WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

В зоне влияния очистных работ также меняется характер рас­пределения прочности руды по глубине краевой части рудного мас­сива. Как и в зоне влияния выработки в краевой части рудного мас­сива имеется участок с при­мерно по­стоян­ным зна­чением проч­но­сти руды, его протяжен­ность состав­ляет приблизительно 0,2 макси­маль­ного раз­мера вы­ра­ботки. Появ­ление зоны с примерно посто­ян­ным значе­нием прочности руды объ­ясня­ется также, как и для выра­боток, взаимной ком­пенсацией сниже­ния прочности за счет трещино­образования и роста прочности за счет сжатия природных и наведенных трещин. Далее располага­ются участки, характеризую­щиеся цикличным изменением (сниже­нием или возрастанием) прочности руды. Такой характер изменения прочности руды, оче­видно, связан с различной степенью нарушен­ности рудного массива, определяющей жесткость, а, следовательно, и несущую способность участков рудного массива. Участки с пони­женной жесткостью (бо­лее трещиноватые) способны за счет подат­ливости уходить от дей­ствия повышенных напряжений без сущест­венных изменений проч­ности руды. Более жесткие участки рудного массива способны кон­центрировать напряжения и деформируются с наведением в руде техногенных систем макро- и микротрещин, ко­торые снижают прочность руды. Шаг формирования таких участков по глубине краевой части рудного массива составляет от 20 до 40-50 % макси­мального размера выработки.

Таким образом, анализ изменений прочности руды по глубине краевой части рудного массива (рис. 2) показал, что при ведении горных работ в рудном массиве могут появляться участки, как с по­ниженной, так и с повышенной прочностью руды.

Проведенные измерения дают основания ут­верждать, что в резуль­тате ве­дения горных работ краевая часть рудного массива транс­формируется в неоднородную структуру с из­менениями прочности руды, дости­гающими 15 процентов в зоне влияния одиночной выра­ботки, и 30 % – в зоне влияния очист­ных работ.

2. Дискование керна и разрушение стенок скважины пред­ставляют собой две тесно связанные между собой формы реак­ции массива на действие повышенных напряжений, при этом существует значимая и надежная корреляция (R>0,95) между оценками максимальных напряжений, полученных на основе этих двух явлений.

Обширные натурные исследования (более 500 измерений каж­дого параметра) показали, что дискование керна, выбуриваемого из напряженного массива, и разрушение стенок скважин являются, по сути, проявлениями одного и того же геомеханического процесса. Оба явления объясняются действием в массиве повышенных напря­жений, превышающих предел прочности руды. Опыты продемонст­рировали, что между процессами дискования керна и разрушения стенок керновой скважины су­ществует тесная связь. Во-пер­вых, протяженность зоны интен­сивного деления керна и разру­шения сте­нок скважины (рис. 3) характеризуются, в среднем, очень близкими величинами. Протяженность дискования керна в среднем составляла 24,8 см, а протяженность участка наиболее интенсивного разру­шения стенок скважины – 29,4 см. Во-вторых, не менее тесная связь про­сматривается и по рас­положению зон дискования и интенсивного разрушения сте­нок скважины. Среднее расстояние центра зоны диско­вания керна от стенки выработки составляет 2,7 м, а среднее расстояние до центра зоны раз­рушения - 3,2 м.

Анализ гистограмм рас­пределения случайных величин пока­зал, что эксперименталь­ное распределение характери­стик зоны дис­кования керна обладает явно выраженной асимметрией и удовле­твори­тельно описывается логнор­мальным распределением. Та­кой закон распределения слу­чайных величин свидетельст­вует о мультип­ликативном ха­рактере влияния технологиче­ских фак­торов (скорость вра­щения, усилие подачи бурового инструмента на забой сква­жины и т.д.) на диско­вание керна. Экспериментальное распре­деление параметров раз­рушения стенок скважины при­ближается к нормальному за­кону, что свиде­тельствует об аддитивном харак­тере влияния на него перечислен­ных техно­логических факторов и доста­точно тесном группировании параметров относительно сред­него значения. Сравнительный анализ экспериментальных данных по диско­ванию керна и разрушению стенок скважины показал не только бли­зость средних значе­ний, но и примерное равенство дисперсий по критерию Фишера при уровне надежности р=0,05 и значительных объемах выборок (более 500).

Таким образом, несмотря на некоторые отличия в характере распределений, оба этих процесса очень близки между собой и яв­ляются двумя тесно связанными формами реакции массива на дей­ствие повышенных напряжений.

Исследованиями было установлено, что в краевой части руд­ного массива, затронутого горными работами, формируются участки до и запредельного деформирования рудной структуры. Напряжен­ное состояние вблизи обнажения изменяется от одноос­ного до объ­емного (рис. 4). В непосредственной близости от обнажения краевая часть рудного массива находится состоянии, близком к одноосному (зона 1). В этой зоне очень малы силы бокового рас­пора, а само главное нормальное напряжение 1 не превышает пре­дела прочности руды. Далее выделяются участки краевой части рудного массива, чье напряженное состояние приближается к плос­кому (зона 2). В этой зоне напряжения могут превы­шать предел прочности руды, и в массиве могут появляться де­фор­мации, как упругого вос­становления, так и деформации неупругого характера. За этой зоной рудный массив дефор­мируется практиче­ски без по­тери сплошности, что харак­терно для объемного напря­женного состояния (зона 3).

Выше приведенные ха­рактеристики напряженно-де­фор­мированного состояния краевой части рудного массива подтвержда­ется характером деформирования стенок сква­жины. Стенки сква­жины, попа­дающие в зону 1, испытывают малые деформации, диа­метр скважины остается практически постоянным (изменения 1%). В зоне 2 вследствие действия повышенных напряжений происходит формирование области неупругих деформаций с последующим разрушением стенок скважины. В зоне 3 стенки скважины испытывают упругое деформирование без потери сплошности пород или видимые деформации практически отсутствуют.

Таким образом, в краевой части рудного массива, затронутого горными работами, проявляются все виды напряженного состояния, а состояние стенок скважины от­ражает ее напряженно-деформа­ци­онное состояние.

Шахтными исследованиям было установлено, что при буре­нии скважин в краевой части мас­сива, попадающей в зону влияния гор­ных работ, разрушение пород на контуре скважин происходит в ос­новном за счет действия верти­кальной составляющей тензора на­пряжений. Вертикальные на­пряжения 1 почти в два раза пре­вы­шают напряжения 2 и 3 бо­кового распора

Как показало бурение сква­жин, в краевой части руд­ного массива образуются зоны, в которых проявляются, как упру­гие, так и неупругие деформации, вызванные совместным действием гравитационных сил и опор­ного давления. Напряжения, вызванные гравитационными си­лами, не превышают прочность руды и приводят к уменьшению диаметра буримой сква­жины за счет реализации упругих деформаций. Напряжения от опорного давления, как правило, могут при­водить к появле­нию неупругих деформаций и разрушению стенок скважины.

Исследованиями была ус­тановлена линейная зависимость ме­жду радиусом неупругих де­формаций (разрушение стенок), диамет­ром скважины, прочно­стью руды и напряженным со­стоянием крае­вой части рудного массива. Связь между этими па­раметрами имеет коэффициент корреляции 0,95 и выражается уравнением вида

(1)

где dскв – диаметр буримой скважины, R2 – радиус неупругих деформаций, – напряжение в рудном массиве, = kв – пре­дел прочности руды на одноосное сжатие в области измерений (раз­рушения стенок скважины), kв- коэффициент изменения прочности руды в зоне влияния горных работ.

3. Данные об изменениях радиусов скважин, пробуренных в краевую часть рудного массива в вертикальной и горизонтальной плоскостях, являются основой эффективной методики опера­тивной оценки и текущего прогноза параметров техногенных зон повышенных напряжений при развитии очистных работ.

Согласно полученным выше закономерностям процесса деформирования приконтурного массива скважины, расчетная ве­личина напряжений в краевой части рудного массива должна опре­деляется с учетом начального поля напряжений нетронутого мас­сива, а также с учетом изменения прочности рудного тела по глу­бине краевой части рудного массива.

Влияние начального поля напряжений проявляется в уменьшении диаметра буримой скважины за счет реализации упру­гих деформаций при механическом извлечении горной породы, а изменение прочности руды, связанное с образованием в рудном массиве природных и техногенных трещин, учитывается с помощью полученных максимальных величин вариации прочности руды на одноосное сжатие в зоне опорного давления.

С учетом этого, расчетная величина напряжений в каж­дой точке краевой части рудного массива, после преобразования формулы (1), определяется по формуле

(2)

где: – среднее значение предела прочности руды на одно­осное сжатие, МПа, kв – коэффициент изменения прочности руды в краевой части рудного массива. В зоне влияния выработки значение kв составляет 1,15, а в зоне влияния очистных работ – 1,3, dскв – диа­метр буримой скважины, dизм – измеренный диаметр сква­жины. kу – коэффициент, учитывающий упругое деформирование приконтур­ного массива скважины (для рассматриваемых условий его значение составляет 1,01).

Для оперативной и текущей оценки напряженного состояния краевой части руд­ного массива предлага­ется методика, основанная на измерении диаметров пробурен­ных сква­жин, которая творчески развивает и распространяет на условия Ок­тябрь­ского и Талнахского месторождений разработки ГИ КНЦ РАН по определению категории удароопасности прочных руд и пород.

Оперативная оценка параметров техногенных напряжений в краевой части рудного массива производится бурением скважины с последующим инструментальным измере­нием топографии стенок скважины. Для текущей оценки оборудуются замерные станции, представляющие собой скважины, пробуренные вне зоны влияния очистных работ в краевую часть рудного массива в вертикальной и горизонтальной плоскости. По за­мерным стан­циям по мере подвигания фронта очистных работ про­водится изме­рение топографии стенок скважины и определение уровня напряже­ний по глубине краевой части рудного массива.

Для получения точных значений диаметра скважины был усовершенствован и широко апробирован специальный прибор ИДС-1, исходным прототипом которого послужил «КОРАС», разра­ботанный в ГИ КНЦ РАН. Глубина скважины при этом должна превышать максимальный размер выработки.

Полученные по формуле (2) значения напряжений в иссле­дуе­мых точках краевой части рудного массива проверяются по фактору безопасности неравенством вида max 0,7 сж, где сж – предел прочности руды на одноосное сжатие.

Разработанная методика в сопоставлении с базовым мето­дом дискования керна прошла опытно-промышленные испыта­ния на 10 участках рудных залежей, отрабатываемых рудниками «Октябрь­ский», «Таймырский» и «Скалистый» ЗФ ОАО «ГМК «Но­рильский никель». Результаты испытаний показали удовлетвори­тельную схо­димость расчетных параметров величины напряжения по предла­гаемой и базовой методикам. Экономический эффект от внедрения методики на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский ни­кель» соста­вил 15 млн. рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится новое решение задачи, связанной с оценкой напряженного состояния краевой части руд­ного массива, имеющей существенное значение при разработке руд­ных месторождений, отнесенных к склонным и опасным по гор­ным ударам.

Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Определено, что, что в зонах влияния очистных и подготовитель­ных выработок вследствие зонального распределения концентрации напряжений прочность пород дифференцирована в функции удале­ния от обнажения с шагом, составляющим 0,2 - 0,5 максимального размера выработки. При отработке рудных залежей Ок­тябрь­ского и Талнахского месторождений в краевой части рудного мас­сива изменения прочности руды (повышение и снижение на раз­лич­ных участках) в зоне влияния выработки достигают 15 процен­тов, а в зоне влияния очистных работ – 30 процентов.

2. Доказано, что между радиусом неупругого деформиро­вания приконтурного массива скважины, прочностью руды и на­пряжен­ным состоянием краевой части руд­ного массива существует корре­ляционная связь, выражающаяся уравнением вида, где dскв – диаметр буримой скважины, R2 – ра­диус неупругих дефор­маций, – напряжение в рудном массиве, сж – предел прочности руды на одноосное сжатие;

3. Разработана и научно обоснована методика оценки на­пря­женного состояния краевой части рудного массива, которая вошла составной частью в «Указа­ния по безопасному ведению горных работ на Талнахском и Ок­тябрьском месторождениях, склонных и опасных по горным уда­рам, Норильск, 2007 г.;.

4. Экономический эффект от внедрения методики на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» составил 15 млн. рублей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ :

1. Прогноз и обеспечение устойчивости горных выработок на рудниках ГМК «Норильский никель». / В.А. Смирнов, В.А. Звезд­кин, А.Н. Шабаров, Б.Н. Самородов, В.П. Марысюк // Горный жур­нал, 2004, № 12, - с. 44-48.

2. Моделирование напряженно-деформированного состояния массива в окрестности горных выработок рудника «Скалистый» / А.Г. Оловянный, В.А. Смирнов, Б.Н. Самородов, В.П. Марысюк //Сборник трудов международной конференции ИГД СО РАН, 2004, - с. 159-164.

3. Звездкин В.А., Бабкин Е.А., Марысюк В.П. Особенности деформирования горного массива рудников Октябрьского и Талнах­ского месторождений. // Горный журнал, 2004, № 12, - с. 52-54.

4. Аршавский В.В., Марысюк В.П. Особенности напряженно-деформиро­нного состояния горного массива, вмещающего горные выработки глубоких рудников Талнаха. // Сборник научных докла­дов Норильского индустриального института, 2005, - с. 21-24.

5. Марысюк В.П. Оценка напряженно-деформированного со­стояния руд­ного массива на глубоких рудниках Талнаха. Горный журнал, 2005, № 3, - с. 16-18.

6. Марысюк В.П., Богайчук А.В. Быстротвердеющий полимер­ный состав для формирования вертикального разделяющего ограж­дения между рудным и закладочным массивами. Авторское свиде­тельство № 1802169 (СССР), 1992.

7. Указания по безопасному ведению горных работ на Талнах­ском и Октябрьском месторождениях, склонных и опасных по гор­ным ударам. Норильск, 2007, - с. 75-76.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»