Районирование выработок по способам крепления в условиях Шерегешевского месторождения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.А. Еременко, В.Н. Филиппов, В.В. Дорогунцов, Е.А Белоусов,

А.И. Федоренко, 2005

УДК 622.831:622.2

В.А. Еременко, В.Н. Филиппов, В.В. Дорогунцов,

Е.А. Белоусов, А.И. Федоренко

РАЙОНИРОВАНИЕ ВЫРАБОТОК ПО СПОСОБАМ КРЕПЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ШЕРЕГЕШЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Семинар № 2

ТУ условиях неравномерного поля

.О напряжений в блоках целиках Ше-регешевского месторождения оптимальные форма и размеры поперечного сечения выработок такие, при которых объемы зоны хрупкого разрушения минимальные. Эти зоны соответствуют участкам опасных концентраций напряжений. Рост напряжений наблюдается в массиве вокруг выработок, пройденных в крепкий породах на глубине, где гравитационные силы не достигали значений предела прочности породы.

Одной из наиболее трудоемких операций в общей технологии добычи руды является проведение горных выработок -приходится трудоемкости около 30% от общей доли. Повышение производительности труда и других техникоэкономических показателей проходки выработок достигается за счет увеличения глубины заходки, взрываемой за один прием с обеспечением перераспределения зоны опорного давления вглубь массива горных пород.

На шахте Шерегешевского месторождения при системе разработки этажного принудительного обрушения проведение, например, откаточных ортов осуществляют через 27 м вкрест простирания рудных тел по направлению главных составляющих напряжений. Работы по проходке выработок площадью 10,2 м2 выполняется по породе и магнетитовой руде (коэффициент

крепости по М.М. Протодьяконову 12^18) при бурении шпуров глубиной 2,5^2,7 м.

Технология проведения горизонтальных выработок с применением комплекта шпуров диаметром 40-43 мм заключается в следующем. В центральной части забоя выбуривается компенсационная скважина, диаметром 105 мм, длиной не менее 20 м. Скважина также служит для определения категории, удароопасности методом электрометрии. Вруб состоит из четырех параллельных шпуров, глубиной 2,5 м, расположенных по вершинам ромба вокруг скважины. Длина диагоналей ромба, а также расположение шпуров во врубе изменяются в зависимости от физикомеханических свойств горных пород -250^350 мм. Оконтуривающие шпуры выбуриваются на расстоянии 650-1000 мм один от другого и 250-350 мм от проектного контура выработки под углом 2-3° по отношению к стенке орта. Число шпуров составляет 14, всего 40.

Шпуры заряжают патронированным аммонитом 6ЖВ. Для обеспечения обратного направления инициирования патрон-боевик размещают в донной части заряда. Способ взрывания огневой с применением ЗП. Интервалы замедления между группами зарядов ВВ колеблются от 2 до 10 с.

Анализ результатов проходки выработок показал, что переход на новую схему расположения шпуров вокруг компенсационной скважины позволил увеличить коэффициент использования шпуров

до 0,95^0,97; сократить время обуривания забоя за счет уменьшения числа шпуров; уход составил 2,37 м.

На Шерегешевском месторождении 7080 % динамических явлений связаны со взрывными работами. Наиболее значительное влияние на горные выработки оказывают взрывы в процессе оформления компенсационных камер, а также выполнения операций по обрушению панелей. После них в различных районах шахтного поля регистрируются обрушения горных пород, заколообразование и др. Энергетический класс взрывов, рассчитанный, как и класс динамических явлений, по сейсмограммам, полученным на сейсмостанции «Таштагол», колеблется от 5 до 8,7 и более.

Для оценки состояния выработок при проведении массовых и технологических взрывов установлен критерий удароопас-ности Кі нами принято отношение сейсмической энергии, накопленной в массиве горных пород к потенциальной энергии, заключенной во взрыве заряда ВВ, проведены экспериментальные исследования в условиях Шерегешевского месторождения.

Удароопасность массива горных пород после каждого взрыва оценивалась параметром К1, определяемым из выражения

к.=^

I • ^ (1)

где ЕВ - сейсмическая энергия взрыва, Дж; Ев = 10К , К - показатель энергетического класса, равный к = 2,76• Ц т + 2,24, где т -длительность сейсмического события, I -полная удельная работа взрыва заряда ВВ, Дж/кг; р - масса заряда ВВ (граммонит 79/21), кг.

В результате проведенных взрывов по подготовке и обрушению технологических блоков установлено, что величина Кі изменялась от 10-5 до 10-3, причем величи-

на Кі характеризовала состояние массива горных пород, где производился взрыв (табл. 1-3). При значениях К, близких к нулю, НДС массива не претерпело существенных изменений. При К, равном от

3,5 -10-4 до 10-3 и более, в шахте происходили горные удары, микроудары и толчки, вызвавшие обрушения пород и поднятие железнодорожных путей и т. п. (табл. 4). Определение сейсмической

энергии взрывов позволяет оперативно оценивать удароопасность массива, что обеспечит повышение безопасности в шахте и снижение затрат на подготовительно-восстановительные работы.

Прочностные и деформационные характеристики пород Шерегешевского месторождения представлены в табл. 5. Модуль упругости пород изменяется от

2,3-104 до 6,9-104 МПа, а магнетитовой руды — от 4,1-104 до 2,8-104 МПа. Коэффициент Пуассона составляет 0,19-0,23.

Для оценки относительной хрупкости горных пород определялись коэффициенты К, и К2, характеризующие склонность материала к хрупкому разрушению за счет упругой энергии, накопленной в самом материале. Результаты испытания образцов горных пород на хрупкость и оценка их удароопасности приведены в табл. 6.

Коэффициенты удароопасности пород, основанные на их хрупкости:

К, = еу/еп и К2 = Е /М , где єу - упругая энергия; єп - полная энергия; Е - модуль упругости; М - модуль спада горной породы.

Критерии оценки по категориям уда-роопасности приведены ниже.

Удароопасные Неудароопасные

К, >0,7 <0,7

К2 <1,0 >1,0

Судя по коэффициентам, К, >0,7 и К2 < 1,0, горные породы относятся к

Таблица 2

Оценка удароопасности горных пород при взрывах по участку Новый Шерегеш

і

>8

О,

£

СО

§■1

X

§

иа

со

£

1!

0. и

|5

ВС

2

&

00

§

оооооооооооооооо

Ю

Г-н 1.0 тН

О. ^ ^ °і °0 о\ О О О О іл

см" см" см" см" 1-Г с\Г 1-Г со" т-Г і-Г і^Г см" г-Г

<0 Ю СО СО <0 <0

сі сх о. й о. о.

§ і і і і і § § § і

ЮЮіЛЮіПіЛЮіПіПіПЮЮіЛіЛЮіЯ МЮООООІЛЮІЛМММСМСМІЛІПСМС^ И«НН(М(МО]СОСОСОСОГО(М(МСОСО + + + + + + + + + + + + + + + +

г> г— см см

см

о о

а\ о\ см см

см

ооооооооо

ооооооооо

ОООСМіЛООСОСМГ^СМ

СМчО^^іЛіЛ^чО^

о о о о

о о о о о о о о

П\ ҐЧ1 ^^ '

Й Й оо СО О н

1-І ю ю

'~ІЛІЛІЛЮ'Х>ІЛЧО'£>чО'£>^ОІГ>ЧЗ'£>т

оооооооооооооооо

т-н 00 [> ІЛ ^ СО і-н N О ип 00 о> СО 00

ю со" со" со" ^ со" ^ґ" ^ґ" со" со" со" со"

О^ 00^ (> Ю 1Л Г* СО^ ЧО 00_ 00_ 00 ^ о>

О-" ю" ю" ю" ЧО ч£>" чо" ч£5 чО чО чО 1Л чо ю"

1-І О ЧО СО т-1 о

СО 1-і со СО СО ю

см см см см

О» т—I

ю

чО

СМ гН СМ см ^

СО тЧ СО со со со

см см см см см см

[>• 1-І СМ СМ СГ\ го

—I см см ^ см ^ ^

о

орооороро

^ілюючЬі>г^г^[>

ррррррррр

а^і-іюо6а>а,\союс'\

СМ СМ СМ СМ О О 1-і н т—н

^ ^ ^ ^ ^ ^ ^

о о о о о о о

1> 00 00 00 о\ о\

о о о о о о о

^ чо ^ 1-і СО ^

см о о см о о о

изонт, м Вид взрыва Критерий удароопасности

255 подсечка 1,4х10-4

185 подсечка 1,7х10-3

5-+185 массовый взрыв 6,6х10-4

255 подсечка 2,8 х10-4

185 подсечка 2,4 х10-3

185 подсечка 2,8 х10-3

185 подсечка 5,8х10-4

255 подсечка 1, 1 х 10-4

185 подсечка 2,9 х10-4

185 подсечка 2,7 х10-4

255 подсечка 5,4х10-4

325 комп. камера 1,8х10-5

325 комп. камера 6,3х10-4

185 подсечка 9,5 х10-4

325 комп. камера 2,1х10-4

185 подсечка 3,6х10-3

255 подсечка 6,6 х10-4

255 подсечка 1,3 х10-4

І-+255 массовый взрыв 5,2х10-5

255 подсечка 1,6х10-4

185 подсечка 2,5 х10-5

185 подсечка 3,9х10-4

185 подсечка 2,2 х10-4

категории «удароопасные». К удароопасным породам участков Шерегешевского месторождения отнесены сиениты, граниты, роговики, альбито-порфириты, мраморизованный известняк и магнетитовая руда.

Максимальное главное напряжение имеет северо-

западное направление (азимут линии действия 345°), наклонено под углом 5-10° к горизонтальной плоскости и в 2,8-

Дата Время Энерг. класс Энергия взрыва Е, Дж Кол- во ВВ Блок Горизонт, м Вид взрыва Критерий удароопасности

18.08.04 7.25 5,5 3,5х105 1700 5 +255 подсечка 5,8х10-5

19.08.04 16.07 6,5 4,4 х106 4194 5 +255 подсечка 2,9х10-4

19.08.04 23.36 6,7 4,6 х106 2880 5 +325 комп. камера 4,4х10-4

21.08.04 7.51 6,2 4,1х106 1500 5 +325 комп. камера 7,6х10-4

23.08.04 23.16 6,5 4,4 х106 3340 5 +325 комп. камера 3,7х10-4

25.08.04 15.33 7,4 5,4 х107 6426 5 +325 комп. камера 2,3х10-3

26.08.04 15.25 5,7 3,7х105 1700 5 +255 подсечка 6,1 х10-5

28.08.04 7.22 6,7 4,6 х106 2100 5 +255 подсечка 6,1 х10-4

31.08.04 7.23 6,4 4,3 х106 4000 5 +325 комп. камера 3,0х10-4

31.08.04 15.19 6,5 4,4 х106 2100 5 +325 комп. камера 5,8х10-4

01.09.04 7.31 5,8 3,8х105 600 5 +325 комп. камера 1,7х10-4

03.09.04 7.25 6,7 4,6 х106 2100 5 +325 комп. камера 6,1х10-4

06.09.04 23.29 6 3,9х106 2300 5 +325 комп. камера 4,7х10-4

10.09.04 15.36 6,8 4,7 х106 8900 5 +325 комп. камера 1,4х10-4

3,0 раза превышает вес столба налегающих пород (табл. 7). На глубине 518 м (гор. +115 м) абсолютное значение максимального главного напряжения составляет (-39)-(-22) МПа. На гор. +255 м максимальное напряжение имеет также северозападное направление (азимут 325°), наклонено под углом 5-10° к горизонтальной плоскости и по абсолютной величине составляет (-25,8)-(-22,2) МПа.

Взаимосвязь между абсолютными значениями главных напряжений выражается соотношениями:

ст1 = 2,6ст3, <г2 = 1,4ст3,

^3 =уН (2)

Первые признаки удароопасности на Шерегешевском месторождении зарегистрированы в 1971 г. на глубине 160 м в выработке, проводимой в зоне влияния очистных работ. С глубины 300 м отмечались стреляния. Далее с понижением горных работ за период с 1990 по 2003 гг. произошло 92 динамических явления в форме интенсивного заколообразования, стреляния, внезапного обрушения

Критерии удароопасности, К Заключение о состоянии массива Тип динамических явлений

К < 10'5 Массив горных пород склонен к накоплению упругой энергии и реализации ее в виде микроразрушений Толчки

10'5 < К <1,7-10-4 Локальная концентрация напряжений в выработках Толчки, стреляния, интенсивное заколообразование

< К < ■'Г О О ,7 ,5 Напряжения достаточны для динамических явлений с сейсмической энергией 103 - 106 Дж Микроудары, толчки, стреляния

3,5 ■ 10-4< К <10'3 Удароопасное Горные удары, микроудары, толчки

К > 10'3 Удароопасное на площадях более 400 м2 Удары горно-тектоничес-кого типа, горные удары

Таблица 5

Прочностные и деформационные свойства горных пород участков Шерегешевского месторождения

Место отбора образ- Горная порода Предел Модуль Коэф-

цов прочности на упругости фи-

одноосное Е104 циент

сжатие Пуассо-

МПа на, V

Подрусловый

Гор. +185 м, разведочный штрек № 4 Порфирит 27,7 6,8 0,23

Гор. +255 м, скв. Скарн 27,2 6,9 0,19

Магнетитовая руда 32,7 7,8 0,19

Болотный

Гор. +185 м, орт Магнетитовая руда 61,7 4,1 0,27

№ 56 Сиенит слабоскарнированный 89,5 3,3 0,23

Скарнированный сиенит с

магнетитом 25,0 2,3 0,15

Главный

Гор. +185 м, квершлаг № 1 Гранит 164,0 6,3 0,19

Гор. +185 м, Восточный квершлаг № 2 Порфирит 153,0 6,8 0,23

Гор. +185 м, орт № 57 Магнетитовая руда 58,4 6,6 0,22

Горизонт +185 м (Новый Шерегеш)

Орт № 20 Мраморизованный известняк 52,8 3,2 0,19

Орт № 25 Скарн гранат-пироксеново-го состава 105,6 6,7 0,21

Обгонный штрек Магнетитовая руда 85,9 8,7 0,12

Штрек № 7 Магнетитовая руда 80,7 11,2 0,06

Штрек № 4 Мраморизованный известняк 26,9 4,6 0,17

Орт № 33 Скарн гранат-пироксеново-го состава 61,1 8,2 0,29

Среднее 68,8 7,1 0,17

Горизонт +115 м

Грузовой квершлаг Скарн гранат-эпидот-пиро-ксенового состава 88,4 7,3 0,33

Порожняковый квершлаг Скарн эпидот-пироксеново-го состава 88,9 7,2 0,28

Среднее 88,65 7,25 0,3

горных пород, толчков и микроударов. В основном толчки и микроудары отмечались на участках Новый Шерегеш и Главный.

Следует отметить, что в декабре 2003 г. и в марте 2004 г. произошли сильные

микроудары на участке Главном в районе блока № 14, вызванные накоплением напряжений в массиве горных пород в результате взрывных работ. Динамические явления зарегистрированы энергетическими классами 6,3 и 9,4. В горных вы-

работках выявлены места нарушений, такие как

вспучивание почвы и поднятие рельсовых путей, обрушение горных пород в объеме 8-10 м3 и др

В связи с этим граница отнесения опасного по горным ударам массива по вертикали располагается с гор. + 325 м по гор. +118 м, и ниже до выклинки рудных тел. Удароопасным является участок горных пород на стыке участков Болотный и Главный, а также массив, ограниченный разведочной линией 2-2, и породным контактом в лежачем боку (северо-западное направление) участка Главный, за исключением северо-восточной части участка Главный.

Рассматривая условия отработки Ше-регешского месторождения, следует отметить следующие особенности:

• месторождение характеризуется наличием блочковой структуры и высокими тектоническими полями напряжений, в которых горизонтальные напряжения в

1,4—3,0 раза больше вертикальных;

• появление динамических явлений в форме микроударов 6—9 энергетического Таблица 6

класса;

• увеличение объемов обрушения горных пород (8—10 м3), вспучивание почвы и искривление рельсовых путей;

• наличие рудных и породных блоков — целиков, охранных целиков, пустот и реки на земной поверхности;

• около 80 % проявлений горного давления в динамической форме происходит на горизонте подсечки блоков, при оформлении компенсационных камер и ведении взрывных работ и др.

Переход к разработке рудных тел на больших глубинах и отнесения части Ше-регешевского месторождения к опасной по горным ударам обусловил необходимость решения принципиально новых задач по условиям применения различных типов и видов крепей.

По месторождениям различают выработки, находящиеся вне и в зоне влияния очистных работ. В зависимости от расположения выработок относительно направления действия главных составляющих поля напряжений выработки и устойчивость выработок будет различным. Прочность вмещающих пород, окружающих

Место отбора, горная порода Показатель удароопасности

К-і К2

Участок Подрусловый

Гор. +255 м, скарн 0,89 0,2

Гор. +25 м, магнетитовая руда 0,92 0,12

Участок Болотный

Гор. +185 м, орт № 56, магнетитовая руда 0,73 0,07

Гор. +185 м, орт № 53, скарнированный сиенит 0,91 0,14

Участок Главный

Гор. +185 м, орт № 57, магнетитовая руда 0,84 0,26

Гор. +395 м, блок № 33, пироксеновый порфирит 0,76 0,23

Гор. +395 м, разведочная скважина, скарнированный порфи- 0,80 0,15

рит

Участок Новый Шерегеш

Гор. +185 м, обгонный штрек, РШ-7, магнетитовая руда 0,85 0,14

Гор. +185 м, орты № 25, 33, скарн гранат-пироксеновый 0,88 0,15

Гор. +185 м, орт № 20, РШ-4, мраморизованный известняк 0,94 0,05

Гор. +185 м, орт № 33, порфирит 0,83 0,13

Таблица 7

Прочностные и деформационные характеристики пород Шерегешевского месторождения участка Новая промпдошадка

Направление скважины, порола Кол- Модуль Коэффи- Коэффи- Коэффи- Предел Коэффи-

во об- упругости циент циент Пу- циент ва- прочности циент ва-

раз- ЕЮ4, вариации, ассона, V риации, К, на сжатие риации, К,

цов МПа К, % % 1 ^сж Ь МПа %

Горизонт +225 м

Вертикальная, туфы трахитового порфирита 8 8,52 11,7 0,23 10,9 129 24,1

Горизонтальная, азимут 180°, туфы трахитового порфирита 8 7,24 20,04 0,21 24,5 132 17,2

Горизонтальная, азимут 270°, мра-моризованный известняк 8 7,32 9,7 0,22 17,1 90 10,9

Горизонт +255 м

Вертикальная, туфы трахитового порфирита 8 8,5 13,2 0,26 25,9 138 6,2

Горизонтальная, азимут 37°, мрамо-ризованный известняк 6 6,0 13,8 0,25 15,6 137 20,6

Горизонтальная, азимут 307°, мра-моризованный известняк 6 6,0 25,4 0,25 20,0 118 19,9

'Л

о

э

■9

+

КЭ

&-|а

О

о

ІУ1

а

+

кэ

а |&-

О

ІУ1

К -Я

О ^ КС «

о

,9

+

кэ

&-|а

О

о

І»

Г)

О

>тЗ

к

к<

5

и

Е

о\

о

н

? И к

где О] - минимальная горизонтальная составляющая напряжения; 02 - максимальная горизонтальная составляющая напряжения; 03 - вертикальная составляющая напряжения, равная уЫ.

Формулы (4) и (6), (5) и (7) дают соответственно минимальные и максимальные касательные напряжения.

Напряжения среза для кровли и боков выработок, расположенных под углом к максимальной горизонтальной составляющей напряжения определяется из выражения

Таблица 8

Значения коэффициента структурного ослабления

1 — S х cos в

(8)

е1 = 1 —

Коэффициент структурного ослабления Расстояние между трещинами, м

0,9 >1,5

0,8 1,5 - 1,0

0,6 1,0 - 0,5

0,4 0,5 - 0,2

0,2 < 0,2

К =

(11)

где ттт - минимальное действующее напряжение среза на кровле и в боку выработки; е - эксцентриситет - геометрическое место точек, отношение расстояния которых от данной точки (фокуса) и от данной прямой (директриса постоянна). Кривая есть эллипс при е < 1 и, в частности, окружность при е = 0. 0 - угол между максимальной горизонтальной составляющей и осью выработки, измеряющийся от 0 до 90°.

Эксцентриситет определяется раздельно для кровли и боков выработки из следующего соотношения

(9)

где Tmax - максимальное напряжение на срез, действующее в кровле или боках выработки.

В том случае, когда ширина выработки равна высоте, минимальное напряжение среза для выработок, расположенных под углом к минимальной горизонтальной составляющей напряжения, определяется из выражения

T ср = Tmax • COS0, (10)

Коэффициент устойчивости горных выработок определяется из выражения [3-5]:

где [тср] - предел прочности вмещающих пород на срез, равный Кс-[ст][9]; [ст] - предел прочности вмещающих пород (руд) на одноосное сжатие; тср - действующее напряжение среза в кровле или в боках выработки; Кс - коэффициент структурного ослабления, принимается согласно табл. 8.

После определения коэффициента устойчивости горных пород (руд) по табл. 9 определяется категория устойчивости горных пород, конструкция и параметры крепи. При выборе конструкций крепи предпочтение следует отдавать крепям, которые взаимодействуют с приконтур-ным массивом, например набрызгбетон -анкера с сеткой - набрызгбетон. Особенно такие крепи наиболее эффективны в удароопасных условиях.

При выборе типа крепи в условиях проявлений горного давления в динамической форме предпочтение следует отдать крепям, взаимодействующим с приконтурным массивом, и, особенно, комбинированным крепям.

Под комбинированной крепью следует понимать сочетание различных видов крепи в выработке (штанговая крепь с на-брызгбетоном, штанговая крепь с металлической сеткой, штанговая крепь с металлической сеткой и набрызгбетоном и др.).

Для условий Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда» набрызгбетон должен наноситься сразу после выполнения

T

ср

2

T ср =

Таблица 9

Категория устойчивости и рекомендуемые виды крепей для условий горнорудных предприятий ОАО «Евразруда»

Степени устойчивости Категория устойчи- вости Коэффициент устойчивости Допустимое время обнажения Рекомендуемые виды крепей

Весьма устойчивые 1 >1 не ограни-чено набрызгбетон; без крепи

Устойчивые 2 1-0,б5 до 30 суток набрызгбетон - анкера; набрызгбетон - анкера -сетка

Средней устойчивости 3 0,б5-0,45 до 10 суток набрызгбетон - анкера -сетка; металлическая арочная

Неустойчивые 4 <0,45 не более суток набрызгбетон - анкера -сетка - набрызгбетон; металлическая арочная

взрывных работ. Он создает на контуре выработки защитное покрытие, сглаживает неровности контура и снижает при этом местные концентрации напряжений, упрочняя трещиноватый приконтурный массив.

При комбинированной крепи: набрызгбетон - анкера - сетка - набрызг-бетон первый слой набрызгбетона наносится по всему периметру выработки, второй слой на сетку только по своду выработки. Толщина его мажет быть различной в зависимости от категории устойчивости.

Конструкция анкерной крепи должна обеспечивать быстрое вступление в работу и сохранять расчетную несущую способность в течение всего срока работы крепи.

В расчет штанговой крепи входит определение длины, сетки расположения и диаметра штанг. Порядок расчета заключается в следующем.

С учетом тектонических горизонтальных напряжений величина действующего напряжения на контурах выработки определяется по формуле

Я-у а

Од = ■

f • кс

(12)

Я = ст1/ст3, (13)

где / - коэффициент крепости пород по М.М. Протодьяконову.

Длина штанги равна [6]

Ш = I. +1,51 3 + 1к, (14)

где I. - высота зоны возможного обрушения пород, м.

Я-а

I =-

f • кс

(15)

13 - глубина заделки штанги в ненарушенном массиве (0,3-0,4 м); 1к - длина выступающей в выработку части штанги (0,1-0,16 м).

Расстояние между штангами определяется из выражения

А=

3,14 • d2

4

'[ар ]

(1б)

где Л - коэффициент бокового распора.

где d - диаметр штанги, м2 (диаметр штанги принимается на основе практических данных); стр - предел прочности

штанги при растяжении, МПа; п - коэффициент запаса (п = 2-4).

ад- n

Основные параметры крепи: длина, диаметр и сетка расположения штанг, толщина набрызгбетонного покрытия. Параметры штанговой крепи определяются согласно методике расчета, изложенной выше.

Толщина набрызгбетонного покрытия определяется по формуле

8 =

/0.11-п-у-А

(17)

Г^« 1 ’

I С7 сж I

где [а"сж ] - предел прочности набрыз-гбетона при одноосном сжатии, МПа.

Величина нагрузки на крепь определяется по формуле 12.

Расстояние между штангами определяется из выражения

А =

3,14 - а2

4

К1

(18)

где кц - коэффициент повышения сцепления породы свода обрушения за счет натяжения металлической сетки, равный 1,1+1,2.

Рассмотрим пример расчета.

Выбрать рациональный вид крепи штрека, проходимого на шахте Шереге-шевского месторождения участка Главный на горизонте +255 м (Н = =330 м). Штрек будет проходиться по порфиритам мелкозернистой текстуры, сиенитам мелкозернистой структуры, скарнам пироксенгра-натового состава. Коэффициент крепости пород 16-18 по М.М. Протодьяконову. Средневзвешенная объемная масса горных пород 2,7 т/м3. Породы имеют незначительную трещиноватость (КС = 0,8). Ширина штрека а = 3,3, высота И = 3,1 м. Азимут выработки относительно максимальной горизонтальной составляющей равен 500. Выработка проходится вне зоны влияния очистных работ.

Решение

1. Для условий Шерегешевского месторождения компоненты главных горизонтальных напряжений вне зоны влияния

очистных работ равны: максимальная горизонтальная составляющая, направленная по простиранию рудного тела ст2 =

2,6 у X Н , минимальная горизонтальная составляющая, действующая вкрест простирания рудного тела ст1= 1,4 ух Н .

2. Определяем действующие касательные напряжения среза в кровле и боках выработки по формулам 3-8. Для этого по формулам (3) и (5) определяем соответственные минимальные и максимальные касательные напряжения в кровле выработок.

к

тКсР = ( сті - + 2- ст1 )0,5 = (1,4х0,027х

а

3 1

х330 - 0,027x330 + 2— х1,4х 0,027х 3,3

х330)0,5 = =15,08 МПа;

к

= ( ст2 - + 2- ст2 )0,5 = (2,6х0,027х

а

3 1

х 330 - 0,027x330 +2— х2,6х0,027х 3,3

х 330)0,5 = 31,78 МПа.

По формулам (4) и (6) определяем минимальные и максимальные касательные напряжения в боках выработки.

Т = (уН - ст1 + 2 - X уН )0,5 = (0,027 х к

3, 3

х330 - 1,4 х 0,027 х 330 +2— х х0,027 х

3,1

330) х0,5 = 13,15 МПа;

тб, = ( уН - ст2 + 2- х уН )0,5 = (0,027 х к

3 3

х330 - 2,6 х 0,027 х 330 + 2— х

3,1

х 0,027 х 330)0,5 = 1,25 МПа.

3. Определяем действующие напряжения на срез в кровле и боках штрека по формулам (7) и (8):

Тср Мі „2_„2 ,

1 -є X 008

єк = 1

-= 1

15,082

= 0,775;

к , 15,08

т = .

СР \/ 1 Л 'ЛС

1 - 0,775 X соє2 50

31,782

= 18,29 МПа;

= 1

1,252

13,152

= 0,991;

1,25 і

1 - 0,991 х соє2 50

. = 1,75 МПа.

к у =

к у =

= 1,2;

= 3,94.

4. Определяем предельные напряжения среза:

Т] = Кс [^ ] 0,3 = 0,8 х170 х 0,2 =

=27,2 МПа.

5. Определяем коэффициент устойчивости кровли и боков выработки по формуле (10):

6. По табл. 9, согласно полученным коэффициентам устойчивости, определяем категорию устойчивости. Кровля и бока выработки относятся к первой категории устойчивости.

7. Согласно табл. 9 выработку не следует крепить.

Таким образом, в результате проведенных исследований разработана методика определения облегченных типов крепей для условий Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

т

т

т

1. Курленя М.В., Еременко А.А., Шрепп Б.В. Геомеханические проблемы разработки железорудных месторождений Сибири. — Новосибирск: Наука, 2001. — 184 с.

2. Инструкция по креплению горных выработок. ВостНИГРИ, Новокузнецк, 1979. — 61 с.

3. Указания по безопасному ведению горных работ на месторождениях Горной Шории, склонных к горным ударам. Новокузнецк, 1991.

— 90 с.

4. Федоренко А.И., Шрепп Б.В. Управление состоянием массива на удароопасных месторождениях Сибири: уч. пособие (СибГИУ).

— Новокузнецк. — 2001. — 95 с.

5. Заславский Ю.З., Дружко Ю.Б. Новые методы крепи горных выработок. — М.: Недра. — 1989. — 256 с.

6. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М., 1987.

— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------

Еременко В.А. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИГД СО РАН, Филиппов В.Н. - главный инженер Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда»,

Дорогунцов В.В. - управляющий карьером ООО «Доломит»,

Белоусов Е.А. - начальник участка Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда»,

Федоренко А.И. - кандидат технических наук, заведующий кафедрой открытых горных работ Сибирского государственного индустриального университета.