Бабець Дмитро Володимирович. Оцінка стійкості підземних протяжних виробок, що проведені в неоднорідному породному масиві, на основі багатофакторного аналізу : Дис... канд. наук: 05.15.09 - 2006.
Анотація до роботи:
Бабець Д.В. Оцінка стійкості підземних протяжних виробок, що проведені в неоднорідному породному масиві, на основі багатофакторного аналізу. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.15.09 – “Механіка ґрунтів та гірських порід”. Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, Дніпропетровськ, 2006.
В дисертації викладені результати досліджень впливу на напружено-деформований стан породного масиву мінливості його фізико-механічних властивостей, яка обумовлена природною неоднорідністю гірських порід.
Узагальнені результати численних спостережень відносно фізико-механічних характеристик гірських порід, що наведені в різних джерелах. Розроблений спосіб урахування макродефектів при визначенні параметрів розподілу досліджуваних кількісних ознак. Доведено, що наявність систем тріщин впливає не тільки на величину середнього значення і показники розкиду, але і змінює вид розподілу, причому, його асиметрія і ексцес нелінійно залежать від відстані між тріщинами.
З урахуванням встановлених закономірностей розроблений алгоритм чисельного моделювання стохастичної мінливості властивостей середовища при визначенні напружено-деформованого стану масиву навколо виробки. Використовувався метод скінчених елементів в поєднанні з прийомами імітаційного моделювання. Встановлено, що зміщення контуру виробки і розміри зон непружних деформацій в породному середовищі з випадково розподіленими властивостями на 30-40% перевищує ці ж величини в середовищі з усередненими властивостями.
Побудовано прогностичні моделі, які дозволяють оцінити приріст величини зміщення і розміру зони руйнувань залежно від відомих значень варіації основних міцнісних і деформаційних характеристик. На основі імовірнісної моделі безремонтної підтримки протяжних виробок розроблена методика оцінки їх стійкості і вибору параметрів кріплення.
Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на основі вперше встановлених закономірностей формування поля напружень і переміщень в неоднорідному породному масиві з урахуванням статистичної мінливості його деформаційних і міцнісних властивостей вирішена актуальна задача оцінки стійкості протяжної підземної виробки на основі багатофакторного аналізу, з метою підвищення надійності її експлуатації.
Основні наукові і практичні результати роботи.
На основі аналізу статистичних сукупностей фізико-механічних характеристик гірських порід встановлено, що:
міцнісні і деформаційні властивості середовища мають істотну (не нижче 45%) мінливість навіть в межах однієї і тієї ж літологічної різниці;
наявність тріщин змінює всі статистичні оцінки властивостей порід і впливає на закон розподілу їх ймовірностей, причому показники асиметрії і ексцесу емпіричних розподілів нелінійно залежать від відстані між тріщинами.
Виходячи зі встановлених закономірностей імовірнісного розподілу властивостей гірських порід, розроблені принципи імітаційного моделювання стохастичної неоднорідності породного масиву і розроблений алгоритм визначення його напружено-деформованого стану навколо виробок з урахуванням мінливості основних деформаційних і міцнісних характеристик, що підвищує вірогідність геомеханічних розрахунків.
Розрахунками за розробленим алгоритмом встановлено, що неоднорідність породного масиву, яка виявляється в природному розкиді показників його фізико-механічних властивостей, обумовлює збільшення (в порівнянні з однорідним середовищем) на 30-40% зміщення контуру виробки і розмірів зони руйнувань залежно від величин варіації основних деформаційних і міцнісних характеристик порід (модуля пружності, коефіцієнта Пуасона, меж міцності на одновісне стиснення і розтягування).
Модифікований стосовно задач геомеханіки метод групового урахування аргументів, на основі якого узагальнені результати обчислювального експерименту представницького обсягу і отримані узагальнюючі багатофакторні залежності для урахування варіації початкових даних при розрахунку переміщень контуру протяжної виробки і розмірів зон руйнування навколо неї, що дозволило розробити інженерну методику оцінки стійкості протяжної виробки. «Методика визначення зміщень контуру протяжної гірничої виробки і навантаження на її кріплення з урахуванням статистичного розкиду властивостей гірських порід» затверджена інститутом НДІОМШБ, м. Харків.
Запропоновано імовірнісну модель стійкості протяжних виробок, яка дозволяє обґрунтувати величину коефіцієнта запасу стійкості, необхідного для практично безремонтної підтримки виробки з відомою ймовірністю. Вірогідність розробленої моделі підтверджується збігом результатів розрахунків величин зміщень з даними натурних спостережень.
Виконано прогноз стійкості і вибір параметрів кріплення для умов шахти ім. Бажанова (конвеєрний штрек 6-й західної лави). Очікуваний економічний ефект за рахунок скорочення обсягів ремонтних робіт складає 568 тис. грн. на 1000 п.м. виробки.
Публікації автора:
Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В. Оценка стоимостных затрат на поддержание горных выработок с привлечением метода группового учета аргументов // Науковий вісник НГАУ - 2001. -№4. – С. 32-35.
Сдвижкова Е.А., Солодянкин А.В., Маслеников Е.В., Бабец Д.В. Анализ теоретических предпосылок для создания системы геомониторинга // Сборник научных трудов Национального горного университета –2002.-№15, том1. – С.43-46.
Сдвижкова О.О., Рубець Г.Т., Бабець Д.В. Підбір емпіричних розподілів за даними випробувань гірських порід на міцність // Вісник ЖІТІ – 2003. - №1(24). – С.56-58.
Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В. О моделировании стохастического распределения свойств горных пород в геомеханических расчетах // Геотехнічна механіка. – Дніпропетровськ: ІГТМ НАН України. – 2003. - Вип. 51. – С. 42-48
Левит В.В., Бородуля А.А., Бородуля Н.Ф., Бабец Д.В. Исследования и статический анализ геомеханических особенностей условий сооружения сопряжений шахтных стволов Донбасса // Наукові праці ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна. Донецк. – 2004. - № 63. - С. 103-108
Шашенко А. Н., Сдвижкова Е. А., Ткач А. А., Солодянкин А. В., Гавриш А. К., Гапеев С. Н., Бабец Д. В. Использование численных методов в некоторых задачах геомеханики // История кафедры строительных геотехнологий и геомеханики Национального горного университета. – Днепропетровск-Донецк: Норд-Пресс. – 2004. – С. 402-418.
Бабец Д.В. Моделирование статистического распределения свойств горных пород при определении смещений контура протяженной // Проблеми гірського тиску. – Донецьк, ДонНТУ. – 2004. – Вип. 11. – С. 91-105.
Бабец Д.В. Применение метода группового учета аргументов к задаче оценки устойчивости горной выработки // Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ-2001. - №11. – С. 67-69.
Сдвижкова Е.А. Кужель С.В., Бабец Д.В. Research of probability nature of durability of fissured rock mass // Gornictvo i Geoinzynieria, Kwartalnik akademii gorniczo-hutniczej. – Krakow: Uczelniane widawnictwa naukowo-dydaktyczne. – 2003. – z. 3-4. – P. 514-518.
Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В. Использование методики многофакторного анализа для оценки устойчивости подготовительных выработок // Изв. Тульского государственного университета. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». – Тула: ИПП «Гриф и К», 2003. - Вып. 1. - С. 267-272.
Шашенко А.Н., Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В. Анализ затрат на поддержание подготовительных выработок, пройденных трещиноватых породах, на основе алгоритма структурной идентификации // Горн. информ.-аналит. бюллетень. – 2003. - №1. – С. 106-108.
Новикова Л.В., Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В. Определение зон разрушения в окрестности выработок на основе вероятностно-статистической модели породной среды // Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ №1, 2004, С.165-168.
Сдвижкова Е.А., Бабец Д.В., Лозовский С.П. Статистическая модель устойчивости горной выработки // Матеріали міжнар. конф. “Форум гірників – 2005”. – Дніпропетровськ: НГУ. – 2005. - Т.4. – С. 68-74.
Zdvizkova E., Ruazantsev A., Babets D. Modeling of random distribution of rock properties in rock mechanics problem // Conference proceeding «MIOSEN – 2005». - Podiebrady. - 2005. – P. 201-206.
Особистий внесок здобувача в роботах, написаних у співавторстві: [1-6] – формулювання основних задач, розробка алгоритму математичного моделювання, проведення чисельних експериментів і аналіз результатів; [9-14] – розробка математичної моделі, аналіз результатів чисельних експериментів.
