Геомеханические особенности отработки мощных рудных залежей под обрушенным массивом системой с самообрушением Текст научной статьи по специальности «Горное дело»

Научная статья на тему 'Геомеханические особенности отработки мощных рудных залежей под обрушенным массивом системой с самообрушением' по специальности 'Горное дело' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии ВАК
Авторы
Коды
  • ГРНТИ: 52 — Горное дело
  • ВАК РФ: 25.00.13; 25.00.15; 25.00.22
  • УДK: 622
  • Указанные автором: УДК: 622.272

Статистика по статье
  • 112
    читатели
  • 16
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Ключевые слова
  • ЗОНА ОБРУШЕНИЯ
  • САМООБРУШЕНИЕ
  • РУДНЫЕ ЗАЛЕЖИ
  • ГЕОМЕХАНИКА
  • СВОДООБРАЗОВАНИЕ

Аннотация
научной статьи
по горному делу, автор научной работы — Джангулова Г. К., Жеребко Л. Н., Пивоварова Л. М.

Предложена методическая схема расчета и оценка процесса формирования зоны обрушения при отработке рудных залежей системой с самообрушением

Научная статья по специальности "Горное дело" из научного журнала "Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал)", Джангулова Г. К., Жеребко Л. Н., Пивоварова Л. М.

 
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по горному делу , автор научной работы — Джангулова Г. К., Жеребко Л. Н., Пивоварова Л. М.

Текст
научной работы
на тему "Геомеханические особенности отработки мощных рудных залежей под обрушенным массивом системой с самообрушением". Научная статья по специальности "Горное дело"

.© Г.К. Джангулова, Л.Н. Жеребко, Л.М. Пивоварова, 2011
УДК 622.272
Г.К. Джангулова, Л.Н. Жеребко, Л.М. Пивоварова
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОТРАБОТКИ МОЩНЫХ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ПОД ОБРУШЕННЫМ МАССИВОМ СИСТЕМОЙ С САМООБРУШЕНИЕМ
Предложена методическая схема расчета и оценка процесса формирования зоны обрушения при отработке рудных залежей системой с самообрушением Ключевые слова: зона обрушения, самообрушение, рудные залежи, геомеханика, сво-дообразование.
Ш Ш ри отработке мощных рудных залежей в сложных горногеологических условиях, обусловленных высокой структурной нарушенностью и низкой прочностью рудного и породного массивов, наиболее распространенной является система с обрушением. Одной из основных особенностей данной систе-мы является формирование зоны обрушенных пород над вырабо-тан-ным пространством. В процессе очистной выемки образуется слой обрушенной рудной массы, в последующем, очистное пространство заполняется обрушенными породами налегающего массива.
Формирование свода обрушений, и зоны обрушенных пород над выработанным пространством рассматривается как процесс протекающий непрерывно с учетом временного фактора, так как связан с развитием фронта очистных работ и геотехнических особенностей налегающих пород при отработке мощных рудных залежей с образованием больших объемов выработанных пространств. В этом случае процесс развития и формирования свода обрушений происходит относительно равномерно по
всему фронту ведения очистных работ и поэтому при определении параметров сводообразования возможно рассматривать отдельный элемент выделяя его из обширной зоны обрушения, то есть использовать расчетную схему с правильными прямоугольными формами очистной камеры и свода обрушенных пород, что вполне допустимо принципами геомеханики.
Для условий, когда налегающие породы представлены относительно изотропным в геомеханическом отношении массивом, где степень разрыхляемости может быть выражена единым коэффициентом кр, вопрос сводообразования не представляет особых трудностей. Однако в практике отработки месторождений имеют место случаи, когда налегающий массив представлен слоями пород разной мощности с различными геотехническими характеристиками, что несколько усложняет задачу.
Разработанная общая методическая схема к расчету высоты свода обрушения при отработке рудных залежей под слоистым массивом, когда налегающие слои пород имеют различные мощность hсл и геотехнические характеристики, в
к
і-1
////////////.///////.
* ш
и"
К.
А. =
где
(2)
кр -1
hл (ксл -1)+.... + (кр-1 -1)]
кр -1
При большом количестве слоев в налегающей толще уравнение (16) решается при выполнении условия:
hk >Х hл.п (кр-1),
(3)
п=1
Рис. 1. Схема для определения высоты свода обрушения при отработке очистных камер под слоистым массивом пород
частности кр [1]. Расчетная схема для
проведения аналитических исследований представлена на рис. 1.
В результате обработки результатов исследований определены высота свода обрушений hсв и суммарная высота обрушенных пород hо6 . Высота свода обрушений hсв находится из соотношения:
Ьсв = Кл + л; + ^ +........+ к;, (1) К-[кл(кр -1) + Кл(к;-1) +
где п - количество слоев вовлекаемых в обрушение.
Суммарная высота обрушенных пород:
^об Ь-св + (4)
Иными словами, при заданном количестве слоев вовлекаемых в зону обрушения определяется уровень расположения граничного слоя или сплошного массива, из которого формируется остаточная часть свода обрушения.
Разработанная методическая схема является исходным положением для расчета и оценки процесса формирования зоны обрушения при отработке очистных камер под обрушенным массивом. Данная ситуация возникает при поэтапной отработке мощных рудных залежей в две очереди. На первом этапе, в результате проведения очистных работ в налегающем массиве формируется зона обрушенных, разрыхленных пород с определенной степенью уплотнения. На втором этапе горные работы проводятся под слоистым массивом, где нижний слой представлен обрушенными породами, а последующие слои нетронутым массивом с соответствующими геотехническими характеристиками.
Для решения вопроса развития и формирования свода обрушения в процессе отработки очистной камеры второй очереди нижележащего горизонта hk 2, необходимо установить коэффициент разрыхления кр пород первого слоя іїсл, который находится в прямой функциональной зависимости от степени уплотнения купл обрушенных пород . С
+
Высота свода обрушения Ъо6,м Рис. 2. Зависимость коэффициента уплотнения от высоты свода обрушения
ствол
Вентиляционный
cm$&i
Отрвболщные залвсы шш Подксрьерные запасы
Запасы рудного тела Ns22 | - % Запасы, отработанные карьерой
■ — ■ т Границы зон обрушения
Рис. 3. Совмещенный вертикальный разрез и схема вскрытия шахты «Молодежная»
этой целью первоначально определяем высоту слоя для заданных значений параметров
очистных камер первой очереди ¡1к1 , в результате отработки которых и сформировался слой обрушенных пород. Используя выражение [2],
hcí = коб ■ hk
(5)
а также используя результат проведенных численных расчетов для очистных камер различной высоты
К, полученную графическую зависимость среднего значения коэффи-
циента уплотнения купл от высоты
обрушенных пород, представленную на рис. 2, которую аппроксимируем эмпирической зависимостью вида:
кппл = 0,329е~°’0035Ко6 +1,238 . (6)
Находим высоту и степень уплотнения первого слоя:
ЬСл = Кк .1(0,0618 Кк0,7186 + 2,409). (7)
Коэффициент уплотнения купл характеризуется степенью разрыхленности объема уплотненной обрушенной горной массы V'упл по отношению к объему
в нетронутом массиве Vм и определяется соотношением:
купл = Vp или Уупл = kynnVM . (8)
Коэффициент разрыхления горных пород кр определяется отношением объема породы в разрыхленном (насыпном) виде Vразр к ее объему в массиве Vм :
kp = V- или Vpap = kPVM .
(9)
При рассмотрении величин кр и купл принимаем значение объема уплотненной обрушенной горной массы Vупл равным объему массива первого
слоя К' :
V
kpVu _ kp
кР =
Р Vynn kynnVu купл
(10)
где кр - коэффициент разрыхления массива горных пород при формировании свода (слоя Ксл ) в процессе отра-
ботки камер первой очереди. Для расчета высоты свода обрушения при отработке камер второй очереди, используются выражения (1) и (2), где hk принимает значение hk 2, т.е. высоты камер при проведении очистных работ второй очереди.
Выполненные численные расчеты дают прогнозные данные сдвижения земной поверхности и формирования мульды сдвижения при отработке рудной залежи системой с самообрушением первой и второй очереди, то есть в динамике развития горных работ.
Для примера рассмотрим ситуацию складывающуюся на шахте «Молодежная» Донского ГОКа, где ведется отработка мощного рудного тела № 22 в две очереди, первоначально с горизонта -135 м, а в последующем с горизонта -215 м (рис. 3).
При ведении горных работ второй очереди очистные камеры будут располагаться под обрушенным, предварительно уплотненным, массивом. В результате процесс формирования зоны обрушений над очистным пространством рассчитывается по методической схеме отработки рудной залежи под слоистым массивом с различными геотехническими характеристиками каждого слоя. В рассматриваемом нами случае первый, нижний, слой представлен уплотненными обрушенными породами с коэффициентом уплотнения kуплср = 1,278. Для данного массива, как было показано выше, коэффициент разрыхления kp находится из соотношения:
kp =
k
1,6
k^n . ср 1,278
= 1,252
Здесь кр - коэффициент разрыхления нетронутого массива.
Для второго слоя коэффициент разрыхления к"р будет равен значению кр ,
т.е. к"р= кр = 1,6.
При этом высота первого слоя Ксл будет равна разнице между высотой обрушенных и уплотненных под действием собственного веса пород ЬО6 и величиной доуплотнения за счет действия вторичных сил равной высоте проседания Нпр
К, = ho6 - Нпр = 310 - 28 = 282 м.
Высота второго слоя равна мощности нетронутых горных пород Н над зоной обрушения ЬСл = Н = 205 м.
При отработке второй очереди месторождения, а именно нижней части рудного тела № 22, расчетная высота очистной камеры принимается равной Кк.2 = 60 м, как предельная с учетом мощности отрабатываемой залежи.
Методическая схема расчета развития и формирования зоны обрушения для данного варианта отработки принимается аналогичной с изложенной при отработке камер первой очереди, с учетом изменившихся геотехнических условий [2].
Для слоистой налегающей толщи расчет сводообразования при отработке очистной камеры производится по аналитическим зависимостям (1) и (2), для этого предварительно проверяется условие (3). Решая соотношение:
К. =
К
(11)
где Ьк - высота очистной камеры; кр -
коэффициент разрыхления.
Получено, что первоначальный свод сформируется в пределах первого слоя К«, . В результате расчетная высота свода Ксв будет равна:
60
= 238 м,
кр -1 1,252 -1
а полная высота обрушенных пород
ЬОб = Кк.2 + КСв = 60 + 238 = 298 м.
Оставшаяся часть первого слоя нетронутого первоначальным обрушением будет равна:
= Ь' - Ь' = 282 - 238 = 44
м.
Далее, используя соотношение [2]:
D = 2,543 • КО
-10,247.
(12)
находим среднее значение уплотнения D, рассчитываем относительное сжатие и определяем величину зазора К'заз В результате имеем: D = 14,3 %;
= Кб • D = 298 • 0,143 = 43 м.
В проведении последующих расчетов величина зазоров принимается как условные камеры, на которые формируются дальнейшие обрушения.
Таким образом, вторичный этап обрушения рассчитывается по формулам (1) и (2)
К" =
Каз - К«, (кр - 1)
кР - 1
42,6 - 44 (1,252 -1)
0,6
= 53 м,
К' = К" + = 53 + 44 = 97
м.
Суммарная высота вторичного обрушения равна согласно (4):
h'6 = h'B + h'3a3 = 97 + 43 = 140 м.
Дальнейшие расчеты поэтапного обрушения выполняются по типовой схеме. Первоначально определяется доуп-лотнение за счет вторичного обрушения
и" ~ и"
h6, находится вторичный зазор h3a3 и производится расчет следующего этапа сводообразования до минимальной величины зазора.
В результате проведенных расчетов высота зоны обрушенных пород при отработке камер второй очереди составит:
ho6p.общ = 520 м.
Мощность слоя налегающей толщи пород будет равна Н' = 52 м.
И на завершающем этапе производится расчет доуплотнения обрушенной массы пород под действием проседания налегающего слоя нетронутого массива Н' по аналогичной схеме, описанной при отработке камер первой очереди. В данном случае величина нагрузки от проседания плиты будет равна:
1. Жеребко Л.Н., Джангулова Г.К., Пиво-варова Л.М. Формирование свода обрушений в налегающем массиве представленным слоями различной мощности // Научно-техническое обеспечение горного производства. Труды ИГД им. Д.А. Кунаева. -Алматы, - Т. 75. -2008. - С. 18-21.
ст = уН' = 2,6 • 52 = 135т/м2 =
= 13,5 кг/см2, D' = 10,3 %, где у = 2,6 кг/см .
Находим предельную высоту столба обрушенных пород, где происходит процесс доуплотнения, в результате имеем:
Кдоп . упл = 100 м.
По формуле (11) находим среднее уплотнение столба Ьдоп упл под действием собственных сил, которое равно D = 4,7 %.
В результате среднее доуплотнение столба Лопупл будет равно:
= D' - D = 10,3 - 4,7 = 5,6%.
ср
А величина дополнительного проседания налегающей плиты Н'пр равна:
Н' = D' = 100 • 0,056 = 5,6 м
пр доп.упл ср ^
В итоге суммарное проседание (прогиб) налегающего слоя пород в процессе ведения горных работ первой и второй очереди составит величину:
Нпр.о6щ = Нпр + НПр =
= 28,0 + 5,6 = 33,6 м.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Прогноз вероятности техногенных катастроф с позиции геомеханических процессов в массиве горных пород при разработке рудных месторождений в сложных горногеологических условиях на больших глубинах // Отчет о НИР. Фонды ИГД им. Д.А. Кунаева. Алматы. - 2008. - 98 с. шгЛ
Коротко об авторах
Джангулова Г.К. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, лаборатория горного давления,
Жеребко Л.Н. - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория горного давления,
Пивоварова Л.М. - научный сотрудник, лаборатория горного давления,
Институт горного дела им. Д.А. Кунаева РГП «НЦ КПМС РК», igdkpms@mail.zu

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх