Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
СИНЕГУБОВ Вячеслав Юрьевич
Геомеханическое обоснование способов обеспечения устойчивости выработок при проходке в рыхлых рудах вприсечку к закладочному массиву
Специальность 25.00.20 Ц Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика
А в т о р е ф е р а т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
САНКТ- Петербург
2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.
Научные руководители:
доктор технических наук, профессор
Огородников Юрий Никифорович
доктор технических наук, профессор
Протосеня Анатолий Григорьевич
Официальные оппоненты:
Ковалев Олег Владимирович, доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный горный университет, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых;
Вильчинский Владислав Борисович, кандидат технических наук, ООО Институт Гипроникель, заведующий горной лабораторией.
Ведущее предприятие Ц аООО СПб-Гипрошахт.
Защита диссертации состоится 13 апреля 2012аг. в 15ача00амин на заседании диссертационного совета Да212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2 (bogusl@spmi.ru), ауд. №1160.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.
Автореферат разослан 12 марта 2012 г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета
д.т.н., профессор Э.И.аБогуславский
Актуальность работы
Основные технологические сложности при строительстве Яковлевского рудника связаны с уникальным геологическим строением глубокозалегающего месторождения богатых руд КМА. Сложные гидрогеологические условия Яковлевского месторождения обусловлены наличием в разрезе покрывающих пород девяти водоносных горизонтов, которые имеют значительные водообильности и высокие напоры. Необходимость сохранения водозащитных свойств покрывающей выработанное пространство рудной и породной толщи определяет высокие требования к ведению подготовительных и очистных (закладочных) работ.
Строительство искусственного перекрытия над участком первоочередной выемки богатых руд Яковлевского месторождения позволяет ускорить введение в эксплуатацию рудника и открывает перспективы создания аналогичных схем разработки для других предприятий по добыче богатых железных руд, запасы которых сосредоточены в Белгородской области.
Принятая на руднике слоевая система разработки с твердеющей закладкой в нисходящем порядке под защитным перекрытием, требует оценки напряженно-деформированного состояния вмещающего массива для обеспечения устойчивости очистных выработок.
Значительный вклад в исследование процесса деформирования и разрушения пород вокруг горных выработок, а также определения параметров напряженно-деформированного состояния в целиках между выработками внесли: К.А.аАрдашев, И.В.аБаклашов, Н.С.аБулычев, И.Е.аДолгий, Б.А.аКартозия, М.В.аКарнилков, О.В.аКовалев, А.А.аКозырев, К.П.аБезродный, П.М.аЦимбаревич, К.В.аРуппенейт, Ф.П.аБублик, В.С.аСажин, Ю.Н.аОгородников, А.Г.аПротосеня, О.В.аТимофеев, В.Л.аТрушко, Н.Н.аФотиева, В.М.аШик и другие.
Основным недостатком буровзрывной и комбайновой технологии проведения выработок защитного перекрытия с крепью КМП-А3 является большая площадь породных обнажений из-за значительных переборов руды при проходке (по замерам средние по контуру переборы составляют 0,40ам) и неполной закладки выработок бетоном (недозаклад). При проходке выработок вприсечку к закладочному бетону сказывается несоответствие этих технологий состоянию рудного массива.
Проходка выработок защитного перекрытия в рыхлых рудах Яковлевского месторождения вприсечку к закладочному массиву сопряжена с опасностью обрушения руды с боков и кровли. Геомеханическое обоснование конструкций и параметров крепи выработок, обеспечивающих безопасность и качество работ при строительстве защитного перекрытия, является актуальной задачей.
Цель диссертационной работы: обеспечение устойчивости выработок при проходке в рыхлых рудах вприсечку к закладочному массиву.
Идея работы: рациональные конструкции и параметры крепи выработок при проходке в рыхлых рудах вприсечку к закладочному массиву должны выбираться на основе прогноза их устойчивости, базирующегося на результатах натурных исследований и математического моделирования, с учетом характера передачи нагрузки от вышележащей толщи на закладочный массив.
Основные задачи исследования:
- проведение натурных наблюдений за устойчивостью массива вокруг выработок при проходке в рыхлых рудах вприсечку к закладочному массиву;
- разработка конечно-элементных моделей, имитирующих проходку и закладку выработок, проводимых вприсечку к закладочному массиву;
- определение параметров напряженно-деформированного состояния вмещающего рудного массива вокруг выработок, проводимых вприсечку к закладочному массиву;
- выбор оптимальных конструкций и параметров крепи выработок при проходке в рыхлых рудах вприсечку к закладочному массиву;
- разработка рекомендаций по креплению и проходке выработок при проходке вприсечку к закладочному массиву.
Методы исследований.
Использовалась комплексная методика исследований, включающая:
- натурные наблюдения за проявлением горного давления в выработках, пройденных вприсечку к закладочному массиву;
- численное моделирование процессов деформирования рудного массива при проходке выработок вприсечку к закладочному массиву, с использованием программного комплекса Simulia Abaqus;
- испытания в шахтных условиях рекомендуемых типов крепи.
Научная новизна работы:
На базе шахтных исследований и численного моделирования установлены:
- зависимость размеров и конфигураций зон разрушения рудного массива в кровле и боках выработок при проходке вприсечку к закладочному массиву от деформационно-прочностных свойств рудного массива, порядка проходки, качества оконтуривания и недозаклада выработок;
- закономерности изменения величины воспринимаемой закладочным массивом нагрузки от вышележащей толщи руд и пород при различных деформационно-прочностных свойствах рудного массива.
Защищаемые положения:
- в рыхлых рудах в краевой части присечки выявлен эффект раздавливания массива, характеризующийся образованием зоны предельного состояния и формированием горизонтальных смещений, причем с проходкой второй и третьей выработок изменение параметров напряженно-деформированного состояния в присечке не превышает 20 и 10% соответственно;
- при недозакладе выработок бетоном величина воспринимаемой закладочным массивом нагрузки от вышележащей толщи руд и пород определяется устойчивостью угловых целиков между смежными выработками;
- устойчивость присечных выработок должна оцениваться комплексным критерием напряженности Пв, учитывающим величину недозаклада, порядок проходки и деформационно-прочностные свойства вмещающего массива.
Практическая значимость работы:
- обоснованы рациональные конструкции и параметры крепи выработок, пройденных вприсечку к закладочному массиву, для
различных типов руд Яковлевского месторождения;
- разработан способ дозакладки пустот в кровле очистных заходок при отработке верхнего слоя с закладкой (патент на изобретение №2435964 опубликовано: 10.12.2012 г.);
- разработан способ повышения устойчивости потолочины при слоевой разработке залежи в нисходящем порядке с закладкой (заявка на изобретение № 2010147581/03(068728) от 22.11.2010 г, решение о выдаче патента от 2 декабря 2011 г);
- разработан способ опережающего крепления кровли при выемке целика между бетонной закладкой (заявка на изобретение № 2010142821/03(061543) от 19.10.2010 г, решение о выдаче патента от 21 июня 2011 г).
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается значительным объемом натурных наблюдений за состоянием крепи и деформациями породного контура выработок в различных горнотехнических условиях, исследованием прочности закрепления анкеров, моделированием напряженно-деформированного состояния массива вокруг выработок методом конечных элементов, а также испытанием рекомендованных конструкций и параметров крепи в присечных выработках на производстве.
Апробация диссертации. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на международной конференции молодых ученых в Краковской горно-металлургической академии (2010аг.); ежегодных конференциях молодых ученых и студентов в 2010-2011аг. (СПГГУ, Санкт-Петербург); на международном форуме молодых ученых Проблемы недропользования (Санкт-Петербург, 2010аг.).
ичный вклад автора заключается: в постановке задач исследований, в сборе данных по объекту исследования и обзоре научной литературы, проведении натурных исследований, обработке и анализе полученных данных, создании конечно-элементных моделей для исследования особенностей формирования областей предельного состояния вокруг выработок, проводимых вприсечку к закладочному массиву, выполнении численных экспериментов и разработке практических рекомендаций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 4 работы в изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России, получен один патент на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 198 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение и заключение, список использованной литературы из 97 наименований, 66 рисунков и 27 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Ваглавеа1 выполнен анализ опыта освоения месторождений в сложных горно-геологических условиях, исследованы физико-механические свойства руд и пород и горно-геологическая характеристика Яковлевского месторождения, проведен анализ методов изучения напряженно-деформированного состояния рудного массива вокруг выработок, а также изучен опыт Яковлевского рудника в обеспечении устойчивости выработок, проводимых вприсечку к закладочному массиву. Сформулированы цель и задачи исследований.
Ваглавеа2 приведена методика и результаты комплексного натурного наблюдения за состоянием устойчивости выработок, проводимых в разных горно-технических условиях вприсечку к закладочному массиву.
Ваглавеа3 представлены результаты численного моделирования напряженно-деформированного состояния массива вокруг выработок, проводимых вприсечку к закладочному массиву.
Ваглавеа4 даны рекомендации по выбору рациональных типов и параметров крепи. Обоснован критерий напряженности Пв, позволяющий оценить устойчивость рудных обнажений в присечке, обоснована и проверена на практике методика расчета параметров анкерной крепи для очистных заходок верхнего слоя.
Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:
1. В рыхлых рудах в краевой части присечки выявлен эффект раздавливания массива, характеризующийся образованием зоны предельного состояния и формированием горизонтальных смещений, причем с проходкой второй и третьей выработок изменение параметров напряженно-деформированного состояния в присечке не превышает 20 и 10% соответственно.
Для оценки напряженно-деформированного состояния массива вокруг выработок, проводимых в рыхлых рудах вприсечку к закладочному массиву, в программном комплексе Simulia Abaqus создана пространственная конечно-элементная модель.
Модель представлена трехмерным участком рудного массива размером 10010040ам с восьмью выработками арочного сечения (Sсв=17,98ам2), заложенными бето-ном с недозакладом величиной 40асм (рис.1). Проходка выработок имитируется в четыре этапа заходками по два метра и пятым этапом на всю длину. Вмещающий рудный массив представлен нелинейно-деформируемой изотропной средой. Для реализации нелинейного характера деформирования массива использована упруго-пластическая модель Кулона-Мора. Расчетные деформационно-прочностные характеристики рыхлых железнослюдково-мартитовых руд в естественном состоянии приняты следующие: модуль деформации 1300 МПа; коэффициент Пуассона 0,26, угол внутреннего трения 280 и сцепление 0,4аМПа. Расчетные деформационно-прочностные характеристики были скорректированы сравнением полученных на модели величин смещений контура выработок и размеров зон предельного состояния с результатами натурных наблюдений за деформациями массива вокруг горной выработки. Естественное напряженно-деформированное состояние массива моделировалось равномерно-распределенной нагрузкой 10аМПа, приложенной к верхней грани модели, и собственным удельным весом пород 0,0341 МН/м3.
Моделирование проводилось поэтапно: имитация проходки одиночной выработки с четырьмя положениями забоя, затем второй и третьей выработки с таким же количеством положений забоя. Так же моделировалась проходка трех выработок через разделительный целик шириной в пролет выработки. На каждом из этапов исследовалось напряженно-деформированное состояние массива в зоне присечки, в которой в да льнейшем будет пройдена выработка.
В массиве рыхлых руд в зоне присечки у контура пройденной выработки имеет место эффект раздавливания краевой части, выражающийся в образовании зоны предельного состояния. Эта зона характеризуется пониженными напряжениями по всем направлениям, горизонтальными смещениями массива, направленными в пройденную выработку, и возникновением пластических деформаций, свидетельствующих о возможном разрушении рудного массива. Рыхлая руда с низкими пределами прочности уже при малых деформациях перейдет в состояние, близкое к сыпучему и отслоится от массива вмещающих пород за пределами зоны предельного состояния.
На рисунке 2 представлены графики горизонтальных смещений и контуры зон пластических деформаций в присечке при последовательной проходке трех выработок.
Зависимость основных параметров напряженно-деформированного состояния массива в присечной зоне от ширины подработанного пространства приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Параметры напряженно-деформированного состояния
массива в присечной зоне
Количество пройденных выработок | Ширина зоны пластических деформаций, м | Коэффициент концентрации вертикальных напряжений за пределами зоны предельного состояния | Наибольшие горизонтальные смещения, мм |
1 | 1 | 1,8 | 26 |
2 | 1,17 | 1,95 | 32 |
3 | 1,25 | 2,05 | 35 |
Из таблицы 1 и рисунка 2 видно, что параметры напряженно-деформированного состояния возрастают с увеличением ширины подработанного пространства, причем интенсивность их увеличения уменьшается с проходкой 3-й выработки.
Зона горизонтальных смещений распространяется вглубь рудного целика на 3,5 м, вне зависимости от ширины подработки. После проходки трех выработок изменения рассматриваемых параметров менее 10%, то есть проходка всех последующих выработок будет вестись в схожих условиях.
Натурные наблюдения и численное моделирование показали, что устойчивость выработок, проводимых вприсечку, необходимо прогнозировать, анализируя устойчивость массива при проходке смежных выработок. Необходимо организовать мониторинг с составлением анкет состояния выработок. Эти наблюдения позволят выявить наиболее опасные участки с точки зрения возможности возникновения аварийных ситуаций.
2. При недозакладе выработок бетоном величина воспринимаемой закладочным массивом нагрузки от вышележащей толщи руд и пород определяется устойчивостью угловых целиков между смежными выработками.
Устойчивость рудной толщи над закладочным массивом зависит от характера передачи нагрузки на закладку. При недозакладе и переборах руды сверх проектного контура, целики в угловых секторах между смежными заходками играют роль промежуточных опор, передающих нагрузку от вышележащей толщи руд и пород на закладочный массив защитного перекрытия.
Натурные наблюдения показали:
- угловые целики между смежными заходками в рыхлых железнослюдково-мартитовых рудах, разрушаются практически полностью;
- угловые целики между смежными заходками в плотных и карбонатизированных рудах не разрушаются и передают нагрузку от потолочины на закладочный массив;
- угловые целики между смежными заходками в железнослюдково-мартитовых рудах средней плотности и хлоратизированных гидрогематитовых рудах частично разрушаются и передают нагрузки на закладочный массив не полностью.
Численное моделирование позволило выявить физическую сущность выявленных в ходе натурных наблюдений закономерностей и систематизировать их. Для этого вмещающий рудный массив в пространственной конечно-элементной модели был представлен наиболее представительными типами руд, деформационно-прочностные характеристики которых получены специалистами геологической службы Яковлевского рудника и ВИОГЕМ (табл. 2).
Таблица 2.
Деформационно-прочностные характеристики руд
Название руды | Модуль деформации, МПа | Коэфф Пуассона | Удельный вес, МН/м3 | Сцепление, МПа | Угол внутреннего трения, град. | |
Железно-слюдково-мартитовая: | рыхлая | 1300 | 0,26 | 0,0341 | 0,4 | 28 |
средней плотности | 1920 | 0,26 | 0,0348 | 1,4 | 36 | |
плотная | 2230 | 0,24 | 0,0358 | 4,3 | 38 | |
Гидрогематитовая: | хлоратизированная | 1920 | 0,25 | 0,0334 | 1,8 | 16 |
карбонатизированная | 2420 | 0,24 | 0,0346 | 5,8 | 38 | |
Основным показателем способности передачи нагрузки угловым целиком является его устойчивость. Устойчивость оценивается величиной и интенсивностью зон пластических деформаций. На рисунке 4 представлены границы зон пластических деформаций в угловом целике. Зоны пластических деформаций представительных типов руд в угловых целиках с различными деформационно-прочностных свойствами дают объективную картину способности углового целика к передаче нагрузки от рудной толщи на закладочный массив.
Как следует из рисунка 4 в рыхлых железнослюдково-мартитовых и хлоратизированных гидрогематитовых рудах целик на контакте с бетоном находится в зоне пластических деформаций и будет разрушен. Значительную нагрузку целики из таких руд передать не смогут, потолочина будет нависать над закладкой. Железнослюдково-мартитовые руды средней плотности также склонны к разрушению в большей части контакта углового целика с закладочным массивом, а, следовательно, передают незначительную нагрузку от вышележащей толщи.
Зона пластических деформаций в плотных железнослюдково-мартитовых и карбонатизированных гидрогематитовых рудах не распространяется от пяты свода больше 0,4-0,5 м, в поперечном сечении имеет незначительную ширину, а так же обладает значительно меньшей интенсивностью проявлений. Большая часть углового целика между смежными заходками имеет контакт с закладкой и, следовательно, передает на него нагрузку от вышележащей толщи руд и пород.
В шахтных условиях способность углового целика передавать на закладочный массив нагрузку оценивалась также по разрушению бетона на контуре закладки. Если бетон на контуре под целиком частично разрушается, а угловой целик не разрушается, то нагрузка от вышележащей толщи передается на закладочный массив.
Устойчивость боков выработок определяется величиной тангенциальных напряжений. При передаче нагрузки на закладочный массив разрушение бетона на контуре заложенной выработки связано с повышенными вертикальными напряжениями (для бока выработки они являются тангенциальными). Натурными наблюдениями выявлены разрушения вертикальных граней бетона закладочного массива на глубину до 30 см.
На рисунке 5 показаны направления, по которым снимались вертикальные напряжения. Напряжения оценивались на контакте бетона смежных выработок и в сечении на расстоянии 0,3 м от него.
На рисунке 6 представлены графики изменения вертикальных напряжений по направлениям, показанным на рисунке 5.
Конфигурации графиков по соответствующим направлениям совпадают. Значения вертикальных напряжений для разных типов руд различаются. Концентрация вертикальных напряжений в закладочном массиве на рисунке 6а для плотных железнослюдково-мартитовых и карбонатизированных гидрогематитовых руд на 190-200% выше, чем у рыхлых железнослюдково-мартитовых и на 90-110% выше, чем у железнослюдково-мартитовых средней плотности и хлоратизированной гидрогематитовых руд.
Аналогичная тенденция имеет место и в сечении на расстоянии 0,3 м от контакта бетона смежных выработок (рис. 6б). Коэффициент концентрации вертикальных напряжений в закладочном массиве для плотных и карбонатизированных руд на 110-120%, чем у рыхлых и на 20-30% выше, чем у средней плотности и хлоратизированных руд.
Исследования зависимости напряженно-деформированное состояние рудного и закладочного массивов от деформационно-прочностных свойств руды позволяет заключить следующее:
- разрушение угловых целиков в рыхлых железнослюдково-мартитовых, а также частичное разрушение железнослюдково-мартитовых рудах средней плотности и хлоратизированных гидрогематитовых рудах обусловлено возникновением пластических деформаций;
- выявленные натурными исследованиями разрушения бетона на контуре закладочного массива вызвано повышенными вертикальными напряжениями в закладке при плотных железнослюдково-мартитовых и карбонатизированных гидрогематитовых рудах;
- вертикальные напряжения в закладочном массиве подтвердили обнаруженный в ходе шахтных наблюдений характер передачи нагрузки на закладочный массив через угловой целик между смежными заходками зависящим от деформационно-прочностных свойств рудного массива.
3. Устойчивость присечных выработок должна оцениваться комплексным критерием напряженности Пв, учитывающим величину недозаклада, порядок проходки и деформационно-прочностные свойства вмещающего массива.
Критерий устойчивости выработок на руднике определяют по формуле (1), предложенной специалистами СПГГУ, без учета влияния смежных выработок на выработку, проводимую вприсечку к закладочному массиву:
где σ - статическое вертикальное напряжение в нетронутом горными работами массиве в месте расположения выработки, МПа; К1 - коэффициент концентрации напряжений вследствие проведения выработки; RаЦасреднее значение сопротивления пород в образце одноосному сжатию, МПа; Кс - коэффициент структурного ослабления массива; К2 - коэффициент изменения напряжений в результате влияния других выработок; - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления руды вследствие водонасыщения.
Натурные наблюдения за устойчивостью выработок, проводимых вприсечку к закладочному массиву, показали, что главными факторами, определяющими устойчивость вмещающего рудного массива вокруг выработок является: деформационно-прочностные свойства массива; наличие пустот в кровле смежной заложенной бетоном выработки; пустоты над закладкой смежных выработок; качество оконтуривания и забутовки выработок. Эти факторы должны учитываться в критерии напряженности Пв.
Было выполнено моделирование напряженного состояния массива вокруг очистных заходок, пройденных вприсечку к закладочному массиву, с целью установления насколько изменились вертикальные напряжения в рудном боку присечки относительно напряжений в боках одиночной выработки.
Для каждого типа руды моделировались различные варианты производства работ на Яковлевском руднике: с полной закладкой и с недозакладом выработок; с проходкой выработок буровзрывным способом и комбайном избирательного действия, с крепью КМП-А3 и анкерной крепью.
Критерий Пв для боков определяется отношением вертикальных напряжений на контуре к прочности руды в массиве с учетом его ослабления трещинами. Как показывают натурные наблюдения и компьютерное моделирование, в зависимости от типа руд, приконтурный массив на глубину до 0,4-1,3 м подвержен пластическим деформациям. На практике невозможно прогнозировать или определить прочность руд, подверженных пластическим деформациям.
Для учета всех этих факторов в формуле (1) коэффициент К1 заменяется на комплексный коэффициент Кк, величина которого обоснована результатами компьютерного моделирования и натурных исследований. Тогда формула (1) примет вид:
где Кк - коэффициент концентрации напряжений вследствие проведения выработки, зависящий от порядка проходки исследуемой выработки, величины недозаклада и деформационно-прочностных свойствах вмещающего массива, принимаемый по таблице 3.
Таблица 3
Значения коэффициента
№ | Порядок проходки выработок* | Тип крепи смежной выработки | Тип руды** | ||
Рыхлые ЖСМ | Средней плотности ЖСМ и хлоратизированные ГГМ | Плотные ЖСМ и карбонатизированные ГГМ | |||
1 | I | - | 1,8 | 1,76 | 1,75 |
2 | II | КМП-А3 | 1,95 | 2,01 | 2,1 |
3 | III | КМП-А3 | 2,05 | 2,15 | 2,23 |
4 | I | - | 1,8 | 1,76 | 1,75 |
5 | II | Анкерная | 1,9 | 1,96 | 1,96 |
6 | III | Анкерная | 1,95 | 2,05 | 2,05 |
Примечание* I - одиночная выработка; II - проходка вприсечку к закладочному массиву заходки первой очереди; III - проходка вприсечку к закладочному массиву заходок первой и второй очереди.
Примечание** ЖСМ - железнослюдко-мартитовые, ГГМ - гидрогематитовые.
После определения значений критерия напряженности элемента выработки Пв по его величине устанавливается категория устойчивости участка выработки. Критерии категорий остаются прежними.
С использованием представленных выше защищаемых положения и натурных наблюдений обоснованы рациональные конструкции и параметры крепи выработок при проходке вприсечку к закладочному массиву (таблица 4) и разработаны технологические решения позволяющие обеспечить более безопастные условия ведения работ при проходке выработок вприсечку к закладочному массиву рекомендованные техническому отделу Яковлевского рудника.
Таблица 4
Конструкции и параметры крепи очистных заходок верхнего слоя
Критерий напряженности, Пв | Категория и состояние устойчивости обнажения | Типы и параметры постоянной крепи |
Пв<1,0 | I категория; устойчивое состояние | Анкерная крепь в кровле, с сеткой анкерования 1,1х1,1м, с затяжкой контура металлической решеткой. Сталеполимерные анкера длиной 1,4 м - закрепление анкера 2 ампулами. Бетонный бок выработки не крепится. |
Пв=1,0-1,3 | II категория; предельное состояние | Анкерная крепь по всему периметру, с сеткой анкерования 0,7х0,7м - 1,0х1,0ам, с затяжкой контура металлической решеткой. В кровле - сталеполимерные анкера длиной 1,8 м - закрепление анкера 3 ампулами. В рудном боку деревянные анкера длиной 1 м. Бетонный бок выработки не крепится. |
Пв=1,3-3 | III категория; неустойчивое состояние | 1. Комбинированная крепь по всему периметру, с сеткой анкерования 0,7х0,7ам, с затяжкой контура с подхватами и с затяжкой кровли выработки обаполами, боков металлической сеткой. В кровле - сталеполимерные анкера длиной 1,8 м - закрепление анкера 3 ампулами. В рудном боку деревянные анкера длиной 1,8 м. Бетонный бок выработки не крепится. 2. При Пв=2,5-3 применять крепь КМП-А3 с затяжкой кровли и рудного бока просечным листом и забутовкой закрепного пространства. Шаг рам 1 м. |
Пв>3 | IV категория; весьма неустойчивое состояние | Крепь КМП-А3 с затяжкой кровли и рудного бока просечным листом и забутовкой закрепного пространства. Шаг рам 0,5 м. В зонах контакта руд и тектонических нарушений применение передовой крепи. |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, содержащую решение актуальной для Яковлевского рудника задачи геомеханического обоснования способов обеспечения устойчивости выработок при проходке в рыхлых рудах вприсечку к закладочному массиву.
Основные результаты выполненных исследований:
1. Разработаны плоские и объемные геомеханические модели, которые позволяют учитывать прочностные и деформационные характеристики рудного массива, состояния среды, порядок проходки и взаимодействие выработок защитного перекрытия.
2. Результаты зондирования закрепного пространства и анкетирования очистных заходок, пройденных вприсечку, подтверждают неудовлетворительное качество оконтуривания выработок и забутовки закрепного пространства, повышающее риск возникновения аварийных ситуаций и не позволяющие передавать нагрузку от рудной потолочины на закладочный массив.
3. Исследования напряженно-деформированного состояния рудного массива на пространственных моделях и в шахтных условиях позволяют выявить наиболее опасные с точки зрения возможного вывалообразования участки очистных заходок. Наиболее опасными участками являются:
- кровля выработки, что обусловлено малой прочностью слагающего массива и его большим удельным весом;
- угловые целики между смежными заходками;
- рудные бока очистных заходок из-за значительных по величине вертикальных напряжений и малой прочности вмещающего массива.
В меньшей степени опасными участками являются:
- грудь забоя, где имеют место незначительные пластические деформации, а коэффициент концентрации напряжений не превышает 1,2;
- закладочный массив смежных очистных заходок, разрушения которых наиболее вероятны в плотных железнослюдково-мартитовых и карбонатизированных гидрогематитовых рудах.
4. Установлено влияние условий проходки смежной выработки на устойчивость выработок при проходке вприсечку к закладочному массиву. Обоснована необходимость учета величины комплексного коэффициента Кк, зависящего от порядка проходки исследуемой выработки, величины недозаклада и деформационно-прочностных свойств вмещающего массива. Получены значения коэффициента для представительных типов руд Яковлевского месторождения.
5. Доказано, что мониторинг за состоянием выработок в период их проходки и закладки позволяет оценить устойчивость очистных заходок, проводимых вприсечку к ранее заложенным, и выявить потенциально опасные к вывалообразованию участки выработок.
6. Доказано что, анкерная крепь с затяжкой контура способна обеспечить устойчивое состояние выработок в рудном массиве Яковлевского месторождения (кроме весьма неустойчивого состояния), при условии обоснования параметров, качественного выполнения работ по ее возведению и затяжке контура.
ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ
СЛЕДУЮЩИЕ ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ:
В изданиях, входящих в Перечень ВАК Министерства образования и науки России:
- Синегубов В.Ю., Очкуров В.И., Стрелецкий А.В. Напряженно-деформированное состояние массива рыхлых руд Яковлевского месторождения вокруг выработок, пройденных комбайновым и буровзрывным способами // Записки Горного института. - СПб.: СПГГИ, 2010. - т. 185. с. 102-106.
- Синегубов В.Ю., Антонов Ю.Н. Обоснование конструкций упрочняющей крепи подготовительных выработок в рудном массиве Яковлевского рудника // Записки Горного института. - СПб.: СПГГИ, 2010. - т. 186. с. 94-98.
- Синегубов В.Ю., Попов М.Г. Использование экспериментально-численного метода прогноза смещений вокруг выработки в рудном массиве // Известия высших учебных заведений. Горный журнал - 2011. - № 6 г. c. 70-73.
- Синегубов В.Ю. Напряженно-деформированное состояние разделительного целика в слабых рудах между очистными заходками верхнего слоя // Известия высших учебных заведений. Горный журнал - 2011, - № 7 г. c. 86-91.
Патент:
- Патент на изобретение №2435964 Способ дозакладки пустот в кровле очистных заходок при отработке верхнего слоя с закладкой опубликовано: 10.12.2012 г. авт.аСинегубов В.Ю., Огородников Ю.Н.
В прочих изданиях:
- Синегубов В.Ю. Исследование напряженно-деформированного состояния массива в угловых целичках смежных выработок при различных физико-механических свойствах руд // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки, серия: Науки о Земле, 2011. Вып. 1. с. 184-191.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле