CC BY
19
- © Нгуен Виет Динь, 2014
УДК 622.016
Нгуен Виет Динь
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК С КОМБИНИРОВАННОЙ КРЕПЬЮ НА БАЗЕ ЧИСЛЕННОГО МЕТОДА
В настоящее время комбинированная крепь (анкер с набрызгбетонной крепью) широко применяется для крепления выработок при строительстве рудников во многих станах мира. Однако на шахтах Вьетнама при определении параметров этих крепей возникают некоторые сложности связнные с недостаточной изученностью напряженно-деформированного состояния массиве горных пород а условях Вьетнама. В этой статье сделана попытка определения численным методом влияния напряженно-деформированного состояния пород вмещающего массива на толщину набрызбетона.
Ключевые слова: Напряжение, деформация, транспортные штреки, геомеханика, Phase 2.
Общие положения
Основными направлениями развития Вьетнамской угольно-минеральной группы 2015 г. и на период до 2020 г. предусмотрено довести добычу до 60-70 млн т в год.
Ежегодно глубины разработки подземных шахт возрастают: предполагаемые средние глубины подземных шахт 2015 г. - 300 м; 2020 г. - 450 м.
В настоящее время численные методы широко применяются при ре-
Таблица 1
Физико-механические свойства массива пород
№ Показатель Значение
1 Глубина расположения горных выработок, м 400 500 600
2 Предел прочности на одноосное сжатие, Rсж, МПа 35^45
3 Предел прочности на одноосное растяжение, Rр, МПа 2,8
4 Индекс геологической прочности СБ1 38
5 Сцепление, МПа 0,71 0,99 1,11
6 Модуль упругости, Е, МПа 2745,12
7 Коффициент Пуассона 0,3
8 Объемная плотность, МПа 0,0245
9 Угол внутренного трения, град 33,5 29,6 28,2
10 Угол дилатансии, град 5,5
11 Соотношение начального поля напряжений, 1
12 Площадь сечения горных выроботок в проходе, 5пр, м2 10,2
13 Длительная прочность горных пород, МПа 21 (70%)
14 Толщина набрызгбетонной крепи, см 30^60
15 Количество анкеров по контуру горных выработок 5^7
16 Длина анкера, м 1,5
Рис. 1. Расчетные схемы для определения зоны разрушения вокруг горных выработок при разных глубинах их расположения
шении задач с учетом с напряженно-деформированним состоянием массива горных пород. В данной статье рассматриваются закономерности напряженно-деформированного состояния массива горных пород вокруг выработок и определение толщины набрызгбетонной крепи и количества анкеров в зависимости от глубины расположения горных выработок и прочных свойств массива горных пород на основании численного метода по прогамме Phase 2.
В расчетах используем реальные горно-геологические условия месторождения Хэчам-Куангнинь, в которых сопротивление сжатию горных пород колеблется в широком диапазоне, но наиболее часто встречаемые породы имеют сопротивление сжатию 35^45 МПа. Физико-механические свойства массива пород приведены в табл. 1.
Для расчета параметров анкеров и толщины на-брызгбетона в статье причины следующие параметры горной выработки:
• Площадь поперечного сечения горных выработок
• По контуру горных выработок устанавливался 5^7 анкеров (L = = 1,5 м);
• Глубина расположения горных выработок изменяется Н = 400^600 м;
• Толщина набрызгбетонной крепи изменяется d = 30^60 мм;
• При выполнении расчетов рассматриваются горные породы на расстоянии 4 радиусов от контура выработки (рис. 1).
Полученные результаты в прогам-ме Phase 2
Численный метод по программе PHASE 2 и расчетная схема (рис. 2) позволяют получить значения величи-
в проходке S = 10,2 м2; Рис. 2. Расчетная схема
Таблица 2
Смешение массива горных пород вокруг горных выработок
Глубина заложения горных выработок, Н, м Предел прочности горных пород, Ксж, МПа Количество анкеров, штук по контуру Толщина набрызгбетона, й, мм Смещение массива горных пород вокруг горных выработок, мм
30 13,5
400 5 40 8,4
50 3,8
60 1,0
30 16,7
500 35 6 40 10,2
50 5,0
60 2,0
30 20,1
600 7 40 13,6
50 7,4
60 3,1
30 10,5
400 5 40 6,8
50 3,4
60 0,8
30 13,7
500 40 6 40 8,6
50 4,3
60 1,8
30 17,1
600 7 40 11,5
50 6,1
60 2,7
30 9,5
400 5 40 5,7
50 2,9
60 0,5
30 12,7
500 45 6 40 8,0
50 4,3
60 1,5
30 15,1
600 7 40 10,4
50 5,8
60 2,1
Рис. 3. Зона разрушения пород вокруг выработок при Ясж = 40 МПа, Н = 500 м:
а) d = 30 мм; б) d = 40 мм; в) d = 50 мм; г) d = 60 мм; H - глубина, d - толщина набрызбетон-ной крепи
Толшвна вабвызгбетона, мм
Рис. 4. График деформационных характеристик породного массива вокруг горных выработок в зависимости от их глубины заложения (Н = 400-600 мм) и толщины набрызгбетона @ = 30-60 мм) и а такие прочных свойств горных пород:
а) Rсж = 35 МПа
I набрьигбегонн. *
Рис. 4. График деформационных характеристик породного массива вокруг горных выработок в зависимости от их глубины заложения (Н = 400-600 мм) и тол-шины набрызгбетона @ = 30-60 мм) и а такие прочных свойств горных пород:
б) Ясж = 40 МПа; в) Ясж = 45 МПа
ны зоны разрушения горных пород на разных глубинах заложения горных выработок (см. рис. 3).
На основании полученных результатов получим значения величины зоны разрушения массива горных пород вокруг горных выработок. Также построены график деформационных характеристик породного массива вокруг горных выработок в зависимости от их глубины заложения (Н = 400600 мм) и толщины набрызгбетона (с1 = 30-60 мм) и а такие прочных свойств горных пород Ясж = 3545 МПа (рис. 4).
Из рис. 4 следует, что с увеличением глубины от 400 м до 600 м и Ясж = 3545 МПа для обеспечения устойчиво-
сти необходимым является переход на толщину набрызгбетона (с 30 мм на 60 мм). Последующее увеличение глубины вызывает необходимость увеличения марки набрызгбетона.
Выводы и рекомендации
Вышеизложенные резултаты ана-лизтических исследований, выполненных по прогамме Phase 2 позволили сформулировать следующий вывод:
Использование численного метода хотя и имеет определенные ограничения по использованию, однако позволяет получить зависимости изменения напряженно-деформированного состояния от глубины расположения выработки и толщины набрызгбетона.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Картозия Б.А., Федунец Б.И., Шу-плик М.Н., Малышев Ю.Н., Смирнов В.И., Лернер В. Г., Рахманинов Ю.П., Кор-чак А.В., Филимонов Б.А., Резуненко В.И., Левицкий А.М. Шахтное и подземное строительство. - Т. 1. - М.: Издательство академии горных наук, 2001. - 608 с.
2. Картозия Б.А. , Федунец Б.И. , Шу-плик М.Н., Малышев Ю.Н., Смирнов В.И., Лернер В.Г., Рахманинов Ю.П., Руконосов В.И., Панкратенко А.Н., Куликова Е.Ю. Шахтное и подземное строительство. -Т. 2. - М.: Издательство академии горных наук, 2001. - 583 с.
3. Рогинский В.М. Проектирование и расчет железобетонной штанговой крепи. -М.: Недра, 1971. - 187 с.
4. Широков А.П., Лидер В.А., Дзау-ров М.А., Рыжевский М.Е., Петров А.И. Анкерная крепь. - М.: Недра, 1990. - 207 с.
5. Rocscience Inc. Phase 2 Tutorial 2006. -568 p.
6. Dimitrios Kolymbas (2005), Tunnelling and tunnel mechanics, Spring - verlag berlin Heudelberg Germany, - 431c.
7. Karoly Szechy (1970), The art of tunneling. Pudapet printed in Hungari, - 891 p. ЕИЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ_
Нгуен Виет Динь - аспирант, e-mail: dinhhlxdm@gmail.com, МГИ НИТУ «МИСиС».
UDC 622.016
DETERMINATION MAGNITUDE FAILED ZONE AND OPTIMAL LENGTH OF ROCK BOLTS AROUND ADITS BY NUMERICAL METHOD
Nguen Viet Din', Graduate Student, e-mail: dinhhlxdm@gmail.com,
Moscow Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS».
Nowadays rock bolts are used widely when supporting adits in underground mines in Viet Nam and other countries over the world. However determination bolts parameters when using them combination with other supports in mines in other types of rock mass has disadvantages and difficulties. This paper introduces experiences determination impaction length of bolts on state of stress-deformation around adit tunnels by numerical method.
Key words: stress, deformation, transport tunnels, geomechanics, rock engineering, Phase 2.
REFERENCES
1. Kartoziya B.A., Fedunets B.I., Shuplik M.N., Malyshev Yu.N., Smirnov V.I., Lerner V.G., Rakhmani-nov Yu.P., Korchak A.V., Filimonov B.A., Rezunenko V.I., Levitskii A.M. Shakhtnoe ipodzemnoe stroitel'stvo. T. 1 (Mine and underground construction, vol. 1), Moscow, Izdatel'stvo akademii gornykh nauk, 2001, 608 p.
2. Kartoziya B.A., Fedunets B.I., Shuplik M.N., Malyshev Yu.N., Smirnov V.I., Lerner V.G., Rakhmani-nov Yu.P., Rukonosov V.I., Pankratenko A.N., Kulikova E.Yu. Shakhtnoe ipodzemnoe stroitel'stvo. T. 2 (Mine and underground construction, vol. 2), Moscow, Izdatel'stvo akademii gornykh nauk, 2001, 583 p.
3. Roginskii V.M. Proektirovanie i raschet zhelezobetonnoi shtangovoi krepi (Design and calculation of reinforced concrete support with rock bolts), Moscow, Nedra, 1971, 187 p.
4. Shirokov A.P., Lider V.A., Dzaurov M.A., Ryzhevskii M.E., Petrov A.I. Ankernaya krep' (Rock bolting), Moscow, Nedra, 1990, 207 p.
5. Rocscience Inc. Phase 2 Tutorial 2006. 568 p.
6. Dimitrios Kolymbas (2005), Tunnelling and tunnel mechanics, Spring verlag berlin Heudelberg Germany, 431c.
7. Karoly Szechy (1970), The art of tunneling. Pudapet printed in Hungari, 891 p.
