість яких в значній мірі залежить від стійкості їх стелин. Особливо проблема стійкості оголень посилилась при відпрацюванні глибоких горизонтів шахт, які характеризуються значним зростанням гірського тиску. У роботі виконано дослідження та наведено результати моделювання напру-жено-деформованого стану стелин шатрової та склепистої форми. Прийняті величини гір-ського тиску відповідали гірничотехнічним умовам відпрацювання родовищ Криворізького басейну на глибинах понад 1200 м. Розрахунок напружень та деформацій виконано методом кінцевих елементів за допомогою програми «Ansys» версії 16.0. В результаті виконаних досліджень встановлено, що під дією гірського тиску в стелинах спостерігається інверсія головних напружень. Формується модифікований напружено-деформований стан масиву стелин, в яких фіксується зменшення величини стискаючих напружень. Діагностується також відсутність розтягуючих напружень. Оперуючи отриманими результатами доведено, що подібні форми стелин мають пропорційно більш високу стійкість у порівнянні з класичними горизонтальними оголеннями. Встановлено, що при відпрацюванні багатих залізних руд камерними системами розробки на значних глибинах ключовою вимогою є перехід на шатрові та склеписті форми стелин, які забезпечують максимальну стійкість в умовах високого гірського тиску. Доведено, що інтегральний показник величини максимальних напружень у міжповерхових ціликах змінюється в межах від -10 до + 32 МПа на глибинах понад 1200 м, залежить від форми стелини та знаходиться в поліноміально-логарифмічній залежності від глибини розробки, міцності залізних руд, кута нахилу, відносного радіуса кривизни стелини й при склепистій формі набуває мінімальних значень, дозволяючи формувати стійкі оголення стелин очисних камер на глибинах до 2000 м.