CC BY
48
УДК 622.256.75:622.26
Д.В. Сидоров, канд. техн. наук, зав. лаб. горных ударов, (8812) 321-8440, sidorov@spmi.ru (Россия, Санкт-Петербург, НЦ геомеханики и проблем горного производства СПГГУ)
ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ БЕЗОПАСНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЦЕЛИКОВ МЕЖДУ БУРОДОСТАВОЧНЫМИ ВЫРАБОТКАМИ В ЗОНАХ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ
Разработана инженерная методика расчета параметров целиков между бу-родоставочными выработками с учетом влияния очистных работ при применении системы подэтажного обрушения. Обоснование безопасных параметров целиков между буродоставочными выработками выполнено для горно-геологических и горнотехнических условии подготовки к отработке удароопасных апатито-нефелиновых месторождений ОАО «Апатит».
Ключевые слова: методика, повышенное горное давление, целик, параметры.
ОАО «Апатит» осуществляет добычу апатито-нефелиновых руд подземным способом с применением систем этажного принудительного обрушения с отбойкой глубокими скважинами и подэтажного обрушения с торцевым выпуском руды и доставкой ее самоходным транспортом. Подготовка запасов к выемке требует проведения большого количества буро-доставочных выработок с формированием между ними междуштрековых целиков [1].
В соответствии с требованиями [2] параллельные выработки должны проводиться на расстояниях, исключающих взаимное влияние. Для определения безопасных размеров целиков между буродоставочными выработками к рассмотрению принималась расчетная схема, приведенная на рис. 1.
выработка № 1
а
выработка № 2
Ф1
¿1
Е4
<1
Ф2
2хт
Ф2
Ф1
Рис. 1. Схема красчету ширины целикамежду буродоставочными
выработками
Допустимое расстояние между буродоставочными выработками определяется методом последовательных приближений путем нахождения наименьшего взаимного влияния выработок друг на друга. В качестве кри-
терия приняты рекомендации [3], в которых исключение взаимовлияния выработокдостигается при ер = 5,0% .
Размеры выработок ^ и ё2 с учетом зон предельно-напряженного состояния в краевых частях определяются из выражения [3]
ё12 = а + 0,96
И
2 • ст.
•К
1П|
^(р)
где а -ширина выработки, м; Ив - высота выработки, м; асж - предел прочности руды на одноосное сжатие, МПа; Кт1 - коэффициент интенсивности напряжений, МПа ; /(р)- значение функции при различных значениях параметра.
Значение коэффициента интенсивности напряжений К т1 определяется из следующего выражения [3]:
-г И л
1 + 0,25
К
1й
■\[л •
а
где <гк - полные напряжения, действующие в рудопородных (несущих) элементах с учетом влияния очистных работ, МПа.
Величина полного нормального напряжения сгк с учетом влияния очистных работ в соответствии с решением задачи Фламана [4] о действии сосредоточенной силы в точке максимума опорного давления в краевой части рудной залежи определяется из следующего выражения:
=-
п -Б
где Ь1 - размера зоны влияния подработанных пород, м; сгп - полные
нормальные напряжения «стп », действующие в рудопородных (несущих) элементах с учетом падения залежи и природного поля напряжений, МПа; В - высота подэтажа 20,0 м
Величина полного нормального напряжения <гп, действующего в рудопородных (несущих) элементах с учетом падения залежи и природного поля напряжений определяется из следующего выражения:
{ \
,2 . ^исх „-.'„2.
соб а3 +
V
уИ
Б1п а
ТН ,
где а3 - угол падения рудного тела, град.; аисх - значение природного поля напряжений, МПа; у - удельный вес вышележащих пород, т/м ; Н - глубина расположения выработки, м.
Для определения значений природного поля напряжений аисх в соответствии с [1] рекомендуется пользоваться данными приведенными в табл. 1.
Таблица 1
Значения природных напряжений оисх
Глубина Н, м 0 100 200 300 400 500 600 700 800
Напряжения , МПа 40,0 41,3 42,5 43,8 45,0 46,3 47,5 48,9 50,0
Размер Ц области влияния давления подработанных пород определяется из следующего выражения:
Ц = _________Н_______ ,
1 г ) + 8Ш(«3 )
где Нц - глубина расположения целика, м; ср1т - угол давления подработанных пород ср1т = 700 ; а3 - угол падения рудного тела а3 = 400.
Параметр р, характеризующий напряжения в боках буродоставоч-ных выработок, определяется из следующего выражения [3]:
0,57 Ьв
р =-------------^ •
ж а
1 + 0,25-
Значения функции Цр) при различных значениях параметра р , необходимо принимать в соответствии с рекомендациями, приведенными в
[3].
После того, как будут определены размеры выработок ё1 и ё2 с учетом зон предельно-напряженного состояния в краевых частях, находим со-
отношения
^1,2
2х„
Ь.
и
2х„
. Далее в соответствии с рекомендациями, приве-
ё1,:
определяем
денными в [3], в зависимости от соотношений —— и
2Хт 2Хт
значения функции ф2 и ф2 0 .
В качестве критерия рекомендуется принимать следующую зависи-
мость: є„ =
2, 0
2, 0
•100
[3]. Искомый размер целика будет соот-
ветствовать £„ = 5,0 %
В соответствии с положениями методики в табл. 2 приведены результаты расчетов основных геомеханических параметров и определены безопасные размеры целиков между буродоставочными выработками с учетом зон повышенного горного давления.
Таблица 2
Основные геомеханические параметры расчетной схемы___________
№ Параметры Значения параметров при глубине горных работ Н, м
пп. 100 200 400 600 800
1 уН, МПа 3,0 6,0 12,0 18,0 24,0
2 , МПа 41,0 42,5 45,0 47,5 50,0
3 (Уп , МПа 15,5 17,9 22,8 27,7 32,5
4 Ь1, м 30,0 60,0 120,0 180,0 240,0
5 ак, МПа 7,4 17,1 43,6 79,4 124,2
6 Кт1, МЩм 25,5 59,0 150,4 273,9 428,5
7 Р 27,4 5,1 0,8 0,2 0,1
8 / (Р) 0,031 0,091 0,249 0,426 0,516
9 м 5,12 5,19 5,58 6,33 7,10
10 Ь ц , м 7,75 9,5 9,5 11,0 13,0
11 2Хт , М 17,99 19,88 20,66 23,66 27,20
12 Ь /2 х ц / т 0,431 0,477 0,460 0,465 0,478
13 ^1,2 /2Хт 0,286 0,261 0,270 0,267 0,261
14 Ф2 0,994 0,902 0,926 0,926 0,903
15 Фг,о 0,973 0,884 0,906 0,906 0,884
16 Вр , (5%) 4,7 4,1 4,9 4,9 4,6
Результирующая зависимость допустимой ширины целиков, формируемых между буродоставочными выработками в зонах повышенного горного давления от глубины горных работ, приведена на рис. 2.
Рис. 2. Выбор допустимой ширины целиков, формируемых между буродоставочными выработками в зонах повышенного горного давления в зависимости от глубины горныхработ
Список литературы
1. В.Р. Именитов. Технология, механизация и организация производственных процессов при подземной разработке рудных месторождений. М. Недра, 1973. 459 с.
2. Указания по безопасному ведению горных работ на месторождениях, склонных и опасных по горным ударам. Апатиты-Кировск, 2002.
3. Расчетные методы в механике горных ударов и выбросов. Справочное пособие /И.М. Петухов и [др.]. М.: Недра, 1992. 256 с.
4. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.:Наука, 1975.
576 с.
D.V. Sidorov
GEOMECHANICAL SUBSTANTIATION OF PILLARS SAFE PARAMETERS IN AREA OF HIGH ROCK PRESSURE
An engineering method of calculating the parameters of the pillars with the influence of sewage treatment works in underground mining is developed. The safety parameters of pillars made for geological and mining conditions of preparation by preparing bump hazard apatite-nepheline deposits JSC "Apatit".
Key words: methodology, high rock pressure, pillar, parameters.
Получено 20.04.11
УДК 624.191.22
И.К. Супрун, асп., 8(812)328-8625, igor suprun@mail.ru,
А.Г. Протосеня, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой,
8(812)328-8626, kaf-sgp@mail.ru (Россия, Санкт-Петербург, СПГГУ)
ПРОГНОЗ ПРОСТРАНСТВЕННОГО НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВОГО МАССИВА В ПРИЗАБОЙНОЙ ЧАСТИ ПРИ ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЕЙ С ПРИГРУЗОМ ЗАБОЯ
Приводится анализ упрочняющего эффекта в призабойной зоне при механизированной проходке подземных сооружений тоннелепроходческими механизированными комплексами с пригрузом забоя. Методом конечных элементов получен ряд графических зависимостей, отражающих процессы развития смещений предложена оптимальная величина пригруза забоя по заданным предельно допустимым осадкам земной поверхности. Установлено влияние основных прочностных показателей теории прочности Кулона - Мора на устойчивость забоя тоннеля и необходимую величину пригруза.
Ключевые слова: тоннель, смещение, деформация, напряжения, осадки поверхности, размыв.
Подземное пространство Санкт-Петербурга имеет сложное геологическое и гидрогеологическое строение. На устойчивость подземных со-
