CC BY
89
-------------------------------------- © А.С. Курилко, М.В. Каймонов,
2004
УДК 624.131.4
А. С. Курилко, М.В. Каймонов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ СМЕРЗШИХСЯ СЫПУЧИХ ГОРНЫХ ПОРОД
Семинар № 3
в я ереход к подземному способу разра-
ж. Л. ботки кимберлитовых трубок Якутии ставит вопрос о разработке эффективной технологии добычи алмазоносного сырья в чрезвычайно сложных геологических и геокриологических условиях. По данным мировой практики, при подземной добыче руд черных и цветных металлов широко используется ряд вариантов систем разработки с обрушением и торцевым выпуском руды, которые обеспечивают высокую производительность и низкие затраты на добычу, а их внедрение на рудниках ЮАР [1] позволило вести отработку месторождений с очень низким содержанием полезного компонента. Разнообразие условий залегания кимберлитовых трубок, их качества, размеров и форм требуют индивидуальных технических решений и геомехани-ческих обоснований [2]. А учитывая суровые климатические условия Якутии необходимо четко контролировать и проектировать параметры системы, принимая во внимание такие характеристики, как смерзаемость и слеживае-мость отбитой горной породы.
Вопросам исследования прочностных и де-формативных свойств мерзлых дисперсных грунтов посвящено ряд работ [3-7], а данных же о характере деформирования и изменения прочности мерзлых крупнообломочных пород, к которым относится отбитая взрывом руда, чрезвычайно мало [8].
Физико-механические свойства мерзлых и оттаивающих грунтов зависят от многих фак-
Рис. 1. Зависимость прочности мерзлых образцов пород различного гранулометрического состава от степени влагонасыщения: 1 - уплотненный песок; 2 - рыхлый песок; 3 - смесь: 39% песка и 61% щебня; 4 - смесь: 14% песка и 86% щебня; 5 - щебень фракции 5-^10 мм; 6 - щебень фракции 10-^20 мм
торов и изменяются с повышением или понижением температуры, влажности (льдистости), пористости и т.п. [3-8]. Поэтому в ИГД Севера СО РАН с 2002 года проводится изучение физико-механических свойств смерзшихся горных пород различного состава и различных криогенных текстур.
Цель проводимых исследований состояла в определении зависимости прочностных характеристик смерзшихся горных пород от влажности и плотности упаковки частиц.
Поэтому исследования прочностных и де-формативных свойств смерзшихся горных пород выполнялись на искусственно замороженных образцах грунтовых смесей: щебне 2-х фракций 0,5+1,0 см и 1,0^2,0 см, а также речном песке при различной влажности и плотности упаковки частиц материала.
Методика проведения эксперимента. Эксперименты проводились на образцах кубической формы с размером ребер 100 мм. Образцы приготавливались следующим образом. Исследуемый материал увлажняли до заданного значения, тщательно перемешивали и засыпали в металлическую разборную форму с внутренним размером 100x100x100 мм. Часть образцов в формах уплотняли на лабораторной
О 10 20 30 40 50 ЙО 70 80 90 100
Степень влагонасыщения, %
Рис. 2. Изменение плотности песка в зависимости от влажности: 1 - плотность уплотненных образцов; 2 - плотность рыхлых образцов; 3 - максимально возможная плотность песка при полном его влагона-сыщении
виброплощадке в течение 30 с, частота колебаний 50 Гц. Формы с исследуемым материалом помещали в морозильную камеру, где в течении суток образцы замораживались и принимали температуру минус 20 °С. Затем формы разбирали, мерзлые образцы взвешивали и измеряли их геометрические параметры. Определение прочности на одноосное сжатие мерзлых образцов производили на испытательной машине Ш^-250 при скорости нагружения 2 мм в мин. После испытания из разрушенных образцов отбирались пробы для определения влажности материала по ГОСТ 5180-75.
На рис. 1 представлены экспериментальные графики зависимости прочности мерзлых образцов пород различного гранулометрического состава от степени влагонасыще-ния. Прочность образцов возрастает с увеличением влажности и уменьшением размера зерен испытываемых горных пород. Прочность песка при полном влагонасыщении составляет 16 МПа, прочность щебня фракции 5^10 мм - 10 МПа, фракции 10^20 мм -7,5МПа. При это прочность образцов из чистого льда, приготовленного аналогичным методом, не превышала 8 МПа.
Прочность образцов из смеси песка и щебня, содержащая 40 % и более песка при одинаковой степени влагосодержания имеет прочность близкую к прочности образцов мерзлого песка. При уменьшении содержания песка в смеси прочность образцов при полном влагонасыщении уменьшается. Так смесь, состоящая из 14 % песка и 86 % щебня, имеет прочность 12 МПа. Это среднее значение между прочностью песка и щебня. При влагонасыщенности менее 50 % прочность образцов из этой смеси становится близкой к прочности образцов из песка.
На рис. 1 графики 1 и 2 построены по данным испытаний для уплотненных и рыхлых песков. Прочность уплотненных песков выше прочности рыхлых, причем разность уменьша-
ется по мере увеличения влажности песка. Это хорошо согласуется с данными по изменению плотности образцов песка показанных на рис. 2. Разница в плотности уплотненных и рыхлых образцов при увеличении влажности также уменьшается. Образцы при полном влагона-сыщении имеют близкие значения плотности и, соответственно этому, прочностные характеристики этих образцов также близки.
Результаты исследований позволяют сделать следующие выводы. Смерзание отдельных зерен происходит при минимальной весовой влажности модельного материала и 2^3 % и при этом сила смерзания может достигать 0,5 МПа. При повышении влажности сила смерзания увеличивается линейно, а при уплотнении материала за счет его более плотной упаковки (увеличении числа контактов между частицами материала) сила смерзания возрастает не менее, чем на 10%. При уменьшении размера зерен модельного материала прочность смерзания увеличивается с 11 МПа до 17 МПа при полном влагонасыщении и с 0,4 МПа до 2,1 МПа при весовой влажности и 2,5 %.
Таким образом, не учет таких характеристик месторождений зоны распространения многолетней мерзлоты, как склонность отбитой горной породы к смерзанию и слеживаемо-сти может привести к частым зависаниям отбитой руды в блоке, сводообразованию и неуправляемому выпуску, что приведет к необоснованным потерям руды.
На наш взгляд, бороться с этим негативным явлением возможно. При этом определяющим фактором будет выступать температурный режим рудника.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Бреденханн Х., Кузьмина И.Е., Узбекова А.Р. Применение систем с самообрушением при отработке кимберлитовых трубок // ГИАБ. - 2003. - №1. - С.220-221.
2. Клишин В.И. Якутские кимберлиты // Наука в Сибири. - 2001. - №21.
3. Цытович Н.А. Механика грунтов. - М.: Высш. школа, 1973. - 280 с.
4. Вотяков И.Н. Физико-механические свойства мерзлых и оттаивающих грунтов Якутии. - Новосибирск: Изд-во «Наука», Сибирское отделение, 1975. - 176 с.
5. Вялов С.С. Реология мерзлых грунтов. - М.: Стройиздат, 2000. - 464 с.
6. Суриков В.В. Механика разрушения мерзлых грунтов. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1978. - 128 с.
7. Козеев А.А., Изаксон В.Ю., Звонорев Н.К. Термо- и геомеханика алмазных месторождений. - Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. - 245 с.
8. Тайбашев В.Н. Физико-механические свойства мерзлых крупнообломочных пород. - Магадан: Труды ВНИИ-1, т. XXXIII, 1973. - 160 с.
9. Ильницкая Е.И. Влияние масштабного фактора на прочностные свойства горных пород. В кн.: Физико-механические свойства, давление и разрушение горных пород. Вып. 1. - М., 1962.
10. Пекарская Н.К. Прочность мерзлых грунтов при сдвиге и ее зависимость от текстуры. - М., 1963.
11. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. - М.: Машиностроение, 1968.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------
Курилко Александр Сардокович — кандидат технических наук, зав. лабораторией горной теплофизики, Каймонов Михаил Васильевич - аспирант, младший научный сотрудник,
Институт горного дела Севера СО РАН, г. Якутск.
------------------------------------------------ © В.В. Ремезов, 2004
УДК 622.73
В.В. Ремезов
МЕТОДИКА РАСЧЕТА КУСКОВАТОСТИ ОБРАЗЦОВ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ МЕТОДОМ ЭГДА
Семинар № 3
сследовалась отбойка руды рудного массива в зависимости от формы образуемого блока в подземных условиях. В основе лежит выявленный экспериментальный факт, что наилучшая степень дробления определенного объема твердой среды удлиненным (скважинным зарядом) достигается, когда этот объем имеет цилиндрическую форму. В качестве основного критерия стояла задача определить такие параметры как крупность и равномерность дробления. Расчет дробления среды по начальному полю скоростей дает возмож-
ность теоретически оценивать эффективность различных схем расположения зарядов в отношении крупности и равномерности дробления при взрыве. Нами было проведено несколько вариантов расчета дробления по начальному скоростному полю, полученному расчетным путем и снятому на ЭГДА. В качестве модели были выбраны несколько образцов. Каждый такой образец имитировал форму блока рудного массива, образуемого при взрывной отбойке, которые приведены на рис. 1.
