CC BY
25
------------------------------------------------- © Д. А. Мельков, 2008
УДК 622.272 Д.А. Мельков
КОНЦЕПЦИЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЕНИЯ МАССИВОМ
Рассмотрена система управления состоянием массива посредством регулирования уровня напряжений и деформаций назначением достаточных по размерам и прочности несущих элементов с учетом сейсмики.
Ш Ж оказатели эффективности раз-
-1 -1 работки сложноструктурных месторождений во многом определяются уровнем технологически создаваемых напряжений в целиках, горных выработках и сводах нарушенных пород над ними, а несущая способность природных и искусственных элементов массива корректируется технологическими средствами.
Показатели качества и полноты извлечения запасов зависят от целенаправленного использования свойств рудовмещающих массивов и техногенных условий. Одним из основных вопросов эксплуатации является выбор параметров управления массивами.
В массивах сложного строения вблизи стенок выработок и целиков в результате совместного действия гравитационных, тектонических сил, влаги и температуры развиваются напряжения, сопровождающиеся деформациями, определяющими поведение горных пород при разработке.
Управление состоянием массива состоит в регулировании уровня напряжений и деформаций путем назначения достаточных по размерам и прочности несущих элементов. Оно сводится к созданию таких условий, при которых напряжения в его элементах не превышают критических и не сопровождаются разрушающими массив деформациями.
Решение задачи предполагает раскройку шахтного поля на геомеханически сбалансированные участки с помощью целиков, которые могут упрочняться путем подпора закладкой и хвостами выщелачивания.
Критерием эффективности технологий управления состоянием массива являются показатели потерь и разубожи-вания, которые определяют экономическую эффективность разработки месторождений.
Массив представляет собой систему напряжений, сконцентрированных в краевых частях выработок и над целиками. Эта система может быть увязана с полями напряжений рядом расположенных участков, поэтому появляется реальная возможность управлять состоянием массива, применяя ориентированные на учет напряженности и деформаций технологии.
Критерием оценки экономической эффективности технологий управления массивом является разность между стоимостью готовой продукции и затратами на ее производство, зависящими от технологии управления состоянием массива.
Уточнение параметров управления массивом дает возможность уменьшить потери и разубоживание руд в недрах или одновременно, или компенсировать
ущерб от одного из компонентов качества за счет другого.
Для определения условий и механизма разрушения массива осуществляется комплекс исследований, включающий обследование горных выработок, документирование и систематизацию сведений о состоянии массивов и пустот, интерпретацию сведений гор-но-технологи-ческого и геологического характера, определение характеристик пород, в том числе их реакции на напряжения. Полученные данные используются для расчета параметров управления массивом в конкретных условиях.
Недостатком таких оптимизационных расчетов является то, что исходные данные для них получаются уже в ходе воздействия на массив и отражают начальную фазу реакции массива на вторжение в него.
Этот недостаток минимизируют введением коэффициента запаса, что изменяет величину потерь в целиках и разу-боживания вмещающими породами без надежной корреляции. Поэтому расчеты оказываются или заниженными или завышенными.
Завышение размеров целиков увеличивает потери, а завышение пролетов очистных выработок чревато резким увеличением разубоживания при обрушении пород в выработанное пространство.
Занижение размеров целиков уменьшает потери, но повышает опас-ность разубоживания при обрушении пород. В обоих случаях экономике предприятия наносится ущерб, величина которого зависит от субъективной погрешности.
Добыча с повышенными потерями руды экономически целесообразна, если
ущерб от дополнительных потерь компенсируется экономией затрат на добычу, снижением ущерба от разубоживания и повышением ценности добытой руды за счет повышения выхода машинных классов.
Между потерями, разубоживанием и производительностью труда существуют эквивалентные соотношения, которые определяются совместным анализом экономических показателей предприятия и геомеханических условий разработки.
В любом случае игнорирование природных и техногенных сейсмических колебаний приводит к тому, что ослабление целика сопровождается повышенным разубоживанием руды вмещающими породами.
При технологиях с учетом сейсмических колебаний размеры целиков могут быть больше полученного по базовому варианту, но разубоживание будет меньше за счет повышения несущей способности пород кровли очистной выработки.
Экономическая эффективность варианта управления массивом с учетом сейсмики превышает базовый вариант, несмотря на некоторое удорожание работ при разделении месторождений на геомеханически сбалансированные участки целиками и пролетами оптимальных размеров со снижением фронта работ.
Управление состоянием массива посредством регулирования уровня напряжений и деформаций назначением достаточных по размерам и прочности несущих элементов с учетом сейсмики является резервом упрочнения экономики горных предприятий в условиях рынка.
1. Голик В.И. Разработка месторождений 2. Голик В.К, Исмаилов Т.Т. Управление
полезных ископаемых. Владикавказ. МАВР. состоянием массивов. Москва. МГГУ. 2005.
2006- ггш
— Коротко об авторе -----------------
МелъковД.А. - аспирант, ГФЦ РАН и РСО-А. Рецензент д-р техн. наук, проф. В.И. Комащенко.
----------------------------------------------- © Д.А. Мельков, 2008
УДК 622.272 Д.А. Мелькое
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДА Ч УПРАВЛЕНИЯ МАССИВОМ
Рассмотрен метод конечных элементов при определении параметров целиков, позволяющий уточнять несущую способность целиков с корректировкой на динамическую составляющую поля напряжений.
Дасчеты параметров управления ЛГ массивом сложного стро-ения производят на основании исследований, включающих обследование горных выработок, документирование и систематизацию сведений о состоянии масси-
вов, определение характеристик пород, в том числе их реакции на напряжения.
Недостатком таких расчетов является то, что исходные данные для них искажаются реакцией массива на технологическое вторжение в него. Поэтому на
практике параметры управления массивом заведомо завышают введением коэффициента запаса, что сопровождается увеличением потерь запасов, или наоборот, занижают, что увеличивает разубо-живание руд породами. Коэффициенты запаса, как правило, не имеют объективного обоснования.
Для повышения корректности расчетов те параметры управления массивом используются возможности метода конечных элементов. Напряженно-
деформированное состояние массива горных пород является результатом взаимодействия полей, формирующихся под влиянием техногенных и природных факторов, и позволяет дифференцировать зоны концентрации напряжений.
Метод конечных элементов рассматривает массив как совокупность дискретных элементов, границы которых определяются узловыми точками, и предполагает, что реакция континуума на внешнее воздействие может быть описана реакцией узловых точек.
Геологическая ситуация способствует развитию деформаций, перераспределяющих технологически обусловленные напряжения в массиве. Наиболее опасные проявления горного давления происходят на участках сочленяющихся структурных нарушений, сложенных прочными, но разрушенными и ослабленными породами. Послойные трещины усиливает темпы дезинтеграции структур пород при техногенном воздействии, а крутопадающие - усиливают возможность накопления энергии.
Результаты исследований геологических предпосылок оруденения представляют сложно-структурный массив как среду с незакономерно изменяющимися энергетическими характеристиками. Поведение такой среды при нарушении геодинамического баланса адекватно сопровождается перераспределением
энергии и высвобождением ее при превышении предельных для данных условий параметров.
Основную роль в управлении массивом играют рудные целики, оставляемые в местах потенциальных критических напряжений и деформаций. При освоении интенсивных вариантов систем разработки запас руды в целиках увеличивается с одновременным увеличением потерь и разубоживания.
При решении задачи оптимизации параметров управления состоянием массива в процессе разработки месторождений на основе оценки напряженности возникает необходимость параметрического описания влияния формы целика на механизм его разрушения и различной прочностью целика при различном соотношении высоты очистных камер и ширины целиков.
Одной из важных причин деформаций массива является возникновение собственных колебаний в породах, которые под воздействием сейсмики вибрируют и отслаиваются по контактной поверхности даже при слабых землетрясениях в окрестностях массива.
Любое горнотехническое сооружение в течение всего срока своего существования находится в поле напряжений и перемещений, вызванных сейсмическим действием естественных и техногенных динамических явлений, например, вызванных взрыванием взрывчатых веществ. В результате сейсмических воздействий в углах горных выработок возникают знакопеременные напряжения, которые представляют собой дополнительные слагаемые к гидростатическим напряжениям, также имеющим максимумы в данных областях.
Во времени процесс характеризуется тем, что напряжения одного знака возникают в противоположных углах цели-
ка: с одной стороны у контакта с потолочиной, с другой стороны у основания.
Хотя интенсивность динамических напряжений может быть меньше на несколько порядков от статических напряжений, их роль в триггерном механизме разрушения весьма значительна. Тем более, что в отдельных участках целика одновременно действуют положительные и отрицательные напряжения. Реакция целика на динамические воздействия (при работе механизмов, взрывных работах, слабых землетрясениях) проявляется в виде знакопеременных напряжений сосредоточенных вблизи углов камер.
Напряжённое состояние узких меж-дукамерных столбчатых и ленточных целиков является, соответственно, одноосным или двухосным. Вблизи массив-
1. Голик В.И, Исмаилов Т.Т. Управление состоянием массивов. Москва. МГТУ. 2005.
2. Мелъков Д.А. Оценка напряженного состояния целиков с помощью метода конечных
ных панельных или барьерных целиков и границ залежи они разгружены от горного давления. В широких целиках распределение напряжений по сечению неравномерно и зависит от механических свойств материала целика, почвы и кровли. В целиках, сложенных крепкими, хрупкими породами, напряжения концентрируются у стен. В пластичных породах у стенок целика напряжения уменьшаются. В средней части широкого целика образуется ядро, находящееся в объёмном напряжённом состоянии, что повышает несущую способность целика.
Метод конечных элементов при определении параметров целиков позволяет уточнять несущую способность целиков с корректировкой на динамическую составляющую поля напряжений.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
элементов. - М., 2008. - 12 с. Деп. в Московском государственного горного университете 04.08.08, №658/11-08.
— Коротко об авторе -----------------
Мелъков ДА. - аспирант, ГФЦ РАН и РСО-А. Рецензент д-р техн. наук, проф. В.И. Комащенко.
---------------------------------------------------------------- © Д.А. Мельков, 2008
УДК 622.272
Д.А. Мелькав
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА
Приведены результаты моделирования вариантов технологий управления массивом для условий Садонского месторождения.
~ИЪ управлении горным давлением главную роль играют рудные целики и искусственно создаваемые в выработанном пространстве несущие конструкции. Их функции сводятся к предотвращению развития зоны неупругих деформаций и обрушения пород.
Устойчивость природных массивов в результате техногенного воздействия определяется уровнем возникающих в них природных гравитационных и тектонических процессов и технологически наведенных напряжений. Эти процессы имеют волновую природу и могут быть оптимизированы на основании результатов исследований их природы и параметров.
Горные выработки существуют в сейсмических и гравитационных полях напряжений, образованных естественными и техногенными динамическими явлениями, и реагируют на изменение параметров полей в результате взаимодействия природной и техногенной сейсмики.
Динамический характер потери устойчивости объясняется сложением потенциала энергии упругого сжатия пород и энергии упругих деформаций в процессе горных работ, поэтому профилактика динамических процессов обеспечивается минимизацией напряжений посредством раскройки месторождения на геомеханически безопасные участки.
На фоне опасных процессов горного производства основная задача литомо-ниторинга состоит в контроле сейсмо-опасных участков литосферы путем оп-
тимизации методов оценки потенциальной опасности процесса с использованием средств инженерно-геологических экспертиз и ретроспективной информации при комплексном учете природных и техногенных факторов эксплуатации месторождений.
Сверхзадачей системы управления состоянием приро дно-технической геосистемы является оптимизация внутренних отношений энергетических потоков внутри системы по критериям эффективности, безопасности и полноты использования недр.
Оптимизация параметров управления массивом осуществляется повышением их точности за счет введения коэффициента, учитывающего природную и наведенную сейсмичность.
При прогнозировании параметров управления и их экономических последствий в форме потерь и разубоживания руды количественные показатели назначаются с некоторым запасом. Это объясняется тем, что для проектирования новых процессов используются данные, полученные опытным путем при производстве прежних процессов в то время, когда проектные параметры управления получили коррективы под влиянием фактических напряжений в массиве. Поэтому расчеты оказываются или заниженными или завышенными.
Завышение размеров целиков увеличивает потери, а завышение пролетов очистных выработок чревато резким увеличением разубоживания при обрушении пород в выработанное про-
странство. Занижение размеров целиков уменьшает потери, но повышает опасность разубоживания при обрушении пород. В обоих случаях экономике предприятия наносится ущерб, величина которого зависит от допущенной расчетом погрешности.
Оптимальным вариантом управления состоянием массива является такой, при котором обеспечивается минимум условно-переменных приведенных затрат на добычу с учетом ущербов от ее потерь и разубоживания и изменения ценности добытой балансовой руды.
Добыча с повышенными потерями руды экономически целесообразна, если ущерб от дополнительных потерь компенсируется экономией затрат на добыче, снижением ущерба от разубоживания и повышением ценности добытой балансовой руды за счет повышения выхода машинных классов.
Эквивалентные соотношения между потерями, разубоживанием и производительностью труда определяются анализом экономических показателей предприятия, в ходе которого определяются.
Для условий Садонского месторождения нами моделировались варианты технологий управление массивом: 1-й
1. Шестаков В.А. Проектирование горных предприятий - дополн. и перераб. М.: МГТУ, 2003.
— Коротко об авторе --------------------
Мельков Д.А. - аспирант, ГФЦ РАН и РСО-А.
Рецензент д-р техн. наук, проф. В.И. Комащенко.
вариант - на основе традиционных расчетов и 2-й вариант - на основе уточненных расчетов.
При 1-м варианте потери имеют большую величину, потому что назначаются с запасом в 1,15-1,5раза. Исходя из повышенной несущей способности целика, выбирается больший допустимый пролет обнажения кровли. Игнорирование потенциальной возможности сейсмических колебаний приводит к тому, что ослабление целика сопровождается повышенным ра-зубо-живанием руды вмещающими породами.
При 2-м варианте с учетом потенциальной возможности сейсмических колебаний размеры целиков могут быть и больше и меньше полученных по 1-му варианту, но разубоживание будет меньше за счет оптимизации размеров целика и опирающегося на него пролета очистной выработки.
Экономическая эффективность предлагаемого варианта превышает базовый, несмотря на некоторое удорожание работ при разделении месторождений на геомеханически сбалансированные участки целиками и пролетами оптимальных размеров со снижением фронта работ.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Маркин Н.С. Основы теории обработки результатов измерений: Учебное пособие для средних специальных учебных заведений. — М.: Издательство стандартов, 1991.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки: 3 мин.
Дата печати: 25.11.2008 23:47:00
При последней печати страниц: 7
слов: 2 381 (прибл.)
знаков: 13 573 (прибл.)
18_Мельков_ком
Е:\С диска по работе в универе\ГИАБ_2008\12\Рубрика С:\и8ег8\Таня\АррВа1а\Коатт§\М1сго80й\Шаблоны\]ЧГогта1.с1о Концепция оптимизации параметров управления массивом Владимир
15.10.2008 9:38:00 4
15.10.2008 11:51:00 Гитис Л.Х.
