CC BY
21
УДК 622.284
Д.Ю.ДОРДЖИЕВ, аспирант, [email protected]
Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет)
D.Yu.DORDZHIEV, post-graduate student, dimich_tpr-03@mail. ru Saint Petersburg State Mining Institute (Technical University)
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КАМУФЛЕТНОГО ВЗРЫВАНИЯ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ УДАРООПАСНОСТИ ПРИ ОТРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
На основе моделирования методом конечных элементов получены значения напряжено-деформированного состояния вокруг очистных выработок по мере отработки рудного тела нисходящими горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства. Результаты моделирования позволили обосновать параметры камуфлетного взрывания для приведения межполублочного целика в неудароопасное состояние.
Ключевые слова: напряжения, выработка, моделирование, тектоника, удароопас-ность, массив, уран.
SELECTION OF PARAMETERS CAMOUFLET BLASTING TO REDUCE BUMP HAZARD BY DEVELOPMENT URANIUM
DEPOSITS
Simulation-based by the finite element values obtained stress strain state around the stope ore as ore body downstream horizontal layers with a mined-out space. The results of the simulation allowed to substantiate a contained blasting parameters to bring pillar to anti bump hazard state. Key words: stress, mine, simulation, tectonics, bump hazard, massif, uranium.
Месторождение урановых руд находится на территории Восточного Забайкалья и расположено вблизи области сочленения крупнейшего планетарного подвижного пояса, «зажатого» между древними платформами - Сибирской и Китайской, что обуславливает высокую тектоническую активность этого региона. Характерной особенностью активизаци-онных разрывных структур этого региона является сочетание разрывов с кольцевыми, дугообразными и коленообразными структурами.
Самое удароопасное месторождение «Антей» («А») представлено средне- и крупнозернистыми гранитами. Граниты имеют прочность от 180 до 250 МПа. Разлом 160, параллельный разлому 13, является основным рудовмещающим структурным элементом месторождения «А». Разлом имеет практически вертикальное падение.
210
В гранитах фундамента действуют горизонтальные сжимающие напряжения, наибольшие из которых в 2-3 раза превышают гравитационную составляющую от веса налегающей толщи пород*. Они указывают на наличие тектонических сил, действующих в массиве.
На месторождении применяется система разработки горизонтальными слоями в нисходящем порядке с твердеющей закладкой выработанного пространства.
Первые признаки горных ударов в виде динамического заколообразования были за-
* Поляков А.Н. Прогноз удароопасности горнотехнических ситуаций на перспективные глубины разработки // Горный журнал. 1993. № 4. С. 51-56.
Polyakov A.N. Forecast bump hazard management of mining the promising mining depth // Mining journal. 1993. № 4. P. 51-56.
регистрированы в начале 1981 г. в гранитах на 7 горизонте на глубине 414 м, т.е. уже более 25 лет назад. Геомеханической службой рудника «Глубокий» установлено, что с увеличением глубины разработки происходит рост числа проявления горного давления в динамической форме с одновременным увеличением интенсивности проявления.
В последние годы динамические явления стали приобретать угрожающий характер. В очистных заходках почва разрушается до 0,3 м, в выработках образуются трещины, об-рушается закладочный массив, борта залежи мгновенно сближаются, сотрясение массива ощущается в горных выработках на расстоянии до 100 м, иногда колебания ощущаются на земной поверхности.
Основной причиной динамических проявлений является ведение горных работ в удароопасных целиках. После эффективного приведения целиков в неуда-роопасное состояние динамические явления прекращались.
Одним из эффективных способов снижения удароопасности целиков является их разгрузка с помощью камуфлетного взрывания.
При решении задачи применялось моде-
лирование методом конечных элементов. Моделировалась поэтапная отработка одного этажа для условий ХШ горизонта с параллельной отработкой двух полублоков в нисходящем порядке до 4 слоя, так как напряжения в почве очистной выработки достигают значений, близких к пределу прочности и составляют 100 МПа, (рис.1). Поэтому необходимо проведение мероприятий по разгрузке данного целика.
Для реализации мероприятий предлагается проведение очистной выработки (заходки) с геометрическими размерами 3x3 м в тектоническом нарушении № 13 на уровне 3 слоя в основном рудовмещающем нарушении № 160 и проведение нисходящих камуфлетных скважин длиной 24 м и диаметром 105 мм. Для определения длины камуфлетной скважины, которая составила 24 м, строили прямые под углом 135° от краевых частей целика в сторону тектонического нарушения № 13. Данная длина полностью удовлетворяет условиям, чтобы межполублочный целик находился в разгруженной зоне.
Модель представляет собой участок тек-тонически-нарушенного массива размером 500x500 м. Размеры подбирались из незна-
60
40
20
б
1 2 Расстояние, м
80
40
--
«г
\ /
\ /
к \ L■f / г-"
/ N V \ У / \
\ / \ ,
\ ч \
> с \
/ \ 1
/ /
у /
1 / _1
2
А
3
1 2 Расстояние, м
а
а
а
х
х
0
3
0
3
Рис. 1. Закономерности изменения горизонтальных напряжений на контуре очистных выработок: а - кровля; б - почва
1 - вокруг очистной заходки 1-го слоя; 2 - вокруг очистной заходки 2-го слоя; 3 - вокруг очистной заходки 3-го слоя; 4 - вокруг очистной заходки 4-го слоя
S 60
<u
s !
¡8 40
к
л
О
M
Ü20
о
[—1
к
г s
\ ! 4
M k- à-
1 Ir- f1
A Л \
ч s ■ y r' r
S 1 L B. F m л J r
f S 11
y s
5 -в
/ / / /
0 4 8 12 16
Расстояние от почвы выработки до закладочного массива, м
Рис.2. Закономерности изменения горизонтальных напряжений по вертикальному разрезу в середине межполублочного целика
1 - до разгрузки; 2 - после разгрузки при E = 0, 1Еруды; 3 - после разгрузки при E = 0,2EpУДы; 4 - после разгрузки при E = 0,3Еруды; 5 - после разгрузки при E = 0,4EpУДы; 6 - после разгрузки при E = 0,5EpУДы.
чительности влияния граничных условий на картину распределения напряжений. Массив моделировался изотропной линейно деформируемой средой, величины физико-механических характеристик пород принимались исходя из таблицы. Угол падения основного рудного тела принят 90°, тектонического нарушения - 80°, а мощность их -3 ми 1 м соответственно. Расстояние между тектоническими нарушениями 10 м. Расчет велся на собственный вес с учетом давления вышележащих пород, равного P1 = уИ =13,3 МПа, а боковая нагрузка Р2 = 3уИ = 39,3 МПа.
Физико-механические свойства руд и пород
Грунт-породы E, МПа V у, кН/ м3
Гранит 78000 0,21 27
Руда 45000 0,2 27
Тектоническое нарушение 10000 0,3 26
Закладка 7000 0,3 20
Граничные условия задавались следующим образом: боковой грани запрещались перемещения по оси У, нижней грани - по
212
оси X. Модель разбивалась на элементы, размер которых в районе выработок и целика составлял 0,3 м, а по мере удаления увеличивался на границах модели до 3 м.
Камуфлетное и сотрясательное взрывание за счет изменения физико-механических, т.е. упругих удароопасных свойств одновременно, при эффективных параметрах позволяет снизить нагрузки на краевую часть массива или отрабатываемого целика по всей его площади.
Для моделирования камуфлетного взрывания в межполублочном целике необходимо учитывать зоны влияния трещино-образования.
Для определения радиуса зоны радиального трещинообразования
Хд/ Ро/ а
bo =0,5d3apX
рас.
где
d3ap - диаметр зарядной
полости, м; po - давление продуктов дето-
* Крюков Г.М. Теоретическая оценка степени взрывного дробления горных пород на карьерах при разных способах инициирования зарядов / Г.М.Крюков, Ю.В.Глазков // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003. № 8. С. 26-29.
Kryukov G.M. Theoretical evaluation of the explosion of rock crushing in quarries with different ways of initiation of charges / G.M.Kryukov, Y.V.Glazkov // Certain articles of the Mining information and analytical bulletin. 2003. № 8. P.26-29.
нации в зарядной полости сразу же после инициирования заряда (точке Жуге), Па; арас - предел прочности образцов пород на
одноосное растяжение, Па;
Давление продуктов детонации в зарядной полости сразу же после инициирования заряда определяется: ро = рввО2/(у+ 1); где рвв - плотность взрывчатого вещества, кг/м3; О - скорость детонации, м/с; у = 3 .
Расчеты показали, что зона радиального трещинообразования составляет 2 м. При моделировании модуль деформации руды в данной зоне задавался с диапазоном значений от 0,1 до 0,5 от Ер модуля упругости руды. То есть, изменяя модуль упругости, мы задавали условие трещинообразования после камуфлетного взрывания.
Из графиков, представленных на рис.1 видно, что горизонтальные напряжения в кровле и почве очистных заходок после проходки выработки 1 слоя напряжения в кровле и в почве достигают 60-70 МПа. После проведения выработки 2-го слоя макимум напряжений приходится на почву выработки
и достигает 80 МПа, а в кровле, где произведена закладка напряжения заметно снижаются. При проведении выработки 3-го слоя картина изменения схожая, а уже после проведения выработки 4 слоя значения горизонтальных напряжений в почве выработки составляют порядка 100-120 МПа. Можно отметить, что данные значения приближаются к критическим и возможны динамические проявления горного давления в целике.
На графиках, представленых на рис.2 видно, что горизонтальне напряжения до проведения мероприятий по разгрузке целика на контуре почвы очистной выработки имеют максимальные значения равные 80-85 МПа.
После проведения мероприятий по разгрузке целика горизонтальные напряжения снижаются на 40-50 % .
Расчеты показывают, что данный способ является эффективным при разгрузке межполублочных целиков в условиях месторождения «Антей» для глубоких горизонтов.
