автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Управление устойчивостью горного массива закладкой выработанного пространства

государственный комитет рсфср по делам науки и высшей школы

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз.

Порцевский Александр Константинович

удк 622.831.32.001.18

УПРАВЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТЬЮ ГОРНОГО МАССИВА ЗАКЛАДКОЙ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА

Специальность 05.15.02. Подземная разработка месгоровдений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1991

Работа выполнена на предприятии ВНИМпромтехнологии

Научный руководитель: доктор технических наук

Е.А.Котенко

Официальные оппоненты: доктор технических наук, nporheccop

В.И.Борш-Компониец

кандидат технических наук, дспент А.О.Баранов

Ведущее предприятие - Целинный горно-химический комбинат

Защита состоится 1991 года ь /^*~~часов на

йаседании Специализированного Совета Д.062.Ь5,02. при ДОТРИ им. С.Орджоникидзе по адресу: II7873, г. Москиа, В-485, ул. Миклухо-Маклая, 23, МГРИ, ученому секретарю Специализированного Совета Д.063.55.02.

С диссертацией ыожно ознакомиться в библиотеке МГРИ.

Авторе(?ерат разослан _/ 1991 г.

Ученый секретарь Специализированного ^ Совета, к.т.н., доцент /^sà У Г.С.Андреева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК^ РнЬоТК

Актуальность темы. Одним из путей рационального использования сырьевых ресурсоз и интенсификации способов безопасной отработки месторовдений является приоритетнее применение систем разработки с закладкой выработанного пространства, превде всего при выемке ценных и весьма пенных руд и при опускании очистных работ на большие глубины. Управление горным давлением при очистной выемке приводит к необходимости активного использования закладки для погашения образованных пустот и предотвращения смещений пород .» рабочее пространство. Нэ достаточная изученность механизма Нормирования нагрузок на потолочину, характера деформирования искусственной кровли и закономерности взаимодействия горного и закладочного массивов затрудняют изыскание эффективных мероприятий по поддержанию очистного пространства. Неравнопрочность участков горного массива зачастую, приводит к необходимости использовать различные системы разработки и изменять параметры очистной выемки руды и пределах горного отвода рудника и вместе с тем требует разработки мероприятий по предварительному укреплению слабоустойчивых пород. Работа выполнена в рамках комплексной программы исследований 0.29.01 научно-технических направлений и проблем (АНТ-15-03), проводимой институтом ВНИПИ промтехнологии.

Цель работы. Научное обоснование устойчивых пролетов выработок и параметров опорных пространственно-ориентированных конструкций в горном массиве с использованием твердеющей закладки.

Идея работы заключается в выборе устойчивых параметров очистной выемки на основе использования предельной несущей способности закладочных массивов, комбинации объемов погашения и изоляции пустот, профилактического приведения неоднородного горного массива в равноустойчивое состояние путем предварительного сооружения в нем опорных пространственно-ориентированных конструкций.

Научные полоасгдя, ~ у; з л-.6 с тайные дччно соискателем, д их новизна;

- получены зависимости несущей способности закладки от факторов формирования и твердения искусственного массива, отявчгшдиеся от известных аналитическим учетом влияния слоистости и угла падения бортов на устойчивость сооружения;

- установлены зависимости минимально-необходимой прочности и предельно-допустимого прогиба искусственной кровли от параметров обнажения, направления очистной выемки и ста-1 дин деформирования (упруго!: и пластической) для несущей потолочины камер, двух-, трехслойного ра.знопрочного массива, армированной закладки и частичного погашения одиночных выработок; обоснована зависимость минимально-необходимой толщины несущего слоя при комбинированной закладке камер от нагрузок и геометрических размеров камеры;

- определена зависимость распределения давления верхней малопрочной пачки на нижнюю несущую разнопрочного искусственного массива от соотношения их модулей деформации, зависимость модуля деформации твердеющей закладки от ее прочности и стадии деформирования;

- обоснован выбор комбинации объемов погашения, изоляции и вида закладочных материалов, основанный на зависимости объемов пустот-от параметров разрыхления, компрессионной усадки пород, закладки и от расстояния по восстанию от полости до объекта охраны;

- охарактеризована зависимость устойчивости горной выработки от всех ее геометрических параметров (длина, ширина и высота), поля напряжений и физико-механических свойств горного и закладочного массивов; предложен общий коэффициент статической устойчивости обнажений подземной выработки;

- разработан способ профилактического приведения неоднородного горного массива в равноустойчизое состояние за счет использования опорных пространственно-ориентированных сооружений, предложены конструкции опорных пространственно-

ориентированных сооружений "шатра" в "этажерки" с расчетом типовых элементов: плита, колонна, подпорная стенка, ростверк.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждена показателями корреляции результатов теоретических и экспериментальных исследований, сходимостью результатов моделирования и аналитических расчетов с результатами промышленных испытаний и статистическими данными по фактическому состоянию выработок, практическим внедрением технических предложений по укреплению ослабленных участков горного массива, возведению искусственных сооружений.

Блок-схема проведения исследований по диссертационной работе приведена на рис.1. Основным стержнем, пронизывающим всю работу, является мысль о том, что применение твердещей закладки с регулируемыми прочностными и геометрическими параметрами позволяет управлять устойчивостью горного массива и решать геомеханические задачи на различных иерархических уровнях, от простого к сложному, от управления устойчивостью непосредственной кровли и бортов рабочего пространства до управления напряженно-деформированным состоянием блока, рудного тела, месторождения в целом.

Практическое значение работы заключается в методах инженерных расчетов, номограммах, графиках и программах расчетов на ЭВМ предельно-допустимых параметров обнажений горного и закладочного массивов, элементов опорных пространственно-ориентированных конструкций, а также выбора вариантов погашения пустот изоляцией и закладкой различного вида,способов заблаговременного приведения неоднородного массива в равноустойчпвое состояние.

Апробация работы. Основное содержание работы и ее отдельные положения докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах и конференциях во ВНШ1ИПТ, научно-технических советах предприятий ЦГХК и ПГХК (1984-1990г.г.)

Реализация результатов. Разработанные варианты приме-

Блок - схема проведения исследований

Обоснование устойчивых пролетов выработок и параметров опорных простракственно-ориентированнмх конструкций в горком массиве с использованием твевдемаей эакладки____

I

Научная задача - выбор устойчивых параметров очистной выемки на основе использования предельной нес\щсй способности зчк^ки, комбинации объемов погашения и изоляции пустот, профилактического приведения неоднородного массива в равноусто1ш:1вое состояние путем сооружения в" нем опорных пространственно-ориентированных конструкций_______

зависимость несущей способности закладки от факторов ее формирования и твердения

1

^е ; ^Г 1

зависимость минимальной прочности и максимального прогиба искусственной кровли

1

зависимость распределения давления верхней лачки на нижнюю, зависимост; модуля деформации закладки

обоснование выбора комбинации объемов погашения, изоляции и вида закладочных материалов

определение общей зависимости устойчивости горной выработки, коэффициент ее устойчивости

1 1 1

1

разработка способа эаблЕГовременного приведения неоднородного массива в равкоустойчивое состояние с расчетом элементов опорных конструкций

н Га,с/,ис,А,&. к)

1 Ни,

»метошв мр.ийТУ

гтевельнй-ЛООТСТИШК параметров обнажении горнрго и закладочного массивов, элемс-нтив ипириих конструкций, |

нения закладки и инженерных конструкций используются в практике проектирования подземной разработки сложноструктурных месторождений ЦГХК и ПГХК.

Основные вывода и рекомендации, полученные в работе, использованы в "Техническом предложении по технологии погашения выработанного пространства равнопрочной твердеющей закладкой при нисходящей слоевой выемке" (1985 г.), "Техническом предложении по выбору (расчету) устойчивых параметров искусственной потолочины при отработке блока камер 200-205 месторождения "Гр" (1987), "Технических предложениях и геомеханическом обосновании по отработке рудной залежи № I выше гор. +140 м месторождения "Ка" (1988), "Геомеханическом обосновании оптимального варианта перехода на системы с закладкой на глубоких горизонтах месторождения "В" (IS89) - фонды предприятия ЕНШШГ.

Публикации. По гаме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 авторских свидетельства на изобретения.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения л приложений. Содержит 205 страниц машинописного текста, в том числе 44 иллюстраций, 47 таблиц; список использованной литературы из 1.96 'наименований и 53 страниц приложений.

(ШОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Месторождения отрасли Минагомзчергопром, в основном, гидротермального ;гроисхо."сдения, поэтому оруденекие металла приурочено к зонам трещииоватости тектонических разломов и сочленений швов различного направления, отличающиеся напряженным состоянием пород и их интенсивной трещинова-тостыо. Отсюда, яри выемке руды на различных участках месторождения возникает необходимость комбинировать системам1.! разработки с закладной к параметрами очистного пространства и тем ухудшать экономическую эффективность извлочопвя мв-

таяла по горнодобывающему предприятию.

Известные учение и специалисты в области разработки рудных месторождений с закладкой - Р.Ш.Азимов, У.А.Алдам-бергенов, О.А.Байконуров, А.А.Борисов, В.И.Борщ-Компониец, Д.М.Бронников, Б.А.Вольхин, В.Й.Голик, В.В.Дейнер, Н.Ф.За-месов, А.И.Имангалиев, В.А.Кондратов, Е.Д.Кочетков, С.В.Кузнецов, Д.П.Лобанов, Л.В.Маяетин, В.Д.Палий, И.М.Панин, Ф.Ф.Рычик, С.Н.Суглобов, М.Н.Цыгаяов, Ю.ИЛабдарова, Б.Ф.Шевченко и др. - среди основных проблем применения закладочных материалов на первое место ставят вопросы геомеханического обоснования несущей способности искусственных сооружений и рациональное использование твердевдих растворов и крепи очистных выработок.

Анализ существующих у нас и за рубежом методов расчетов нормативной прочности искусственной кровли выработок показал, что ее величина устанавливается не по предельной несущей способности, а путем сравнения полученной моделированием или расчетом по допустимым напряжениям и деформациям прочности идеализированных жесткозащемленных или свободно-опертых: балок с действукщими на нее равномерно-распределенными или из свода давления нагрузками, в результате же расчетов прочности закладки при слоевой выемке разброс значений ее колеблется от 2 до 10 Ша для одних и тех яе условий. Для разнопрочного закладочного массива недостаточно исследован механизм передачи нагрузок и распределения давления верхней малопрочной пачки на нижнюю несущую. В научно-технической литературе практически не встречается способ профилактического приведения неоднородного массива в равно-устойчивое состояние за счет заблаговременного сооружения в нам опорных пространственно-ориентированных конструкций и отсутствуют соответствующие методики расчетов отдельных конструктивных элементов. Взаимодействие горного и закладочного массивов, нагрузки на закладку с учетом стадийности очистных работ достаточно просто описьроются известными расчетами совместных перемещений налегающих пород и собствен-

ных деформаций закладки на основе теории упругости, ползучести и механики сплошной среды, реализованных на ЭВМ,этой теме посвящены работы С.В.Кузнецова, Д.М.Бронникова, Н.Ф.Замесова, У.А.Улдамбергенова, С.Н.Суглобова, Е.Д.Кочет-кова, В.Р.Именитова, В.Ф.Абрамова, В.В.Попова, А.И.Имагна-лиева, И.М.Панина и .других. Высота распространения зоны опасных деформаций пород на сегодняшний день определяется по методикам ЕНШИ, основанным на равенстве объема пустот объему обрушившихся пород, при этом не учитывается компрессионное сжатие пород, объем и усадка подаваемой в полоста закладки различного вида. Влияние полостей на деформации земной поверхности широко исследовано для угольных пластов, есть работы по расчету деформадий от сдвижения пород в выработки ограниченных размеров, но нет расчетов необходимой полноты заполнения пустот. В научно-технической литературе известны методики аналитических расчетов обнажений горных выработок, отдельно для кровли (слоистой и трещиноватой), отдельно для бортов и отдельно для породных и искусственных массивов, расчеты не общей статической устойчивости подземной полости аналитическим методом отсутствуют.

В связи с этим сформулированы основные научные гипотезы: искусственная потолочина как всякая инженерная конструкция обладает предельной несущей способностью, выражаемой минимально-необходимой прочностью закладки и максимально-допустимым прогибом ее изогнутой оси; высота области опасных с,движений пород пропорциональна объему изолируемых пустот и пустот, вызванных компрессионной усадкой закладочных материалов различного вида; статическая устойчивость подземной полости зависит от взаимодействия внешних нагрузок и внутренних сип сопротивления в бортах и кровле (породной и искусственной) выработки; ослабленные участки горного массива необходимо укреплять заранее, чтобы затем производить выемку руды единой системой разработки с одинаковыми параметрами обнажений.

Для достижения задачи управления устойчивостью горного

массива с помощью твердеющей закладки и искусственных сооружений исследован механизм деформирования (вплоть до обрушения) непосредственной кровли рабочих заходок и несущей потолочины очистных камер. При решении задачи использовался комплексный метод исследований, включаадий теоретические обобщения, лабораторные и промышленные эксперименты, физическое моделирование на эквивалентных и оптически-активных материалах, математическое моделирование напряженно-деформированного состояния нарушенного горного массива методом граничных элементов механики твердого тела с использованием ЭВМ типа ЕС 1036 и ПЭВМ гида IBM PC/AT. Объектами исследований являлись горные и закладочные массивы предприятий ПГХК •и ЦГХК Минатоманергопрома.

К основным факторам формирования и твердения искусственного массива в шахтных условиях относятся слоистость массива закладки, ее однородность по погашенное объему, комплекс процессов фильтрации, гидростатического давления и седиментации при твердении закладки в шадте, снижение прочности закладки с продолжительностью ее обнажения под нагрузкой, объемный характер нагружения массива, сейсмическое действие- мелкошпуровой и сквашшной отбойки, угол падения бортов выработки и многое другое. Используя правило переноса осей в сопротивлении материалов при определении момента инерции сборной конструкции, получаем аналитическую зависимость слоистости искусственной потолочины на ее прочность (рис.2). При вариации количества отдельных слоев одинаковой толщины от I до 10 коэффициент влияния слоистости изменяется от I до 0,28. 'Всего же рассмотрены более десяти различных факторов формирования несущей способности закладки при слоевой и камерной системах разработки, суммарный коэффициент ослабления массива в шахтных условиях равен произведению отдельных ослабляющих факторов. Для нисходящей слоевой выемки разброс суммарного коэффициента достигает от 0,06 до 0,6 (как правило, X =0,2-0,5) и для камерных систем разработки - от 0,06 до 2,2 с учетом объемного характера натру-

кенш и составляет в среднем от 0,4 до 0,6 без учета объемного фактора.

Рассмотрим механизм деформирования потолочины как балочной и безбалочной конструкции плиты-перекрытия на упругой и пластической стадиях ее работы вплоть до преобразования статически неопределимой системы в мгновенно-изменяемую, т.е. до обрушения.Теоретические обобщения устанавливаются на основе решений бигармонического уравнения Софи Жермен для упруго-пластичной среды. Для случая ведения слоевой выемки при соосном расположении рабочих заходок по падению опирание балочной плиты-потолочины осуществляется исключительно за счет торцевых касательных сип, являвдихся равнодействующими касательных напряжений и равными опорным реакциям. Б качестве расчетной схемы принята балочная плита на. двух опорах с лишней горизонтальной связью, характеризующей невозможность расширения плиты в борта выработки, т.к. закладочный массив не закреплен жестко в бортах из-за наличия на них скопившейся пыли, слабого сцепления свежего твердеющего раствора с окаменевшей закладкой и соосного расположения контактов по бортам. Если при закладке секций горных выработок закладочный комплекс не прерывал свою работу, то заложенная секция не имеет горизонтальных плоскостей ослабления и потолочина с отношением высоты отдельного слоя к пролету подработки з -4) не подвержена изгибу и может потерять устойчивость только в результате сдвига по контактам. При наличии плоскостей ослабления и отношении мощности отдельных пачек к пролету 1:3 (по статистике на ПГХК в 60-70^ объемов погашенных заходок) искусственная кровля испытывает опасные напряжения изгиба в середине пролета выработки, при этом в боргах потолочина имеет некоторый самораспор от арочного эффекта при повороте блоков плиты е результате ее прогиба. Упругая стадия работы потолочины завершается образованием в середине пролета трещины, но плита еще обладает несущей способностью до тех пор, пока развитие трещин не приведет к образованию в пролете пласти-

||11111<11

1234 56769 10 Количество отдельных сачег п , вт.

Рис. 2. Зависимость коэ4фшиента слоистости искусственной потолочины от количества отдельных пачек непосредственной кровли

в

■5 0,4---------^

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Координата сечения потолочины в долях иирины ее пролета,

отн, един.

Рис.З. Распределение давления от верхней пачки на нижнею равнопрочного слоистого кассива для пролета обнажения 4 м и мощности верхней пачки 2 м при отношении модулей деформации : Ев соответственно: I - 5:1, г - 10:1, 3 - 15:1, 4 - 20:1

ческого шарнира и система станет мгновенно-изменяемой.

При чередовании направления очистных работ по падению искусственная кровля жесткозащеклена в бортах и слоистый массив изгибается на первой стадии деформирования до образования первых трещин и пластического шарнира на опорах. На второй стадии деформирования - от образования пластического шарнира на опорах до появления первых трещин в пролете. На третьей стадии деформирования - от появления первых трещин в- пролете до образования здесь пластического шарнира. При шахматном расположении заходов друг под .другом максимальные изгибающие напряжения достигаются на первой стадии у бортов, т.к. в середине продета заходки две консольно-защем-ленные плиты слабо сцеплены друг с .другом и сопротивления изгибу практически не оказывают, на второй стадии с появлением на опорах пластических шарниров происходит обрушение потолочины.

Для каждого варианта подработки искусственной кровли подучены зависимости минимально-необходимой прочности закладки и предельно-допустимого прогиба изогнутой оси потолочины. Аналогичным образом получена минимально-необходимая толщина несущего слоя в днице камеры с учетом цилиндрической жесткости плиты, приведенного модуля деформации и бокового отпора вмещающих маосивов. Применив теорию предельного состояния для слоистой и трещиноватой дородной кровли выработок, уточнены зависимости устойчивых плоских и сводчатых пролетов по Г.Н.ЗСузнецову и С.В.Ветрову -В.И.Го лику.

На моделях из эквивалентных материалов подтверждена с высокой сходимостью правомочность полученных теоретическим путем зависимостей при сооснам расположении очистных захо-док, а также установлена корреляционная связь модуля деформации и прочности на сжатие закладки на упругой и пластической стадиях деформирования.

Исследуем теоретически и на моделях из оптически-ан-

тивных материалов механизм передачи нагрузки от верхней малопрочной пачки закладки на нижнюю несущую в разнопрочном искусственном массиве. Верхняя пачка шарнирно-защемлена по бортам выработки и лежит на упругом основании - нижней пачке. Произведя расчеты реактивного отпора со стороны осн вания по теории сооружений на упругом основании, получаем график распределения давления от верхней пачки на нижнюю в зависимости от отношения их модулей деформации ЕН:ЕВ, пролета обнажения и мощности верхней пачки (рис.3). Сравнивг величины максимального изгибающего момента в сере,дине про7 та при идеализированном равномерно-распределенном давлени верхней пачки и при рассмотренном нагружении, убеждаемся, что при многократном изменении отношения модулей деформацз пачек (следовательно и и прачностей) величина снижения и: гибающего момента в середине пролета потолочины от верхн< пачки, лежащей на упругом основании, составляет 46,8-46,6; Отсюда следует, что при совместном деформировании пачек з; кладки в кровле заходок практически вдвое снижаются манси малъкыэ изгибающие напряжения от веса верхней пачки, с практической стороны это означает возможность значительно го уменьшения необходимой прочности нижней пачки (и расхо ды на твердеющую закладку). Данный вывод можно подтвердит исследованиями Г.Н.Кузнецова величины пригрузки вгрхних слоев на нижний несущий для породной кровли - консоли.

Известно, что изгибаемая потолочина испытывает по вь соте сечения знакопеременные напряжения - растжение -на V. жних волокнах и сжатие на верхних. Естественно, что такое распределение внутренних напряжений вызывает желание опт! мизировать прочность закладки по высоте, особенно если учесть, что твердеющая закладка, как и бетон, хорошо виде живает сжимающие напряжения и плохо - растягивавшие. Опи мизировать прочность потолочины по высоте ее сечения мож1 распределив внутренние усилия в двух, в трех слоях-пачка; и используя несущую арматуру (рис.4). Средний слой трехслойной и верхний слой при частичной твердеющей закладто

Е сЪв

с6н ¿»н <6Н <6>н

Рис.Схемы распределения напряжений^) .прочностей в изгибаемой искусственной кровле б) двухслойной рязнопрочной зекладки; в) трехслойной разнопрочной закладки; г) частично* закладки одиночных заходок; д) частичной закладки с армировкой

Бисот» слоя Ь, и

6 4

Мощность несучей пачки Ьн, м

0.5

КоаИиииент ослабленияХ

Фактический пролет м

Рис. 5. Ноыограиыа для расчета предельных параметров несущей пачки двухслойной разнопрочной у. частичной твердегакй закладки заходок

одиночных заходок можно использовать для утилизации отходов горного и горно-обогатительного производства. Для кадцой конструкции разнопрочной потолочины получены формулы необходимой прочности закладки. Для удобства инженерных расчетов построена номограмма предельных параметров несущей пачки двухслойной и частичной твердеющей закладки заходок (рис.5), на основе расчета коэффициента устойчивости искусственной 1фовли предложены вид и параметры деревянной крепи. При Ку< I фактическое обнажение кровли превышает допустимое, крепь рассчитывается на полный вес потолочины. При Ку=1-1,5 в нижней пачке потолочины происходит образование и рост трещин, но кровля устойчива и требует лишь сигнальной крепи. При Ку>1,5 потолочина изгибается в упруго-пластическом режиме, она устойчива и в креплении нет необходимости.

Обоснованность полученных теоретически и на моделях зависимостей подтверждена промышленными испытаниями двухслойной разнопрочной закладки на рудниках предприятия 1ЕГХК в 1982-87 г.г. При погашении выработок изменение состава подаваемой закладки производилось без остановки комплекса о пульта оператора, в ходе подработки заходок измерялась дио-танционным электрометрическим методом прочность искусственной потолочины, производились замеры прогиба и давления кровли на сигнальные стойки.

Рассмотрим погашение кажер сухой, гидравлической, твердеющей закладкой, изоляцией пустот и обрушением вмещащих пород. Для ориентировочной оценки высоты зоны опасных сдвижений пород на основе методики ШИШ получаем зависимость ее от объемов изолируемых пустот, обрушенных пород, объема поданной в камеру закладки различного вида и их компресион-ной усадк . На основании этой зависимости и расстояния по восстанию до объекта охраны обосновывается внбор комбинации объемов погашения, изоляции и вида закладочных материалов (рис.6). Правомочность методики подтверждена комбинированным погашением камеры 331 на месторождении "Камышовое" ЦГХК.

Полнота заполнения пустот

Отношение объема пустот к площади

обрушенними породами V„/Ve • % (высота полости;, /Snn'

2vf

О)

К \

20 40 60 ВО 100 120 140 160 IBO 200 Висота зоны опасны* сдвижений (расстояние по восстание да вбъекта охраны), м ti

Номограмма для расчета неебх«димо* полноты заполнения пустот закладкой различного вида в зависимости от выбранного коэффициента компрессии закладки: при В =0,0 5 твердегнцая, при 0,13 гидравлическая, при 0,15 закладка ПГС, при 0,3 закладка пустой породой из забоев

5 Я10

4 S е 1

S v

о >>

3*6

о

2 5 О

2 5 4

Ь

и

* 3 я

I S 2

90 60 70 60 00 40 30 20 10 О 0 10 20 30 40 50 Ьи 70 ВО 90 Угол падения е(, по висячему боку, град. Угол падения о1 по лежачему «оку, град.

Рис. 7 Влияние угла наклона стенок выработки на устойчивость висячего и лежачего боков

(при <р - 30°)

I, 2 и 3 - соответственно для коэффициентов статической устойчивости вертикального обнажения ^. 5, 2,5 и I

Для ориентировочной оценки статической устойчивости камеры, окруженной горными породами и твердеющей закладкой в бортах и кровле, выбора устойчивых параметров обнажений рассмотрим гипотезы формирования внешних нагрузок внутренних усилий в зоне влияния полости по Г.Д.Фисенко, С.В,Ветрову и П.М.Цимбаревичу. Коэффициент статической устойчивости получаем, поделив внешние нагрузки на внутренние усилия. Влияние угла падения бортов полости на устойчивость выработки в целом показано на рис.7. Основное влияние на устойчивость полости Оказывают углы падения 75-90°, далее влияние не столь интенсивное, что подтверждается исследованием В.И.Кул-тышева устойчивости искусственных бортов очистных камер месторождения "Маныбай". Правомерность использования коэффициента устойчивости полости подтверждена статистическим анализом обрушений и устойчивого состояния подготовительных выработок и очистных камер на месторождении "ГрачеЕСКое" ЦГХК.

Рассмотрим возможность управления устойчивостью горного массива в целом. Морфология рудных тел и технические возможности рудника позволяют методом аналогии выбрать наиболее производительную и в то жз время щадящую систему разработки, тогда отдельные ослабленные участки горного массива, не соответствующие в геомеханаческом отношении принятой в данной ситуации системе разработки, необходимо подготовить к отработке проведением дополнительных работ по укреплению массива искусственными опорными пространственно-ориентированными конструкциями и работ по разгрузке предполагаемых зон возмущения и концентрации гравитационного поля. Разработаны две основные пространственные конструкции - "шатер" и "этажерка", причем вторая конструкция собирается из отдельных типовых элементов - плита, колонна, подпорная стенка, ростверк - и может разворачиваться как по простиранию, так и по падению рудного тела (рис. 8 и 9).

Для качественной оценки на ЭВМ изменений в напряженно-деформированном состоянии горного массива после внесения в него искусственных пространственно-ориентированных конст-

нанных констоукитг;-, предложены конструкции объемных соору-гшний "шатер" и ''эталэрха" с расчетом отдельных их типовых элементов: плита, колонна, подпорная стенка, ростверк.

7. Предиотеннне мероприятия приводят к значительному социальному эффзкту за счет повышения безопасности условий работы горнорабочих, общий экономический эффект от внедрения положении диссертационной работы на предприятиях ПГХК и ЦГХК составил более 400 тыс.руб. без учета эффективности вне,прения неполной и армированной закладки, "этажерки", "шатра", трехслойного искусственного массива, снижения затрат по переходу на, системы с закладкой на местороцдении "Восток" предприятия ЦГХК, по утилизации отходов горного и горнообогатительного производств.

Основные выводы и рекомендации, полученные в работе, использованы в следующих научных трудах:

1. Технические предложения по технологии погашения выработанного пространства разнопрочной твердеющей закладкой при нисходящей слоевой выемке. 1985. Фонды СФ ВНИПШТ.

2. Техническое предложение по выбору (расчету), устойчивых параметров искусственной потолочины' при отработке блока камер 200-205 месторождения "Гр". 1987. Фонды ВНИПШТ.

3. Технические предложения и геомеханическое обоснование по отработке рудной залежи № I выше гор. +140 и месторождения "Ка". 1988. Фонда ВНШШТ.

4. Геомеханическое обоснование оптимального варианта перехода на системы с закладкой на глубоких горизонтах месторождения "В". 1989. Фонды ВНЖШПТ.

5. Способ возведения закладочного массива. Информационный листок// В межотраслевом реферативном сборнике "Передовой производственно-технический опыт". - Серия "Нестандартные изделия и оборудование- M., 1988, вып.2 (соавт. В.В.Дейнер).

6. Статья "Выбор система разработки сложност^уктурных

месторождений с предварительным возведением пространственно-ориентированных конструкций"// Горно-металлургическая промышленность. - 1988, № I. - С.10-14 (саавт.Е.А.Котенко).

7. Статья "Использование пространственно-ориентированных опорных конструкций при проектировании отработки сложно-структурных месторождений"// Специальные Еопросы атомной науки и техники. - 1988, № 2. - С.40-48. (соавг.А.П.Бирюков, Е.А.Когенко).

8. Применение разнопрочной твердеющей закладки при нисходящей слоевой выемке '// Б сб.докладов I общеинститутской научно-црактической конференции аспирантов и соискателей 18-20 марта 1987.

9. Определение объемов комбинированного погашения пустот вблизи земной поверхности для сохранения пахотных земель // В сб.тезисов докладов конференции "Эффективные технологии, способы и средства, обеспечивающие современные требования к экологии при разработке месторождений полезных ископаемых" в авг. 1990 г., - М., Чермегинформация. - 1990. -С.87. (соавт. Е.А.Котенко, В.И.Голик).

10. Способ возведения закладочного массива. Авт.сеид. № 1475253. (соавг.Е.А.Котенко, В.В.Дейнер).

11. Способ защиты искусственных полостей в торном массиве.. Авг. свид. № 1603885. (соавг.П.П.Харнтошин,Е.А.Котенко),.

Подписано в пнчать 25.03.91. Объем I уч.-изд.л. Тираж 100 энз.

Бесплатно. Ротапринт МГРИ. Москва, ул.Миклухо-Маклая, 23 Зал о*-я/