Физическое моделирование проявлений горного давления при отработке слепых сближенных рудных залежей камерами

Шеховцова Виктория Олеговна; Фрянов Виктор Николаевич; Шеховцов Виктор Семенович

ГОРНОЕ ДЕЛО И ГЕОТЕХНОЛОГИИ

УДК 622.831.1.001.55

В. О. Шеховцова, В.Н. Фрянов, В. С. Шеховцов

Сибирский государственный индустриальный университет

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ СЛЕПЫХ СБЛИЖЕННЫХ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ КАМЕРАМИ

Физическое моделирование проявлений горного давления при отработке слепых сближенных рудных залежей камерной системой разработки осуществлялось на эквивалентных материалах применительно к Шерегешевскому железорудному месторождению. Исходными данными для подбора эквивалентных материалов послужили результаты исследования физико-механических свойств пород и руд Шере-гешевского месторождения ВостНИГРИ [1].

Средний реальный породный массив характеризуется следующими показателями: предел прочности осж при одноосном сжатии

205,7 МПа; предел прочности ор при растяжении 30,5 МПа; сцепление т0 40 МПа; угол ф внутреннего трения 47°; плотность у в массиве 3,0 т/м3.

Подбор эквивалентного материала осуществляли по методике Г.Н. Кузнецова [2]. В качестве эквивалентного материала принята двухкомпонентная смесь, состоящая из 1,7 % гипса и 88,3 % инертной пыли (по объему). Отношение массы воды к массе смеси 5:1.

Изучение проявлений горного давления осуществляли на модели в масштабе 1:500.

Стенд для моделирования отработки слепых сближенных рудных залежей содержал емкость для эквивалентного материала: две боковые стенки, скрепленные четырьмя стяжками, переднюю съемную и заднюю стенки, днище, металлический штамп (рис. 1).

Цель лабораторных исследований отработки слепых сближенных рудных залежей заключается в установлении методами физического моделирования зависимостей деформирования породного массива от толщины породного прослоя, величины пролета выработанного пространства и порядка отработки блоков. По определенной сетке в породном массиве устанавливали марки для фиксации подвижек в процессе моделирования.

Подготовленную для испытания модель устанавливали под пресс ИК-500.01. Для создания равномерной нагрузки по площади блоков сверху укладывали металлический штамп. Нагрузку на модель и процесс ее разрушения фиксировали на мониторе компьютера, а съемку процесса испытания осуществляли фотокамерой NIKONCOOL-PIX 5600, которая перемещалась вместе с подвижкой стенда.

Рис. 1. Стенд для моделирования отработки слепых сближенных рудных залежей:

1 - боковая стенка; 2 - стяжка; 3 - штамп металлический; 4 - задняя стенка; 5 - основание блока

Т а б л и ц а 1

Схемы модели и результаты исследования разрушающей нагрузки Р и напряжений аср от

ширины камер Вк и целиков Вц

Опыт Модель Вк, м Вц, м -к/-м 1 - -к/-м Р, кН Сср, МПа Условие устойчивости

23,63 0,87

Суст — Спред

27

0,20 0,80 18,67 0,81

Сует — 0,93 ап

27 20 0,40 0,60 12,03 0,74

ауСт — 0,85 Сп

27 30 0,40 0,60 9,13 0,56

ауст — 0,64 апред

27

50 0,40

уст пред

27

20 0,60 0,40 7,12 0,66

Суст — 0,75 Сп

40 20

0,53

0,47 6,73 0,67

Суст — 0,77 Сп

Необходимое и достаточное количество опытов и обработку экспериментов осуществляли на основе известных положений математической статистики и рекомендаций по ее применению в горном деле [3]. Каждый опыт повторяли не менее трех раз.

Схемы исследуемых моделей представлены в табл. 1. Для каждой схемы устанавливали разрушающую нагрузку Р и вычисляли среднее напряжение аср.

В результате обработки экспериментальных данных получены эмпирические зависимости разрушающей нагрузки от отношения горизонтальной площади —к камер к горизонтальной площади —м модели (рис. 2) и напряжения с в модели от отношения горизонтальной площади породных прослоев (целиков) —п п = 1 - —к/—м (рис. 3).

При увеличении отношения горизонтальной площади камер к горизонтальной площади модели разрушающая нагрузка снижается по

1

зависимости вида р - -

-

0,0415 + 0,13^

-, а при

увеличении горизонтальной площади целиков напряжения в модели возрастают согласно за-1

висимости а ---------------—.

1,7 - 0,586

-„

Р

А-А

41

Рис. 2. Схема к определению площади —к камер и горизонтальной площади —м модели

1

2

3

4

5

6

7

о

0,2

0,4 0,6 0,8 І Л’к/Лм

Рис. 3. Зависимости нагрузки от отношения горизонтальной площади камер к горизонтальной площади

модели (----) и напряжения в модели от горизонтальной

площади целиков (----)

Для количественной оценки параметров разрушения пород проведен анализ деформаций контура камер (табл. 2).

Выводы. Установлено, что с увеличением количества камер одинаковой (27 м) ширины средние предельные напряжения в массиве

снижаются с 0,86 при одной камере до 0,67 при трех камерах (или в 1,28 раза). При увеличении ширины камеры с 27 до 40 м нормальные напряжения снижаются в 1,3 раза. С увеличением от 0,4 до 0,6 отношения горизонтальной площади камер к площади массива блока разрушающая нагрузка снижается с 12,03 до 7,12 (или в 1,7 раза). Предельное напряжение при этом уменьшается в 1,12 раза. При разработке слепых сближенных рудных тел в первую очередь рекомендуется осуществлять выемку залежей одиночными камерами (шириной 40 м) с оставлением между камерами устойчивых целиков. В этом случае за счет податливости целиков и устойчивости камер происходит плавное опускание земной поверхности, снижается вероятность воздушных ударов. Во вторую очередь одновременно отрабатываются целики между камерами. При этом земная поверхность будет оседать без изменения кривизны, т.е. без образования уступов и трещин.

Т а б л и ц а 2

Результаты исследования вертикальных 5в и горизонтальных бг деформаций контуров камер

Схемы размещения камер

Вк, м Вц, м 5

м

5Г

м

П р и м е ч а н и е. -

27

40

20

2,0 1,98

3,5 0,97

4,4 2,89

3,8 0,95

первоначальный контур камеры;

- контур камеры после деформации

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Обзор горно-геологических и геомехани-ческих условий эксплуатации железорудных месторождений Горной Шории и Хакасии, склонных к горным ударам / А.В. Дерюшев, В.И. Бояркин, А.М. Нохрин и др. - Новокузнецк: изд. СМИ, 1988. - 41 с.

2. Моделирование в геомеханике / Ф.П. Глу-шихин, Г.Н. Кузнецов, М.Ф. Шклярский и др. - М.: Недра, 1991. - 240 с.

3. Ш е х о в ц о в В.С. Основы научных исследований в горном деле. - Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2006. - 136 с.

В.С. Шеховцов Поступила 29 мая 2012 г.

УДК 551.8.07:911.2:551.73(571.1/.5)

Я.М. Гутак, В.А. Антонова, З.А. Толоконникова

Сибирский государственный индустриальный университет

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ГЛАВНЫЕ РУБЕЖИ В КОЛОНИЗАЦИИ ДРЕВНЕГО СИБИРСКОГО КОНТИНЕНТА

Настоящая работа посвящена рассмотрению вопросов зарождения и развития жизни в пределах древнего сибирского континента Ангари-да. В геохронологическом аспекте этот интервал в основном совпадает с девонским периодом палеозойской эры (416 - 359 млн. лет). К началу этого времени Ангарида представляла собой отдельный материк в северном полушарии Земли. С юга к нему примыкали материки Европы, Казахстана и Китая. В экваториальной и южной частях планеты располагался огромный суперматерик Гондвана (рис. 1). Такая палеогеография предопределила значительное запаздывание начала освоения Ангариды по сравнению с более южными материками.

Первые достоверные следы жизни на континентах Земли известны с конца силурийского периода (венлокский ярус). Переход жизни из водной среды в атмосферу - очень крупная революция в истории биосферы планеты. Условия континента значительно отличаются от комфортной водной среды своей сухостью и резкими суточными перепадами температур. Это требовало существенной трансформации водных растений и появления у них новых органов и приспособлений, позволяющих улавливать углекислый газ атмосферы и предохранять тело от высыхания. Наиболее пригодными для этого процесса районами планеты выступали континентальные массы Лавренции и

Рис. 1. Палеогеография Земли в начале девона (416 млн. лет). С упрощениями [1]

Текст научной работы на тему «Физическое моделирование проявлений горного давления при отработке слепых сближенных рудных залежей камерами»