Математическое моделирование неустановившейся фильтрации воды в выработку с анкерной крепью

Abstract

Цель. Разработка математической модели связанных процессов деформирования углепородного массива и фильтрации воды в нарушенной области для исследования изменения величины водопритока в горную выработку в зависимости от способа ее крепления. Методика. Для выполнения исследований применялись методы механики твердого тела, механики жидко- сти и газа, численное моделирование с применением метода конечных элементов. Результаты. Разработана математическая модель фильтрации воды в деформируемом массиве горных пород. Показано, что применение анкерной крепи позволяет предотвратить развитие процесса трещинообразования в зоне влияния выработки. В этом случае в кровле максимально сохраняется монолитность нетронутого массива. Значительное сокращение размеров области фильтрации и снижение проницаемости внутри нее приводит к снижению интенсивности фильтрационного движения жидкости и предупреждению или снижению водопритока в горные выработки с анкерной крепью.

Мета. Розробка математичної моделі зв’язаних процесів деформування вуглепородного масиву та фільтрації води в порушеній області для дослідження зміни величини водоприпливу в гірничу виробку в залежності від способу її кріплення. Результати. Розроблено математичну модель фільтрації води в масиві гірських порід, який деформується. Показано, що застосування анкерного кріплення дозволяє запобігти розвитку процесу утворення тріщин у зоні впливу виробки. У цьому випадку в покрівлі максимально зберігається монолітність непорушеного масиву. Значне скорочення розмірів області фільтрації й зниження проникності всередині неї призводить до зниження інтенсивності фільтраційного руху рідини і попередження або зниження водоприпливу в гірничі виробки з анкерним кріпленням.

Purpose. To develop a mathematical model of the interrelated processes of coal-rock mass deformation and water filtration in the disturbed area to study the change in the value of water inflow into the mine working de-pending on the method of its supporting. Findings. A mathematical model of water filtration in the deformed rock mass was developed. It is shown that the use of bolting prevents fracturing process in the zone subjected to the influence of the mine working. In this case, solidity of the virgin mass in the roof is maximally preserved. Significant reduction of the filtra-tion area and decrease in its permeability leads to the drop in intensity of the liquid filtration movement and prevents or reduces water inflow into the mine workings with anchor support.

Представленная работа выполнена в рамках отраслевой программы “Анкер” широкомасштабного внедрения анкерной крепи на угольных шахтах Украины. Авторы выражают искрению благодарность руководству и инженерно-техническому персоналу шахтоуправлений “Днепровское” и “Першотравенское” ЧАО “ДТЭК Павлоградуголь” за помощь при организации и проведении шахтных экспериментов.