CC BY
21
строительства четырех секций комплекса представлена на рис. 4. Максимальные смещения в мульде могут достигать 17,0 см.
Приведенные величины оседаний являются несколько завышенными, так как в расчетах не учтено влияние на смещения жесткой связи каркаса здания с фундаментом, которая «сглаживает» неравномерность оседаний по оси здания и уменьшает их общий уровень.
Следует отметить, что сваи всех четырех рассмотренных фундаментов работают как сваи-стойки, передающие вес здания на легкие полутвердые и твердые глины (см. таблицу, грунт ИГ5). Однако ввиду невысокой несущей способности грунтов имеет место относительно равномерное оседание секций комплекса, что следует учитывать при оценке зоны влияния каждой секции в отдельности и всего комплекса в целом.
D.A. Potyomkin, V.N. Ochnev
MUTUAL INFLUENCE OF THE BASES OF LOCATED POLYTYPIC HIGH-RISE BULIDINGS
Results of modeling mutual influence of four sections of a multipurpose housing estate are considered at their serial building.
Key words: soil's displacement, mutual influence, a multipurpose housing estate.
Получено 24.11.11
УДК 622.256.75
Д. А. Потёмкин, канд. техн. наук, доц., (812) 328-86-25, [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, СПГГУ)
ИЗМЕНЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗАЩИТНОГО РУДНОГО ЦЕЛИКА ПРИ СЛОЕВОЙ ОТРАБОТКЕ РУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КМА
Рассмотрены результаты моделирования изменения напряженно-деформированного состояния защитного рудного целика между покрывающей месторождение толщей пород и первым отрабатываемым слоем массива богатых железных руд одного из месторождений КМА.
Ключевые слова: слоевая система отработки, защитный целик, высоконапорные горизонты.
Для месторождений, характеризуемых сложными горногеологическими условиями залегания (большие глубины, покрывающая толща представлена обводненными четвертичными отложениями и т.п.), в качестве основной системы разработки зачастую рассматривают слоевую систему с закладкой выработанного пространства и оставлением защитного рудного целика между породной толщей и первым отрабатываемым слоем. Такая система позволяет сохранить водозащитные свойства покры-
вающей полезное ископаемое породной толщи и отработать запасы без осушения водоносных горизонтов (таблица).
В данной работе рассмотрено изменение напряженно-деформированного состояния на контакте защитного рудного целика (мощностью от 53 до 65 м) и покрывающей толщи пород. Моделирование напряженно-деформированного состояния рудно-кристаллического массива произведено методом конечных элементов (МКЭ).
Схема геологического разреза, на основе которого построена конечно-элементная модель, представлена на рис. 1. Геометрические параметры схемы: по вертикали - 950 м, по горизонтали - 1000 м. Мощность наносов составляет около 550 м, при этом породы покрывающей толщи содержат шесть напорных водоносных горизонтов с напорами от 120 м (верхние слои) до 435 м (нижнекаменноугольный водоносный горизонт) водного столба. До начала ведения горных работ было принято решение о проведении работ по снижению напоров в нижнекаменноугольном водоносном горизонте на ~300 м (напоры вышерасположенных горизонтов менялись незначительно) и частичном осушении рудного тела в районе защитного целика. Участок первоочередной отработки рудного тела находится между абсолютными отметками 370 м (верхний слой) и 425 м (нижний слой), при абсолютной отметке поверхности около 220 м.
10 и
Рис. 1. Схема геологического разреза: 1...5 - породы покрывающей толщи; 6 - породы каменноугольного горизонта; 7 - переотложенные руды; 8 - сланцы; 9 - кварциты; 10 - мартит-гидрогематитовые руды; 11 - железно-слюдково-мартитовые руды
Для оценки состояния массива на различных стадиях освоения месторождения приняты следующие укрупненные этапы:
- естественное напряженно-деформированное состояние массива до начала ведения работ, учитывающее наличие высоконапорных горизонтов;
- напряженно-деформированное состояние массива, учитывающее снижение напоров в нижнекаменноугольном водоносном горизонте и при осушении рудного тела на участке первоочередной отработки;
- изменение параметров напряженно-деформированного состояния защитного целика при поэтапной отработке и закладке первого слоя (четыре очереди камер).
Напряженно-деформированное состояние пород нижнекаменноугольного горизонта характеризуются максимальными главными напряжениями (01).
На рис. 2 приведены графики распределения максимальных главных напряжений (практически все сжимающие) на контакте защитного рудного целика и покрывающей толщи пород по этапам ведения работ. По вертикальной оси отложены значения напряжений (в Па), по горизонтальной - условное расстояние в долях между границами рассматриваемой части рудно-кристаллического массива.
Расчетные характеристики материалов/грунтов
№ п/п Тип руды/породы Расчетные характеристики руд/пород
Плотность Модуль деформации Коэфф. Пуассона Коэфф. фильтрации Пористость
кг/м3 •106 Па — м/сут %
1 Пески-1 1920 200 0,27 0,5
2 Мергель 2730 6300 0,24 43
3 Мел 1970 6300 0,26 42
4 Пески-2 2260 480 0,32 38
5 Глина 2130 460 0,34 32
6 Карбон 2900 3640 0,29 16
7 Переотл. руды 3400 600 0,26 20
8 Сланецы 3110 28900 0,22 21
9 Кварциты 3430 107000 0,23 12,9
10 Руда МГ 3180. 3460 1300. 2350 0,28.0,3 14,6.29,6
11 Руда ЖСМ 3170. 3630 1340. 2230 0,22.0,3 17,2.24,3
В целом картина распределения напряжений носит неравномерный характер. Величина сжимающих напряжений от 10...11 МПа в местах залегания нижнекаменноугольного горизонта на крепких вмещающих породах (сланцах) возрастает до 18 МПа в месте перехода к слабым рудам в качестве подстилающей толщи, и резко падает до 6.7 МПа в средней части рудного массива. Затем снова происходит резкое возрастание напряжений на участках контакта известняков с вмещающими рудный массив крепкими сланцами до 20.25 МПа. Далее уровень напряжений снижается до 10.13 МПа к правой границе рассматриваемого массива (согласно рис. 2).
1Г \ \ \
/ А / / \ // \ \\
1 * —/— \ и \\ / / / / /—4— \ 1\
/ г / / / / -1
Л /Г \ У/ \ / / /
0 1 0 2 о|з 0 4 0 5 016 0 7 0 8 0 9
геостатика —*— водопонижение —*—1 очередь —^2 очередь —3 очередь —4 очередь
Рис. 2. Распределение максимальных главных напряжений (&!), Па
Общий уровень максимальных главных напряжений меняется в ходе работ по освоению месторождения следующим образом. После уменьшения уровня напоров в нижнекаменноугольном горизонте и частичного осушения рудного массива происходит увеличение общего уровня напряжений в среднем на 20...30 %, что объясняется уменьшением взвешивающего действия воды и ростом эффективных напряжений в породной толще.
Поэтапная отработка и закладка камер первого слоя ведет к дальнейшему повышению уровня напряжений еще на 3.. .6 %, что объясняется накоплением смещений (оседание) от производства горных работ - растут напряжения на контакте вмещающих крепких пород, пород каменноугольного горизонта и рудного массива.
На рис. 3 приведены графики распределения минимальных главных напряжений (03) (сжимающих и растягивающих) на контакте нижнекаменноугольной толщи с защитным целиком. В целом значения напряжений изменяются от 4,5.5 МПа на сжатие до 4.7 МПа на растяжение на момент окончания работ по отработке и закладке первого слоя.
Распределение минимальных главных напряжений (03) имеет более сложный характер из-за наличия как зон сжатия, так и зон растяжения при скачкообразном изменении уровня от левой границы рассматриваемой части массива к правой.
/ /
1 I \ \
0,00 Е+ОО ■ / /Л [ \
/ У / \ 2 0 3 0 1 0 5 о|б / / 7 \ 8 \ 0 9
/ У ' 1 \ \
\ч
1 г'Ип .....
Рис. 3. Распределение минимальных главных напряжений (о3), Па
На рис. 4, а приведена наглядная эпюра максимальных главных напряжений (о1), а на рис. 4, б показаны направления действия максимальных главных напряжений (о1) на момент завершения отработки и закладки первого слоя камер (в нижней зоне защитного целика).
Рис. 4. Эпюра распределения максимальных главных напряжений ог (а); направление действия максимальных главных напряжений (б)
Общие выводы по результатам математического моделирования изменения напряженно-деформированного состояния рудно-кристал-лического массива на различных этапах освоения месторождения:
- уровень напряжений в нижнекаменноугольном горизонте имеет неравномерный характер распределения с чередующимися участками сжимающих и растягивающих напряжений в контактной зоне;
- в результате ведения горных работ происходит перераспределение напряжений вплоть до смены режима работы в некоторых областях горизонта (от растяжения к сжатию и наоборот);
- пределы прочности пород карбоновой толщи: на сжатие - от 6...10 МПа (для глинистых разностей известняков) до 40...170 МПа (для крепких известняков); на растяжение - от 1.2 МПа до 4.11 МПа. Пиковые значения растягивающих (до 5.6 МПа) и сжимающих (до 20.25 МПа) напряжений превышают предельное сопротивление пород в некоторых зонах нижнекаменноугольного горизонта;
- в расчетах напряженно-деформированного состояния контактной зоны руды и породы рассматривались как линейно-деформируемая среда, что является упрощением реальной работы рудной толщи. Учет деформационных свойств реального массива требует отдельных исследований, так как может значительно скорректировать картину напряженно-деформированного состояния: массив при повышении уровня напряжений будет стремиться «избавиться» от них через увеличение смещений, что способствовать образованию трещин разрыва.
Развитие моделирования напряженно-деформированного состояния должно происходить с учетом полученной картины в контактной зоне известняков и рудной толщи, в защитном целике и бетонной потолочине.
D.A. Potyomkin
INTENSE-DEFORMED CONDITION PROTECTIVE PART OF ORE A T ORE EXTRACTION ON LAYERS OF ORE DEPOSIT
Results of modeling of the is intense-deformed condition protective part of ore between thickness of breeds covering a deposit and the first fulfilled layer of a file of rich iron ores of one of deposits are considered.
Key words: working system, protective, highly pressure head horizons.
Получено 24.11.11
