CC BY
46
_________________________________ © М.А. Иофис, А.В. Гришин,
2011
УДК 622.838; 622.363.2 М.А. Иофис, А.В. Гришин
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ ВЫШЕЛЕЖАЩИХ ПЛАСТОВ ПОРОД ПРИ КАМЕРНОЙ СИСТЕМЕ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАЛИЙНО-МАГНИЕВЫХ СОЛЕЙ
Предложен способ управления деформированием вышележащих пластов пород при камерной системе разработки месторождений калийно-магниевых солей. Применение данного способа управления деформированием вышележащих пластов пород должно повысить безопасность ведения горных работ, так как они будут вестись под защитой изогнутых вышележащих слоев горных пород. Ключевые слова: свод естественного равновесия, целик, деформации, камеры, прогиб, потери, водозащитная толща.
Лри освоении калийно-магниевых месторождений подземным способом в большинстве случаев применяется камерно - целиковая система разработки, особенно если существует необходимость в поддержании водозащитной толщи. Согласно предложению академика Л.Д. Шевякова междукамерные опорные целики оставляются по всему шахтному полю одинаковыми. Размеры этих целиков рассчитывают на восприятие давления от веса столба пород от почвы целика до земной поверхности [1].
Недостатком данного способа являются большие потери полезного ископаемого в целиках между камерами, нагрузка на которые принимается одинаковой, независимой от их местоположения в шахтном поле. В результате одни целики получаются неоправданно завышенных, а другие недопустимо заниженных размеров. Схематически это положение можно проиллюстрировать примером приведенном на рис. 1, из которого следует, что многие целики, расположенные внутри свода естественного равновесия, испытывают нагрузку от столба пород, не достигающего земной поверхности, а целик ВА', расположенный на границе двух сводов естественного равновесия, нагружен весом столба пород значительно превышающем глубину горных работ за счет пригрузки областей массива пород, расположенных в границах БбЕ и ЕЕ'вБ'.
Рис. 1. Схема распределения нагрузок на целики
уН
Рис. 2. Отработка панели с оставлением в нутри нее целиков одинакого размера
Выше изложенное обстоятельство способствует неравномерному деформированию вышележащих слоев и образованию в них сквозных, водопроводящих трещин. При одинаковых размерах целиков наибольшее сжатие получают целики, расположенные в центре выработанного пространства (рис. 2, целики 2, 3, 4), поскольку давление на них вышележащих пород значительно больше, чем давление на периферийные целики. Соответственно сжатие центральных целиков больше, чем периферийных. Поэтому слои вышележащих пород прогибаются в центре больше, чем у границ выработанного пространства, и приобретает форму, приведенную на рис. 2. При этом на границе выемочных участков происходит резкий изгиб слоев, вызывающий образования в них секущихся трещин, приводящих в определенных условиях к разрушению слоев [2].
Для устранения указанных недостатков предлагается следующий способ отработки месторождений калийных солей, отличающийся тем, что вместо целиков одинакового размера, рассчитанных на восприятие давления веса столба пород, равного глубине горных работ, и вместо одинаковой плотности закладки на всем шахтном поле, размеры междукамерных опорных целиков и плотность закладки выработанного пространства определяют с таким расчетом, чтобы слои горных пород над выработанным пространством изгибались выпуклостью
уН
Рис. 3. Отработка панели с оставлением в нутри нее целиков не выдержанного размера
вверх, как это показано на рис. 3. В этом случае горные породы будут работать, подобно своду естественного равновесия, на сжатие, сопротивление которому у горных парод в несколько раз больше, чем растяжению. При применяемых в настоящее время способах отработки полезных ископаемых слои горных пород прогибаются преимущественно выпуклостью вниз, как это показано на рис. 2, т.е. работают на растяжение.
Весьма эффективно применение рекомендуемого способа в сочетании с традиционным, как это показано на рис. 3, когда одна из смежных панелей отрабатывается традиционным способом, другая - рекомендуемым. В этом случае неравномерность изгиба вышележащих слоев будет минимальной, т.к. две крайние панели, отработанные традиционным способам с одинаковыми целиками будут способствовать прогибу вышележащих слоев вниз, а центральная панель, отработанная предлагаемым способом, будет способствовать образованию свода, соответственно деформации вышележащих слоев, расположенные над тремя панелями, уменьшается.
Рекомендуемый способ отработки полезных ископаемых, при камерной системе разработки месторождений, реализуется следующим образом. В центре шахтного поля или отрабатываемого участка оставляется целик со степенью нагружения не более 0,25 или производится эквивалентная ему закладка выработанного пространства.
——
— ' - '
щ~ш -ш щ у//шл ум Ш Щ щ
-да—ш wrwr ш/л я ш. ш у/лЯ/Л ш ш ш. 1 1 2 3 4 5 6 7 - . А М>л Ж Ш-Ш Ш
Рис. 4. Отработка центральной панели с оставлением в нутри нее целиков не выдержанного размера
Степень нагружения междукамерных целиков (или эквивалентной им закладки выработанного пространства), расположенных между центральным целиком и целиками, находящимися на границе панели, линейно возрастает от центра к периферии, но не превышает величины С = 0,6.
Расчетная степень нагружения междукамерных целиков выражает отношение действующей нагрузки к его несущей способности и определяется по формуле:
С = Q/P. (1)
В качестве удельной нагрузки, приходящейся на междукамер-ные целики, принимается максимальная нагрузка, приходящаяся на целики расположенные в центре выработанного пространства. Она определяется по формуле:
Q = у.Н ( а +b ), тс/м2, (2)
где H — мощность налегающей толщи пород, м; у - объемный вес пород, тс/м3; а - ширина камеры, м; b - ширина междукамерного целика, м.
Несущая способность целика Р определяется по формуле (3)
Р = оСж kl кз k4 k5 b, тс/м2, (3)
где асж - агрегатная прочность на одноосное сжатие пород, слагающих целик, тс/м2; к1 - коэффициент, учитывающий влияние масштабного фактора, принимается равным k1=l, 12; k3 - коэффициент, учитывающий влияние глинистых прослойков на прочность целика, к3 < 1; определяется по формуле к3=1-3,5(ЫЬ)-2; K - коэффициент, характеризующий влияние отношения расчетной ширины целиков (b) к их расчетной высоте (h) рассчитывается по эмпи-
рической формуле к4 = 0,65 (1 + 1,06 b/h); к5 - коэффициент, учитывающий влияние продольной компоненты напряжений, действующих в целике. Для ленточных целиков к5=1,25.
Расчетная степень нагружения междукамерных целиков (или эквивалентной им закладки выработанного пространства), расположенных на границе шахтного поля или его участка, принимается равной С = 0,6, т.е. с запасом надежности 1,67, что превышает принятый в инженерных расчетах запас надежности, равный 1,3.
Степень нагружения междукамерных целиков (или эквивалентной им закладки выработанного пространства), расположенных между центральным целиком и целиками, находящимися на границе панели, линейно возрастает от центра к периферии, но не превышает величины С = 0,6.
Таким образом средняя степень нагружения на разрабатываемом участке шахтного поля составит С = 0,42 при принятом С = 0,3, т.е. на 40% больше принятой. Соответственно уменьшатся и потери в междукамерных целиках. При этом повысится безопасность горных работ, поскольку они будут вестись под защитой сводообразно изогнутых вышележащих слоев горных пород, что особенно эффективно при наличии в породной толще, так называемых, пород-мостов.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шевяков Л.Д. Основы теории проектирования угольных шахт. -М.-Л.,
1958.
2. Правила Охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных работ на угольных месторождениях. - СПб., 1998. - 291 с. ндиэ
— Коротко об авторах ---------------------------
Иофис М.А. - профессор, доктор технических наук, Гришин А.В. - кандидат технических наук, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
