Оценка влияния динамических нагрузок на устойчивость выработок днищ очистных блоков Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Вторичные минералы образует реакционные каемки замещения на границах зерен пирита и пирротина, а также заполняют прожилки секущие эти зерна.

Таким образом, предподготовка медно-колчеданных руд на примере Сибайского месторождения возможна при качественном изменении главных рудо-

образующих минералов, таких как обоженный пирит и пирротин. Основной способ преобразования руд является взаимодействие сульфатов меди с рудной массой при направленной подачи минерализованных вод. В результате этого взаимодействия образуются ковеллин и халькопирит.

--------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ОгпевскпйВ.М. Рудничная вентиляция, освещение и борьба с рудничными пожарами. - С.: Металлургиздат, 1958.

2. Смирнов С.С. Зоны окисления сульфидных месторождений. - М.-Л.: Изд-во Ак. наук СССР, 1955.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------------------------

Рыльникова Марина Владимировна - профессор, доктор технических наук, зав. лабораторией геомеханики ИПКОН. Маннанов Рашит Шавкатович - кандидат технических наук, ст. преподаватель, Магнитогорский государственный технический университет.

Горбатова Елена Александровна - аспирант, Магнитогорский государственный технический университет.

© Р.Ш. Маннанов, А.В. Сараскин, 2003

УАК 622.235^622.28

Р.Ш. Маннанов, А.В. Сараскин

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЛИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА УСТОЙЧИВОСТЬ ВЫРАБОТОК ЛНИШ ОЧИСТНЫХ БЛОКОВ

арактерной особенностью современного этапа развития подземных горных работ на рудниках является интенсивное увеличение глубины разработки, усложнение горно-геологических и горнотехнических условий, что существенно затрудняет реализацию прогрессивных технологий добычи. Чаще наблюдаются случаи преждевременного разрушения подготовительно-нарезных, выпускных выработок в основаниях очистных блоков, что повышает вероятность возникновения аварийных ситуаций. Отработка днищ блоков, в которых сосредоточено до 30^50% запасов блока, сопряжена со значительными техническими и организационными трудностями и характеризуется повышенными потерями руды ввиду их высокой нарушенности. Особенно остро эти проблемы стоят на медно-колчеданных месторождениях с пологопадающими, наклонными рудными телами и невыдержанной морфологией, чаще всего отраба-

тываемые этажно-камерными системами с закладкой.

Эксплуатационные свойства и состояние подготовительно-нарезных выработок днищ блоков в значительной мере определяется действием взрывных работ, интенсивностью проявления горного давления, степенью истирания поверхности рудоприемных и выпускных выработок. Производство очистных работ связано с проведением взрывов по отбойке рудного массива в камерах и вторичному дроблению негабаритов непосредственно в выработках днища блоков. Разрушительное воздействие взрывов на несущие элементы днищ блоков вызывают обрушения, откольные явления на обнажениях, осложняют ведение очистных работ. Поэтому вопросы устойчивости подземных выработок, несущих элементов не могут быть решены без количественной оценки степени воздействия динамических нагрузок от взрывов. Учитывая большие объемы массовых взрывов, особенности напряженного состояния массива пород днища блока, вопросы сейсмобезопасности могут быть ограничивающим фактором при расчетах прочности. Это обуславливает необходимость расчета безопасных объемов ВВ с точки зрения сейсмического воздействия на элементы систем разработок [2, 3, 5, 7].

Анализ состояния изученности вопросов влияния сейсмоэффекта технологических взрывов на устой-

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ЛИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ЛНИШЕ БЛОКА ОТ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ

Расположение выработок днища блока Продольная скорость в породах охраняемого объекта Ср, км/с Плотность пород в основании блока у„, т/м3 Предельное эквивалентное приведенное расстояние ^э], м/кг1/3 Безопасное расстояние по сейсмическому воздействию R, м Допустимая скорость смещения [V], м/с Критическая скорость смещения Укр, м/с Предел динамической прочности на растяжение [Один], МПа Динамические напряжения адпн» МПа

2,5 2,6 4,24 41 0,49 0,53 9,8 34,3

Во вмещаю- 1,7 2,6 6,00 58 0,23 0,32 7,4 14,1

щих породах 1,5 2,6 6,71 65 0,20 0,27 3,7 10,6

2,5 2,8 4,15 40 0,49 0,53 10,0 37,1

3,0 2,8 3,52 34 0,59 0,67 9,2 56,5

В руде 3,5 3,5 2,87 28 0,69 0,84 23,8 102,6

4,0 3,7 2,50 24 0,79 1,00 40,0 148,7

чивость элементов горных конструкций позволяет заключить, что имеются апробированные и достаточно надежные методики прогноза уровня сотрясений и определения сейсмобезопасных параметров взрывных работ при подземной разработке рудных месторождений. В настоящей работе использованы основные положения и зависимости методики [1, 2] надежность которой подтверждена большим объемом экспериментального материала.

Для горных выработок сейсмическая опасность определяется значениями возникающих динамических напряжений. Разрушение пород массива или крепи не произойдет, если

а дтах < [адр ], МПа,

(1)

где одмах - максимальные динамические напряжения; [о'У - предел динамической прочности на растяжение.

Так как возникающие при взрыве напряжения пропорциональны скорости смещения и связаны зависимостью [5]

ст = уСРУ10-5, МПа, (2)

где V - критическая скорость смещения частиц, м/с; у - плотность пород, кг/м3; СР - скорость продольных волн, м/с, то в качестве критерия сейсмоопасности подземных выработок принимается критическая скорость смещения, соответствующая предельным напряжениям или деформациям. Сейсмическая безопасность обеспечивается в том случае, если значение скорости смещения нигде на контуре охраняемой выработки не превысит предельных, допустимых величин для пород, слагающих массив.

Значения динамического предела прочности пород на контуре выработок, а, следовательно, и величина критической скорости смещения зависит от большого числа факторов (вид напряженного состояния, состояние массива, трещиноватость, геометрические размеры обнажений, вариация свойств, многократность воздействия и др.), аналитический учет которых затруднен, поэтому вводится для надежности расчетов коэффициент надежности КЗ. Тогда условие сейсмоустойчивости будет иметь вид

К ]=^

К,

(3)

где ^кр], ^р - значения скоростей смещений, соответственно, допустимой, критической от взрыва.

Значение критической скорости смещения частиц определяем по соотношению

V = К • я-

= В • Я-т , м/с,

(4)

которое в отдельных диапазонах аппроксимируется [1] соотношениями с постоянным показателем степени (т)

V = В • К„ • Кт, м/с

(5)

где Ку - коэффициент, характеризующий сейсмоэффект при фактических грунтовых условиях измерения, м/с; В - переходный коэффициент, характеризующий изменение расчетного коэффициента пропорциональности при использовании постоянного показателя степени т в отдельных диапазонах аргумента ^ в частности из [1]

т = 2,25 В = 1,042 при R = 0,4-2,0, м/кг1/3 (а)

т = 2 В = 0,950 при R = 1,0-6,5, м/кг1/3 (б) (6)

Коэффициент грунтовых условий Ку определяется упругими характеристиками взрываемых руд и грунтов в основании охраняемых объектов

К V =

Ср (1 + ц)2

ТСР

(7)

9Ї(1 -Ц)2 у(тСр )Н

где ц - коэффициент Пуассона взрываемых руд; у, ун - плотность взрываемых руд и грунтов в основании охраняемых объектов, т/м3.

Допустимую скорость смещений массива для подземных выработок и элементов систем разработки предлагается рассчитывать по зависимости

кр ]=

К-Р

, м/с,

(8)

где К = 1-4 - класс важности выработок, связанный со сроком их службы (Т, лет), важностью и ответственностью; К = 1 -особо ответственные: стволы шахт, капитальные штольни, туннели со сроком

0.05

2.21К

службы (Т) 10 лет; К = 2 - большой важности: околоствольные дворы, квершлаги и т.д. со сроком службы 5-10 лет; К = 3 - ответственные: транспортные и вентиляционные штреки со сроком службы 1-3 года; К = 4 - выработки со сроком службы менее года; Р2 - суммарный ранг выработки, учитывающий скорость волн в породах и поправку на тип крепи, определяется согласно [1].

В условиях широкого применения короткозамедленного взрывания обеспечение сейсмической безопасности взрыва достигается соответствующим выборов либо допустимого (безопасного) для данных условий заряда ВВ в замедляемых группах в зависимости от их расстояния до охраняемого объекта, либо безопасного для данного взрыва расстояния, которое сравнивается с фактическим удаленном объекта от места взрыва, что позволяет судить об опасности или безопасности взрыва.

Результаты расчетов, проведенные для условий расположения выработок оснований блока в породах и руде при мгновенно взрываемом заряде весом 900 кг, замедлении 20 мс, ЛНС 2,5 м, плотности взрываемых руд 3,5 т/м3 сведены в таблицу.

Анализ таблицы показал, что возникающие в результате массовых взрывов динамические нагрузки в 2-6 раз превосходят пределы динамической прочности руд и пород. Наибольшие нагрузки проявляются при увеличении акустической жесткости, т.е. при расположении выработок днищ блока в рудном массиве. Расположение выработок днищ блока в подстилающих породах увеличивает зону безопасного расстояния с 20^35 м до 40^65 м. Несмотря на малые размеры обнажений, возможна реакция напряжений растяжения, которые

могут вызвать откольные явления на контуре. Мощность откола рекомендуется определять по зависимости, предложенной Г.Г. Юревичем [8]

5 = 0,3Ьа8, м (9)

где 5 - мощность откола, м; Ь - минимальный размер обнажения, м, и при размере обнажения Ь = 2^3 м мощность откола составит 0,5^0,7 м, что хорошо согласуется с данными практики.

Авторами работ [4, 6] определено, что при выпуске рудной массы из камер высотой 30-60 м износ рудоприемных воронок незначителен и не отражается на эксплуатационных качествах днищ блоков.

Таким образом, наибольшие динамические нагрузки возникают при ведении массовых взрывов. При этом при расположении выработок днищ блоков в породном массиве предельное эквивалентное приведенное расстояние [^] составляет 4,24^6,71 м/кг1/3; при расположении выработок в рудном массиве [^] изменяется в пределах 2,5-3,5 м/кг1/3. Безопасное расстояние по фактору сейсмобезопасности составляет при массе мгновенно взрываемого заряда равному 900 кг и расположении выработок днищ блоков в рудном массиве 25 м и с заглублением в породу увеличивается до 40^65 м. Т.е. для снижения вредного влияния динамических нагрузок необходимо применять мероприятия по уменьшению этих воздействий. Наряду с уменьшением веса ВВ использовать такие типы крепления выработок, которые способны выдерживать динамические нагрузки без разрушения

1. Автоматизированный расчет безопасных условий сейсмики взрывов (АРБУСВ): Учеб.пособ. -

Магнитогорск: МГМЙ.-1993.

2. Богацкий Ф.В., Пергамент В.Х. Сейсмическая безопасность при взрывных работах. - М.: Недра, 1978.

3. Закладочные работы в шахтах: Справочник / Под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыгалова. - М.: Недра. -1989.

4. Именитов В.Р, Абрамов В.Ф, Попов В.В. Локализация пустот при подземной добыче руд. - М.: Недра, 1983.

5. Кокарев Н.А. Исследование воздействия взрывов на устойчивость целиков и потолочин (на примере

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Южно-Уральских бокситовых и Златоустовского рудников): Дис...канд.техн.наук. - Магнитогорск, 1969.

6. Кузьмин Е.В. Упрочнение горных пород при добыче руд.-М.: Недра, 1991.

7. Пергамент В. Х, Медведев С.В, Богацкий В.Ф. Прогноз скоростей сейсмических колебаний при взрывах // Сб. научн.трудов МГМИ.-Магнитогорск.-1975.-Вып.151.-С.3-22.

8. Юревич Г.Г., Беляков В.Д., Севостьянов Б.Н. Охрана горных выработок от воздействия взрывов. - М.: Недра, 1972.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------------------------------

Маннанов Рашит Шавкатович - кандидат технических наук, ст. преподаватель, Магнитогорский государственный технический университет.

Сараскин Александр Викторович - гл. инженер Учалинского подземного рудника.