POLITECHNIKA ŚLĄSKA Witold PYTEL PŁYTOWY MODEL

POLITECHNIKA ŚLĄSKA
ZESZYTY NAUKOWE
Nr 1532
Witold PYTEL
SUB GSttingen
214 801 020
2002 A 7569
PŁYTOWY MODEL WSPÓŁPRACY
UKŁADU STROP - FILAR - SPĄG
I JEGO ZASTOSOWANIE
W MECHANICE GÓROTWORU
GLIWICE
2002
SPIS TREŚCI
USTA SYMBOLI
Str.
9
1.
WPROWADZENIE
13
2.
OPIS MODELU PODSTAWOWEGO
2.1. Uwagi ogólne
2.2. Obliczenie rozkładu obciążeń i ugięcia płyty reprezentującej nadkład
2.2.1. Wprowadzenie
2.2.2. Równanie różniczkowe zginania płyty
2.2.3. Rozwiązanie równania różniczkowego ugięcia płyty metodą różnic skończonych
2.2.4.
Dokładność metody różnic skończonych
2.2.5.
Rozwiązanie równania różniczkowego zginania płyty nadkładu spoczywającej na
sprężystej warstwie spągu - zadanie statyczne
2.2.6.
Rozwiązanie zadania współpracy płyty nadkładu z lepko-sprężystą warstwą spągu...
2.3. Modelowanie zadania fizycznego
2.3.1. Modelowanie warstw nadkładu jako płyty zastępczej
2.3.2.
Modelowanie pracy systemu jako całości
2.3.3. Modelowanie spągu
2.3.4.
Modelowanie warstwy odkształcalnej stropu bezpośredniego
2.3.5. Modelowanie pracy filara (węglowego)
2.4. Wstępna weryfikacja przydatności opracowanego modelu obliczeniowego
2.4.1. Kopalnia 1
. 2.4.2.
Kopalnia II [30]
2.4.3. Kopalniani
2.5. Porównanie modelu płytowego z modelem korzystającym z analogii belkowej
18
18
20
20
21
22
24
MODEL FILARÓW PLASTYCZNIE PODATNYCH
3.1. Wprowadzenie
3.2. Charakterystyka pracy filara poddanego osiowemu obciążeniu
3.3. Czynniki wpływające na pracę ściskanego filara w skali naturalnej
3.4. Modelowanie geometrii układu ścianowego z uwzględnieniem filarów
plastycznie podatnych
60
60
61
66
3.
25
30
31
31
32
33
39
39
39
39
46
50
53
68
4.
WSPÓŁPRACA UKŁADU STROP-FILAR-SPĄG Z UWZGLĘDNIENIEM LEPKICH,
NIELINIOWYCH WŁASNOŚCI SPĄGU BEZPOŚREDNIEGO
4.1. Wprowadzenie
4.2. Modelowanie zachowania się układu wyrobisk
4.3. Analiza rzeczywistej sytuacji górniczej z zastosowaniem opracowanego modelu
72
72
73
74
5.
PROGNOZA OSIADANIA POWIERZCHNI TERENU NA SKUTEK PROWADZONEJ
W POBLIŻU EKSPLOATACJI ŚCIANOWEJ, Z ZASTOSOWANIEM
UPROSZCZONEGO MODELU ANALITYCZNEGO BAZUJĄCEGO NA ANALOGII
BELKOWEJ
5.1. Wprowadzenie
'.
;.
;
5.2. Idealizacja struktury mechanicznej
:
5.2.1. Wprowadzenie
5.2.2.
Modelowanie warstw nadkładu jako belki zastępczej
5.2.3. Modelowanie warstwy spągu
5.2.4. Modelowanie filarów węglowych
86
86
86
86
87
88
88
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
5.8.
6.
7.
8.
5.2.5.
Modelowanie materiału zalegającego w strefie zawału
5.2.6. Modelowanie belki nadkładu jako cięgna
5.2.7.
Modelowanie obudowy przodka
Analiza czasowa opracowanego modelu
5.3.1. Wprowadzenie
5.3.2. Model warstwy słabego spągu
5.3.3. Model belki nadkładu
5.3.4. Obliczenie zależnego od czasu osiadania powierzchni
Obliczenie ugięcia belki zastępczej oraz rozkładu oddziaływań
Analiza układu rzeczywistego
Analiza wpływu zmienności wybranych parametrów układu
5.6.1. Wprowadzenie
5.6.2. Wpływ sztywności nadkładu na zginanie
5.6.3.
Wpływ sztywności nadkładu na ścinanie
5.6.4. Wpływ miąższości słabej warstwy spągu
5.6.5.
Wpływ odkształcalności słabej warstwy spągu
5.6.6. Wpływ odkształcalności złoża
5.6.7. Wpływ współczynnika osiadania
5.6.8.
Wpływ podatności obudowy przodka
5.6.9. Wpływ długości pola
Czynnik czasu i jego upływ na zachowanie się systemu ścianowego
Odwzorowanie układu ścianowego za pomocą modelu płytowego
:
OSIADANIE POWIERZCHNI TERENU WYWOŁANE ZATAPIANIEM
PODZIEMNYCH KOPALŃ WĘGLA
6.1. Wprowadzenie
6.2. Współdziałanie wody z układem podziemnych wyrobisk
6.2.1. Opis zagadnienia
6.2.2.
Modelowanie przepływu wody w filarze i w warstwie spągu
6.2.3. Zastosowanie modelu współpracy układu nadkład-filar-spąg w zmiennych
warunkach hydrogeologicznych
6.3. Analiza rzeczywistej sytuacji górniczej
88
90
91
91
91
91
92
92
92
94
99
99
99
100
100
100
100
100
100
101
101
101
105
105
106
106
108
111
113
WYMIAROWANIE FILARÓW W PRZYPADKU WYSTĘPOWANIA SŁABEJ
WARSTWY W SPĄGU BEZPOŚREDNIM
7.1. Wprowadzenie
7.2. Określenie nośności jednorodnej warstwy spągu zlokalizowanej pod pełnowymiarowym
filarem
7.3. Przedstawienie spągu jako układu dwuwarstwowego i określenie jego nośności granicznej....
7.3.1. Wprowadzenie
7.3.2.
Sposób Vesica [168]
7.3.3. Sposób Vesica-Specka [157]
,
7.3.4.
Sposób Vesica-Chugha-Haq'a-Chandrashekhara (sposób Vesica-CHC) [27]
7.3.5. Sposób Pytla-Chugha [32]
7.4. Wpływ anizotropii na nośność układu
7.5. Przykład obliczeniowy
7.5.1. Opis zadania
7.5.2.
Metoda Vesica-Specka
7.5.3. Metoda Vesica-CHC
7.5.4.
Metoda Pytla-Chugha
7.6. Dołowa weryfikacja modelu
7.6.1. Przypadek 1
7.6.2.
Przypadek II
7.6.3.
Przypadek III
119
120
120
121
122
122
123
127
131
131
131
132
132
133
133
134
135
OPTYMALIZACJA WYMIARÓW FILARÓW W POLU EKSPLOATOWANYM
W SYSTEMIE KOMOROWO-FILAROWYM Z WYKORZYSTANIEM MODELU
BAZUJĄCEGO NA ANALOGII BELKOWEJ
8.1. Wprowadzenie
8.2. Opracowanie procedury optymalizacji
138
138
139
118
118
8.3. Praktyczna realizacja doboru alternatywnej geometrii wyrobisk
8.3.1. Obserwacja wyrobisk z punktu widzenia ich stateczności oraz pomiar
przemieszczeń pionowych powierzchni terenu ponad aktualnie
eksploatowanym złożem
8.3.2. Analiza osiadań w obrębie aktualnie eksploatowanego pola
8.3.3. Opracowanie alternatywnej geometrii wybierania
9.
OPRACOWANIE GEOMETRII WYBIERANIA DLA SYSTEMU KOMOROWOFILAROWEGO ZE SŁABĄ WARSTWĄ SPĄGOWĄ Z ZASTOSOWANIEM
PODSTAW MECHANIKI SKAŁ I TEORII NIEZAWODNOŚCI
9.1. Wprowadzenie
9.2. Procedura wymiarowania z uwzględnieniem podstaw teorii niezawodności
9.3. Analiza wrażliwości układu na zmiany wartości jego parametrów
9.4. Wyznaczenie średnich parametrów charakteryzujących słabą warstwę spągu
9.5. Opracowanie procedury wymiarowania filarów z zastosowaniem teorii niezawodności
9.6. Analiza stateczności i niezawodności układu dla typowej sytuacji górniczej
UWAGI KOŃCOWE
LITERATURA
ZAŁĄCZNIKI
STRESZCZENIE
141
141
145
145
150
150
151
152
153
155
158
166
168
178
192