CC BY
29
© М.А. Земляной, Ю.И. Разоренов, А.В. Денисов, 2011
УДК 622.441.69
М.А. Земляной, Ю.И. Разоренов, А.В. Денисов
ОБОСНОВАНИЕ ЛИТОЛОГО-ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УСЛОВИЙ КРЕПЛЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ (ШТОЛЕН)
Выполнено обоснование литолого-геомеханической модели условий крепления горизонтальных горных выработок (штолен) на Новороссийском месторождении мергеля. Разработанная модель учитывает прочностные свойства слоистого массива для выбора способа крепления и интерпретации полученных данных для использования в кластерной модели пространственного распределения напряжений в кровле штольни. Ключевые слова: карьер, минеральное сырье, литолого-геомеханические условия, запасы мергеля.
щ ж остановка исследуемой нами за-
А. А. дачи по оценке прочности многослойной толщи пород Новороссийского месторождения мергеля и ее влияния на устойчивость горизонтальной горной выработке (штольни) в пересекаемых штольней наклонных толщах основана на взаимосвязи слабых пород, составляющих 15 - 25 % и крепких - 15 - 40 %, что в совокупности достигает 30 - 65 % в общей массе. Коэффициент крепости этих пород составляет 2-4 по М.М. Протодьяконову.
Произведем анализ фактического материала. По 3 разрезам толщ, разрабатываемого Новороссийского месторождения минерального сырья (ц/з «Пролетарий») пересекаемых построенными и строящимися штольнями, оценено прочностное содержание литотипов в толщах, данные сведены в таблицу.
Для выбора способа крепления подготовительной выработки (штольни) необходимо установить зависимость величины крепости (МПа) горных пород от содержания СаСО3 в телах полезного ископаемого (рис. 1).
Исследования, проведенные для ли-толого-геологических условий Новороссийского месторождения мергеля, выявили логарифмическую закономерность распределения величины крепости тел полезного ископаемого от содержания СаСО3 при проведении подготовительной выработки (штольни).
Функция регрессии имеет вид (МПа) у = 1.291п(х) + 33.25, где х - содержание СаСО3 в телах полезного ископаемого, %.
Коэффициент корреляции R2 = 0.91.
Информация о распределении крепких и слабых пород в слоистом массиве и интеграция параметров кластерной модели пространственного распределения напряжений в кровле горной выработки определяет условия и параметры крепления штольни.
Проведенный анализ литолого-геомеханических условий Новороссийского месторождения мергеля показывает о необходимости создания
37
^ 36
Л 35 Р
и Эл
О 54
5 зз 3- 3233
ТО
С
31
У = 1.2Ї )1п(х ) + з 3.25
К г - 0 .91 '"37
д335 9">2г ■■'36 19 36 .3 36 5І36 39
✓^5 08 35 •2 35 .1 э*35 7735 38
Л 11
08
70.6 73.3475.9176.18 77.3 77.3377.7777.9478.53 79.5 79.6779.7380.1281.53
СаСОЗ, %
Рис. 1. Зависимость величины крепости горных пород (МПа) от содержания СаСО3, (%)
Рис. 2. Схема пространственного распределения напряжений в кровле горной выработки (штольни) при создании зон самозаклинивания пород кровли
защитной оболочки в приконтурном пространстве выработки - зон естественного самозаклинивания пород. Для решения поставленной задачи проведено моделирование горных процессов крепления выработанного пространство трубным анкером 045 мм толщиной стенки 4,5 мм, длина трубного анкера применялась 2 м.
Из рис. 2 можно видеть, что крепление анкерами по предложенному способу позволяет перераспределять напряжения горных пород в кровле выработанного пространства.
Анализ результатов показал, что применяя предлагаемый способ крепления выработанного пространства на основе интеграции данных литолого-геомеханической модели и кластерной
54
№№п.п. Пачки Средние содержания, в % Модули
ii.ii.ii. Fе2Оз АІ2О3 8ІО2 СаО СаСОз п Р
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
«Высокие» мергели
1. Ві 35,10 1,33 3,44 13,92 43,72 77,30 2,92 2,59
2. В2 36,30 1,04 2,96 12,11 45,14 79,67 3,03 2,85
3. Вз 37,16 0,92 2,75 11,15 46,41 81,53 3,04 2,99
Среднее по «высоким» мергелям нижненатухаевской 36,19 1,10 3,05 12,39 45,09 79,50 3,00 2,81
подсвиты:
4. В4 35,92 1,25 3,32 12,84 43,83 77,77 2,81 2,66
5. В5 36,39 1,01 2,77 11,98 45,44 80,12 3,17 2,74
6. Вб 35,93 1,17 3,37 12,59 43,88 77,33 2,77 2,88
7. В7 35,38 1,18 3,09 14,11 44,12 78,53 3,30 2,62
8. В8 35,20 1,31 3,58 14,84 42,97 76,18 3,03 2,73
9. В9 36,51 1,14 2,96 12,65 44,85 79,73 3,08 2,60
10. В10 35,08 1,28 3,27 15,47 42,46 75,91 3,40 2,55
Среднее по «высоким» мергелям керкетской свиты: 35,77 1,19 3,19 13,50 43,93 77,94 3,08 2,68
«Низкие» мергели керкетской свиты
1. Н1 34,11 1,63 4,39 16,06 41,59 73,34 2,67 2,69
2. Н2 33,08 1,46 3,58 20,81 39,06 70,60 4,13 2,45
модели пространственного распределения напряжений в кровле горной выработки, создаются естественные зоны са-мозаклинивания пород в кровле горной выработки. Кроме того, создается возможность управления напряженно-
1. Каплунов Д.Р., Юков В.А. Геотехнология перехода от открытых к подземным горным работам: Учебное пособие. - Издательство «Г орная книга», 2007. - 267 с.: ил.
2. Казикаев Д.М. Комбинированная разработка месторождений: Учебник для вузов. -М.: Издательство Московского государственного горного университета, Издательство «Г орная книга», 2008. - 360 с.
деформированным состоянием горного массива, посредством перераспределения векторов нагрузок от процессов усиления и релаксации напряжений в горном массиве.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Гитис Л.Х. Статистическая классификация и кластерный анализ. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. - 157 с.: ил.
4. Земляной М.А. Обоснование формирования локальных зон концентрации напряжений на основе кластерной модели//Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2010. №4 - с. 27-29. Г17Ш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------------
Земляной Михаил Александрович - кандидат технических наук, докторант,
Разоренов Юрий Иванович - профессор, доктор технических наук, проректор по воспитательной работе, YRaz@npi-tu.ru.
Южно-Российский государственный университет (Новочеркасский политехнический институт), кафедра подземной разработки месторождений полезных ископаемых,
Денисов Александр Викторович - первый заместитель ген. директора ОАО НТЦ «Промышленная безопасность».
А
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ЦВЕТНЫХ И БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
ЗАУЛОЧНЫЙ Павел Александрович Интенсификация технологии бактериального выщелачивания упорных золотосульфидных концентратов с использованием ассоциации микроорганизмов, включая умереннотермофильные бактерии 25.00.13 к.т.н.
