Обеспечение устойчивости горных выработок в удароопасных условиях

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

© В. Е. Беликов, В. Г. Поль, 2003
YAK 622. 272
В. Е. Боликов, В. Г. Поль ОБЕСПЕЧЕНИЕ YСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В YААРООПАСНЫХ YСАОВИЯХ
Развитие горнорудной промышленности неизбежно связано с увеличением глубины разработки. Вследствие этого, возрастают опасные проявления горного давления. Борьба с этими проявлениями, рациональное управление на основе знаний закономерностей — одна из важнейших задач горной науки и практики на этапах строительства и эксплуатации подземных рудников на глубоких горизонтах.
Горное давление может проявляться в различном виде, но наиболее сильными и катастрофическими являются горные удары. Горные удары нарушают нормальное функционирование предприятий, создают опасность для работающих, ведут к дополнительным затратам на восстановление разрушенных выработок. Рассматривая проблему горных ударов в целом, можно отметить, что затраты на предупреждение горных ударов на рудниках, сегодня составляют в удельном весе всех затрат на 1 т руды от 10 до 30%. Одним из главных концентраторов напряжений являются горные выработки, особенно те, которые попадают в зону влияния очистных работ — это подготовительные и нарезные. Значительно на устойчивость выработок оказывает влияние очистные работы или, так называемое, вторичное поле напряжений, которое возникает при образовании выработанного пространства на горизонте. Для того, чтобы обеспечить устойчивость выработок в зоне влияния очистных работ необходимо знать закономерности формирования напряжений в рудном массиве и вокруг выработанного пространства.
Для этого обосновано применение расчетной гео-механической модели разработки наклоннопадающего рудного месторождения. В данной модели определяющими факторами являются свойства горных пород, напряжения в нетронутом массиве пород, технология разработки месторождения и технология строительства подземных сооружений. Поэтому для исследования состояния и поведения массива горных пород использована упрощенная идеализированная модель деформируемых сред с вырезом, соответствующему схематическому изображению выработанного пространства.
Размеры геомеханической модели определяются формой разрабатываемых рудных тел, углами их падения и высотой этажа. К такой модели разработан математический аппарат решения задач механики горных пород, позволяющий наиболее эффективно изучать закономерности характера перераспределения напряжений и формирования зон концентрации напряжений. Наиболее подходящим математическим аппаратом для таких условий является решение проф.
С. В. Кузнецова [1], полу-
ченное на основании инженерных преобразований общих решений Колосова — Мусхелишвили [2]. Характер изменения поля напряжений вокруг очистного пространства строится на закономерностях упругого деформирования массива при действии тектонического и гравитационного поля напряжений. Процесс определения факти-
Изменение коэффициентов концентрации напряжений в рудном массиве.
а. сэр о--------------------------*-
J I Uj U1 L 1 j I '-2 L. Tj L J LJj I,
При удалении от очистного забоя Ф -0. Q25L ^ -0. 3L -0. 1L
х -0. 2L Щ -0. Q5L *¦ -0. 4L
м
12
СГ, в • пр
В. ПЯ
& lt-м
CJ, 07, О] - напряженияв рудном пассиве соответственно горизонт алъньк ивксимальньк,
ммимпьные и вертикальные, вызванные образованием выработанного пространства, МП с L — прилет выработанного пространств а, м
L ч — расстояние от границывьработанного пространства в рздныймассив, м Рис 1
ческих действующих напряжений вызванных влиянием очистных работ в рудном массиве и породах лежачего бока включает шесть этапов [3]. На последнем этапе устанавливается математическая зависимость между значениями главной максимальной компонентой напряжений и соответствующей координатой области массива. Используя описанную математическую модель, были получены коэффициенты концентрации напряжений в рудном массиве для удароопасного на-
^З^И^Е^ YПРOЧHЕHИЯ ПРИKOHTYРHOГO MACCHBA BЫРAБOTOK В ЗABИCИМOCTИ OT ПЛOTHOCTИ YCTAHOBm AHKЕРOB
Тип крепи Плотность установки анкеров по периметру выработки Сетка расположения анкеров в выработке м х м Длина штанги, м Коэффициент упрочнения массива, К,
Анкерная, 0,8 1,0×1,0 1,3
сплошного 1,3 0,7×0,7 1,8 1,5
типа 1,6 0,5×0,5 1,?
клоннопадающего железорудного месторождения шахты Естюнинская Высокогорского ГОКа.
Исходные первоначальные напряжения в модели
задавались в виде соотношений горизонтальных на-
0 0 пряжений максимальных Gi и минимальных G2 к вертикальным оз°:
: °2°: о3 0= 3: 2: 1 (1)
Полученные коэффициенты концентрации напряжений: максимальных и минимальных горизонтальных к вертикальному приведены на рисунке. Из рисунка видно, концентрация максимальных горизонтальных напряжений в рудном массиве достигает более 5 у Н (рис. а), минимальных горизонтальных около 3 у Н (рис. б) и вертикальные, ориентировочно, соответствуют у Н (рис. в).
По данным моделирования получены зависимости изменения максимальных и минимальных горизонтальных сжимающих напряжений от пролета выработанного пространства на горизонте.
КРН (max) = 250(^Lрj — 283,3 ^^j + 122,5 ^^j — 29,6 ^^j + 7- (2)
КРУН (Ш1П) = 166,6^L-j + 200L-j — 73,3L-j + 5,5Llj + 3- (3)
где Кр — коэффициент концентрации горизонтальных максимальных и минимальных напряжений, выраженный в долях от у Н.
По формулам (2) и (3) можно определить уровень максимальных и минимальных горизонтальных напряжений в рудном массиве на различном расстоянии от границы выработанного пространства. Установлено, что на расстоянии 40 м от границы выработанного пространства, напряжения эти уменьшаются до уровня первоначальных. Поэтому в удароопасных условиях расчет параметров крепи подготовительных и нарезных выработок необходимо производить с учетом на-напряжений, определенных по формулам (2) и (3). Для этого разработана методика по определению напряжений на контуре выработки с учетом фактических напряжений, которые будут действовать в месте расположения проектируемой выработки в период ведения очистных работ. По аналогичной методике определяются напряжения на контуре сопряжений горных выработок, попадающих в зону влияния очистных работ.
Выработка или сопряжение будут устойчивыми, если фактические напряжения на их контуре будут соответствовать выражениям:
°втах & lt- К ¦ Rok. п, МПа, стстах & lt- К^ Rok. п, МПа, (4)
в с
где a max и a max — максимальные напряжения на контуре выработки или сопряжения, МПа- Кс — коэффициент структурного ослабления массива пород. В удароопасных условиях в крепких монолитных породах
Кс = 0,7 ¦ 0,9-
Rck. п — предел прочности пород в образце на одноосное сжатие, МПа.
При условии, когда фактические напряжения превышают прочность пород в массиве, т. е. не выполняется условие формулы (4), необходимо увеличивать прочность массива пород вокруг выработки или сопряжения. Наиболее доступным средством увеличения прочности массива пород является применение анкерного крепления. Величина увеличения прочности массива за счет применения анкерного крепления можно определить из таблицы. Анализируя результаты таблицы, можно отметить, что при увеличении плотности установки анкеров в 2,0 раза увеличивается несущая способность массива пород вокруг выработок в 1,4 раза. Таким образом, в удароопасных условиях основным видом крепи для обеспечения устойчивости выработок является анкерная крепь. Обязательным условием является то, что анкерная крепь должна быть установлена до начала влияния очистных работ. Выработка или сопряжение будут устойчивыми, если соблюдается условие:
a max — 0,7 Rck. м * Ку-
acmax — 0,7 Rck. м ¦ Ку- (5)
где Ку — коэффициент упрочнения массива пород анкерами (таблица) — Rck. м — предел прочности массива пород, равный К ¦ Rk. п, МПа.
Если фактические напряжения на контуре выработки или сопряжения превышают предел прочности упрочненного массива, т. е. не соблюдается условие формулы (5), необходимо дополнительно к анкерному креплению установить поддерживающую крепь в виде металлической арочной, монолитного бетона или железобетона.
Таким образом, для обеспечения устойчивости подготовительных и нарезных выработок в удароопасных условиях необходимо:
1. Расчет параметров крепи производить по фактическим напряжениям по формулам (2) и (3), учитывающих влияние очистных работ-
2. Выработка или сопряжение должны быть обязательно закреплены упрочняющей анкерной крепью сразу в процессе проходки, в результате чего создается дополнительный запас прочности массива пород вокруг выработки-
3. Непременным условием является крепление анкерами по всему периметру выработки, кроме почвы. Длина штанги для выработки должна быть не менее 1,8 м, а для сопряжения — 2,0 м.
1. Кузнецов С. В. Общие закономерности и характерные особенности
перераспределения напряжений в массивах горных работ при развитии
выработанного пространства // Физ. -техн. пробл. разраб. полезн. ископ. № 6,1988. — С. 18−31.
2. Мусхелишвили Н. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. Основные уравнения. Плоская теория упругости. Кручение и изгиб. — М.: Наука, 1966. — 707 с.
3. Боликов В. Е, Поль В. Г. Проектирование комплекса капитальных
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
выработок с учетом фактического напряженного состояния массива горных пород. Междунар. Конфер. «Геомеханика в горном деле — 2000» Труды: Екатеринбург ИГД УрО РАН, 2000. — С. 118−126.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Боликов В. Е. — доктор технических наук, Институт Горного дела УрО РАН. Поль В. Г. — инженер, ОАО Институт Уралгипроруда.
Файл: БОЛИКОВ
Каталог: GA^ работе в универе2003гПапки 2003GIAB503
Шаблон:
C: UsersТаняAppDataRoamingMicrosoftШаблоны
Normal. dotm
Заголовок: Обеспечение устойчивости горных выработок
Содержание:
Автор: Operators
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 21. 04. 2003 15: 16:00
Число сохранений: 5
Дата сохранения: 08. 11. 2008 0: 19:00
Сохранил: Таня
Полное время правки: 8 мин.
Дата печати: 08. 11. 2008 1: 04:00
При последней печати страниц: 3
слов: 1 312 (прибл.)
знаков: 7 485 (прибл.)

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой