Исследование устойчивости кровли угольного пласта с податливой опорой различной жесткости на моделях

Abstract

Целью работы является изучение устойчивости пород кровли угольного пласта с податливой опорой при действии динамических нагрузок. Для достижения поставленной цели были выполнены лабораторные исследования на моделях из эквивалентных материалов, когда кровля угольного пласта была представлена в виде балки, которая опиралась на податливую опору различной жесткости, в зависимости от вариантов моделирования. При проведении исследований изучалось поведение моделируемой деформируемой системы после силового воздействия падающей породы на балку и было установлено, что с учетом неоднородности материала балки, при наличии податливой опоры из разрыхленной горной породы, имеющей различный гранулометрический состав, пустотность и насыпную плотность, деформация балки во времени будет отставать от ее перемещения на величину сдвига фазы, причем, чем меньше жесткость податливой опоры, тем больше отставание во времени. Максимальное перемещение балки в моделируемой системе, определяется величиной статического сжатия податливой опоры и возможного отклонения центра масс от положения равновесия при ударе. При таком взаимодействии балки с податливой опорой, количество энергии, затрачиваемой на деформирование балки, зависит от жесткости податливой опоры, продолжительности удара и промежутка времени, между окончанием действия внешней силы и максимальным перемещением балки, которая имеет податливые опорные связи. Доказано, что устойчивость моделируемой деформируемой системы обеспечивается в условиях, когда податливая опора из разрыхленной горной породы, на которую опираются породы кровли позади очистного забоя, имеет пустотность не более М≤20% и не менее М≥7%, при увеличении ее насыпной плотности. При увеличении или уменьшении пустотности податливой опоры, при действии динамических нагрузок, происходит разрушение моделируемой балки. Выполненный комплекс лабораторных исследований на моделях из эквивалентных материалов показывает, что наличие податливой опоры из разрыхленной горной породы обоснованного гранулометрического состава для поддержания кровли угольного пласта позади очистного забоя при действии динамических нагрузок, обеспечивает устойчивость боковых пород в окрестности поддерживаемых горных выработок.The aim of the work is to study the stability of the roof rocks of the coal seam with a malleable support under the action of dynamic loads. To achieve this goal, laboratory studies were performed on models of equivalent materials, when the roof of the coal seam was presented in the form of a beam, which rested on a flexible support of various rigidity, depending on the modeling options. During the studies, the behavior of the simulated deformable system after the force of a falling rock on a beam was studied and it was found that taking into account the heterogeneity of the beam material, if there is a flexible support from loose rock that has different particle size, voidness and bulk density, the beam will be deformed over time lag behind its movement by the amount of phase shift, and, the lower the stiffness of the pliable support, the greater the time lag. The maximum displacement of the beam in the simulated system depends on the static compression of the compliant support and the possible deviation of the center of mass from the equilibrium position upon impact. With this interaction of the beam with a malleable support, the amount of energy spent on the beam deformation depends on the stiffness of the flexible support, the duration of the impact and the time interval between the end of the external force and the maximum movement of the beam, which has compliant support links. It has been proven that the stability of the simulated deformable system is ensured under conditions when the compliant support from the loosened rock, on which the roof rocks are behind the clearing face, has a hollowness of not more than M≤20% and not less than M≥7%, with an increase in its bulk density. With an increase or decrease in the hollowness of the pliable support, under the action of dynamic loads, destruction of the simulated beam occurs.