Построение модели шахтной перемычки на базе расчетной схемы толстой плиты

С.В. Черданцев, П.А. Шлапаков, К.С. Лебедев, А.Ю. Ерастов, С.А. Хаймин
АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли», Кемерово, Российская Федерация
Горная Промышленность №1 / 2023 стр. 110-116

Резюме: Разработка угольных месторождений сопровождается выделением метана из разрушенного угля и образованием пылегазовоздушных смесей, предрасположенных к различным негативным газо- и термодинамическим явлениям в рудничной атмосфере, в первую очередь дефлаграционным и детонационным процессам, в результате чего в рудничной атмосфере образуются ударные волны, что в условиях угольных шахт может привести к катастрофическим последствиям. С целью предотвращения распространения негативных газо- и термодинамических явлений в рудничной атмосфере на угольных предприятиях используются шахтные перемычки. К настоящему времени разработано достаточно много конструкций шахтных перемычек, а также технологических схем их возведения. Однако имеющиеся методики по определению параметров перемычек, на наш взгляд, не соответствуют реальным условиям их работы и поэтому не отвечают современным требованиям по обеспечению надежности перемычек. В статье обсуждается напряженно-деформированное состояние в шахтной перемычке круглого поперечного сечения на основе классической модели толстой плиты цилиндрической формы. Сформулирована краевая задача теории толстых плит в линейной постановке и построено ее решение, в результате которого найдены компоненты напряжений и перемещений в перемычке под действием давления, обусловленного ударной волной. Построены графики напряжений, изменяющиеся вдоль продольной оси перемычки и вдоль радиуса ее поперечного сечения. Отмечены некоторые закономерности распределения напряжений в шахтной перемычке.

Ключевые слова: горные выработки, шахтные перемычки, компоненты напряженного состояния, обобщенный закон Гука, краевая задача о равновесии перемычки, функции напряжений, уравнение Лапласа, задача Ламе

Для цитирования: Черданцев С.В., Шлапаков П.А., Лебедев К.С., Ерастов А.Ю., Хаймин С.А. Построение модели шахтной перемычки на базе расчетной схемы толстой плиты. Горная промышленность. 2023;(1):110–116. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-1-110-116

Информация о статье

Поступила в редакцию: 26.01.2023

Поступила после рецензирования: 08.02.2023

Принята к публикации: 09.02.2023

Информация об авторах

Черданцев Сергей Васильевич – доктор технических наук, главный научный сотрудник, АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли» (АО «НЦ ВостНИИ»), г. Кемерово, Российская Федерация, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Шлапаков Павел Александрович – кандидат технических наук, заведующий лабораторией, АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли» (АО «НЦ ВостНИИ»), г. Кемерово, Российская Федерация, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Лебедев Кирилл Сергеевич – старший научный сотрудник, АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли» (АО «НЦ ВостНИИ»), г. Кемерово, Российская Федерация, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Ерастов Антон Юрьевич – старший научный сотрудник, АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли» (АО «НЦ ВостНИИ»), г. Кемерово, Российская Федерация, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Хаймин Сергей Александрович – старший научный сотрудник, АО «Научный центр ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли» (АО «НЦ ВостНИИ»), г. Кемерово, Российская Федерация, е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Список литературы

1. Линденау Н.И., Маевская В.М., Крылов В.Ф. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров в угольных шахтах. М.: Недра; 1977. 320 с.

2. Chanyshev A.I. A method to determine a body’s thermal state. Journal of Mining Science. 2012;48(4):660–668. https://doi.org/10.1134/S1062739148040107

3. Зыков В.С. О механизме формирования выбросоопасной ситуации в очистном забое угольной шахты. Маркшейдерский вестник. 2016;(5):44-48.

4. Черданцев С.В., Шлапаков П.А., Лебедев К.С., Шлапаков Е.А. Об одном подходе к расчету выброса угля из газоносного пласта, вмещающего геологические нарушения. Безопасность труда в промышленности. 2019;(8):13-18. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2019-5-20-26

5. Черданцев С.В., Шлапаков П.А., Шлапаков Е.А., Лебедев К.С., Ерастов А.Ю. Теплофизические и газодинамические условия протекания процессов дефлаграции и детонации в пылегазовоздушных потоках горных выработок вблизи очагов самонагревания. Химическая физика и мезоскопия. 2019;21(2):179–189. https://doi.org/10.15350/17270529.2019.2.20

6. Черданцев С.В., Шлапаков П.А., Лебедев К.С., Колыхалов В.В. Формирование детонационного процесса при внезапном выбросе газа в горную выработку со сверхзвуковой скоростью. Горный информационно аналитический бюллетень. 2019;(7):62–73. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-07-0-62-73

7. Kurlenya M.V., Skritsky V.A. Methane explosions and causes of their origin in highly productive sections of coal mines. Journal of Mining Science. 2017;53(5):861–867. https://doi.org/10.1134/S1062739117052886

8. Valger S.A., Fedorova N.N., Fedorov A.V. Mathematical modeling of propagation of explosion waves and their effect on various objects. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2017;53(4):433–443. https://doi.org/10.1134/S0010508217040074

9. Zhuravlev V.Ph. Effect of inertia of elastic waves in elastic systems with axial symmetry. Mechanics of Solids. 2018;53(1):68–72. https://doi.org/10.3103/S0025654418010089

10. Fomin V.M., Postinkov B.V., Kolotilov V.A., Shalaev V.S., Shalaev Y.V., Florya N.F. Modeling shock wave processes in a mine opening with permeable barriers. Journal of Mining Science. 2019;55(1):18–22. https://doi.org/10.1134/S106273911901524X

11. Нургалиев Е.И. Обоснование и разработка технологии изоляции пластовых выработок безврубовыми монолитными перемычками с одновременным возведением тампонажных завес: автореф. дис. … канд. техн. наук. Кемерово; 2021. 22 с.

12. Колтунов М.А., Васильев Ю.Н., Черных В.А. Упругость и прочность цилиндрических тел. М.: Высшая школа; 1975. 526 с.

13. Соляник-Красса К.В. Осесимметричная задача теории упругости. М.: Стройиздат; 1987. 336 с.

14. Бермант А.Ф., Араманович И.Г. Краткий курс математического анализа. М.: Наука; 1967. 736 с.