CC BY
6
© В В. Поляков, 2012
УДК 622.272:004 В.В. Поляков
ОЦЕНКА СЛОЖНЫХ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИ ВЫЕМКЕ ТОНКИХ КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛ
Рассмотрены особенности распределения напряжений в массиве горных пород вблизи очистных выработок, приведены результаты исследования влияния направления преобладающих напряжений на поле напряжений вблизи очистного пространства.
Ключевые слова: метод конечных элементов, вертикальные и горизонтальные напряжения, разубоживание.
Практика горных работ на Холбинском руднике (ОАО «Бурятзолото») подтверждает существенное влияние глубины ведения горных работ на показатели вторичного разубоживания. Это влияние носит нелинейный характер и, кроме причин организационного и технологического порядка, определяется высокими значениями горизонтальных составляющих горного давления, которые превышают вертикальные в несколько раз [1].
Для Зун-Холбинского месторождения на глубине горных работ 500 м продольная относительно простирания жилы горизонтальная составляющая полного напряжения (стпр) превышает вертикальную (стг) в 1,9 раз, а поперечная (стпопер) — в 1,3 раза. В то же время на глубине около 400 метров при незначительной величине поперечной составляющей продольная составляющая полного напряжения достигала 2,5 от вертикальной составляющей [2].
Такое соотношение составляющих напряжения определяет влияние на устойчивость блоков, а, в конечном счете, на эффективность недропользования. Поэтому этот фактор заслуживает особого внимания.
Оценка напряженного состояния на контуре очистного пространства
для системы с магазинированием руды блоками может быть выполнена моделированием в системе MSC Nastran for Windows, использующей в основе расчета метод конечных элементов, и проверена инструментальными замерами, в том числе, репер-ными станциями.
Размеры блока для моделирования приняты следующие: высота -50 м, длина — 30—50 м, вынимаемая мощность — 2 м. Полученные результаты для характерных точек на контуре очистного пространства приведены в табл. 1—2 и на рис. 1—3.
При анализе полученных результатов были выявлены следующие основные закономерности:
По мере увеличения продольной составляющей напряжений в массиве наблюдается перемещение зон максимальных концентраций растягивающих напряжений от центральной части к флангам блока. На рис. 2 показаны эти зоны, которые, несмотря на меньшую площадь, охватываемой ими поверхности лежачего бока, включают в себя точки максимума напряжений.
Интенсивность максимальных напряжения с возрастанием поперечной составляющей горного давления также растет с концентрацией в центральной части блока. Очевиден
Таблица 1
Напряжения на контуре блока прн увеличении продольной составляющей горного давления (Поперечная составляющая постоянна и составляет — 1,3 о) МПа
Продольная составляющая горного давления для блока длиной и высотой 50 м 1,9 ог 2,0 о2 2,1 ог 2,2 ог 2,3 ог 2,4 о2 2,5 ог
Максимальные рас- В средней части 9,2 7,7 6,3 5,8 5,8 5,8 5,7
тягивающие напря- блока
жения В кровле заездов 8,1 7,8 7,6 7,3 7,1 6,9 6,7
Сжимающие на- на контурах заез- 70 70,3 70,9 71,6 72,3 73 73,6
пряжения дов
В потолочине 67,1 68,6 70,1 71,7 73,2 74,8 76,3
Таблица 2
Напряжения на контуре блока при увеличении поперечной составляющей горного давления (Продольная составляющая постоянна и составляет 1,9 о) МПа
Поперечная составляющая 1,3 о2 1,4 ог 1,5 Ог 1,6 Ог 1,7 Ог 1,8 Ог 1,9 Ог
горного давления для блока
длиной и высотой 50 м
Максимальные в средней 9,2 12,1 15,3 18,5 21,2 23,8 27,5
растягивающие части блока
напряжения в кровле заездов 8,1 9,5 10,8 12,2 13,5 14,9 16,3
Сжимающие на- на контурах 70 73,5 77,5 81,4 85,3 89,2 93,1
пряжения заездов
в потолочине 67,1 70,0 73,0 75,9 78,9 81,8 84,8
нелинейный характер изменения максимума значений растягивающих напряжений по отношению к изменяющейся нагрузке. Так увеличение значения поперечной составляющей в полтора раза вызывает рост растягивающих напряжений в центральной части лежачего и висячего боков очистного блока почти в 3 раза, сжимающие напряжения в потолочине и почве погрузочных заездов увеличиваются в 3 раза, напряжения в кровле погрузочных заездов в 2 раза (см. рис. 1 и 3) .
Составляющие напряжений горного массива могут быть замерены существующими методами, в том числе щелевой разгрузкой массива, успешно апробированной на рудниках ОАО «Бурятзолото».
Исследование диаграмм распределения напряжений позволяет обосновать коэффициенты концентрации напряжений в очистных блоках с учетом мест заложения замерных станций.
Лаже на выполненном этапе исследований можно сформулировать следующие выводы:
1. Возрастание продольной относительно плоскости простирания жилы составляющей горного давления не является угрожающим для устойчивости очистного блока, однако, существенно увеличивает нагрузку на выработки днища блока, в особенности на сопряжения погрузочных заездов с очистным пространством.
2. Увеличение поперечной составляющей горного давления представляет
Рис. 1. Характер распределения полных напряжений на контуре лежачего бока в плоскости простирания жилы
при Оюпер = 1,3 О Опр = 1,9 О
Рис. 3 Характер распределения полных напряжений на контуре лежачего бока (Па) в плоскости простирания жилы при увеличенииапопер до 1,9 Ог (апр = 1,9 Ог)
Рис. 2 Характер распределения полных напряжений на контуре лежачего бока в плоскости простирания жилы при увеличении Опр до 2,5 Ог
наибольшую угрозу для устойчивости очистного пространства и требует кардинальных изменений применяемой технологии и проведения дополнительных мероприятий для снижения опасного воздействия горного давления.
Рис.4 Напряжения на контуре лежачего бока (Па) блока длиной 30 метров при ипопер = 1,9 Ог Опр = 1,9 Ог
3. Очевидно влияние длины блока на значения максимальных полных напряжений в лежачем и висячем
боку блока. Так при снижении длины блока до 30 метров при соотношении вертикальной, продольной и поперечной составляющей горного давления 1x1,9x1,9 они снизились в два раза и составили 12,3 МПа (см. рис. 4).
На основании пунктов проведенных исследований можно судить насколько важным, с точки зрения оценки устойчивости очистного пространства является точное определение направления преобладающих напряжений в массиве пород.
1. Галаев Н.З. Управление состоянием массива горных пород при подземной разработке рудных месторождений: учеб. для вузов.-М.:Недра, 1990. — 176 с.:ил..
2. «Разработка прогрессивной технологии и обоснование рациональных параметров очистных работ при эксплуатации верхних горизонтов Холбинского месторождения (промежуточный отчет по теме 551). Раздел 3. Исследование ФМС руд и вме-
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
щающих пород / Исп. Хорохонов Ю.Б. — Иркутск :Фонды НИЧ ИрГТУ. С. 85-103.
3. Амусин Б.З., Фадеев А.Б. Метод конечных элементов при решении задач горной геомеханики. — М.: Недра, 1981.
4. Анализ систем разработки с магази-нированием руды, проведение прочностных хронометрических наблюдений, разработка рекомендаций по совершенствованию систем с магазинированием. — Иркутск, ИРГИРЕДМЕТ, 1991. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Поляков Владимир Владимирович — соискатель, e-mail: [email protected], Иркутский государственный технический университет.
