CC BY
21
© В.А. Бабелло, 2003
YAK 624.131.438
В.А. Бабелло
О СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ МЕТОАИКИ ОПРЕАЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОА
В Читинском государственном техническом университете (ЧГТУ) с 1999 г. проводятся исследования, направленные на оптимизацию параметров отвалообразования и отработки южного и юго-западного бортов Уртуйского разреза. Общим для всех рассмотренных мероприятий являлось повышенное внимание изучению и прогнозу изменения прочностных свойств горных пород месторождения. Учитывая важность и ответственность поставленной проблемы, в качестве первоочередной задачи была выполнена оценка применимости различных методов изучения прочности пород для рассматриваемых условий. В результате были рассмотрены, проанализированы и отобраны известные методы и технические средства для их реализации. В состав этих методов вошли три метода определения сдвиговой прочности пород:
• лабораторные опыты, когда испытываются пробы пород, выделенные их массива и помещенные в прибор одноплоскостного среза;
• сдвиговые испытания отвальных пород в натурных условиях;
• обрушение призм породы, вырезанных с трех сторон и примыкающих к стенке выработки.
Не останавливаясь на детальной оценке лабораторных методов, их достоинств и недостатков отметим, что они в большинстве случаев остаются базовыми методами для получения стандартной информации о составе, состоянии и свойствах пород.
Кроме своего прямого назначения лабораторные методы могли бы быть использованы в рассматриваемой ситуации в качестве основы для интерпретации, анализа и сравнения информации. получаемой другими методами. Немаловажным фактором явилось и то обстоятельство, что в распоряже-
нии разрезоуправления имелась лаборатория с необходимым оборудованием.
К числу причин, заставивших обратиться ко второму и третьему методам, прежде всего следует отнести возможность в натурных условиях оперировать с образцами, размеры которых намного превосходят размеры образцов, испытываемых в лабораторных условиях и вследствие этого являющихся более типичными представителями испытываемой породы с точки зрения ее структурно-текстурных особенностей, трещиноватости и, что особенно важно, наличия крупных включений. Важнейшей особенностью полевых испытаний сопротивления пород сдвигу также является возможность выполнения условий моделирования натурных закономерностей сдвиговых деформаций (соответствие физических свойств и напряженного состояния пород натурным условиям в изучаемых зонах). Таким образом, полевые или натурные методы определения прочностных свойств пород обладают существенным преимуществом по сравнению с лабораторными -возможностью учета достаточно большой совокупности факторов, влияющих на сопротивление пород сдвигу.
В результате критического анализа имеющихся в нашем распоряжении технических средств, необходимых для реализации второго и третьего метода определения прочностных свойств пород, были выявлены их основные недостатки:
• применяемое оборудование тяжелое и громоздкое не позволяет провести не только достаточное количество опытов в разных точках борта карьера и отвала, но и одиночные опыты в определенных условиях;
• низкая эффективность и недостаточные функциональные
возможности используемых
средств;
• сложность, трудоемкость, значительные затраты времени и средств на проведение опытов.
В сложившейся ситуации возникла необходимость разработки таких устройств, применение которых позволило бы получить объективную информацию о свойствах пород при разумной увязке предлагаемых решений с экономическими факторами. Рассматриваемые устройства, на наш взгляд, должны отвечать следующим требованиям:
• простота конструкции и достаточно низкая стоимость изготовления;
• мобильность;
• возможность получения информации в необходимый промежуток времени;
• применение одновременно на одной базовой установке комплекса методов исследования механических свойств горных пород.
В этой связи в ЧГТУ были спроектированы, изготовлены и прошли производственные испытания три устройства для определения механических свойств горных пород в натурных условиях.
Первые два устройства (№1 и №2) предназначались для исследования прочностных и деформационных свойств отвальных пород, а устройство №3 для определения характеристик прочности пород бортов карьера.
По классификационным признакам устройства №1 и №2 относятся к конструкциям с помощью которых в полевых условиях производят сдвиг целиков пород без отделения испытуемого образца от массива. Испытаниям предшествует общий для обоих устройств подготовительный этап. Для этого на горизонтальной площадке отвала на определенной глубине выделяется (окапывается) столбик породы, диаметр которого несколько превышает диаметр обоймы устройства. Обойма ставится на столбик и при осторожной подчистке ножом или режущим приспособлением постепенно насаживается на него. Для задавливания обоймы может быть использовано приспособление для передачи вертикальной нагрузки, смонтированное на рамах обоих устройств. Вы-
ступающую из обоймы поверхность столбика зачищают вровень с краями и на нее устанавливают штамп, воспринимающий вертикальную нагрузку.
К конструктивным особенностям устройства №1 следует отнести:
• рычажную схему передачи вертикальной и блочную горизонтальной нагрузок на выделенный целик породы с возможностью перемещения рабочих органов устройства по высоте, что позволяет проводить опыты на разной глубине относительно поверхности площадки отвала;
• сочетание нагрузочного и сдвигового устройств в виде единой шарнирной системы, установленной на реме и транспортируемой непосредственно к месту испытаний;
• возможность изучения деформационных свойств горных пород как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.
Крепление рамы устройства к поверхности площадки отвала осуществлялось при помощи анкерных стержней, погружаемых в отвальные породы вертикально или наклонно. Причем применялись разные способы погружения анкерных стержней, например забивка или завинчивание. В последнем случае поверхность каждого анкерного стержня имела особый вид.
Проведенные испытания отвальных пород (сентябрь 2000 г, отвал «Восточный») выявили основные недостатки устройства №1 - значительную массу и невозможность его перемещения к месту испытания без применения автотранспорта или буксировки на санях-волокуше. В этой связи возникла проблема изучения механических свойств пород в труднодоступных для автотранспорта точках внутреннего отвала. Для разрешения этой проблемы на заседании Горно-геологической секции НТС предприятия было принято решение о разработке новой конструкции в направлении уменьшения массы устройства и увеличения возможностей его перемещения.
Реализацией этого решения явилась разработка, проектирование и изготовление в ЧГТУ (2002 г.) принципиально нового устройства для натурного определения механических характеристик отвальных пород (УстройствоШ2). Основные особенности устройства заключаются в следующем:
• гидравлическая передача вертикальной и горизонтальной нагрузок на выделенный целик породы;
• направляющий механизм содержит кривошип и кулису с качающимся ползуном и съемной тягой;
• опорные элементы выполнены в виде мачт, закрепленных на раме и связанных тросовыми связями между собой и анкерными стержнями.
Отмеченные конструктивные особенности устройства №2 позволили выполнить его разборным, что позволило обойтись без применения транспортных средств при проведении опытов в разных точках отвала. Важным обстоятельством является то, что в устройстве №2 сохранена возможность изучения деформационных свойств горных пород как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях в той же выработке, где проводились сдвиговые испытания. Таким образом, имеется возможность в натурных условиях параллельно с испытаниями на сдвиг оценить степень анизотропии горных пород.
Опытные данные, полученные с помощью устройств №1 и №2 на разгрузочных площадках отвалов позволили:
• - объективно оценить
прочностные свойства отвальных пород и обосновать расчетами
схемы увеличения приемной емкости отвалов:
• повысить надежность гео-механического обоснования оптимальных параметров отвалов;
• своевременно внести необходимые коррективы в технологический процесс формирования отвалов;
• повысить технико-экономическую эффективность отвало-образования.
Результаты проведенных исследований вошли в научнотехнический отчет и использованы при составлении «Руководящих технических материалов для отвалов «Восточный» и Внутренний.
В виду отмеченных выше обстоятельств, а именно - проблематичности изучения прочностных свойств пород в натурных условиях с применением имеющихся технических средств и необходимости подготовки данных для геомехани-ческих расчетов юго-западного борта разреза, в 2002 г. в ЧГТУ было изготовлено устройство для определения прочностных свойств бортов карьера (устройство №3). В техническом задании на проектирование упомянутого устройства были сформулированы следующие основные требования к его конструкции:
• наличие съемного фрезерного приспособления которое позволило бы снизить трудоемкость и время подготовки к опытам, а также повысить качество расчистки горных выработок;
• наличие регистрирующего приспособления которое позволило бы повысить точность измерения необходимых параметров;
• наличие съемного нагрузочного механизма, конструкция которого бы позволила бы изменять расстояние от центра приложения вертикальной нагрузки до стенки выработки и снизить трудоемкость проведения опытов;
• возможность монтажа и демонтажа вышеназванных приспособлений на одном базовом элементе - раме.
В процессе проектирования все упомянутые требования были учтены и опыты с применением устройства №3 были проведены во второй половине 2002 г. на южном и юго-западном бортах разреза. Данные, полученные таким образом способствовали своевременному внесению корректив в технологический процесс отстройки юго-западного борта, а также повышению технико - экономической эффективности вскрышных работ.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Бабелло В.А. - доцент, кандидат технических наук, докторант кафедры «Открытые горные работы», Читинский государственный технический университет.
Файл: БАБЕЛЛО
Каталог: G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB11~03
Шаблон:
C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do
Ш
Заголовок: О совершенствовании методики определения прочностных
свойств горных пород Содержание:
Автор: ОГР
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 21.08.2003 11:11:00
Число сохранений: 3
Дата сохранения: 21.08.2003 11:14:00
Сохранил: Гитис Л.Х.
Полное время правки: 11 мин.
Дата печати: 09.11.2008 17:57:00
При последней печати страниц: 2
слов: 1 489 (прибл.)
знаков: 8 489 (прибл.)
