автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Геомеханические основы определения параметров систем разработки крутопадающих железорудных месторождений

О '.-1

Академия" над к Украина Институт геотехнической механика

Еа правах pjhouhch

ДАРККаВСКИЁ Бладшлдр Валентинович

ГЕ№ХШШЕСШ1Е СШШ СШЖЕШЖ ПАРАМИ ТРСВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ КРУТОЕЧДАЩИХ ЖЕЛЕЗОИГДШ МЕСТОРСВДЕНИЙ

05.I5.CE ,- "Подземная: разработка месгороздендй полезных исгсопаожх"

Автореферат диссертации на сомканде учено "г степени доктора- технических наук

Днепропетровск I9S2

Работа выполнена 2 Научно-исследовательском горнорудном институте (г.Кривой Рог).

Официальные оппонента: акадеглак Ш Украины

;Ыалахов Г.М., доктор технических наук, профессор

Епшнский М.В.", доктор технических наук

Маленький Б.И.'

Ведущая организация - Государственный институт по проектированию

предприятий железорудной промышленности (Крявбаесвроекг).

Бадта состоится " (¿У-&Л А 1992 г. в^ часов

на заседании специализированного совета Д.016.40.01 при Институте геотехнической7 цеханика АН Украины (320095, г Днепропетровск, ул.Симферопольская, 2а).'

С диссертацией ценно ознакомиться в библиотека Института геотехнической механики АЕ Украинв.

Автореферат разослан 1992•.т.

Учений секретарь : специализированного совета, канд.техн.наук •'

Шпаку нов И. А.

.Л . . ОЕШГ ЗАРАШЕЮТИКА РАБОЖ / .

о>-лациЯ_| Актуальность проблемы. В связи, с основными направлениям экономического я социального развития СССР на 1Э8о~1990 гг. а на период до 2000 г. сформировалась новая концепция развитая черной металлургия, предусматривашая . прирост объемов производства и улучшение качества продукции за счет использования интенсивных факторов. По генеральной схеме развития черной металлурги СССР в 1991 г. намечалось добыть подземным способом 39,9 г.ин т сырой руды, в том числе на Украане - 35,9 млн т. Прирост объемов добк-чл и улучшение качества товарной руды должны обеспечиваться за счет поддержания мощностей действующих предприятий я более полного извлечения полезного ископаемого. Последнее особенно актуально в условиях рывка.

Многообразие горно-геологических условий залегания рудных тел обуславливает применение различных "систем разработал на предприятиях по добыче железных руд. Основным! из них являются камерные системы разработки а системы с обрушением руды и вмещающих пород. Удельный вес указанна систем разработка на рудниках КриЕбасса в настоящее время составляет 34,2 и ¿9,7$.

Очистные работы в Кривбассе ведутся на глубинах 800-1000 м, Годовое понижение в последние'годы составляет 1.5-16 м. Таким образом, через 15-20 лег очистные работы достигнут глубины II00-1400 и. Увеличение глубины очистных работ на 100 м приводят к уменьшении камерного запаса на 7-10 тыс.г я увеличении запасов в целиках на 7-8 тыс.т. Несмотря на это,уже на глубинах 700800 1гудельный вес камер, в которых происходило самообрушеняе целиков и обнажений, достиг в Кривбассе 34,1$.

При системах с. обрушением руды а вмэщалцах пород наблюдаются самообрушеншг обнажений а целиков кошенеациошьтх камер .кадеты' чего происходит частичная (до 50$) потеря глубокзх скважин-или полная потеря подготовленных к очистной вкэмке запасов РУД»

Применяемые методы расчета параметров камерных систем разработки при отработке крутопадатацпх залежей не учитывают реологические свойства руд, продолжительность существования • а пространственную ориентацию конструктивных элементов систем разра-

б о тек, степень- сближенности параллельных залежей и форму очист— вех камер. Методы определения параметров компенсационных камер -вообще отсутствуют. Недостаточно изучены 'естественное поле напряжений, напрягаееое состояние горного массива е зоне влияния очи-стнкх работ а взаимосвязь между геометрическими параметрами и напряженным состоянием конструктивных элементов-. Поэтоэд изучение геомехаяячеоких процессов, лрогакавдих в горных массивах и кон-, сгруктивных элементах систем разработки цри различном сочетании перечисленных факторов, позволит решить крупную научную и техническую проблем подземной разработки месторождений на больших гдублнах.

Решению оановньх задач это! проблемы и посвящена диссертационная работа, выполняемая автором й 1970 г. в соответствии с тематикой исследований, соответствующей направлениям и задачам ' комплексной целевой программы ОЦ.039 Госплана СССР и ГКНГ "Развитие твхнякп и технологи! добыча ж обогащения полезных ископаемых" к региональной программы "Руда" АН УССР, Днепропетровского областного комитета КЛУираинн и Приднепровского научного центра АН УССР,. '.■■'■•' ' •.■••■

' Цель тзаботк. заключается в гэомехаотчееком обосновании способов управления горным давлением и разработке методов определения параметров систем разработки, обеспечивавших применение крупномасштабных технологий, высокопроизводительного оборудовании, повышение качества добытой руды и расширение области применения камеряюг систем разработки.

Основная- адея таборы заключается в использовании "расчетных функциональных характеристик, определенных с учетом реологических свсйств руд, продолжительности существования и пространственной ориентации конструктивных элементов, и придании очистным ке-мэрам уступчатой формы для повышения устойчивости обнажений и це- ■ ликов,'а также увеличения каиернбте запаса.

Метода исследований. Исследования выполнены по комплексной штодике, включащей анализ йГ обобщение опыта; теоретические в экспериментальные наследования с применением численных методов изучения напрятанного состояния горного массива, физические ме--тодк /лоделлровандя, натурные измерения состояния горного массива с помоцью методов разгрузки, звукометрического метода в деформо-

штров; теоретическое обобщение результатов экспериментов; про-шщгеннув проверку расчетных параметров и технико-экономический анализ результатов исследований в различных горно-геологячекких условиях.

Производственные измерения и наблюдения производились на руд-' шках Кривбасса на глубинах 287-1200 и в течение 15 лет.

Научные полоаения, защищаете в диссертации:

I. Определение параметров систем разработка наиболее эффективно производить с использованием метода расчетных функциональных характеристик. При определении предельных.значений расчетннх функциональных характернотик,наряду с известными факторами (глубина работ и прочность руд), необходимо.учитывать продолжительность существования а пространственную ориентацию конструктивных элементов систем разработки, реологические свойства руд и степень сближенности параллельных залежей, граничные условия отработка блоков и располояение камер по мощности залежи.

2Зависимости для определения напряженного состояния горного массива отличаются учетом форт выработанного пространства и морфологии залеяд. Впервые предложен метод определения коэффициента бокового распора из соотношения предельных пролетов вертикальных и горизонтальных обнажений в очистных камерах.

Величина а характер распределения напряжений в конструктивных элементах системы разработки- при отработке крутопадащях залежей являются функцией комплексных величин, представляющих собой соотношение таких параметров, как размер камеры по падению, ширина камеры а толщина.потолочина.

При отработке крутопадавдих залежей характер распределения напряжений в потолочинах зависит от соотношения мощности залеяа и толщинн потолочинн. В потолочинах небольшой мощности максимальные растягивавшие напряжения возникают в рудном массиве, прилетающем к породам лекачего бока, а в мойных потолочинах - по центру их пролета. Вследствие указанного, в потолочинах небольшой мощности наименее устойчивым является рудный массив у лежачего бока, а в мощных потолочинах - их средняя часть.

3. Придание конструктивным элемента« очистных кашр ус тугш-той формы повисит их устойчивость при одновременном увеличении •

объема камерного запаса за счет приближения к контуру обнажений зон всестороннего сяагия.

4. Ыэзду параметрами ползучести, звукоактишости и длительной прочности существует линейная зависимость. В связи с этим звукометрический метод может быть применен для определения деформаций и параметров ползучести горного массива, используемых для расчета доцусгиялс размеров обнажений и целиков.

Обоснованность и достоверность..научна* положений, выводов й результатов подтверждается:

-'сходамостьв (85-95%) результатов определения параметров систем разработки расчетным методом и путем отработки экспериментальных блоков; '

- подтверждением отдельных положений данными других авторов4,

- промысленной проверкой расчетных параметров систем разработки при различном сочетании горно-геологических и горно-технических факторов}

- широким внедрением методик расчетного определения геометрических параметров систем разработки на рудниках Кривбасса.

Значение подученных -результатов.

Научная новизна.диссертации заключается в следующем:

- установлены закономерности распределения напряжений в зоне влияния очистных работ при различном сочетании морфологии за-л'ека, формы выработанного пространства и коэффициента крепости горного массива; '

- выявлены закономерности распределения напряжений в конструктивных элементах систем .разработка в зависимости ~ от соотношения их параметров, формы очистных камер и морфологии залета;

- развиты теоретические основы метода расчетных функциональных характеристик применительно к камерным системам разработки

и обоснована возможность использования метода расчетных функциональных характеристик для определения параметров компенсационных .камер при системах разработка с' обрушением руды,и вмещавдих пород.

Практическое значение работы:

Создан инженерный метод расчетного определения геометрических параметров камерных систем разработки, учитывающий форму и условия залегания залежей, гдубину очистных работ и порядок отработки залета, форму очистных камер, коэффициент крепости

руды и вмещающих пород, реологические свойства руд, продолжительность существования и пространственную ориентацию обнажений и целиков, степень сближенности параллельных залежей я взаимное расположение в них целиков.

2. Разработан инженерный мзтод расчетного определения геометрических параметров компенсационных камер при отработке мощных пластообразшог нругопадашшх залежей системами разработка с обрушением руды и вмещающих пород« учитывавший глубину разработки, расположение компенсационной камеры по мощности залежи и количество вертикальных контактов панели с обрушенными породами.

3. Выполненные исследования позволили:

- исключать преждевременные самообрушения конструктивных элементов систем разработки при одновременном увеличении объема камерного запаса;

- расширить область применения камерных систем разработки на рудниках Кравбасса, в частности »увеличить в 1,4-2 раза преданную глубину применения этажно-камерных систем разработки;

- применять крупномасштабную технологию отработки шгнетято-. вых кварцитов;

- увеличить производительность рабочего по система на 13-343Е, повысить качество добытой руды на 0,11-0,55? (абе.), снизать потери руда на 4-5% (абс.) и ае засорение на 0,2-3,б£ (абс.).

4. Разработаны инструкции по определению геометрических параметров камерных систем разработки а систем разработка с обрушением руды и вмещающих пород.

Реализация работы. По результатам исследований разработает и внедрены:

- инструкция до определению допустимых размеров обнажений и целиков при подэтажио-камерных системах разработки в Крцвбасса, утаервденная Минчермзтом УССР;

- определение оптимальных конструктивных параметров свстечы псдэтатлого обрусения для,рудников Кравбасса (ивствгкзця", утвержденная Цинчерметом УССР);

- дополнение к "Инструкции по определению допустзмва размеров обнажений а целиков при подэтажа о-кажряух системах разработки ? Кргнбассе", утвержденное ВО "Крквбассруда*;

- методика определения допустимых размеров компенсационных камер с учетом фактора времени, утвержденная Шнчерметом УССР;

- определение и контроль допустимых размеров конструктивных элементов.систем разработки на рудниках Кравбасса (инструкция, утвержденная Ыинчерыетом УССР);

- дополнение к инструкции "Определение и контроль допустимых размеров конструктивных элементов систем разработки на руд. ндках КрИЕбасса", утвержденное ГПО "¡Окруда";

- типовые паспорта систем разработки'для рудников Криворожского бассейна, утЕвраденные ШО "Укрруда".

Экономический эффект ог внедрения результатов исследований ' составил 1,4 млн руб.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались навсесоюзаых конференциях по механике горных пород (г.Мхква, 1975г.; г.Фрунээ, 19Я8г.; гЛбилиса, 1985г.), семинаре для специалистов стран Африки, организованном комиссией ОШ по А(£рике (г.Крявой Рог, 1982 г.), всесоюзном симпозиуме "Тектонические основы и инженерно-геологические аспекты изучения напряженного состояния пород при разведке и эксплуатации месторождений"(г.Апатиты, 1983 г.), научно-технических семинарах по горной геофизике (г.Ткибули, 1981 г.; г.Батуми, 1985 г.), всесоюзной научно-технической конференции "Развитие прогрессивных методов разработки месторождений железных и марганцевых руд У1фаинской ССР и применение их на предприятиях отрасли" (г.Кривой Рог, 1983 г.), УП Уральской научно-технической конференции во системам подземной разработки руд цветных металлов (г.Свердяовск, 1985 г.), а также на технически: согетах РШ "Укрруда" ЩМ УССР и производственного объединения "Кривбассруда" (1975-1988 гг.).

П?бдикатая. По теме диссертации опубликовано 39 работ.

Объем диссертационной работы- Диссертация состоит из введения, девяти разделов и заключений» изложенных на 459 листах машинописного текста, включая 106 рисунков, 53 таблицы, список литератур« из 326 наименований и 3 цриложенляГ

Автор считает своим/долгом выразить глубокую благодарность академику А1Н Украины А.РДерненко и "члену-коррзспоюгептуАПГйь". раины Б.М.Усаченко за консультации в процессе выполнения работы» сотрудникам НИГРЛ я работникам производственного объединения "Кравбассруда" за помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В мировой и отечественной практике все шире вовлекаются в эксплуатацию месторождения со сложными горно-геологическими условиями. На действующих месторождениях очистные работы достигла глубин 800-1000 м. В указанных условиях экономическая и социальная "цена" ошибок с глубиной возрастает. Б этой .связи в работах М.И. Агоикова, Д.М.Броннакова, Т.М.МалахоЕа, Н.В.Мельникова, В.Н.ГГогу-раева, В.В .Ржевского, Е.И¿Шемякина отмечается, что основными задачами геомеханики является разработка методов управления состоянием горного массива и прогнозирования устойчивости конструктивных элементов подземных сооружений.

Одной из основных задач геомеханиви является определение допустимых размеров обнажеаяй и целиков. Шогофакторная зависимость указанных параметров от морфология', степени отработанности а порядка отработки залени, специфика сдвижения налегающих пород, физико-механических свойств руд и пород, глубины разработки, форты и интенсивности отработка очистку камер обусловила многообразие методоЕ определения геометрических параметров систем разработки. Большой вклад в развитие данного вопроса внесли С.Г.Авершян, И.Т.Айтматов, В.И.Борщ-Кошонлед, С.ГЛЗорисеяко, А»А»Борисов, Н.П.Влох, Н.З. Галаев, Г.И.Грицко, М.В,IV минский, 8Л\Дубынвн, Ж.С.Ержанов, Н.П.Ерофбев,'Н.Ф.Замесов, А.М.Илыптейн, В.Р.Именвт®, Д.М.Казикаев, Г.Н.Куэнецов, С.В.Кузнсцов, С.Т.Кузнецов, М.В.Кур-леня, В.!Л.Кучер, Ю.М.Либерман, Г.М.Шлахов, Ш.А.Мамбетов, А.В.Мозолен, Н.Р.Надираяшили, Г.Т.Нестеренко, Г.Н.Попов, В.Р.Раэдшов, Д.И.Равкин, А.Д.Саиурин, В.Д.Слесарев, М.Ф.Трумбачев, Т.Т.Фаус-тое, ЮЛЛабдарова, Б.В .Ервпп, В.А.Щелханов, Н.ГЛлыыов.

Штоды определения параметров обнажений и целиков базируются на определенных представлениях о напряженном состоянии в зш:о-мехаяическдх свойствах горного массива. Поэтому изучении последних посвящены работы многих советских в зарубежных ученых: И.В.Баклашова, В.И.Барановского, С.А.Батугина, П.А.Бсгаанова, Б.И.Бояркана, Н.К.Булина, Н.С.Булычева, Е.В.Виноградова, Н.П.Блоха, М.В.Гэоеского, В.Т.Глушко, Б.Е.Грецннгера, Е.И.Ефрвмова.Н.В. Цукана, А.Н.Зорлна, Ю.Ы.Картапова, Г.А.Катхова, ВЛ.Квочана.О.В. Колоколова, Г.А.Крупеннлкова, А.П.!&ксшгова, Г.Ц.Ыалахова,

Г.'¿..Маркова,. В.Г±.1йгаенького, А.Н.Ставрогина, В.А.Степанова, Б.М.Усаченко, М.Ф.Труибачева, И.А. Турчанинова, ЮЛЛабдаро-' вой, Е.Л.Чистякова, Ы.Хаста.

Значительный ветад .в разработку . теоретических основ методов определения геометрических параметров систем разработки внесли коллективы институтов 1ШК0Н АН России, ИГД СО АН России, ИГТЫ АН Украины, ИШ АН Украины, НЯГТК, ИЩ ШМ России, КЕД им.А.А.Ско-чшского, КЕД АН Казахстана, ЗШШ АН Кыргызстана, ИШ АН Грузии, 'ВостНИГта, КШ, МШ, ЛШ, ВйОТЕМ.'ЕШВЖ и др.

Трудами указанных ученых и коллективов внесен значительный вклад в разработку гипотез о напряженном.состоянии вемной коры, , в установление закономерностей формирования напрякенного состояния горного массива-под воздействием, горных работ а в разработку различных методов определения параметров систем разработки. Однако, несмотря на значительный объем исследований, вопросам определения параметров очистных камер цри отработке крутопадающих залежей камерными системами разработками системами разработки с обрушением руды и вмещающие пород уделено недостаточное внимаже. -Вследствие этого ряд вопросов применительно к указанным условия!! не реши. '

В настоящее время, несмотря- на наличие общих закономерностей, не гфедставлается возмояннм прадрассчвтать фактические напряжения. Обусловлено это своеобразностью свойств горных пород, отличием свойств реального массива от свойств пород в образце, изменением форш выработанного пространства по мере отработки валета л упроцэняем в расчетах процессов, протекаыцих в массивах.

Несмотря на то, что в. работах А.Д.Балаганского, В.Т.Глушкс. Ж.С.Ержанеза, С.Н.Шуркоаа,. Ю.М.Карташова, Л.КЛктскива, АД.Став-регина и Н.С.Тимофеева доказана эффективность учета реологических процессов относительно устойчивости подземных сооружений, большинство существующих методов не учитывает влияния фактора времени. Применительно к крутспадавдим заявкам исследованиями Г.М.Малахова, А .И. Арсентьева, Г.Т.Фаустова бшш установлены в конце 50-х л в Еачале 60-х гг. зависимости ширины логолочины от продалзштельносг^ ев существования и глубины очистных работ. Однако, в связи с тем, что'указанные зависимости не учитывали реологических свойств руд и всего многообразия условий разработки, Еврокард распространения они не получили.

•:' Среда исследователей и ивлюнерно-тзхяичаских работников рудников нет- единого ■ мнаншто порядке отработка параллельных с б лаканных залежей и стегани влияния сфшаанносга залежзй на устойчивость обнажений целика.

Методы определения параметров компенсационных камер при системах с обрушением руды и вмещающих пород вообще отсутствуй?.

- Как следствие нерешенности указанных вопросов,с глубиной увеличивается интенсивность проявлений горного давления. Напри -мер, на рудниках Крдвбасса на глубинах 700-800 м удельный вес неустойчивых камер достиг 34,1$. При отработке отдельных горизонтов и залажей .удельный вес указанных камер достигал 50-855?.

Конструктивные элементы системы разработка неравяоустойчявн. Удельный вес неустойчивых горизонтальных обнааэнпй достиг 26,7^, потолочин —21$, пород висячего бока - 13,3$ и меадукамерных целиков - 9,5$. Наряду с указанным, увеличение глубины разработки на 100 м при отсутствии геомэхакического обоснования параметров систем разработки приводит к уменьшению удельного веса камерного запаса на 2,7-3,7$. • ~

Состояние изученности вопроса я опыта рудников по упраняэяяю горным давлением предопределила слодушае основные задача исследований: •

1. Исследование напряженно-деформированного. состояния горного массива и конструктивных элементов систем разработка с учетом форш выработанного пространства и очас-гннх кямзр, а также изучение физико-механичаских свойств руд.

2. Установление комплексного влияния геокеханических и горно-технических факторов на устойчивость обрааений и целиков.

3. Разработка методов расчетного определения параметров систем разработки.

4,. Промышленная проверка эффективности и надежности раечет-.ных параметров систем разработки а крупномасштабной технологии.

Для установления закономерностей проявления горного удавления применены различные экспериментальные и аналитические методы исследований: произведено свыше 46 тысяч отделений физико-механических свойств руд, методом.разгрузки выполнены измерения напряжений на 7 рудниках Кряворокского бассейна, вариационно-разностным методом решены 56 задач распределения напряжений вокруг выра-

ботанвого пространства и очистных камер различной формы, а также 13 задач распределения напряжений в промежуточной толще при отработке параллельных сближенных залежей,.определены параметры и оценена устойчивость конструктивных элементов I486 камер при системах разработки с открытым очистным пространством и 577 камер при системах разработки с обрушением руды и вмещающих пород в Ш залезлаt 8 рудников на глубинах, изменяющихся от 50 до 1050 м.

Анализ.применяемых методов определения допустимых размеров обнажений я целиков показал, что в настоящее время наиболее на-деяными являются анаттико-эксшриментальные методы .Б этой связи в основу раочетннх методов в работе полонена проверенная на рудниках Крявбасса и во многих регионах страны разработка НИТЕЙ (Й.Д.Ривкин, Б.М.Кучер, 1965 г.), получавшая название метода расчетных функциональных характеристик. В решении используются два Еида функциональных характеристик - эквивалентные пролеты горизонтальных тг , вертикальных щ и- наклонных ¿н обна&ений а безразмерные характеристики^ и Лц для определения толщины потолочины h и ширины МКЦ с . Безразмерные характеристики

' ¡i' С2

- ■ ш

получены из общеизвестных решений теории упругости о несущей способности ленточных целиков с учетом их формы. '.

Для расчетов используются предельные значения функцвональ-' них характеристик ( т°г , nig-, 1ц , Ла , Л ц ). Критериями устойчивости являются, .неравенства вида

тг± т°г; ■ Л"п * Ап. (2)

■ Зависимость предельных значений функциональных характеристик

от глубины разработки Н описывается выражениями

ц

(nCfH'inv; -г'-Ш. (35

Ль

В этой связи в работе рассматривается влияние различных

факторов не на линейные размеры конструктивна* элементов непо -средствепно, а наГих-фуЕкшюдальшя'зарактеристата, которые могут слуяить критериями устойчивости.

Лабораторные исследования физико-механических свойств руд Кривбасса при кратковременной яагружении показали, что все руды могут быть разделены на две групта. К первой относятся иартитовне руды. Для них характерно уменьшение объема образцов до определенного уровня их напряженного состояния (60-7Й?). При дальнейшем повышении напряжений набляиается явление яалатансии. Ко второй группа относятся геыатитовые я гематито-мартатовые руды. Для них характерно уменьшение объемов образцов вплоть до разрушения.

Для всех типов руд прослеживается взаимосвязь между деформационными и прочностными характеристиками: с увеличением прочности руд возрастают значения модулей- упругости я деформации.

Анализ деформационных характеристик руд при различном приложении нагрузки относительно слоистости позволят считать карта-товые руды квазиизотропными, а гематитовые и гематято-мартитоЕне руды - трансверсалъно-аз отрошшма.

При длительном приложении нагрузки рее руды склонны к ползу- -чести. Деформации ползучести у мартатовых руд достигают 110? от немедленных (условно-мгновенншс), у гематито-мартатосых руд -280-358?.

Исследование влияния анизотропия на ползучесть не обнаружило.четко выраявяной зависимости ыеяиу вмя.

Кривые ползучести овдсьшаятся ойаэлзвестнны уравнение« З.С.Еряавова. Параметрявляется дрохтячески постоянной величиной. Параметр § загасят от уровня напряженного состояния руд.Например, для мартятовых руд «с * 0,71, а параметр $ изменяется в *а-вясимостя от уровня напряженного состоялся от 0,00172 до 0,00565.

Под воздействие« длительных нагрузок уровень напряженного состояния, при котором наблюдается далатаясля у каргитовых руд, снижается до 50-60?, а у геиатито-шртятовях руд, ве склонных к дилатансии при кратковременных нагрузках, явление даяатансии ва-блвдается при уровнях напрягениого состояния свшв 60?.

Далатаясия и ползучесть руд сопровождаются гзыенепием *х звукоактиввости. Установлено, что процесс вакэатеная звуков разрушения подобен пссзучести, а кривые эвукойктетяосга аяпроисимн

руются выражением, подобным выражению линейной наследственности с абалевым ядром. Параметра звукоактивности и ползучести взаимосвязаны. Шраметры оС и равны, а между параметрами S i ^ существует линейная зависимость. Например, для иартитовых руд

Ь ш 0,0016 + 0,0С327§Г (4)

Между, деформациям! ползучести и суммарным количеством звуков разрушения существует линейная зависимость. При этом появлению единицы относительной деформации (IxECT^) соответствуют от S0 до 100 звуков разрушения.

Лабораторные исследования позволила установить, что длитель^ нал "прочность руд мояаг быть описана зависимостью В.Г.Артемова

е-ЪГ*, (5)

где <у - длительная прочность руд, Ша;

<53 - длительная прочность руд, соответствующая I мес, МПа;

t - дродолкателвность воздействия нагрузки, мес;

(п - коэффициент, характеризувдий интенсивность снижения прочности во времени.

Исследованиями установлено, что интенсивность развития процессов ползучести, звукоактивности и снижения прочности практически одинакова.

Из изложенного следует, что процессы ползучести, звукоактивности и снижения прочности взаимосвязаны и характеризуют различные стороны одного и того ш процесса - процесса деформирования массива под воздействием нагрузки.

Разработана, методика определения коэффициента т в выражении (5) по результатам испытаний образцов руд на ползучесть и звуко-активность. Применительно к мартитовым рудам-коэффициент щ из испытаний на ползучесть равен 0,26, а из испытаний на звукоактив-ность - 0,42.

Установление наличия взаимосвязи между прочностными и деформационными характеристиками пород позволило "автору предположить наличие связи между напряженным состоянием и прочностными свойствами горного массива. Обобщение результатов многолетних измерений, произведенных на рудниках КриЕбасса""методом разгрузки.под руководством И.Д.Ривкана, Г.М.Малахова, П.А.Богданова, Е.П.Чистякова,

А.В.НедзЕецкого и автора, позволило установить .зависимость коэффициентов бокового распора вне и з зоне еяияния очистных работ от коэффициента крепости горных пород:

Х * 0,7+Q¿} ' ' 0,49 + 0,14/ + 0,01/ ' (5)

где Л - коэффициент бокового распора вне зоны влияния очистных работ;

- коэффициент бокового распора в зоне влияния очистных работ (под выработанным пространством в пределах нижележащего этажа); j - коэффициент крепости пород по шкале проф.М.М.Протодьякон ова. ■ Из сопоставления выражений (6) видно, что коэффициенты бокового распора вне и в зоне влияния очистных работ находятся в соотношении

. h * Я2. (7)

Выражения (6), (7) правомерны при^з- 3. Коэффициент бокового распора вне зовы влияния очистных работ в Кривбассе, по данным шахтных измерений,на глубинах 3001200 м. составляет 0,4-1, что значительно вша рассчитанных в соответствии с теорией упругости, а не зависят от глубины.

. Аналитическими исследованиями, базирующимися на варааци-но-разностном методе, установлено, что напряженное состояние ручного массива, подлежащего выемке, весьыа неравномерно,зависит от формы выработанного пространства я морфология залета. В частности, для залежай Крпрбасса ограниченного простирания, идеэднх выход под напосы, отработка которых не сопровождается обрупонвеи налегавдпх пород до поверхности, напряженное состояние рудного тссава и парататр;г зон;; влияния выработанного пространства па уровне будущей потолочины (на 20 и низа торца выработанного пространства) опясывавтся зависимостями:

М

К,-0,88-^-1,88; (8)

К2 * -3,SS-£--If7I; (9)

I * 0,23М + 0,07бН , (Ю)

хдв К|» ооотйагегаеяяо, коэффициенты концентрации таксиыаль-аяГ я шшшаоьяюс аапря&еннй; • -. М - горизонтальная мощность залежи, м; ' ' Н - гдубана выработанного пространства, м; I - зона влияния выработанного пространства вкрест про, стираний залежи, м.

В "слепых* залежах коэффициенты концентрации и размеры зоны влияния выработанного пространства а 1,9-2 раза ниже, а в шгасто-образных залежах с обрушением налегающих пород до поверхности в 1,9-2' раза вше, чем в. залежах ограниченного простирания.

Данные исследования позволяли теоретически обосновать целесообразность предложения •й.Д.Равкина о разделений залежей на три класса при определении параметров камерных систем разработки;

I класс - "слеше" залежи; '

П класс - залежи, имеющие выход под наносы, но отработка ко. торых не сопровождается обрушением налегащих пород до поверхности;

Ш класс - залежи, отработка которых сопровождается обрушением налегащих пород до поверхности.

Псшытки установить зависимость напряжений, действующих в . .конструктивных элементах камер, находящихся в зоне влияния выработанного пространства, от их линейных размеров нз увенчались успехом. Как показали исследования, напряжения являются функцией комплексных величин. '

Распределение напряаений у наклонного обнажения пород висячего бока в камере весьма неравномерно. Характер изменения напряжений у различных частей наклонного обнажения различен, С увеличением размера камеры по падению как максимальные, так а минимальные сжимающие напряжения у горизонта воронок а у потолочины.воз-рас тают но.модул». При этом величина максимальных напряжений 00 модулю у горизонта воронок в 3-6 раз, а минимальных в 1,2-1,4 зраза выше, чем у потолочины. 5Г центральной часта обнажения с увеличением его размера.указанные напряжения уменьшаются по модулю. Максимальные сжимающие напряжения переходят в растягивающие,

Таким образом, при отработке вру топала щах залежей налегающие породы у очистной камеры наименее устойчивы у центра накдон-

ного ах обнажения. Для указанной области по результатам исследований применительно к заявкам П класса установлена корреляционно-регрессионная-зависимость коэффициентов концентрации напряжений от'геометрических параметров системы разработка:

Kt - 0,42 - 1,44 j-jr; (И)

(12)

K¿ ~ -1,42" - Г,93,

1де h - толщина потолочины, щ

fi - размер камеры по падении, м. .

Из зависимостей (Ш, 112) следует, что напрягенвое состояние горного массива у наклонного обнажения пород висячего' бока в камере зависит не только от размера его по:шдеакв, но д от толщины потолочины.

При отработке "слепых* залежей напряжения по модули в 1,92 раза ниже. 1

Распределение напряжений в потолочине характеризуется значительной изменчивостью как по толщине, так и по мощности залеяк. Наименее устойчива часть потолочины, прилегающая к очистной камере, так как в ней возникают растягивающие напряжения.

На рис.1 применительно к залепам Л класса приведено распределение напряжений в различных частях рудного массива потолочины, прилегащего к очистной камзра. Из рис.1 видно, что минимальные напряжения пропорциональны функциональной характеристике потолочины и с ростом последней ах модули.у лежачего бока возрастают, а у висячего бока и у центра - уменьшаются.

Закономерности изменения максимальных напряжений в интервалах значений функциональной характеристики 0,00-0,21 и 0,21-0,30 имеют принципиально различный характер. Обусловлено ото формой потолочин. Первому из указанных интервалов соответствуют потоло-.чины небольшой мощности (по В.Ф.Грумбачеву), а второму - мощные. В потолочинах небольшой мощности максимальные по величине растягивающие напряжения возникают у лвяачего бока. У висячего бока растягивающие напряжения значительно наяе. В мощных потолочинах растягиващиа напряжения возникают; у середины обнажения.

- Таким образом, при отработке крупопадающих залежей у пою-лочэн небольшой модности наименее устойчивой является часть - ее, прилегающая к лежачему боку, а у мощных потолочин - серединаjnpo^ лета ее. "" . '• *

К

0,80 0,0 -0,80 4,60 -2Л0

— Ч: i

2 t • > ■ V \

1 4« * \ t

•T--4i А r

—- Jj/ r

V

1 f '

А"

-2,0

-4.0

К2

-6,0 ,-Б.О HD.0

2 *

L—»- ъ

У

\

N •t

4 N •

V \

РисЛ. Концентрация напряжений в потолочинах при ' различных значениях функциональных характеристик: Кт и К? - коэффициенты концентрации максимальных • и.минимальных главных напряжений; I, 2, 3 - коэффициенты концентрации напряжений у лежачего бока, висячего бока и по центру пролета потолочины

Графита зависимостей коэффициентов концентрации напряжений в опасной сечении потолочин небольшой мощности описываются вкра-гаяиями

2,35,

Kj -.1,20 ¿00 (0,21 -Лп) 5

(13)

(14)

К2 = -14 5,5, а е мощной потолочине и в потолочине средней мощности - выражени-

- . -(15)

£16)

Кт - - 150,8Яп + 79,8J5„- 10,4; К2 « 14,4Лл- 5.2.

В потоагочинах небольшЬй иодаости размер яоа действия рагтя-яюзавдах напряжений'ПО мощности залежи у лежачего бока в 2-6 раз больше, чем у висячего бока. Размер указанных зон по толщине потолочины в I,G~2,6 раза больше, чем.по модности-залет.

Исследованиями А.А.Борисова, Н.Г.Дубыяияа,, Ю.М.Йабёртна, Г.К.Квапила, М.М.Протодвяконова. Ю.М.Глзака9ва я Многих других советских и зарубежных авторов установлено, что ловыоить устойчивость горных выработок возможно за счет придания им сводообразной формы.'Однако, среди авторов нет единого мнения о рациональной форме свода. Кровле выработок предлагается придавать параболическую, арочную,~эллиптдч¥шр г другие формы, создание которых невозможно при отработке крутопадащих залежей средней мощности существующими технологиями.

П.Гинар утверждает, что любая фора горной внработда, снижавшая или исключающая растягивающие напряжения, рациональна.

Анализ вариантов камерных систем разработки и способов отбойки запасов, применяемых при отработке крутопадашзах залежей, позволил автору сделать внвод, что форму очистных камер можно приблизить к сводообразной,.придавая ее элементам уступчатую фор-W.

Установлено, что придание обнажениям камеры'уступчатой формы (рис,2); позволяет приблизить к их контуру зону всестороннего сжатия массива. При -этом характер распределения напряжений у горизонтального обнажения уступчатой формы зависит от соотношения сухарной высоты уступов fly и размера камеры по простиранию a ,а у вертикальных обнажений - от соотношения размеров по гаданию уступов 6у и камеры 6 . Например, в кгмерах с уступчатой формой кровли при соотношениях 0^ ^/а^-0,05 у центра пролета кровли возникает зона растягивающих максимальных напряжений. При 0,05- hy/й* 0,24 модуля растягивающих напряжений уменьшаются, а область действия их смещается к торцам кровля. Яри ky/CL*0,24 растягиващив напряжения в кровле камеры практически исчезают. Коэффициенты концентрации минимальных сжимающих напряжений с увеличением указанного соотношения возрастают.

Б целом напряженное состояние-массива в центральной часта пролета кровли в зависимоетп от.ее формы определяется из выражений:

Г9

-Ъ и v I

■f/-«bаз. / -ta й.5

&

щнцин

/У у

-(,0

i * J

-(Д-ш А__as

6mi/i Кэгам

' -05 -OA

2а \

Ч

о

-05-У

'Й

Г -tf/ii

^«Irtl^nCJ

.^'-«{fcas -ав

Рас .2. Распределение напряжений вокруг одиночных очистных камер с уступчатой Формой горизонтальных (X) и вертикальных (2) обнажений: а, б, в - варианты

Kj « 0,05 - 1,10^;

К- > -2,40-^- - 0,12. * О.

CI7) CI8)

Зависимости (17}, (18) правомерны для камер, высота которых равна ширине и 0,5а.

Применительно к вертикальным обнажениям уступчатой формы следует отметить, что увеличение количества уступов при постоянной их суммарной ширине приводит к увеличению по модулю максимальных напряжений у контура уступов и снияению минимальных напркнений.

, Эффективность придания обнажениям потолочин уступчатой формы зависит от формы самих потолочин. Придание обнажениям мощных потолочин уступчатой формы позволяет исключить в них растягивающие наптижения. Придание не уступчатой формы обнажениям потоло^ чее небольшой мощности позволяет в 2-3 раза уменьшить как велачИ'

ну растягивавдих напряжений, так и параметра зонн их действия.

Положенный в основу разрабатываемых инженерных методов расчета метод функциональных характеристик дает возможность учесть выявленные закономерности при определении параметров очистных камер путем установления влияния их яа предельные значения расчетных характеристик. ' •

Использование выражения (5) в баз прущихся на теории упругости общеизвестных решениях В.Д.СлесареЕа по определении предельного пролета выработки и И.Д.Ривкша по определении уровня напряженного состояния ленточных целиков позволяет установить зависв-мость расчетных функциональных характеристик от продолжительное» ти существования конструктивных элементов камерной системы разработки и реологических свойств руд:

K-m.\t'n¡X^rftKt . (19)

Где т" предельные значения расчетных функциональных характеристик при продолжительности существования обнажений и целиков, равной t , кзе;

гп', Aj- ю se, прн t в i шс;

' п , К - коэффициенты, отражащив реологические свойства руд.

Коэффициент равен т/2.

Из испытаний руд ва ползучесть коэффициент п равен 0,13, а из испытаний на звукоактлвноста -0,21,

. Для определения предельных значений ^счетных функциональных характеристик в различных горно-геологических условиях использованы данные о параметрах а устойчивости 5050 конструктивных элементов камер в 118 залежах на глубинах от 50 до 1050 к. В качестве примера применительно к горизонтальным обнажениям я потолочинам приведены графика.зависимости инвариант (3) о? продолжительности существования горизонтальных обважвняй а потолочин (рис.3).

Графики, подобные представленным на рас.З, позволяет установить зависимость предельных значений функциональных характеристик т.* и Ар от продолжительности существования конструктивных элементов при заданной глубине работ (рис.4) в от гяубиян работ при постоянном значении Бремена (рис.5).

25 Ш* 20

И

(т?)аН 10

а

к ' 1

Г А |

V >Со тг

а 5 о в"4» г

Т 0 0 1 1

«4 0 0 1 1

л 5 ]

н 6

I—

4 мес <0

5

(О5 4

Л 3

* Л"

2 2 3

1

Г

«

\

\

А •

1 • ■ >

0 с

в

( Ч,« и 7—

2 Ц

г—

б 8 мес 10

л 2 л®

Рис.3. Зависимость (тг) Н Са) и И /Лп (б) он продолжительности существования обнажений и потолочин (залежи П класса, = 5): I, 2, 3 - очередность отработки камер; о , ,а ,« - соответствен-•но,устойчивые и неустойчивые обнажения в камерах I, 3 очереди (а); о , • - устойчивые и неустойчивые потолочины (б)

ПГг

25

м 20

15

10

«

а1

л:

•8 мео Ю

4 в I-

8 мес 10

Рис.4. Зависимость т.г ^а) и Лп (б) .от продолжительности существования обнажений и потолочин (залежь П класса, /р= 5; п = 500 м): I, 2, 3 - очередность отработки камер

Графики (рис.4а) аппроксимируются выражениями, подобными выражениям (19)

гп° = т\ {

(20)

ПИЗ К- предельный эквивалентный пролет горизонтального обнажения рудного массива в камере, продолжительность существования которого равна_ ^ мес, м. Г —

Ш 20 30 40 50

график (рис.46) с- некоторым прибликеяием монет рассматриваться как"состояний из двух линеЯных отрезков* ЯерЕЫй отрезок соответствует потолочинам небольшой мощности. Для них вайявдается зависимость безразмерной характеристики потолочин от продолжитольг-ности их существования, которая описывается выражением

л[гк, ■ (21)

У _ предельное значение безразмерной характерястакя тля определения толщины потолочины, продолжительность сусест-вования которой равна i мес. Второй отрезок на графика (рис.46) соответствует яотаяода-яам, толщина, которых равна или больше могдаоста заяезя, Тдаз^ивка соотношения характеризуют уже мошке потояочдан, 1«га» работа которых отличается, как установлено аналитическими исследованиям, от режима работы потолочин небольшой мощности. Для яих безразмерная характеристика потолочин не зависит' от продолжительности их

существования. ^

Числе тише значения коэффициентов Ч и К , найденные ив. оо-

23

работая производственных данных, равны, соответственно, 0,19 и 1Д а постоянны в разданных горно-геологических условиях.

Из постоянства значений коэффициентов п я К в различных горно-геологических условиях следует: '. . •

С22)

(23)

эде ^ > 1, - соответственно, коэффициенты влияния времени на ус' тойчавость обнажений д потолочин;

предельные значения, расчетных функциональных харак-• . терастик при продолжительности существования обна-, . Званий'и целиков, равной 6 мес.

Зависимости (22), (23) подтверждаются производственными данными (рис.6) а мотут быть'записаны дая любой пары отрезков времени. Ъ данном случае в основу положен отрезок времени,равный 6 мес, так как за, указанный период в настоящее вреш отрабатывается ло-давлявдее большинство (84,3/£) камер.

Рис,6. Зависимость коэффициентов .

(а; и ¿2 (б) от продолжительности существования обнажений и потолочин: о , в — устойчивые и неустойчивые обнажения и потолочины

га . ш ; | 12 08 и а

(Ш

а? Зад 0.3

ш

1гни

/

/•

р

1'

о I «/ —

{ ) •

ж*

« • —

(6 га гь й - за мес ад

г—-

?мес9

Следует отметать, что численные значения коэффициента И , определенные из данных практики.и лабораторных испытаний руд на звукоактивность, отличаются всего лишь на 10$.

Графики, подобные предетавленным на рис.5, получена также Для залежей I и Ш классов и камер I, 2, 3 очередностей отработка. Анализ их подтверждает вывод аналитических исследований о целесообразности разделения залежей на классы при определении параметров камерных систем разработки. Например, в рудах с коэффициентов крепости 5-7 при всех прочих равных условиях предельные эквивалентные пролеты обнажений в залежах I., П, Ш классов находятся в соотношении 2:1,3 :Г.

Соотношение мезду предельными эквивалентными пролета'« вертикальных и горизонтальных обнажений описывается выражением

1, =^|=0,7 + 0,1Ь . (24)

Из сопоставления выражений (S) и (24) следует, что

г*тТш1дТ (25)

Установлено, что предельные значения расчетных функциональных характеристик не зависят от высота этажа.

Б очистных камерах с уступчатой формой обнажений имеют место обнажения с трехсторонним защемлением контура. В связи с эти наш бшш проведены исследования по установлении зависимости предельных значений эквивалентных пролетов'обнажений от .условий зЩешгешя их контура. Экспериментальными (шахтныг.ш)- исследованиями. выявлено, что предельные значения эквивалентных пролетов обнажений не зависят от услоейй защемтешая их контура.

Исследованиями установлена взаимосвязь между продельными значениями функциональных характеристик для определения толщины потолочины и ширины меадкамарного целака пря различной продолжительности отработка камер, а также выявлена взаимосвязь медду предельными значениями эквивалентных пролетов горизонтальных и наклонных обнажений:

Хц =» 0,75 <Я° ; ¿н° = 1,35 т" (26)

До 60$ залежей отрабатываются цра налички в их висячем боку выработанного пространства. В этой связи изучено влияние порядков отработка параллельных залежей а параметров обнажения промежуточной толщи ва ее устойчивость. Установлено, что напряженное состояние промежуточной толщи при соосном расположении целиков в параллельных залежах зависит от степени сближенности залежей ( ё. /а ) и формы очистных камер (М/а):

Кг с - 0,043/2- - 0,10-~+ 0,10; (27)

' 0,08 -^- -.0,37-д- - 0,20, (28)

тде <1 - мощность промажу 'гачвой - талвд,м.

Взаимное влияние камер при соосном расположении целиков в параллельных залежах прекращается при А./а >1.

Зависимости (27), (28) правомерны, при (¿/а I; 10М^сЙ40М и ЮИ£Н£60М

Следует отметить, что в работе для всех регреосиошшх зависимостей расчетные значения критерия' Фишера. при Ъ% урОЕна значимости значительно выше табличных, а индексы корреляции составляют 0,78-0,98.

Анализ данных маркшейдерских материалов показывает, что диапазон изменения степени сближенности залежей изменяется от 0,38 до 12,70, а формы очистных камер - на порядок ниже (0,441,10), из чего следует, что при оценке устойчивости обнажения промежуточной тоопца по данным практики влиянием формы очистных камер можно пренебречь. Данные практики (ряс.7) подтверждают это. Из рас.7видно, Что соотношение предельных^пролетов наклонных обнажений в камерах обособленных залетай и обнажений провозу точной толща 1'„р зависит от соотношения мощности и пролета последней. При определении степени сближенности залеааfl.no данным производственной информации размер камеры по простиранию заменен эквивалентным продетом обнажения промежуточной толщи. Правомерность втой: подоены вытекает из определения .понятая эквивалентного продета как шраяы выработка бесконечной дяини.

До данным практика, также как и по данным аналитических исследований, Езааккоа Едиявае камер прекращается при <1 / I

при соосном расположения целиков в параллельных залежах (см.рис. 7), а при несоосном рас пол оке ней целиков - при /£пр ^ 1,25. С уменьшением мощности промежуточно! толщи повыиаотся влияние несоосности целиков на ее устойчивость. Например, при мощности промежуточной тсшщи, равной 35 м, различие предельных пролетов ее обнажения при соосном и несоосном расположении целиков в параллельных залеках составляет 3-5$, а при мощности ее 8-10 м это различие ".достигает 4С$.

• Р' 1»

л

о п т VI ф •

0 Л <? <1 > • 9

с ¿я •1е по \т «

5 сВ о ГШ о г| 0 г» \ п л » »

Зту Ра Ф (Г1 • А

?гЬ, (У СО?! ■р яЧЧ; о г Ч" п г ¡й\ э л %

л г по гд* < чп '¿И Ьа о ой.

Го о

0,3 07 1,1 1,5 1.9 2,3

,. ...

Рис.7. Влияние, сближенности параллельных залежей на устойчивость промежуточной толщи при соосном расположении ЩЦ или.их отсутствии в ранее. отработанных залэжах висячего бока

Выявлено, что залежь основного простирания при начичия в ее висячем боку выработанного пространства, целесообразно отрабатывать от центра к флангам.

При отработке, мощных гластоэбразных крупопадающих залежей системаг® разработка с обрушением руды а вмещающих пород устойчивость обнажений и целиков, как показали исследования, зависят от глубины разработки,, расположения, панели по мощности залежи и количества.вертикальных контактов у панели с обрушенными порода-

ми (рлс.8). Обусловлено это не ревкоме рн ос тьи напряженного состояния рудного массива как по, так ж вкреет простиранию залежи. У лежачего бока затеки. расположена зона разгрузки, которая харак-тергвуетоя дошксешзд значениями вертикальных напряжений и значительными горизонтальна!® напряжениями. Площадь зоны разгрузки до начала очистных работ в подэтаже составляет 65-70^ от его пю~ щади. За зоной разгрузка распатояека зона стационарного опорного давленая, которая характеризуется повышенными значениями как горизонтальных, так и вертикальных напряжений. 'а .

т

(ш?)н га

550

А Ж

«О

О' • • • , <

•

о о

о 6 о 0 в "чч

с « ° я 0 Г41

, ,п ,09 —а.

из

05

Д7

ав

Мг

Рис.8. Зависимость (тг)Н (а) и И/Ли (б) от количества вертикальных контактов у панели с обрушенными породами и расположения панели по мощности залеки: 0, 1,.2, 3 - количество вертикальных контактов у-панели с обрушенными породами; ° , й . с . О устойчивые и не-

устойчивые горизонтальные обнажения компенсационных камер в'панелях без и с I, 2.и 3 вертикально контактом с обращенными порода?.® (а); о , * - устойчивые и неустойчивые подсеченные массивы компенсационных камер (б)

В связи с незначительной продаттлтельностьо отработки компенсационных камер (1,6-2 тс) продельные значения расчетных функ-цион&шшх характеристик/гтрэпо1стонадьвн продолжительности существования обнажений и целиков.

Для практического применения установленных закономерностей нами разработаны мет одежа расчетного определения параметров ка-

мерных систем разработки с плоской и уступчатой фермами обнажений, а также парагдатров разработки с обрушением руды и вмещашях пород. В расчетах используются две группы исходных данных. К первой группе относятся горно-технические условия отработки: класс залежа, очередность отработки камеры, коэффициенты крепости руды и Емещавдих пород, глубина разработки, мощность залежи а промежуточной толщи, взаимное расположение камер и целпков, высота этажа а продолжительность отработка кашр. Яри системах разработки с обрушением руды и вшеагавдх пород к горно-техническим у сло-т виям относятся также расстояние панели от Еисячего 601а и количество вертикальных контактов с обрушенными породами.-'Ко второй группе относятся соответствующие горно-техническим условиям предельные- значения расчетных функциональных характеристик , ¿н , которые определяются из графиков, подобных пред-

ставленным на рис.5-7. с учетом зависимостей (24) и (26). Расчет параметров производится по номограммам. С пвльа ускорения расчетов разработан программный модуль с использованием ЭВМ.

Из сопоставления параметров камерных систем разработка, определенных по существующей (И.Д.Ривкдя) я предлагаемой методикам (таблица), можно сделать вывод, что сокращение продолжительности отработка камер с 12 до 6 мес позволяет увеличить объем камерного запаса в 2,4-2,5 раза, а дальнейшее сокращение сроков отработки до 4-5 мес позволяет заменить подзтатсно- на зтаото-кмароти^систй-му разработки. Придание очистным камерам уступчатой формы позволяет увеличить.объем камерного запаса по сравнению с их традиционной в виде параллелепипеда формой в 1,2-6,1 раза.

.Экспериментальная проверка результатов исследований ' произведена в 36 блоках, в которых добыто свыше 10 мян т руда, при этом горно-геологические и горно-технические условия измеаялпсь в весьма широком диапазоне: глубина разработка - от 287 до 1050 к,' мощность залежей - от 10 до 270 м, продолжительность существования обнажений а целиков - от 0,5 до 85 мес, коэффициент крепости руды - от 4 до 20, а коэффициент зфашети вмещающих пород - о.т 7 до 20.

Результаты отработка экспериментальных блоков подтверждают эффективность и нацешость разработанных расчетных методов определения параметров систем разработки. 3 экспериментальных- блока"

w о

Таблица

Зависимость геометрических параметров системы разработки от формы очистных камер и продолжительности их отработки (залежь П класса, камера 2 очереди, . . Н = 760 м, = 6, 1п «=■ 16, М = 20 м; камеры с уступчатой формой обнажений; -'Л ^ продолжительность отработка 6 те)

.'Расчетные значения параметров систеш разработки при форме обнажшиЙ 1 плоской : уступчатой и наличии

Параметры системы разработка

¡S

tr а>

'.: по "предлагаемой методике при :¿

;;продолжительности существования :

'о • ш

• О

¿няя обнажений и целиков, мес

р. О!*"......,—■ "• ■..-г—.ив

я нн; рз ш к к;

RtD OS ш . '

6»-»*5<i3; 2 ffi pJ -0 '

6

12

.кон

• H f»iO

•Р. о

ÍOOQ

jaeaL

,-т—г

; о e¡ i w f

" 8 '.ёШ

|ооЕ

: ai : о i i ¿

ibñ ¡saaog*

:« _ * & оу

• túOfi лОйОО

'КЯш "Мса ЦяШ :бжч .с*ййяий

! ш о I со оо> Ооь

.трз... '.щвЕШгав.

Размеры камеры по простиранию, м..........

Размеры камеры по падению, м .............

Толщина-потолочины в % от высоты камеры,.,..

Ширина мездукамерного целика н % от размера по простиранию .......

Камерный запас: тыс.м8 %

12,0 ' 36,0 26,0 20,0 18,0 15,0 45,0

20,0 70,0 54,0 34,0 24,0 19,0 25,0

75,0 23,1 34,2 "ЯД 96,1 109,7 88,0

100,0. 36,1 53,8 95,0 100,0 106,6 35,6

4,1 42,8 " 23,8 П,6 7,3 4,8 16,3

16,8 59,7' 48,5 30,3 2S,$-23,I 31,4

•60,0 21,0 33,0 24,0 46,0 ' 53,0 95,8- 39,Г 43; 4

26,7 22,9 35,Г

76,2 13,7 31,1

54, -25,0 '37,0,

по отработке богатых руд объем камерного запаса был увеличен по сравнению с фактическим на шахтах в 1,4-4,1 раза, что позволило сократить объем водготовятелько-нарезных работ на каядые 1000 т на 1,5-2,3 м, снизягь потери металла па 0,08-0,73% (абс.) и себестоимость добытой руды на 0,06-0,27 руб./т. Несмотря на увеличение камерного запаса, видимые проявления горного давления в экспериментальных блоках отсутствовали.

Объем камер при отработке магнетитовых кварцитов доведен до 329-658 тыс.м3, что в 3,5-6,1 раза больше рекошщовашых И.Д.Рив-киным. Это позволило, несмотря на Еысокую прочность кварцитов (160-200 МПа),.за счет применения крупномасштабной технологиипо-высить производительность труда рабочего по система в 2-2,5 раза, снизать объем нарезных работ в 2-2,2 раза и себестоимость на 11,1% по сравнению с соотЕетствущсми показателями при отработке богатых руд (50-70 ЫПа).

В целом внедрение результатов исследований на пахтах Крив-басса в объема 43 млн т позволило повысить качество добытой руда на 0,11-0,55$ (абс.), снизить потеря руды па 4-5^ (абс.), а засорение - на 0,2-3,6$ (абс.), повысить производительность труда рабочего по системе-на 13-34/5, снизить себестоимость добытой руды на 0,02-0,12 руб./т а подучить экономический эффект около 1,4 млн руб. Наряду с указанным, следует отметить, что,несмотря на увеличение за период исследований глубины очистных работ на 400500 м, -широкое внедрение рекомендуемых расчетных методов позволило полностью исключить ярекдевремепное самообрушение обнажений и целиков при одновременном увеличении объема камер.

Оценивая перспективу применения систем разработка'на рудниках Кривбасса, следует отметить, что удельный вес катерных систем разработки при отработке богатых руд на глубинах до 1500 м сохранится на уровне 20-22^, а с учетом добычи магнетитовых кварцитов - на уровне 30-35£. В целом применение кшерньх систем разработка на рудниках Кривбасса возматно до глубин 2000 м и бате е.

2ШШШИБ

В диссертационной работа произведено теоретическое обобщение и репение крупной научной проблемы, виеизей ваквое народно-_

хозяйственное значение и заключающейся в теомеханическом обосновании параметров систем разработки, обеспечивающих безопасные условия применения крупномасштабных технологий и повышение качества добытой руды яри отработке богатых яелезных руд и магнеТитовых кварцитов. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем.

1. Установлены, закономерности изменения интенсивности проявлений горного давления с глубиной в зависимости от характера сдаивания налегающих пород, степени отработанности залежи и пространственной ориентации конструктивных элементов систем разработки. ;" ■

2. Выявлено, что процесс накопления-звуков разрушения'подобен процессу ползучести и может быть описан общеизвестным уравнением линейно-наследственной ползучести Ж.С.Ертайона. При этом-параметры «с а обу в обоих случаях равны 0,70-0,71, а между параметрами о п существует линейная зависимость. Проявлении единицы относительных деформаций (1х1СГ°) соответствует 80-100 зэтксв разрушения, что приводит к выводу о возможности регистрации де-

'формаций ползучести звукометрическим методом с высокой точностью.

3. На основе анализа натурных измерений и результатов математического моделирования установлено, что:

- боковой распор вне зоны влияния очистных работ изменяется от 0,42 до I, является функцией коэффициента крепости горного массива и не зависит от глубины разработки; ■

- коэффициент бокового распора в зоне влияния очистных работ равен квадрату коэффициента бокового распора в нетронутом маесивз;

- в зоне влияния очистных.работ напряженное состояние горного массива зависит от формы выработанного пространства, характера сдвикрппя Емещахщпх пород и коэффициента крепости горного массива.

4. Изучены закономерности распределения напряжений вокруг очистных камер с плоской в уступчатой формами обнажений. 3 кат.тара;: с плоской формой обнажений в потолочинах небольшой мощности растягивавшие напряжения у лежачего бока в 3-4 раза выше, чем у висячего, а параметры зон действия указанных напряжений у лежачего бока в 2-6 раз батасе, чем у висячего бока. В мощных пото-

легашах растягивазпщге тапрйяения возникают по центру их пролета.

Придание конструктивным элементам камерной системы разработки уступчатой формы позволяет исключить или уменьшить величину . действующих в них растягивающих напряжений за счет приближения к контуру обнажений зоны всестороннего сяатия.

Для опасных сечений потолочин с плоской формой обнакений установлены регрессионные зависимости, главных напряжений от их функциональной характеристики, а для конструктивных элементов с уступчатой формой обнажений - от. соотношения пролета камеры . а суммарной высоты уступов.

5. Установлено, что взаимное влияние очистных камер в параллельных залежах при соосном расположении целиков в них или при отсутствии целиков в залеяах параллельного простирания исключается при мощности промежуточной толщи, равной или больше эквивалентного пролета ее обнаненяя, а при несоосном расположении це-

. ликов - при мощности промежуточной толщи, превкиаыцей эквивалентный пролет ее обнаяегая на 2Ь%, Разработаны коэффициенты, учитывающие степень влияния сблияенности залежей на устойчивость обнажения промежуточной толща.

6. Разработаны научные основы определения и конструирования систем разработки. Для чего:

- обоснована возможность использования метода расчетных функциональных характеристик для определения размеров компенсационных камер при системах с обрушением руды и вмещаадих пород и развиты теоретические основы указанного метода применительно к камерным системам разработки;

- установлены численные значения расчетных функциональных характеристик с учетом глубины разработки, характера сдвигания налегаидих пород, степени отработанности залоги, коэффициента крепости и реологических параметров руд, продолжительности существования и пространственной ориентация обнажений и целиков, а тагоса степени сближенности параллельных- валехей л взаимного расположения в них камер и целиков;

- разработан» инженерные, методы расчетного определения размеров очистных и компенсационных камер с плоской и уступчатой фермами обнажений, учитывавшие особенности напряженного состояния массива и конструктивных элементов систем разработки,рво- ■

логические параметры руд и продолжительность существования общ« женнй и целиков.

С целью широкого и эффективного использования расчетных методов определения параметров обнажений и целиков разработаны и утверждены соответствующие инструкции, применение которых явля^-ется обязательным при составлении'рабочих проектов на очистную выемку. Объем их внедрения на рудниках; Кривбасса составил 43 млн т с общим экономическим эффектом, равным 1,4 шщ.руб,

7. Экспериментальная проверка эффективности результатов исследований показала, что применение расчетных методов .позволяет увеличить объем камерного запаса в 1,4-6,1 раза, повысить качество добытой руды на 0,1-0,6$ (абс.), снизить потери руды на 4-(абс.), а засорение - на 0,2-3,6$ (абс.), повысить производительность труда на 13-34$ и снизить себестоимость' добытой руды ■ на 0,015-0,120 руб. . -

Установлено, что применение камерных систем разработки на рудниках Кривбасса возможно ка глубинах 1500-2000 м и более. Их удельный вес при отработке богатых руд на глубинах до 1500 и ссь-■ ставит около 20-22^, т.е. практически сохранится на существую^ щем уровне. '

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

1. Влияние фактора времени ва параметры обнажений в камеронах системах разработки/Й,Д.Ривкин, В.Б.Цариковский, А.Г.Федо^-рзнко, ВД.Пояивко// Горнорудное производство (подземная добыча железных руд), -Кривой Рог: НИШ, 1974. -СЛ31-134.

2. Применение расчетных функциональных характеристик для определения геометрических параметров камерных систем разработки рудных месторождений/ И.Д.Рг.ешн, А.Г.Федоренко, Е.В.Царикор-ский, Б.Г,'.Кучер// Тез«докл. У Всесоюз. конф. по механике горных пород (Москва, 7-8 января 1975 г.), -11.: Изд. 05ГШ Й53, 1974.

•-С.41. ' .

3. Реологические процессы в зоне влияния очистной выемки с увеличением глубины разработки/ Й.Д.Ривкин, П.А.Богдапов,В,В.Са-кович;, В.Б.Цариковский и/др.// Горнорудное производство (подземная добыча железных руд). -Кривой Рог: НДГРЛ, 1974, -С.124-13С.

4. Лерспсктдвк применения подэтажно-кзмернкх систем разра-

боткй й расчетное определение юс параметров/ И.Д.РиЕкан, В.В.Ца-рйковскйй, А.Г.Федореяко, В.II.Подавко// Совершенствование техники и технологий разработки железорудных месторождений: Материалы отрасл. науч.-тахн. конф. -Каев: Наукова думка, 1975. -C.il-12...

5. Реологические процессы в зонах влияния очистной Еыемка с увеличением глубины разработки/ И.Д.Рявкин, П.А.Богданов, В.В.Сакович, В.В.ЦарикоЕскай и др.// Совершенствование техника и технологии разработка железорудных ЬйсторозЗёнйй: Материалы оФрасл.науч'.-гтехн.конф. -Каей: НаукоМ думка, 1975.-С.19-21.

6. Равкин И.Д., Дараковскай Б.В., Федоренко А.Г. Инструк-щя по определению допустимых размеров обнажений а целиков пра подэтажно-камерных системах разработай в КрйЕбассе. -Кривой Рог: НИШГ, 1975. -33 с.

7. Отработка залежей подзтажно^йамерной системой с увеличенным размером камер/ И.Д.Ривкйя, Е*В.Цараковский, А*Г.Федоренко, Г.М.Вуланов// Металлургическая и горнорудная промышленность. ~197б, -)53. -С.57-58. . ■

8.Цараковский Б.В. О возможности применения эквивалентных пролётов доя: определения предельных размеров вертикальных обна-женйй// Горнорудное производство (надземная Ддбыча железных руд). -Кравой Рог: НИШ, 1976. -С.42-44.

9. Опыт.применения расчетных функциональных характеристик для определения геометрических параметров подэтагао-какерных систем разработки/ И.Д.Ривкйн, В.ВЛарМоЕский, А.Г.Федоренко,

В.Л.Г^аммаков и др.// Горн»журн. ¿1977. -С.57-59.

10. Новые возможности звуййШтрическо1,о штода наблюдения проявлений горного давления/й.Д.Р&вкин, П*А.Богданов, В.В.Царя-ковский, А.Г.Федоренко и др.// Горн.журн. -1977. -Ш0. -41.62-64.

11. Цариковсклй В.В. Высйта этажа а предельные функцзопа- ■ льныа характеристика//'Горнорудное проазЕОдство (подземная добыча железных руд). -Кривой Рог: НИШ, 1977. -С.41-43. .

12. Применение расчетных функциональных характеристик для определения геометрических параметров камерных систем разработки рудных месторождений/ ИД.Ряекин, А.Г.Федоренко, В.В.Царн-коёский, В.И»Кучер// Прикладные задача механики горных пород: Материалы У Всесоюз.конф. по механика горных пород. -М.: Наука, 1977. -0,176-179.

13. Совершенствование этажно-камерннх систем разработка на рудниках КряЕбасса/И.Д.Равкиа, В. Кучер, А.Г.Федэренко, В.И.По-ливко и др.// Черная металлургия. Сер.1. Горнорудное пролзводсг-во: Экспресс-информация. -1979. -Бш.4. -24 с.

14. Определение оптимальных конструктивных параметров системы подэтажного обрушения для рудников Кривбасса: Инструкция/ В.В.Сакович, В.В.Царпковский, А.Ф. Артеменко, Г.М.Шевцова и др. -Кривой Рог: ЕИГБ1, 1980. -32 с.

15. Цариковский В.В., Шевцова Г.М., Кучер В.М. Определение реологических параметров горных пород звукометрическим методом// Механика разрушения горных пород: Материалы У1 Всесоюз.конф. по механике горных пород (Фрунзе, 3-5 октября 1978 г.). -Фрунзе: йлим, 1980.-С.248-2К.

16. ЦарикоЕскай В.В., Шевцова Г.М. Определение реологических параметров горных пород- звукометрическим мат од ом// Горная геофизика (науч.техн.семанар по горной геофизика, Ткибули, 1215 октября 1981г.): Тез .докл. -Тбилиси: Мецнаереба, 1981. -CJ56-159.

17. Царяковскпй В.В. Расчетное определение параметров компенсационных камор .цра системах разработка с обрушеааем'руд а вмещающих пород// Додземная добыча руд черных металлов: Сб.науч. тр. -Кривой Рог: НИТЕЙ,'1981. -С.38-42.

18. Определение размеров панели по условиям горного дагле-. ния/В.В.СакоЕач', В .Барановский, Г.М.Шевцова, А.Ф.Магуль и др. //Подземная добыча руд черных металлов. ЕИГРИ. -Кривой Рог, 1980, -Дел. .в УкрНЖШИ 05.01.81, 2551.

19. Дополнение к "Инструкции по определении допустимых размеров обнажений я целиков при подэтаано-камерных системах разработки в Кривбассе/ П.А.Богданов', В.В.Цариковский, Г.М.ШевцоЕа, В.В.Саковач и др. -Кривой Рог: НИГШ, 1982. -Ю с. .'

20.;Разработка параллельных сближенных залежей Криворожского бассейна системами с открытым: очистным пространством/ В.В.Ца раковский, Г.М.Шевцова, В.В.Сакович, Н.А.Недужай// Довшение эффективности горнорудного производства. -Кривой Рог: НИГШ, 1982. -С .13-17.

21. Метода расчета параметров конструктивных элементов са-стем разработки а аппаратура для определения их предельного со-

стояния/ П.А.Богданов, В.В.Цариковский, Б.Б.Сакович, А.В.Недзвец-кий// Доклады сеьзшара для специалистов стран Африки. -КривойВэг: ШСПИ, 1982. -С.68-7?.

22. Основы управления горным давлением при отработке залежей на больших глубинах/В.Л.Ватотенко. В.В.Цараковский, И.С.Зи-цер, Е.П.Чистяков и др.// Развитие прогрессивных методов разработка месторождений железных и марганцевых руд Украинской ССР и '

' применение их на предприятиях отрасли: Тез.докл.Всесога.науч.-техн.конф. -Кривой Рог: НИШ, 1983. -С.31.

23. Управление горным давлением при отработке крутопадаицих рудных залежей Кривбасса/А.Ф.Артеменко, В.В.Сакович, В.В.Дари- ■ ковский, Г.Н.Шевцова// РазЕитио прогрессивных методов разработки местороздений железных и шрганцевых руд Украинской ССР и применение их на предприятиях отрасли: Тез.докл.Всесоюз.науч.-техн. конф. -Кривой Рог: НИ1ТЙ, 1983. -С.26-27. .

24. Цути увеличения камерного запаса при отработке заленей на больших глубинах/В.Л.Грашаков, Г.М.Еуланов, В.Б.Цараковскпй, В.В.Сакович// Гсрн.яурц. -1933. -Ш. -С.35-37.

25. Методика определения допустимых размеров компенсационных камер с учетом фактора времени/ В.В.Цариковский, В.В.Сакович; А.Ф.Артеменко, Г.М.Шевцова. -Кривой Рог: НИГТИ, 1983, -С.8.

26. Порядок отработки сйлнкегаых параллельных заленвй Крив-басса/ В.В.Цариковский, Г.М.Шевцова, В.В.Сакович, Б.ПЛистяков// Совершенствование технологии подземной разработки руд черных металлов. -Кривой Рог: НИГРй,'1983. -С.23-25. '

27. Цариковский В.В. Способ увеличения камерного sanaca на

, глубоких.горизонтах^^фа5с^'шуч~техн.конф. по системам разработки руд' цветных металлов (СЕердлонск, 15-16 октября 1985 г.:): • Тез.докл.науч.-техн.конф. -Свердловск: Полиграфия, I9S5. -С.14.

2В." Резервы увеличения ,камерного запаса при звукоштричр.с-

. ком контроле устойчивости.массива пород/ А.В.Недзвецкай, В.В.Ца-рикорский, В.Л.Балозор, А. С.Не челу ре нко и др.// Горная геофизика (науч.-техн.семинар'по горной геофизике, Батуми, II—15 октября 1985 г.): Тез.докл. - Батуми: АН ГССР, 1985. -С.337.

^ 29. Оценка естественного поля напряжений Криворогакого ме-стора-здения/ Г.М.Еевцова, А.ВЛедзвецкий, В.В.Иарлковсгай,В.1.Бй-лозор// Взаимосвязь геояого-шктонлчбскогэ строения, свойств,

• Я

структурных особенностей пород а проявлений избыточной напряженности. -Апатиты: ® АН СССР, 1985. -C.I36-I39. '

30. Шевцова.F.M., Недзведкий A.B., Дариковский В.В. Исследование напряженного состояния нетронутого массива в Кривбасое// Сб.науч.тр. -Новосибирск: ЕВД СО АН СССР, 1985. -С.39-41.

31. Новые технологические решения при отработке удароопас-ного массива/ Е.Д.Ершшенко, А.П.Григорьев, Е .И Лценко, Е .В.Ца-риковский и др.// Перспективная технология подземной разработка железных и марганцевых руд: Сб.науч.тр. "-Кривой Рог: НШИ, 1986. -C.IC-I3.

32. Влияние очистных работ в подэтажа на окружающий рудный массив/ В.В.ЦарикоЕский, В.В.Сакович, Б.Д.Запорожец, М.А.Коваленко// Проблемы повышения эффективности горнорудных предприятий: Сб.науч.тр.-Кривой Рог:-НИГШ,-1987. -С.67-69..___ _ ^

33. Определение: и контроль допустимых размеров конструктивных элементов систем разработки на рудниках Кривбасса/ В.В.Цари-ковский, Б.В.Сакович, А.В.Недэвецкий, А.Ф.Артеменко и др. -Кривой Рог: ШШ1, 1987. -75 с. ' : . .

34. Опыт отработка магнетитоЕкх кварцитов/ В.В.Цариковский, А.П.Грягорьев, В.В-.Сакович, Е.ИЛцекко и др.// Горн.яурн. -1986. -.'19. -С.49-51.

35. Дополнение к инструкции "Определение и контроль допустимых размеров конструктивных элементов систем разработки на рудниках Крявбасса"/ В.В.Цариковскяй, В.В.СакоЕич, ■ А.Ф.Артеменко, ' А.Б,.Недзвоцкий и др. -Кривой Рог, НИГЕИ, 1988, -25 с.

•36. Влияние форш обнажений в камерах на устойчивость конструктивных элементов системы разработки/' В .В .Одринэвский, ЕЩВвв-цова, В.В.Сакович, Г.М.Еуланов и др.// Разработка железных и марганцевых руд: Сб.науч.тр.-Кривой Рог: ШПШ, 1988. -C.III-II5. "

37. Напряженное состояние, конструктивных элементов камерной сястеш разработка с продольными целиками/ В.В.Цариковский," ГЛ.Шевцова, Я.И.Кшшш, А.Ф.Магуль// Разработка железных и марганцевых руд: Сб.науч.тр.-Кривой Рог: НИГБГ, 1988. -C.II5-II8.

. 38. A.c. 1490276 СССР, МКИ И 21 П 3S/00. Способ определения напряженного состояния горного массива/ В.В.Цариковский, П.И.Киш-кин, Зал .В .Цариковский, А.Ф.Магуль. -Заявл .03.08.87; Опубл. в . Б.И. Ж.

39. Управление горним давлением путем предварительного деформирования массива при отработке мощных крутопаданцих залежей/ В.В.Цараковскнй, В.В.Сакович, А.Ф.Артеменко, ПЛ.Кишкин// Разра-работка руд черных металлов: Сб.науч.тр. -Кривой Рог: НИШ.19В9. - С.49-52.

Подписано к печати 03.05.92 т. Формат 60x84/16. Бумага типограф, Печать офсетная. Уч.-изд. 2,2. Усл.пзч.л„ 2. Tapas 110 экз. Заказ 122 . Бесплатно.

ШГРй. ^4035, Кривой Рог, пр.Г&шрзна, 57.