CC BY
22
2. Каширский А.В., Орленко Л.П., Охитин В.Н. Влияние уравнения состояния на разлет продуктов детонации // Прикл. мех. и техн. физика. 1973. Вып. 2. С. 71 - 74.
3. Кравець В.Г., Воробйов В. Д., Кузьменко А.О. Пiдрiвнi роботи на карь'ерах. Навчальний пошбник. К.: 1СДО, 1994. 376 с.
4. Бойко В.В. Методи побудови та управлшня межами сейсмобез-печних зон при шдривних роботах на карьэрах Украши // Проблеми охо-рони пращ в Украши: Зб. Наук. Праць, Кшв: ННД1ОД. 2001. Вип. 4. С. 1724.
N.S.Remez, N.V.Zuievska, J.S.Yashchenko
MATHEMATICAL SIMULATION OF DESTRUCTION ZONES INDUCED BY EXPLOSION OF CYLINDRICAL CHARGE GROOP
The theoretical investigation of destruction zones changing effect induced by superposition of waves from several cylindrical symmetry charges is proposed.
Key words: zone of destruction, explosion, cylindrical charge, seismic waves.
Получено 12.11.12
УДК 622.34
С.В. Сергеев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4722) 30-11-61, sergeev@bsu.edu.ru (Россия, Белгород, НИУ «БелГУ»), Д.А. Зайцев, асп., zossen45@yandex.ru (Россия, Белгород, НИУ «БелГУ»)
ОЦЕНКА ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА В УСЛОВИЯХ СЛОЕВОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД
Рассмотрены результаты наблюдений за процессами деформирования закладочного массива при разработке богатых железных руд в условиях Яковлевского месторождения. Выполнен анализ проведенных экспериментальных работ в сопоставлении с горными работами.
Ключевые слова: закладочный массив, деформации, преобразователь, богатые железные руды
Создание качественно новой основы для черной металлургии в европейской части России на базе богатых железных руд КМА следует рассматривать как приоритетную задачу современной экономики. Однако вовлечение в разработку уникальных руд с содержанием железа свыше 60 % представляет собой непростую задачу, требующую разработки и адаптации технологий ведения горных работ на больших глубинах в сложных горнотехнических и гидрогеологических условиях.
На сегодняшний день наибольшее развитие получили работы на Яковлевском железорудном месторождении. Здесь осуществляется строительство Яковлевского подземного рудника с поэтапным наращиванием мощности до 4,5 млн тонн сырой руды в год. В 2011 году успешно освоены I очередь строительства рудника и выход на годовую производительность 1,0 млн тонн сырой руды. Условия ведения горных работ следует рассматривать как особо сложные, что определяется значительной глубиной залегания рудного тела (более 600 м), существованием над зоной горных работ высоконапорного (до 3,5 МПа) нижнекаменноугольного водоносного горизонта и неустойчивым состоянием массива рыхлых богатых руд, склонным к вывалообразованиям. Для предотвращения поступления подземных вод в очистное пространство из вышезалегающего водоносного горизонта проектными решениями предусмотрены оставление предохранительного рудного целика мощностью 65 м и применение систем разработки с полной закладкой выработанного пространства [1, 2]. В качестве основной на руднике используется нисходящая слоевая система с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Применительно к условиям Яков-левского месторождения данная система должна обеспечить плавное деформирование налегающего массива для предотвращения образования водопроводящих трещин.
Горные работы ведутся на первых двух слоях отработки, поэтому накоплен достаточный опыт технологии проходки горных выработок, крепления, закладочных работ и осуществления наблюдений за изменением геологической среды в результате подземной разработки. Несмотря на комплексность в стратегии развития предприятия с привлечением различных научных институтов (СПГГУ, ИЭЦ ИГД УрО РАН, РГГРУ, НТЦ «НОВОТЭК», ВИОГЕМ и др.) выполнение натурных шахтных исследований всегда оставалось исключительно трудоемким и небезопасным процессом. Особенно актуальным является проведение экспериментальных работ, связанных с синхронными замерами изменения свойств конструктивного элемента (или вмещающей среды) и распространением фронта горных работ (или перемещением очистного забоя).
При сооружении очистных заходок эксплуатационного блока №6 была испытана адаптированная к условиям слоевой системы разработки методика оценки процессов деформирования формируемого закладочного массива. Методика основана на тензометрическом способе измерения контролируемых показателей. Приоритетность в выборе средств измерения деформаций определяется способностью контрольно-измерительных приборов переносить большие нагрузки и температуры внешней среды, универсальностью использования и монтажа, возможностью дистанционного снятия показаний. Поэтому в качестве средств измерения деформаций применены закладные датчики типа ПЛДС (преобразователь линейных деформаций струнный ТУ 34-28-10341-81) конструкции «Гидропроект». В
их принципиальную схему работы заложен метод измерения линейных деформаций, основанный на измерении расстояния между двумя анкерами тензодатчика предварительно помещенного в закладочную смесь. Возникающие деформации напряженной части заложенной выработки вызывают взаимное смещение связанных с ним анкеров деформометра, между которыми расположен струнный резонатор, что приводит к изменению периода его колебаний.
В соответствии с планом экспериментальных работ установленные деформометры ориентированы в трех взаимно перпендикулярных направлениях: вертикальном Z, осевом X и поперечном Y с целью оценки объемного напряженного состояния закладочного массива. Также методика учитывает «собственные» температурно-влажностные деформации закладочного массива, контроль которых достигается путем размещения в месте установки дополнительного деформометра в «усадочном цилиндре» и датчика контроля теплового поля. Совокупность всех выше перечисленных тензометров составляет единую тензометрическую станцию, смонтированную в пройденной горной выработке перед ее заполнением закладочной смесью.
При анализе результатов замеров по тензометрическим станциям выполнено их сопоставление со временем проходки горных выработок в эксплуатационном блоке №6 (рис. 1). В ходе наблюдений интервалы снятия показаний корректировались в зависимости от интенсивности изменения контролируемых величин, скорости продвижения очистного забоя и возможности безопасного нахождения в месте расположения коммутирующих устройств. В период исследования выполнено около 100 циклов замеров по каждой наблюдательной тензометрической станции.
Рис. 1. Схема размещения наблюдательной станции: Н} - нулевой слой или «потолочина» (Н1 = 4,5 м), Н2 - первый слой отработки (Н2 = 4,0 м), Ь - расстояние между забоем и станцией
Сводная информация результатов исследований приведена в графическом виде на рис. 2 - 3 с выделением технологических этапов, оказывающих влияние на формирование деформаций закладочного массива.
Этап №1 охватывает период времени от начала поступления закладочного материала в очистную заходку до выхода на стабильный режим деформирования и составляет около 30 суток. В течение этого времени происходят окончательное затвердевание закладочного массива, его усадка и перераспределение нагрузки между ранее заложенными горными выработками от веса вышележащего рудного массива. По всем станциям в этот период отмечены резкие знакопеременные изменения деформаций с дальнейшим выходом на более постоянный режим деформирования.
Этап №2 характеризует естественный процесс деформирования закладочного массива только за счет развития опорного давления рудного целика выше горизонта отработки. Этот период условно заканчивается до момента проходки очистной заходки, расположенной вприсечку к залитой горной выработке с установленной станцией. Результаты наблюдений показывают, что в условиях объемно-напряженного состояния в течение этапа №2 закладочный массив испытывает сжимающие деформации. Характерное сжатие закладки подтверждается и шахтными визуальными наблюдениями в подземных горных выработках.
[РШШ!™!
50
Этап 1
Этап 2
Этап 3
Этап 4
Этап 5
-200
0
50
100
150
200
250
300
350
Сюта®
Интервал наблюдения, сут -•-Осевые -"-Поперечные -^Вертикальные
Рис. 2. Графики изменения относительных деформаций по тензометрической станции №°1
Рис. 3. Графики изменения относительных деформаций по тензометрической станции №2
Следует отметить, что в течение этого этапа по некоторым станциям (например, на станции №1 (см. рис. 2) наблюдались отклонения от общей схемы изменения осевых деформаций. Здесь в течение первых 110 суток зафиксированы затухающие деформации растяжения, характеризующиеся суммарной величиной в размере 36*10-5. Выявленные деформации растяжения объясняются местом размещения замерной станции №1, она установлена в висячем боку рудной залежи. По мнению Зотеева О.В. и Макарова А.Б. [3], в краевых частях формирующейся мульды сдвижения от очистных работ будут преобладать участки растяжения, тогда как в центре мульды концентрируются области сжатия. Данный вывод получил свое подтверждение на практике, что было доказано замерами по тензометри-ческим станциям установленным в краевых частях мульды сдвижения.
Этап №3 представляет собой отражение процесса проходки присеч-ной заходки на деформирование рядом расположенного закладочного массива (см. рис. 1). Изменение деформаций закладочного массива исследовано при уменьшении расстояния между очистным забоем и плоскостью наблюдательной станции в заложенной очистной заходке и приведено в таблице.
Анализ полученных результатов (рис. 4) показал, что от проходки выработки вприсечку к заложенному массиву в последнем происходит единовременное сжатие без увеличения скорости деформирования в дальнейшем.
Результаты определения относительных деформаций по станции №1 при проходке присечной очистной заходки
Интервал наблюдений, сут Расстояние забоя до станции, м Деформации измеренные, 10-5 Деформации с учетом £т, 10-5
£х 8у £х 8у
0 -135 0 н/з 0 0 0 н/з 0
5 -108 0,2 н/з -2 0 0,2 н/з -2
12 -64 -0,4 н/з -4,6 0 -0,4 н/з -4,6
17 -37,5 -1,7 н/з -7,4 0,1 -1,8 н/з -7,5
21 -17,5 0,1 н/з -15,2 0,1 0 н/з -15,3
23 -6 -0,3 н/з -16,8 0,1 -0,4 н/з -16,9
24 -2 -0,8 н/з -18,1 0,1 -0,9 н/з -18,2
25 3 -15,8 н/з -19,8 0,1 -15,9 н/з -19,9
26 14 -14,8 н/з -12,3 -0,2 -14,6 н/з -12,1
31 35,5 -11,1 н/з -12,4 -0,1 -11 н/з -12,3
35 48 -11,3 н/з -12,7 -0,1 -11,2 н/з -12,6
40 48 -11,3 н/з -13 0 -11,3 н/з -13
46 48 -10,7 н/з -13,5 0,2 -10,9 н/з -13,7
52 48 -9,5 н/з -13,9 0,3 -9,8 н/з -14,2
Рис. 4. Графики деформаций закладки в зависимости от расстояния забоя Ь присечной очистной заходки до станции №1
Этап № 4 аналогичен этапу № 2. Здесь отмечено монотонное сжатие закладочного массива. Деформирование закладки на участке установленной станции происходит со скоростью характерной до влияния проходки присечной выработки в осевом и поперечном направлениях. Наиболее
интенсивнее проявляется сжатие в вертикальном направлении за счет общего нагружения при посадке рудного целика по всей подрабатываемой площади горных работ.
Этап №5 характеризует изменение напряженно-деформированного состояния закладочного массива при проходке горных выработок на первом слое отработки под искусственной потолочиной (см. рис. 1). Во всех контролируемых направлениях зафиксировано увеличение растягивающих деформаций. Максимальные приращения деформаций растяжения отмечены в вертикальном и поперечном направлениях. При формировании осевых деформаций происходит их более плавное изменение, что связано с плавным прогибом всей армированной конструкции очистной заходки.
Итоговый анализ проведенных работ позволяет сделать вывод, что опробованная методика адекватно отражает происходящие процессы деформирования закладочного массива, формируемого в условиях отработки богатых железных руд с использованием слоевой системы разработки.
Список литературы
1. Выполнить обоснование безопасных условий отработки Яковлев-ского железорудного месторождения под неосушенным нижнекарбоновым водоносным комплексом без сооружения водонепроницаемых перемычек. Согласование результатов в Госгортехнадзоре России: // отчет о НИР / НТЦ «НОВОТЭК»; рук. работ Г.Н. Гензель. Белгород, 2004. 122 с.
2. Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию Яковлевского рудника. Этап 2. Экспертная оценка и анализ принятых ранее решений по гидрогеологической защите горных работ и предотвращению внезапных прорывов воды в горные выработки. Разработка рекомендаций по выбору системы разработки для участка первоочередной отработки рудного тела:// отчет о НИР / СПГГИ им. Г.В. Плеханова (ТУ); рук. работ В.Л. Трушко. СПб., 2003. 162 с.
3. Геомеханическое обоснование параметров отработки богатой железной руды на Яковлевском руднике:// отчет о НИР / ИЭЦ ИГД УрО РАН; рук. работ О.В. Зотеев, А.Б. Макаров. Екатеринбург - Москва, 2009. 87 с.
S. V. Sergeev, D.A. Zaytsev
EVAL UA TING DEFORMA TION PROCESSES OF FILLING MASS AT CONDITIONS OF LAYER-WISE MINING METHOD OF RICH IRON ORES
Results of supervising filling massif deformation processes by mining rich iron ores at the Yakovlevsky Deposit conditions were considered. Analyzing made experimental researchers with taking account real mining situation was done.
Key words: filling mass, deformation, converter, rich iron ores.
Получено 12.11.12
