РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ ЗАБУТОВКИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ КРЕПИ ГОРНЫХ
ВЫРАБОТОК ПРИ ЗАПОЛНЕНИИ ЗАКРЕПНОГО ПРОСТРАНСТВА УПРУГИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
2.1. Общая методика исследований
Вопросы, требующие своего решения, взаимосвязаны и представляют совокупность
физических и технологических задач, которые могут быть решены и должны решаться
комплексно. Комплексный метод включает: анализ и обобщение литературных данных
и производственного опыта; аналитические исследования и экспериментальные
работы в лабораторных и промышленных условиях [66]. Он обеспечивает взаимную
проверку решений, полученных различными методами, входящими в его состав, а,
следовательно, высокую достоверность результатов.
Для обоснованного выбора материала забутовки необходимо знать параметры крепи –
ее податливость и несущую способность. Смещение контура выработки и упругая
деформация забутовки при определенном сопротивлении крепи могут оказывать
противодействие этим смещениям.
Учитывая многофакторность процессов и взаимосвязь вопросов, при выполнении
исследований широко использовались экспериментальные методы. Такое решение
обусловлено еще и тем, что забутовка в системе «горные породы–забутовка–крепь»
представляет собой дефектную макросистему, физические свойства которой не
стабильны.
Так как теоретические исследования выполняются при идеализации среды и с учетом
различных допущений, их результаты требуют экспериментального уточнения и
проверки.
При исследовании закономерности влияния забутовки на устойчивость крепи горных
выработок при заполнении закрепного пространства упругими элементами из
отработанных автошин широко использовались экспериментальные методы:
лабораторные исследования на эквивалентных материалах и в производственных
условиях.
Окончательно достоверность полученных результатов была установлена
промышленными опытами и проверкой разработанных технологий в промышленных
условиях.
При теоретических исследованиях использовался метод формализации. Это такой
метод изучения, при котором структура объекта при изучении его свойств
выражается в знаковой форме языком математики на основе разделов статики и
динамики сопротивления материалов. Формализация дает возможность формировать
знаковую модель объект, что позволяет заменять изучение реальных процессов
изучением математических моделей.
Для решения поставленной задачи использована математическая модель, позволяющая
смоделировать поведение отработанных автомобильных шин в качестве забутовки
методом, с помощью которого имитируются элементарные явления, составляющие
исследуемый процесс. Аналитические исследования поведения упругих элементов из
отработанных автомобильных шин в закрепном пространстве проводились методом
моделирования статических и динамических нагрузок на плиту-затяжку. При
действии статических нагрузок использовалась теория изгиба, при действии
динамических нагрузок – общие теоремы динамики системы в применении к
неупругому удару.
Из лабораторных методов исследования наиболее эффективными являются методы
моделирования, которые воспроизводят процесс, подобный процессу в натуре. В
работе использовалось физическое моделирование (метод эквивалентных
материалов). Метод моделирования эквивалентными материалами впервые был
разработан проф. Кузнецовым Г.Н. [67-68]. Идея моделирования методом
эквивалентных материалов заключается в изготовлении модели с соблюдением
геомеханического подобия модели и натуры. При этом физико-механические свойства
модели должны находиться в определенных соотношениях с физико-механическими
константами горных пород. Эти соотношения определяются на основании общих
положений теории механического подобия и обеспечивают достижение аналогии в
протекании геомеханических процессов, происходящих в натуре и модели под
действием гравитационных сил.
В качестве эквивалентных материалов использовались упругие элементы из
отработанных автошин, т.е. такие материалы и упругие элементы, как и в реальных
условиях, что необходимо для получения достоверных результатов. Изучаемый
процесс описывается условиями механического подобия, т.е. все параметры,
характеризующие процесс и происходящие в одной системе, могу быть получены
простым умножением соответственных параметров другой системы на постоянные
переходные множители. В основе метода лежит теория механического подобия
Ньютона, которая предполагает геометрическое, кинематическое, динамическое
подобие.
Исследование процессов в промышленных условиях связано с некоторыми трудностями
из-за многообразия протекающих процессов. В связи с этим методику проведения
исследования необходимо составлять таким образом, чтобы получить с достаточной
достоверностью требуемые данные при минимальном количестве экспериментов. Таким
образом, эффективность выполнения исследований зависит от организации
планирования эксперимента. Это относится также к определению достаточного
объема выборки статистических данных. Предварительный выбор расположения
экспериментальных точек в факторном пространстве называется планированием
эксперимента [69,70].
Планирование эксперимента заключается в том, что на каждом этапе исследования
необходимо выбирать расположение точек независимых переменных в факторном
пространстве. На основании этих данных строится математическая модель в виде
многомерного уравнения связи (функции отклика) с оценкой статистической
значимости его коэффициентов и возможных погрешностей как отдельных опытов, так
и всего эксперимента. Для этого использован метод регрессионного анализа и
множественной корреляции, методы планирования экспе
- Київ+380960830922