Меню

Концентрация напряжений вокруг горных выработок



НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОРОД В РАЙОНЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Призабойная зона скважин представляет собой область пласта, от характеристики которой зависит производительность скважин. Эта область (самого узкого сечения потока) в про­цессе вскрытия пластов и эксплуатации скважин подвержена воздействию глинистого раствора, воды, цемента, отложений парафина, солей и смол, заиливания и т. д., в результате чего уменьшается приток нефти и газа. Поэтому свойствам пород призабойной зоны и процессам, происходящим в этой области, уделяется особое внимание. С бурением скважин изменяется начальное напряженное состояние пород, так как происходят возмущения в естественном поле напряжений. В глубине пла­стов породы всесторонне сжаты, а по мере приближения к сква­жине они будут находиться в условиях, близких к одноосному сжатию. В результате пластичные породы (некоторые глины и глинистые сланцы) частично выдавливаются в скважину и удаляются в процессе бурения. В результате вертикальное гор­ное давление на породы нефтяного пласта в районе скважины оказывается частично уменьшенным. При этом в простом естественном поле на­пряжений появляется зона аномалий. В горном деле установлено, что область аномалий, имеющая практическое значе­ние, невелика; она только в несколько раз превосходит размеры горной выра­ботки. Вместе с тем в этой области су­щественно изменяются условия залега­ния горных пород, что может быть при­чиной значительных изменений их филь­трационных свойств.

Новое поле напряжений, образующе­еся вокруг выработок, зависит от их глу­бины, геометрии и размеров, а также от состояния и физико-механических свойств массива пород. В зависимости от конкретных условий залегания пород и состояния массива при расчетах используют различные гипотезы о проявлении горного давления — в отдельных случаях считают, что порода подчиня­ется законам сыпучих тел, в других — законам теории упру­гости и т. д.

В простейшем случае (если рассматривать призабойную зону, как однородный упругий толстостенный сосуд) поиски ра­спределения напряжений в этой зоне можно свести к решению задачи Ламе (рис.3).

Рис. 3. Схема распре­деления действующих напряжений в элементе породы призабойной зо­ны скважин (без учета влияния фильтрации флюидов на напряжен­ное состояние пород)

Как известно, напряжение в толстостенном цилиндре, се­чения которого образованы концентрическими окружностями, подверженном действию равномерно расположенных сил, опре­деляется соотношениями

Читайте также:  Импульс максимальная скорость интенсивность модуль запирающего напряжения

где s r — радиальная компонента нормального напряжения; s q — окружное или тангенциальное нормальное напряжение (в на­правлении касательной к окружности, на которой выделен эле­ментарный объем dV на рис. 3); r —расстояние от оси; C 1 и С 2 — постоянные интегрирования, которые можно определить из граничных условий. ‘

При r= r с значение s r=p 3 (забойному давлению). При r=∞ значение s=s r=pgH (горному давлению).

Для упрощения формулы (12) и (13) запишем с дру­гими постоянными в виде

Источник

Концентрация напряжений вокруг горных выработок

Напряженное состояние горных пород вокруг выработок (часть 1)

  • Горное давление. Напряженное состояние горных пород
  • Расчет параметров проветривания (часть 2)
  • Расчет параметров проветривания (часть 1)
  • Автотранспорт, конвейеры и безопасность (часть 2)
  • Автотранспорт, конвейеры и безопасность (часть 1)
  • Грузопотоки и транспортное обеспечение грузоперевозок (часть 3)
  • Грузопотоки и транспортное обеспечение грузоперевозок (часть 2)
  • Грузопотоки и транспортное обеспечение грузоперевозок (часть 1)
  • Выемочно-погрузочные работы в карьере (часть 2)
  • Выемочно-погрузочные работы в карьере (часть 1)
  • Вскрышные работы
  • Подготовка горных пород к выемке
  • Вскрытие и подготовка карьерного поля (часть 2)
  • Вскрытие и подготовка карьерного поля (часть 1)
  • Элементы карьера и технология открытых работ (часть 2)
  • Элементы карьера и технология открытых работ (часть 1)
  • Компания CATERPILLAR (часть 2)
  • Компания CATERPILLAR (часть 1)
  • Стадии открытых горных работ при разработке месторождений
  • Разработка с поддержанием очистного пространства (часть 4)
  • Разработка с поддержанием очистного пространства (часть 3)
  • Разработка с поддержанием очистного пространства (часть 2)
  • Разработка с поддержанием очистного пространства (часть 1)
  • Системы разработки с обрушением руды (часть 3)
  • Системы разработки с обрушением руды (часть 2)
  • Системы разработки с обрушением руды (часть 1)
  • Системы разработки с поддержанием очистного пространства (часть 5)
  • Системы разработки с поддержанием очистного пространства (часть 4)
  • Системы разработки с поддержанием очистного пространства (часть 3)
  • Системы разработки с поддержанием очистного пространства (часть 2)

Copyright © 2012-2019 Все права защищены.
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна.

Источник

Напряженное состояние в массиве вокруг очистной горной выработки

date image2017-12-16
views image841

Читайте также:  Определить напряжения вольтметра между точками

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Выработки, образуемые в результате непосредственной выемки полезного ископаемого при его разработке, называют очистными.

Основные задачи управления горным давлением в очистных выработках, также как в капитальных и подготовительных, заключаются в обеспечении устойчивого состояния выработок (или призабойного пространства) в течение необходимого времени их эксплуатации и в выборе наиболее экономичного, но вместе с тем полностью обеспечивающего безопасность работающих людей, способа крепления и поддержания выработанного пространства.

По сравнению с подготовительными и капитальными выработками очистные выработки обладают некоторыми особенностями. Важнейшими из них являются:

* значительно большие размеры поперечных сечений и их изометричность;

* непрерывное движение забоя, обусловливающее постоянное изменение поля статических напряжений вокруг выработки, а также большую интенсивность воздействия технологических процессов (взрывных работ);

* существенно меньшее время эксплуатации.

Эти особенности очистных выработок определяют, в свою очередь, и специфические проявления горного давления в них.

Формы и характер проявлений горного давления в очистных выработках весьма разнообразны (от небольших перемещений и деформаций горных пород и полезного ископаемого до их разрушения и обрушения, от незначительных нагрузок на крепь до полного вывода ее из строя) и зависят от многих факторов, в том числе от глубины разработки, структуры и механических свойств массива горных пород, мощности и угла падения полезного ископаемого. Большое влияние на проявления горного давления оказывают производственно-технические условия эксплуатации месторождений, характеризующиеся формой, размерами и расположением выработок, технологией ведения добычных работ, способом управления горным давлением, скоростью подвигания забоев, видом крепи и т. д.

В первую очередь на контуре выработанного пространства и в окружающем массиве пород происходят упругие смещения. В некоторых, правда весьма немногочисленных, случаях, указанными упругими смещениями процессы деформирования массива пород и исчерпываются. Однако это может иметь место лишь при очень прочных породах и высокой степени монолитности массива, в частности, при разработке некоторых рудных месторождений системами с открытым очистным пространством, например, камерными и камерно-столбовыми системами.

Гораздо чаще в выработанном пространстве вслед за упругими смещениями пород кровли и стенок развиваются неупругие деформации и происходят локальные разрушения. Этому способствует развитие в окружающем массиве зон концентрации как сжимающих, так и растягивающих напряжений. В процессы деформирования вовлекаются большие объемы пород, а вследствие этого — неоднородности низких порядков, по поверхностям которых массив наиболее ослаблен. В результате этого в очистных выработках развиваются процессы обрушения покрывающих пород.

Читайте также:  Периодичность проверки трансформаторов напряжения

Область массива пород вокруг выработок, в которой проявляются пластические, вязкие деформации и разрушение, составляет так называемую зону неупругих деформаций. Параметры зоны неупругих деформаций характеризуют состояние выработки, они являются исходными для выбора и расчета крепи, а поэтому их определение — обычно конечная цель теоретических и экспериментальных исследований.

По мере извлечения полезного ископаемого и перемещения забоя поле напряжений вокруг очистной выработки изменяется. Область массива, в пределах которой происходят эти изменения, называют зоной влияния очистной выработки. По степени и характеру процессов деформирования и перемещения пород в пределах влияния очистной выработки в массиве могут быть выделены несколько различных зон: зона обрушений, зона трещин, зона плавного прогиба, зона сдвижений.

С точки зрения напряженного состояния в массиве пород вокруг очистной выработки выделяют две характерные зоны: зону разгрузки и зону опорного давления (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема деформирования пород вокруг очистной выработки при крутом падении пласта.

1 — зона опорного давления; 2 пласт угля; 3 зона разгрузки; 4 эпюры напряжений; 5 граница области влияния выработки.

Первая (зона разгрузки) характеризуется тем, что в ее пределах породы испытывают меньшие напряжения, чем существовавшие до проведения очистной выработки. Область, где напряжения превышают уровень первоначального поля напряжений, носит название зоны опорного давления и по существу представляет собой зону концентрации напряжений вокруг очистной выработки.

Результирующая эпюра опорного давления имеет вид не плавной кривой, а содержит точку перегиба и состоит из двух ветвей, возрастающей и ниспадающей (рис. 4.3).

Рис. 4.3 Эпюра напряжений в зоне опорного давления при разрушении пород на контуре очистной выработки.

Пик напряжений в зоне опорного давления располагается обычно на расстоянии от забоя, равном 2 — 5 мощностям пласта и равен чаще всего (2-3) gH.

Источник

Adblock
detector