WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Рис. 2. Схема вывала на сопряжении восточного вентиляционно-закладочного орта и технологического штрека №1 (гор. – 370 м).

сопряжения и для односторонних сопряжений составляет 1,52 м, для двухсторонних - 34 м; для всех вывалов в плане характерна форма эллипса или его частного случая – круга; на односторонних сопряжениях максимальные разрушения боковых целиков происходят со стороны сопрягающейся выработки и составляют 0,51,5 м, с противоположной стороны разрушение незначительны. На четырех сопряжениях с плоским перекрытием произошло полное разрушение крепи, на остальных наблюдалась потеря устойчивости или большие деформации отдельных элементов.

Таблица 1.

Общая характеристика вывалообразований на сопряжениях*.

п/п

Наименование сопрягающихся

выработок

Вид сопряжения

Тип крепи сопряжения

Объем вывала**, м3

Длина

ширина, м

Высота, м

(от крепи)

1

Экспериментальная выработка и дренажный орт №4

Двухстороннее

Арочная КМП

50

87

3

(2,4)***

2

Экспериментальная выработка и орт №3

Двухстороннее

Плоское перекрытие по камерным рамам

30

6,56

4

(3)

3

Дренажный орт №4 и буровая камера №3

Одностороннее

Арочная КМП

25

8,45

1,4

(1)

4

Погрузочно-доставочный штрек №4 и орт по 30 линии ортов

Одностороннее

Плоское перекрытие по камерным рамам

40

6,55

2

(1,5)

5

Орт по 30 линии ортов и погрузочно-доставочный штрек №4

Одностороннее

Плоское перекрытие по камерным рамам

25

65,5

1,5

(1)

6

Вентиляционно-закладочный штрек лежачего бока и панельный орт №2

Двухстороннее

Плоское перекрытие по камерным рамам

110

1713

5

(4)

7

Западный вентиляционно-закладочный орт и технологический штрек №2

Одностороннее

Плоское перекрытие по камерным рамам

70

146

3

(2,5)

8

Западный вентиляционно-закладочный орт и технологический штрек №2

Одностороннее

Плоское перекрытие по камерным рамам

14

65,5

2

(1,5)

9

Восточный вентиляционно-закладочный орт и технологический штрек №1

Одностороннее

Плоское перекрытие по камерным рамам

18

65,5

2

(1,5)

* - все сопряжения были пройдены в мартитовой железнослюдковой руде, f1.

** - по данным маркшейдерской службы рудника.

*** - в скобках указана высота вывала от контура выработки вчерне до рудного обнажения.

2. Пространственная геомеханическая модель рудного массива, вмещающего сопряжения горных выработок должна учитывать, кроме прочностных и деформационных характеристик рудного тела, напряженное состояние нетронутого массива, взаимовлияние сопрягающихся выработок и последовательность рассечки сопряжения.

Для оценки влияния горно-геологических и горно-технических условий на распределение параметров напряженно-деформированного состояния вмещающего сопряжения выработок массива было создано и рассмотрено несколько пространственных моделей. Анализ проводился методом конечных элементов. Массив заменялся расчетной областью с размерами 12В6В12Н, где В и Н – ширина и высота выработки. По нижней грани запрещались перемещения по направлению Z. По боковым граням запрещались перемещения, соответственно, по горизонтальным осям X и Y. К верхней грани прикладывалось давление, равное напряжениям в нетронутом массиве (рис. 3). Массиву задавались физико-механические характеристики мартитовой железнослюдковой руды: модуль деформации Е=1,3104 МПа, коэффициент Пуассона =0,25. Поперечные сечения выработок соответствовали сечению экспериментальной выработки (Sвч=14,5 м2). Моделировались различные величины заходок, в частности, две первые заходки по 1 м и дальнейшая проходка сопрягаемой выработки заходками по 2 м. Параметры НДС массива определялись для одностороннего и двухстороннего прямоугольных сопряжений.

Результаты расчета, по упругой модели деформирования, выявили следующие закономерности. При рассечке сопряжения в боках выработок происходит увеличение вертикального давления, а в кровле появляются зоны разгрузки. При дальнейшей рассечке сопряжения растет концентрация вертикальных напряжений в боках и увеличиваются смещения и зона разгрузки в кровле, причем область их максимальных значений для двухстороннего сопряжения находится в геометрическом центре пересечения выработок, а для одностороннего - смещается в сторону сопрягающейся выработки.

Опускание кровли (подъем почвы) обнажения при одностороннем сопряжении превосходит аналогичные показатели для одиночной выработки на 34% (30%), при двустороннем сопряжении на 57% (50%) (рис. 4); коэффициент концентрации вертикальных напряжений в боковых целиках возрастает, соответственно, на 27% и 57%. При одностороннем сопряжении в

Рис. 3. Расчетная схема массива, вмещающего одностороннее сопряжение (пунктиром обозначено двухстороннее сопряжение).

Рис. 4 Смещения в кровле (точка а) и почве (точка с) по мере проходки выработок.

противоположном от сопряжения боку увеличение напряжений находится в пределах 510%. Практически до 70% напряжений и смещений, вызванных взаимным влиянием выработок, реализуются при рассечке сопряжения и последующих двух заходок. Размеры зоны влияния выработок одной на другую и на вмещающий массив пород практически не зависят от типа сопряжения и составляют 2,53 ширины выработки.

Далее моделировалось НДС вокруг выработок с учетом нелинейных свойств вмещающего рудного массива. В качестве модели материала использовалась экспериментальная зависимость между наибольшими касательными напряжениями и деформациями сдвига, характеризующая процесс деформирования мартитовой железнослюдковой руды. Напряжения в массиве задавались в интервале от 3 до 12 МПа, с шагом 0,6 МПа. Выбор интервала напряжений обусловлен распределением вертикальных напряжений в нетронутом массиве Яковлевского месторождения. Полученные результаты показали, что при напряжениях нетронутого массива 3,6 МПа в боковом целике сопряжения появляются неупругие деформации. С возрастанием напряжений размер зоны линейно увеличивается. При напряжениях равных 5,4 МПа появляются нелинейные деформации в боку одиночной выработки. Интенсивность изменения размеров зоны неупругих деформаций (ЗНД) в боковом целике сопряжения и одиночной выработки одинакова. На рис. 5 приведено распределение тангенциальных напряжений по различным характерным путям, при напряженном состоянии нетронутого массива 12 МПа. Линии 1 и 7 отражают распределение тангенциальных напряжений для бокового целика сопряжения и одиночной выработки. Линии 2-6 показывают распределение напряжений на удалении от центра сопряжения 0,5; 1; 2; 4,5 и 9 м, соответственно. Как видно, для всех путей, наименьшая концентрация напряжений наблюдается на контуре выработки, далее напряжения увеличиваются, достигают наибольших значений и далее плавно убывают до уровня начальных напряжений массива. Величина максимальных напряжений обуславливается удалением от центра сопряжения. На удалении 0,5 м (линия 2) от пересечения боков выработок напряжения практически равны напряжениям нетронутого массива (около 12 МПа), что объясняется попаданием данного пути в зону неупругих деформаций. Наибольшая концентрация напряжений наблюдается по линии 1, здесь на контуре выработки напряжения составляют около 10 МПа, на удалении 3,4 м – 22 МПа, т.е. в 2,2 раза больше. По сравнению с одиночной выработкой, напряжения в боковом целике возрастают на 25%. Размер зоны неупругих деформации в боковом целике двухстороннего сопряжения на 30% больше, чем в боку одиночной выработки.

Рис. 5 Распределение тангенциальных напряжений.

3. Расчет нагрузок на крепь сопряжений выработок в слабых рудах следует производить по выявленной экспериментально-аналитической зависимости, базирующейся на теории свода; устойчивое состояние сопряжений можно обеспечить с помощью арочного перекрытия на камерных рамах.

До настоящего времени элементы крепи на руднике подбирались без достаточного обоснования, как правило, на основании практики эксплуатации сопряжений выработок. Полученные результаты натурных наблюдений и выявленные в ходе моделирования закономерности изменения параметров НДС массива показали, что над сопряжением выработок в рыхлых рудах образуется свод обрушения, в форме параболоида с эллиптическим основанием. Высота параболоида для двухсторонних сопряжений составляет, для односторонних сопряжений.Полуоси а и в эллипса определяются через линейные размеры горных выработок (B1, B2) и величины разрушений угловой части рудного целика (В1, В2):

.

Вертикальная равномерно-распределенная нагрузка на поддерживающую крепь сопряжений равна отношению веса руды в параболоиде обрушения, попадающего в геометрические размеры крепи в плане, к площади основания крепи, с учетом подъема стрелы арочного свода:

,

где a и b – полуоси свода обрушения; h – высота свода обрушения; c и d –размеры крепи в плане; - плотность руды; g – ускорение свободного падения; fmax – подъем стрелы арочного свода.

В зависимости от ширины сопряжений, величины переборов и разрушения руды в угловых целиках и боках сопряжений прогнозируемые значения вертикальной равномерно распределенной нагрузки на плоское перекрытие изменяются в диапазоне 31-39 кН/м2 для одностороннего сопряжения и 62-77 кН/м2 для двухстороннего. Сводчатое перекрытие поддерживающей крепи сопряжений обеспечивает существенное снижение нагрузки на несущие конструкции. В зависимости от стрелы подъема арочного свода f расчетные величины вертикальной нагрузки на перекрытие находятся в интервале 16,3-25,1 кН/м2 для одностороннего сопряжения и 32,6-61,2 кН/м2 для двухстороннего.

Расчеты на прочность и устойчивость элементов крепи показали, что крепь с плоским перекрытием по камерным рамам или по двум подхватным балкам обеспечивает эксплуатационное состояние сопряжений выработок при допускаемой равномерно распределённой вертикальной нагрузке 15-20 кН/м2. Данная конструкция крепи не рекомендована к применению в рыхлых слабых рудах.

Повышение несущей способности поддерживающей крепи возможно только изменением конструкции перекрытия. Было выполнено исследование работоспособности конструкции поддерживающей крепи с арочным перекрытием по камерным рамам. Для нейтрализации воздействия бокового распора арки на камерные рамы в конструкцию крепи введён дополнительный элемент – стяжка (рис. 6).

Рис. 6. Крепь с арочным перекрытием по подхватным балкам: 1 – перекрытие из СВП; 2 – камерные балки; 3 – стяжка; 4 – стойки камерных рам; 5– крепь КМП-А3 сопрягающейся выработки.

Результаты показали, что в зависимости от стрелы подъема арочного перекрытия допускаемая нагрузка на крепь изменяется в интервале от 12 до 62 кН/м2, что свидетельствуют об эффективности применения крепи с арочным перекрытием по камерным рамам. Таким образом, выбором рациональных профилей элементов крепи и при соблюдении технологической дисциплины производства работ можно обеспечить эксплуатационное состояние сопряжений выработок в мартитовом железнослюдковом рудном массиве в диапазоне прогнозируемых нагрузок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-исследовательскую работу, в которой содержится решение актуальной для Яковлевского рудника задачи геомеханического обоснования устойчивости сопряжений выработок в рыхлых рудах.

Результаты выполненных исследований:

1. В слабых рудах Яковлевского месторождения вокруг сопряжений выработок образуется свод разрушения. Высота свода для односторонних сопряжений составляет 1,52 м, для двухсторонних -34 м, с удалением от центра высота свода уменьшается. Разрушение боковых целиков находится в пределах 0,51,5 м и зависит от качества забутовки закрепного пространства.

Pages:     | 1 || 3 |






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