Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Teorie i modele stosowane w geomechanice górotworu solnego

Kortas G.

Przegląd Górniczy

|

2017

|

T. 73, nr 7

1--11

PL

Praca przedstawia przegląd najczęściej stosowanych metod obliczeń geomechanicznych stanu górotworu solnego i przemieszczeń terenu. Opisano uproszczony sposób obliczania obciążeń i wytężeń calizn w podziemnych kopalniach soli z jednopoziomową i wielopoziomową strukturą wyrobisk w powiązaniu z wynikami analogowych badań laboratoryjnych wytrzymałości soli kamiennej. Wskazano na zróżnicowanie zaciskania i ruchu górotworu spowodowanego oddziaływaniem horyzontalnych i wertykalnych struktur na ich otoczenie i tereny. Omówiono przydatność i ograniczenia, przystosowanego do warunków geologiczno-górniczych podziemnych kopalń soli, autorskiego rozwinięcia teorii Budryka-Knothego. Zasadnicza część pracy obejmuje omówienie fizycznego modelu sprężysto-lepkiego z potęgowym prawem pełzania, modelu geometrycznego z określeniem prostych i złożonych geometryzacji modelowych, zasad homogenizacji litologicznej i geometrycznej oraz modelu obliczeniowego dostosowanego do numerycznej metody elementów skończonych. Przytoczono szereg przykładów wyników własnych badań modelowych i zastosowań inżynierskich reologicznego modelu górotworu solnego z konstytutywnym potęgowym prawem pełzania Nortona – Bailey’a. Artykuł jest kontynuacją autorskich publikacji przeglądowych zamieszczonych w Przeglądzie Górniczym, które dotychczas dotyczyły sygnałów pękania skał solnych, zagrożenia wodnego oraz ochrony terenów górniczych w związku z obecnością wyrobisk w górotworze solnym.

EN

This paper presents the methods of calculating rock loads and stresses in underground salt mines, using the example of salt mine’s single-layer and multi-layered structures and comparing the methods to the actual laboratory rock-salt strength testing results. The author discusses the usability and limitations of the expanded Budryk-Knothe theory to determine the influence of salt-mine workings on the land surface, adjusting the studies to specific underground geological and mining conditions. The basic portion of the study contains the presentation of an elastic-viscous model, with the exponential creep law, determination of simple and complex geometric rendering of the model, and the principles of lithological and geometric homogenization, in compliance with the numerical calculations conducted by the Finite Element Method. The author quotes selected examples of model analysis and engineering uses of the rheologic salt-rock models, with the Norton-Bailey creep law.

2

Uproszczony sposób symulacji oddziaływania wyrobisk na ich otoczenie o właściwościach sprężysto-lepkich

Maj A.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2016

|

T. 18, nr 4

81--88

PL

Charakterystyczna dla konwencjonalnych metod eksploatacji złożoność geometrii wyrobisk i zmienność parametrów fizycznych górotworu wymusza daleko idące uproszczenia geomechanicznych modeli kopalń wielopoziomowych. W pracy pokazano wstępne wyniki badań nad zastosowaniem ekwiwalentnych przestrzeni górotworu w obliczeniach numerycznych. Wykazano, że w pewnych warunkach zamiana struktury kopalni na ekwiwalentną przestrzeń górotworu nie zmieni znacząco rozkładu wskaźników deformacyjnych górotworu.

EN

Conventional methods of mining create excavations of complex geometry. The physical parameters of the adjacent strata may have a high variability. Those factors force far-reaching simplification of the geomechanical models of multi-level mines. The paper shows the preliminary results of studies on the use of equivalent rock space in the numerical calculations. It has been shown that under certain conditions, replacement of the structure of the mine with the equivalent rock space will not change significantly the distribution of the rock mass deformation indices.

3

Equilizing of the primary stress state in the rock mass, simulated by a model of layer in an elastic-viscous medium

Kortas G.

Archives of Mining Sciences

|

2016

|

Vol. 61, no. 4

853--873

EN

This paper is devoted to the analysis of the stress development process in the homogeneous and non-homogeneous rock mass. The rock-mass model consists of an elastic-viscous medium containing a layer (Fig. 1) that displays distinct geomechanical strain properties. When examining the process of stress equilizing in time, the Norton-Bailey power creep law was applied in the numerical analysis. The relationship between effective stresses and time, the modulus of elasticity, Poisson’s coefficient, and creep compliance were obtained. It was demonstrated that the relationship between effective stress and time or creep compliance, for the assumed conditions in a homogeneous rock-mass, was approximated by hyperbolic functions (10 and 16). The process parameter included a certain value of creep compliance or of time at which there occurred a half-way equilizing of primary stresses. An analogous function binds effective stresses with creep compliance. Our model studies indicated a number of relationships between bulk and shear strain with time and creep compliance in the homogeneous and non-homogeneous rock mass, presented in Figs. 2-14, expressed by the functions of those specific parameters. The relationships obtained in this work resulted from our model assumptions. However, they demonstrated the influence of the geomechanical strain properties of rocks on the process of shaping the primary stress state in the rock mass and the tendency to reduce the principal stress differences in time. Our research results suggested the necessity to simulate the primary stress state as an initial condition of the geomechanical numerical analysis concerning the rock-mass behaviour showing rheological properties.

PL

Wielowiekowe procesy geodynamiczne, doprowadziły do wykształcania się obecnego stanu naprężeń w litosferze, który w zagadnieniach górniczych określa się pierwotnym stanem naprężeń górotworu. Praca poświęcona jest analizie długotrwałego procesu wykształcania się naprężeń w jednorodnym i niejednorodnym górotworze, przeprowadzonej w trybie badań modelowych. Określano zmiany naprężenia w ośrodku sprężysto-lepkiego z warstwą (Rys. 1), wykazującą odmienne odkształceniowe właściwości geomechaniczne. W obliczeniach numerycznych stosowano potęgowe prawo pełzania Nortona-Bailey’a. Kwantyfikatorem zmieniających się z upływem czasu różnic naprężeń głównych było średnie naprężenie efektywne w centralnym sektorze modelu geometrycznego badanego ośrodka. Otrzymano proste związki naprężeń efektywnych z czasem, modułem sprężystości, współczynnikiem Poissona i podatnością na pełzanie. Wykazano, że w jednorodnym górotworze związek naprężenia efektywnego z czasem lub z podatnością na pełzanie, aproksymuje funkcja hiperboliczna opisująca wyrównywanie naprężeń głównych (10 i 16). Wykazano, że parametrem procesu wyrównywania się naprężeń głównych jest pewna wartość podatności na pełzanie Bc lub czasu τc, przy których występuje połowiczne wyrównanie naprężeń początkowych. Wykazano, że w ośrodku sprężysto-lepkim z potęgowym prawem pełzania względny przyrost naprężeń jest odwrotnie proporcjonalny do czasu lub do podatności na pełzanie. Z badań modelowych wynika szereg związków odkształcalności objętościowej i postaciowej z czasem i podatnością dla jednorodnego i niejednorodnego górotworu, przedstawionych na rysunkach 2-14 i wyrażonych funkcjami tych parametrów. Stwierdzono, że funkcja wyrównywania się naprężeń wyraża zasadę, że względny przyrost naprężeń jest odwrotnie proporcjonalny do zmiennej wymiarowej, którą może być czas lub podatność na pełzanie. W logarytmicznej skali czasu lub podatności wyodrębnić można trzy okresy lub przedziały. W drugim okresie (Rys. 2) i drugim przedziale zmian podatności (Rys. 6) następuje intensywne wyrównywanie się naprężeń efektywnych. Dla wartości średniej geometrycznej czasów na końcach tego przedziału τc lub podatności na pełzanie Bc naprężenie efektywne odpowiada połowie wartości naprężenia efektywnego na początku procesu. Stwierdzono, że wzrost wartości współczynnika Poissona nie wpływa na wartość τc, natomiast wzrost modułu Younga ośrodka powoduje spadek wartości τc. Wzrost podatności na pełzanie nie wpływa na początkowe naprężenia efektywne, ale powoduje wzrost τc i okresu wyrównywania się naprężeń. Stosunek τc dwóch ośrodków różniących się podatnością na pełzanie odpowiada stosunkowi ich podatności, a stosunek Bc dwóch procesów, w których zmienną jest podatność na pełzanie, odpowiada stosunkowi czasów ich trwania. W ośrodku jednorodnym wykazującym właściwości reologiczne proces wyrównywania się naprężeń głównych prowadzi do utworzenia hydrostatycznego stanu naprężeń litostatycznych. Im podatność ośrodka na pełzanie jest większa, tym proces ten jest krótszy. Stwierdzono, że w modelu niejednorodnego górotworu o odmiennych właściwościach warstwy i jej otoczenia proces wyrównywania się naprężeń jest tylko początkowo zgodny z funkcją hiperboliczną (11). Podobnie jak w ośrodku jednorodnym z upływem czasu naprężenia efektywne w warstwie dążą do zera. Początkowe naprężenie efektywne rośnie ze wzrostem modułu sprężystości warstwy oraz wydłużeniu ulega drugi okres wyrównywania naprężeń. Im wartość modułu sprężystości warstwy jest mniejsza, czyli im mniejsza jest różnica modułów sprężystości objętościowej warstwy i jej otoczenia, tym proces wyrównywania naprężeń jest dłuższy. Różnicując podatność warstwy i jej otoczenia, funkcja wyrównywania się naprężeń w czasie rośnie i osiąga ekstremum, a czas, przy którym pojawia się to ekstremum zależy od stosunku podatności warstwy do podatności otoczenia. Zmiana podatności warstwy przy stałej podatności otoczenia prowadzi do równoległego przesunięcia w logarytmicznej skali czasu wykresu funkcji naprężeń efektywnych, przez co proces wyrównywania się naprężeń wydłuża się. Wartości naprężeń efektywnych z lokalnym ekstremum, występującym po krótkim okresie czasu, rosną prawie proporcjonalnie z głębokością. Po bardzo długim czasie wpływ głębokości zanika. Podobnie jak dla jednorodnego górotworu proces wyrównywania się naprężeń można przedstawić dla zmiennej podatności warstwy i czasu jako parametru przy zachowaniu stałej podatności otoczenia. Wyniki badań przedstawione w tej pracy pokazują istotną rolę czasu i właściwości odkształceniowych skał w procesie kształtowania się naprężeń w ośrodku wykazującym właściwości reologiczne. Wskazują także, że w obliczeniach numerycznych stanu naprężeń wokół wyrobisk w ośrodkach niejednorodnych, naprężeniowe warunki początkowe w obszarach różniących się podatnością na pełzanie są odmienne. Taki stan naprężeń pierwotnych może być symulowany przez proces odwzorowujący długotrwałe oddziaływanie sił masowych.

4

Szyb z obudową w górotworze solnym - wstępne badania modelowe

Kortas G.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2010

|

R. 34, z. 2

395-403

PL

Obudowa szybu w kopalniach soli wykonywana jest według norm dotyczących ośrodka sprężystego. Pełzanie górotworu solnego prowadzić może jednakże do jej zniszczenia. Postępujący w czasie wzrost naprężeń w obudowie jest przyczyną wytężenia materiału obudowy i jej upodatnienia. Wtedy szyby ulegają konwergencji. Badania modelowe zachowania się szybu w ośrodku lepko-sprężystym ujawniają, że maksymalne naprężenia w obudowie rosną ze spadkiem jej podatności na pełzanie. Pokazują także, że naprężenia zredukowane (efektywne) w obudowie wyrazić można w przybliżeniu prostymi funkcjami promienia szybu, grubości obudowy i stosunku podatności obudowy do podatności górotworu. Praca sygnalizuje ważny problem badawczy w naukach górniczych. Rozwiązanie go pozwoli zmniejszyć koszty budowy i zwiększyć skuteczność obudów szybowych w kopalniach soli.

EN

The lining of a shaft in the salt mine is build according to the norms applied for elastics properties of the massive. However, salt massive creep can cause lining break down. Increase of stresses which is progressive in time is a reason of lining material effort and its flexibility. In this case convergence of the shaft is observed. The modelling research of lining behaviour in viscous - elastics medium was carrying out. Its results show that maximal stress in lining grows with decrease of its flexibility. Obtained results also show, that effective stress of lining can be easily described by specific function forms of shaft radius, thickness of lining as well as flexibility of lining to flexibility of rock massive ratio. This paper points out an important problem in mining sciences. The solution of this problem allows reducing the costs of lining construction and increase operational reliability of the shafts in the salt mines.

5

Wpływ parametrów ośrodka sprężysto-lepkiego na konwergencję powierzchniową prostokątnego chodnika na podstawie badań modelowych

Maj A.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2008

|

R. 32, z. 1

181-189

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu smukłości wyrobiska chodnikowego i wartości modułu Younga na względną konwergencję powierzchniową i jej prędkość w 20. roku zaciskania pustki. Wyniki uzyskano na drodze badań modelowych, które polegały na sformułowaniu zestawu zadań wejściowych do programu obliczeniowego Cosmos/M, obliczeniu zadań programem Cosmos/M z zapisem przemieszczeń, wyliczeniu ich przyrostów w czasie oraz analizie wyników i sformułowaniu związków funkcyjnych. Otrzymano paraboliczną zależność względnej konwergencji powierzchniowej i jej prędkości od logarytmu smukłości przekroju chodnika oraz hiperboliczną zależność względnej konwergencji powierzchniowej i jej prędkości od modułu Younga. Wartość bezwzględna konwergencji i jej prędkości osiągają minimum dla smukłości lambda = 1. Wartości względnej konwergencji powierzchniowej oraz jej prędkości pozostają takie same dla wyrobisk o smukłości lambda i jej odwrotności 1\lambda. Wpływ współczynnika Poissona w zakresie od 0,2 do 0,4 na konwergencję jest mniej znaczący. Moduł konwergencji i jej prędkości zmniejsza się wraz ze wzrostem wartości współczynnika Poissona. Wyniki badań wraz z funkcjami aproksymacyjnymi przedstawiono na wykresach.

EN

Dependence of relative areal convergence and its rate on slenderness of rectangular gallery and Young modulus was presented in this paper. FEM and Cosmos/M were used to compute of displacements in elastic-viscous medium. Parabolic relation between slenderness and convergence was obtained as well as hyperbolic relation between Young's modulus and convergence. Minimum values of functions were reached for slenderness lambda = 1 and values of these functions were the same for slenderness lambda and 1\lambda. Influence of Poisson's ratio in range from 0,2 to 0,4 was smaller. Absolute value of areal convergence and its rate decreased with increase of Poisson ratio. Results of research have been shown on figures.

6

Określenie konwergencji i właściwości lepkich górotworu solnego na przykładzie obserwacji w ZG "Polkowice-Sieroszowice"

Maj A.

Przegląd Górniczy

|

2007

|

T. 63, nr 6

25-29

PL

Wielu autorów pokazuje rozbieżność pomiędzy przemieszczeniami uzyskanymi na drodze modelowania i pomiarów. Wyniki pomiarów konwergencji wyrobisk chodnikowych służyć mogą weryfikacji modeli geomechanicznych. W artykule przedstawiono konwergencyjną metodę określania parametrów prostego modelu geomechanicznego. Modelowano zależny od czasu rozkład pomieszczeń pionowych i poziomych na konturze wyrobisk i w jego otoczeniu i porównano z wynikami pomiarów geodezyjnych w ZG "Polkowice-Sieroszowice". Zastosowano prawo konstytutywne ośrodka sprężysto-lepkiego z prawem Hooke'a i potęgowym prawem pełzania. Aproksymowano wyniki pomiarów krzywymi zależności konwergencji od wymiarów przekroju wyrobiska, odległości od jego konturu i czasu. Dobierając odpowiedni zestaw wartości parametrów przyjętego modelu fizycznego uzyskano dobrą zgodność wyników obliczeń i pomiarów oraz funkcji aproksymacyjnych.

EN

Many authors show divergence between a thrust obtained by modelling way and measurement. Roadway working convergence measurement results can be used for verification of geo-mechanical models. The convergence method of determination of a simple geo-mechanical model parameters is presented. Depending on time distribution of the vertical and horizontal thrusts on the working contour and surrounding has been modelled and compared with surveying results in ZG "Polkowice-Sieroszowice". The constitutive law of elastic-sticky medium with Hooke's law and power creep law have been applied. Results of surveying have been approximated by the curves of relation between convergence and dimensions of working, the distance from its contour and time. Selecting a proper set of parameter values of the assumed physical model a good conformity of calculations and surveying results as well as approximation functions have been obtained.