CC BY
51
но-практической конференции "Дождевые черви и плодородие почв". Владимир, 2004.
3. Кларенс Г.Голуэк. Компостирование отходов. Основные принципы.
4. А. С. № 1479448 СССР. Способ переработки твердых бытовых отходов в компост. 1989.
A. Sidorkov
USING GEORESOURCES PITS FOR INDUSTRIAL COMPOSTING OF ORGANIC
WASTE
Considered the stage and phase of composting organic waste is considered. Given the choices of sites for composting is given. Encouraged to use pit dumps for composting organic waste.
Key words: tailings quarries, composting, phase diagram of processing, industrial composting site.
Получено 20.04.11
УДК 622.26:622.831:622.34
В.Ю. Синегубов, асп., slavjanntil@rambler.ru
(Россия, Санкт-Петербург, СПГГУ)
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА В УГЛОВЫХ ЦЕЛИЧКАХ СМЕЖНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ РУД
Проанализировано влияние угловых целичков на формирование напряженно-деформированного состояния массива. Построена объемная модель, имитирующая проходку двух смежных выработок в рудном массиве. По результатам исследования сделаны выводы поустойчивости целичков.
Ключевые слова: руда, напряжение, целик, смещения, выработка, массив,
модель.
Опыт отечественных и зарубежных предприятий показывает, что слоевая система разработки с закладкой выработанного пространства, предлагаемая для разработки Яковлевского месторождения, является проверенным способом добычи полезного ископаемого в особо сложных гидрогеологических условиях. Очевидно, что в условиях Яковлевского месторождения для сохранения водоупора над выемочным пространством необходима искусственная защитная потолочина. Основным условием безопасности ведения работ по отработке выемочных блоков под защитным перекрытием является эффективная передача нагрузки от вышележащей толщи на закладочный массив. В условиях Яковлевского рудника, ко-
гда средняя величина недозаклада в очистных заходках составляет 0,4 м, роль промежуточных опор, передающих нагрузку, играют угловые целич-ки между смежными заходками (рис.1).
При натурном обследовании очистных заходок верхнего слоя особое внимание уделялось наблюдению за состоянием углового целичка, разделяющего свод смежных заходок. В целом, изучение состояния устойчивости целичка зависит от следующих факторов:
- типа руды вмещающего массива. Руды можно расположить в следующей последовательности, начиная с типа руды, которому соответствует самая низкая устойчивость целичка: 1 - рыхлая ЖСМ; 2 - ЖСМ средней плотности и рыхлая ГГМ; 3 - плотная ЖСМ и карбонатизированная ГГМ. Отрицательное влияние на устойчивость целика оказывает слоистость. Например, устойчивость целичков в карбонатизированных слоистых рудах ГГМ сравнима с неслоистой ЖСМ средней плотности;
- способа проходки выработки. При комбайновой проходке достигается сравнительно качественное оконтуривание (несмотря на значительные, до 0,31...0,34 м в кровле переборы, можно считать, что форма контура соблюдается), из-за чего в дальнейшем состояние разделительных целиков зависит только от типа руды, нагрузки на целики от рудной толщи над верхним слоем и перераспределения напряжений при проходке смежных выработок. При буровзрывной технологии взрывная волна дополнительно разрушает целик, поэтому он изначально ослаблен и не может передавать нагрузку также эффективно, как при комбайновой технологии. Это подтверждают наблюдения: в выработках, пройденных комбайном, целики практически не разрушены (только в рыхлых ЖСМ или с незначительными по протяжению обрушениями). При буровзрывной технологии практически на всех участках целик разрушен полностью или частично.
Только целики в карбонатизированных рудах ГГМ имеют сравнительно небольшие разрушения.
Для оценки роли угловых целичков в формировании НДС массива как промежуточных опор, передающих нагрузку от вышележащей толщи на закладочный массив верхнего слоя, сопоставлены качество углового целичка и наличие отслоений и нарушений бетона с боков закладочного массива.
В совокупности по всем выработкам получены следующие результаты:
- рыхлые руды ЖСМ, а также сильно слоистые руды других типов не передают какую-либо заметную нагрузку на закладочный массив, разрушаясь практически полностью. Так, например, полигон №2 очистной за-ходки №17 блока №5 пройден в рыхлых и средней плотности ЖСМ рудах, с включениями ГГМ руды. Фотографии некоторых участков полигона представлены на рис. 2. Практически по всей длине полигона происходит частичное разрушение целичка на стыке заходок (рис. 2, а, б). Отслоения руды с кровли (рис. 2, в) и разрушение углового целичка создают купола над крепью и большие переборы в угловых секторах выработок. Отслоений и нарушений бетона не происходит, что говорит об отсутствии нагружения закладочного массива;
- руды ЖСМ средней плотности и рыхлые руды ГГМ в выработках с буровзрывной технологией за счет дополнительного разрушения также не способны передать значительную нагрузку от вышележащей толщи на закладку верхнего слоя. В комбайновых выработках нагрузка на бетон передается на уровне, при котором происходят незначительные разрушения целика и небольшие отслоения бетона;
- плотная ЖСМ и карбонатизированная ГГМ руды передают через целики нагрузку от потолочины на закладочный массив. Во всех сечениях в таких рудах отмечены системные отколы бетона с боков закладочного массива. При этом целики остаются без нарушений. Типичные примеры показаны на рис. 3, где отмечаются отслоения бетона (места, где отслоился бетон, не успели заветреться и поэтому более светлые).
Существует вероятность, что со временем, после закладки выработки, целички могут потерять устойчивость, при этом их роль как промежуточных опор для рудной потолочины будет снижаться.
Возможность передачи угловыми целичками нагрузки от вышележащей толщи к закладочному массиву были исследованы с помощью конечно-элементного моделирования. Была построена объемная модель, имитирующая проходку двух смежных выработок, в рудных массивах с различными физико-механическими характеристиками.
а
1 Отслоение с кровли
Рис. 2. Отслоения юуды в угловых иеличках
Были использованы данные, полученные специалистами геологической службы Яковлевского рудника и СПГГИ (ТУ), представленные в таблице. Модель Кулона-Мора описывает физико-механические свойства массива четырьмя показателями: Е - модуль деформации, ^ - коэффициент Пуассона, С - сцепление, ф - угол внутреннего трения. Взяты показания для пяти типов руд - рыхлой, средней плотности и плотных ЖСМ, хлора-тизированных (рыхлых) и карбонатизированных ГГМ.
Основным показателем способности передачи нагрузки угловым целичком является его устойчивость. Устойчивость оценивается интенсивностью пластических деформаций. Направление, по которому строятся графики пластических деформаций в угловых целичках для разных типов руд, показано на рис. 4. За начало отсчёта принята пята свода смежных выработок - нижняя точка углового целичка
Рис. 3. Участки вътаботок. где оазоушается закладочный массив
Название руды Модуль деформации E, МПа Коэффициент Пуассона ц Удельный вес р, МН/м3 Сцепление С, МПа Угол внутреннего трения ф,
Рыхлая ЖСМ 1300 0,26 3,4 2,9 250
Средней плотности ЖСМ 2030 0,26 3,48 4,3 22
Плотные ЖСМ 22300 0,24 3,58 4,3 26
Хлоратизиро-ванная ГГМ 2030 0,26 3,34 4,3 16
Карбонатизиро-ванная ГГМ 24200 0,24 3,46 5,8 22
На рис. 5 представлены графики изменения показателя PEEQ в угловых целичках между первой и средней выработками. Линиями 1, 2, 3, 4, 5 показаны графики изменения PEEQ по направлению, указанному на рис.4.
Рис. 4. Направление снятия данных вугловом целичке
О 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5
Расстояние по направлениям, локазаным на рисунках 3.15, м
Рис. 5. График изменения пластических деформаций вугловом целичке дляразличныхруд:
1 - рыхлаяЖСМруда, 2- средней плотности ЖСМруда,
3 - плотнаяЖСМруда, 4 - хлоратизироеанная (рыхлая) ГГМруда, 5 - карбонатизироеанная ГГМруда
Графики изменения пластических деформаций в угловых целичках с различными физико-механическими свойствами по выбранным направлениям дают объективную картину способности углового целичка к передаче нагрузки от рудной толщи на закладочный массив.
На рис. 5 все линии пластических деформаций на расстоянии 0,6 м переходят из прямолинейной зависимости в экспоненциальную и стремятся к нулю. Наблюдается значительная интенсивность пластических деформаций в угловом целичке из рыхлых и средней плотности руд ЖСМ. При таких значениях показателя PEEQ нижняя часть целичка будет разрушена, т.е. потолочина будет нависать над закладкой. Значительную нагрузку це-лички из таких руд передать не смогут. Для хлоратизированных ГГМ значение PEEQ немногим превышает величину 0,05, что значительно меньше, чем в рассмотренных выше рудах. Технология проходки очистных захо-док, принятая на Яковлевском руднике, предусматривает буровзрывной способ проходки выработок в ГГМ рудах. Модель не учитывала дополнительное разрушение целичка от взрыва. Эти разрушения ведут к более значительным пластическим деформациям. График пластических деформаций для хлоратизированных ГГМ руд при дополнительном разрушении БВР значительно возрастет во всех точках целичка. Нижняя часть угловых це-личков при таких рудах не способна к передаче нагрузки.
Верхняя часть (выше 0,6 м от пяты свода) углового целичка испытывает существенные пластические деформации только при рыхлых рудах
ЖСМ. При всех других типах руд верхняя часть углового целичка устойчива (значение показателя PEEQ менее 0,05) и способна к передаче нагрузки от вышележащей толщи руд.
Способность углового целичка передавать на закладочный массив нагрузку при визуальном обследовании оценивалась также и по разрушениям бетона на контуре закладки. Предполагалось, что, если бетон на контуре разрушается, а целичок не разрушается, то нагрузка от вышележащей толщи передается на закладочный массив.
Устойчивость боков выработок оценивается величиной тангенциальных напряжений. При передаче нагрузки на закладочный массив разрушение на контуре заложенной выработки бетона связано с повышенными вертикальными напряжениями. Необходимо исследовать изменения вертикальных напряжений на контуре закладочного массива.
На рис. 6 показано направление, по которому снимались показания вертикальных напряжений. Так как размеры отслоившихся кусков бетона от закладочного массива не превышают 20...30 см, рассмотрим вертикальные напряжения на контуре (1).
На рис. 7 представлены графики изменения вертикальных напряжений по направлениям, показанным на рис. 6, за начало отсчета принята почва выработок.
Конфигурация графиков по соответствующим направлениям совпадают. Значения вертикальных напряжений для разных типов руд различаются. Коэффициент концентрации вертикальных напряжений в закладке на рисунке 7 для плотных ЖСМ и карбонатизированных ГГМ руд на 1,9.2 (24 МПа) выше, чем у рыхлых ЖСМ и на 0,9...1,1 выше, чем у ЖСМ средней плотности и хлоратизированной ГГМ.
О 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8
Расстояние по направлению 2 показанному на рисунке 3.28
Рис. 7. Графики изменения вертикальных напряжений
по направлениям:
1 - рыхлаяЖСМруда, 2- средней плотности ЖСМруда, 3 - плотная ЖСМруда, 4 - хлоратизированная (рыхлая) ГГМруда,
5 - карбонатизированная ГГМруда
В целом исследование зависимости НДС рудного и закладочного массива от изменения физико-механических свойств руды позволяет заключить следующее:
- разрушение угловых целичков при рыхлых и средней плотности ЖСМ, а также частичное разрушение хлоратизированных ГГМ руд связано с возникновением значительных пластических деформаций в первую очередь в нижней части целичка (только при рыхлых ЖСМ весь целичок испытывает пластические деформации).
- обнаруженное при натурных исследованиях разрушение бетона на контуре закладочного массива обосновывается повышенными вертикальными напряжениями в закладке при плотных ЖСМ и карбонатизирован-ных ГГМ рудах.
- повышенные вертикальные напряжения в закладочном массиве подтвердили обнаруженную в ходе натурных исследований зависимость возможности передачи нагрузки через разделительный целичок от физикомеханических свойств рудного массива.
Результаты моделирования согласуются с натурными наблюдениями и позволяют сделать следующие выводы:
- угловые целички, сложенные плотными ЖСМ и карбонатизиро-ванными ГГМ рудами, не нарушенные слоистостью и включениями других типов руд, способны выполнять роль промежуточных опор для рудной потолочины. Через угловые целички передаётся нагрузка на закладочный массив. В условиях, когда нет дополнительных факторов, ослабляющих
рудный массив, нет необходимости проводить дополнительные мероприятия по дозакладке пустот над закладочным массивом.
- угловые целички, сложенные хлоратизированными ГГМ и средней плотности ЖСМ рудами а также нарушенные включениями и слоистостью плотные руды, имеют меньшую способность к передаче нагрузки от вышележащей толщи руд на закладочный массив. В данных условиях необходимо предусматривать дополнительные мероприятия для обеспечения передачи нагрузки от вышележащей толщи на закладочный массив.
V.Ju. Sinegubov
STRESS-STRAIN CONDITION INVESTIGATION IN SMALL CORNER PILLAR BETWEEN RELATED DRIFTS FOR DIFFERENT MECHANICAL PROPERTIES OF THE ORE
The role of small corner pillar in the formation of stress-strain state of the massif is investigated. The volume model simulating driving of two adjacent mines in the ore massif. The study conclusions on the stability of corner pillar is developed.
Key words: ore, stress, pillar, displacement, mine, massif, model.
Получено 20.04. 11
УДК 622.012.2-025.13:622.273
A.B. Федаш, канд. техн. наук, доц., проректор, (4499) 2302425 (Россия, Москва, МГГУ)
МЕТОДИКА ВЫБОРА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА КОМБИНИРОВАННОЙ ОТРАБОТКИ ПЛАСТОВ ДЛИННЫМИ И КОРОТКИМИ ЗАБОЯМИ
Рассмотрены вопросы применения короткозабойной технологиии при отработке локальных запасов угля. Разработан алгоритм прогноза геомеханического со-стоянияуглепородногомассивапри независимой отработке или интегральном влиянии систем разработки с длинными и короткими забоями, который позволит на стадии проектирования обосновать оптимальный вариант пространственно-временного расположения длинных и коротких очистных забоев.
Ключевые слова: горное предприятие, модель, проект, уголь, локальные запасы, геомеханическое состояние, углепородный массив.
Существующий традиционный подход к освоению угольных месторождений в пределах горного отвода шахты имеет существенные недостатки, среди которых основными являются следующие:
• выборочная отработка участков пластов системами разработки длинными столбами с полным обрушением пород кровли (ДСО) и выемкой угля в длинных комплексно-механизированных забоях (КМЗ) с целью получения максимального экономического эффекта;
