Автоматизированная система диагностики напряженно-деформированного состояния горного массива

м о с к о в с к и й 
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

—
1 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С
О
В
Е
Т 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

Председатель 

Л. А. 
ПУЧКОВ 
ректор 
МГГУ, 
4.1.-корр. 
РАН 

Зам. председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 
директор 
Издательства МГГУ 

Члены редсовета 

И.В. ДЕМЕНТЬЕВ 
академик 
РАЕН 

А.П. ДМИТРИЕВ 
академик 
РАЕН 

БА. КАРТОЗИЯ 
академик 
РАЕН 

М.В. КУРЛЕНЯ 
академик 
РАН 

В.И. ОСИПОВ 
академик 
РАН 

э.м. СОКОЛОВ 
академик МАН ВШ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 
академик 
РАН 

В.В. ХРОНИН 
профессор 

ВЛ. ЧАНТУРИЯ 
академик 
РАН 

Е.И. ШЕМЯКИН 
академик 
РАН 

ОРНЫЕ НАУКИ 

В.В. Некрасов 
В.Г. Казанцев 
В.И. Магдыч 
М.Г. Потапов 

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ 
СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ 
НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО 
СОСТОЯНИЯ 
ГОРНОГО МАССИВА 

ОРНЫЕ НАУКИ 

Под редакцией 
профессора, 
доктора технических 
наук 
О. В. 
Михеева 

и 
Издание второе, 
стереотипное 

А 

МОСКВА 
ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 
2005 

п 

УДК 622.02.2 
ББК 33.1 

Книга соответствует 
«Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых 
СанПиН 1.2.1253-03», утвержденным Главным государственным 
санитарным врачом России 30 марта 2003 г. 

Некрасов В.В., Казанцев В.Г., Магдыч В.И., Потапов М.Г. 

Автоматизированная система диагностики напряженно-деформированного состояния горного массива. — М.: Издательство 
Московского государственного горного университета, 2005. — 
76 с: ил. 

ISBN 5-7418-0367-9 

Изложен ряд методик для эскизного проектирования одной из основных частей 
ЛДК-модуля измерения горного давления. Дано описание технологического оборудования и приспособлений для установки модуля измерения горного давления в 
массив горных пород. Представлены технология и результаты лабораторных испытаний ДДК. 

Для широкого круга инженерно-технических работников угольной промышленности. 

УДК 622.02.2 
ББК 33.1 

ISBN 5-7418-0367-9 
© В.В. Некрасов, В.Г. Казанцев, 

В.И. Магдыч, М.Г. Потапов, 
2005 

© Издательство МГГУ, 2005 
© Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2005 

I СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ 
7 

Глава 1. 
ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО 
ИЗМЕРЕНИЮ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ 
. 11 

1.1. Модуль измерения горного давления. Постановка задачи 
11 

1.2. Расчетная схема модуля измерения горного 
давления.Расчетные нагрузки 
12 

1.3. Деформирование модуля горного давления 
. 15 

1.4. Параметры конструктивного оформления модуля измерения горного давления 
23 

1.4.1. Выбор толщины мембраны датчика напряжений 
23 

1.4.2. Выбор механики оболочки модуля измерения 
горного давления 
30 

Глава 2. 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И 
АППАРАТУРНОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ И З МЕРЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В РАМКАХ ЛДК 
33 

2.1. Датчики напряжений и результаты их испытаний 
35 

2.2. Конструкции измерительных модулей на основе тензорезисторных датчиков механических напряжений 
41 

2.3. Оборудование для установки измерительных 
модулей в массив горных пород 
46 

2.4. Аппаратура для регистрации горного давления 
50 

Глава 3. 
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ 
ОТРАБОТКИ ЛДК 
56 

5 

3.1. Технология модельного эксперимента 
. . . . 56 

3.2. Результаты испытаний модуля измерений горного давления 
59 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 
70 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
73 

б 

I ВВЕДЕНИЕ 

П
роведение испытаний локального диагностического 
комплекса (ЛДК) и полученные при этом результаты 
представляют собой начало систематических исследований по анализу горного давления и его физико-механических проявлений с целью оценки и прогнозирования геомеханической ситуации, складывающейся в районе 
угольной шахты, в ее конструктивных элементах в условиях действующего производства. 

Отличительные особенности ЛДК, помимо точности 
измерений, заключаются в его компактности, простоте 
технологических операций при установке модулей измерения горного давления, в том числе в труднодоступные 
места горных выработок, оперативности снятия показаний требуемых параметров, а также в мобильности установки. 

В свою очередь, ЛДК отрабатывается нами как отдельный модуль автоматизированного диагностического 
комплекса (АДК) для создания геомеханического мониторинга угольных шахт. Как следует из предыдущих наших публикаций [1, 2,3], АДК будет построен по открытой схеме, включающей в себя возможность подключения 
не только модулей ЛДК, но и модулей газового мониторинга шахты, модулей противопожарной сигнализации, 
защиты технологического оборудования, вентиляционного маневра, с выводом необходимых информативных 
параметров на пульт центральной ЭВМ, установленной на 
поверхности в контрольном или диспетчерском помещении. 

Вместе с тем, ЛДК уже сегодня, не ожидая реализации 
проекта АДК, можно рассматривать как самостоятельную 
установку слежения за геомеханической ситуацией в том 
регионе угольной шахты, где установлены модули измерения горного давления. 

7 

В первой главе настоящей работы изложены постановка задачи и ряд методик для эскизного проектирования 
одного из основных частей ЛДК-модуля измерения горного давления. Особое внимание уделяется расчету геометрических и жесткостных параметров чувствительного 
элемента датчика напряжений - его мембраны. Рассмотрен облик модуля измерения горного давления и, на основе численного моделирования на ЭВМ методом конечных элементов, получены инженерные численно-аналитические зависимости по выбору физико-механических 
характеристик оболочки модуля. 

Вторая глава работы посвящена описанию разработанного технологического оборудования и приспособления для установки модуля измерения горного давления в 
массив горных пород. Здесь же подробно представлены 
конструктивные особенности датчика напряжений в составе модуля измерения горного давления и описание 
аппаратуры, разработанной для регистрации напряжений. 

Третья, заключительная глава содержит технологию 
и результаты лабораторных испытаний ЛДК. Испытания 
ЛДК проводились на модели массива горных пород. Модель массива подобрана из смеси песка, глины и цемента 
таким образом, чтобы физико-механические характеристики массива были близки к характеристикам угля. 

Первая часть испытаний ЛДК была направлена на 
отработку взаимодействия модуля измерения горного 
давления и аппаратуры регистрации напряжений. Выполнены работы по тарировке модуля измерения горного 
давления при безусловном сохранении целостности оболочки модуля в процессе испытаний. При этом горное 
давление моделировалось воздействием пуассона при помощи пресса МП-600 и установки INSTRON на модель 
горных пород, в которой был установлен модуль измерения горного давления. 

Результаты измерений напряжений в модели массива 
показали стабильную работу модуля измерения горного 

8