CC BY
12
© В.Д. Барышников, Л.Н. Гахова, В В. Латынин, 2012
УДК 622.831
В.Д. Барышников, Л.Н. Гахова, В.В. Латынин
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОТРАБОТКИ РАЗРЕЗНЫХ СЛОЕВ ПРИ СЛОЕВОЙ НИСХОДЯЩЕЙ СИСТЕМЕ РАЗРАБОТКИ С ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКОЙ*
Выполнен анализ геомеханических условий ведения горных работ при отработке разрезных слоев в условиях слоевой нисходящей системы отработки запасов вертикального рудного тела кимберлитовой трубки «Интернациональная». Обосновано оптимальное размещение нарезных выработок и порядок выемки заходок в слое. Ключевые слова: приконтурный массив, геомеханический анализ, заходка.
Подземная отработка запасов кимберлитовой трубки «Интернациональная» АК «АЛРОСА», представляющей собой вертикальной рудное тело с овальной формой поперечного сечения, осуществляется с применением слоевой системы отработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Месторождение по глубине разделяется на этажи (блоки), в пределах которых для увеличения производительности выемки одновременно может отрабатываться несколько подэтажей. В зависимости от устойчивости очистных заходок при отработке запасов этажа или подэтажа может применятся как восходящий, так и нисходящий порядок отработки слоёв. Горизонтальные слои высотой 3.5 - 5.5 м отрабатываются по камерно-целиковой схеме заходками шириной 4 — 6 м.
В настоящей работе приводятся результаты анализа геомеханической ситуации в окрестности заходок разрезных слоев в условиях развития очистных работ в нисходящем порядке (в условиях надработки).
Отработка кимберлитовых запасов подземным способом сопряжена с необходимостью решения геомеханических задач по обеспечению безопасности ведения горных работ, надежность результатов которых определяется знанием основных параметров системы разработки, фактического напряженного состояния горного массива и закономерностей перераспределения НДС на различных стадиях горных работ [1—4].
Для обоснованного подхода к выбору рациональных параметров применяемых систем разработки, прогнозу и обеспечению устойчивости их конструктивных элементов в сложившихся горно-геологических условиях выполнено численное моделирование НДС горного массива в процессе отработки и закладки заходок в слое. Для численного решения задач использован метод граничных интегральных уравнений [5]. В расчетах приняты модуль упругости Е= 1,2-104 МПа, коэффициент Пуассона v=0,25 [4, 6]. Экспериментальные данные о параметрах естественного поля напря-
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранта 08-08-00113) и АК «АЁРОСА»
Рис. 1. а — локальные разрушения вдоль заходки 1; длине заходки 16
— небольшие вывалы почти по всей
Рис. 2. Изолинии асд при отработке заходок 1-ой очереди (через 2 заходки)
Рис. 3. Сдвигающие напряжения при отработке заходок второй очереди
а
б
Рис. 4. Сдвигающие напряжения при отработке заходок второй очереди
Г
Заходка 1
(заложена)
На момент сдачи ленты вывалы продолжались и достигли 2м Рис. 5. Разрушения в левом борту заходки 3 по данным визуальных наблюдений
Рис. 6. Развитие очистных работ от флангов к центру трубки
жений, полученные для условий руд- терпретация результатов проводится ника «Интернациональный», позволя- по численным значениям компонент
напряжений (а х, а ) и «сдвигающих»
напряжений, позволяющих для анализа воспользоваться критерием Кулона-Мора
ют принять
ауад = -уН, ахад= -ХуН, при Х=0,7,
ад ад
где ау ,ах - соответственно вертикальная и горизонтальная компоненты напряжений, X — коэффициент бокового распора, у — объемный вес пород, Н — глубина разработки. Ин-
а, — а 3 а, + а 3 а„„ =—1-- + —^—-
2 еоэ ф
Ф ,
(1)
б
а
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Рис. 7. Сдвигающие напряжения в условиях развития очистных работ от к флангам
центра
где ст: >ст 2 >ст 3 — главные напряжения; ф - угол внутреннего трения.
Опыт ведения очистных работ в блоке N7/8 показал, что основные проблемы по обеспечению устойчивости очистных заходок имеют место при разрезке слоя. Частичные разрушения отмечаются преимущественно в кров-14
ле, реже — на её сопряжении с бортами и в бортах заходок вблизи при-контактной зоны. Наиболее отчетливо разрушения проявились при отработке самого нижнего разрезного слоя блока N7/8. При проходке заходок первой очереди (с шириной целиков, равной ширине двух заходок) имели место не-
а
большие разрушения приконтурного рудного массива с определенной закономерностью расположения зон разрушений: в периферийных заход-ках — в верхних плинтусах и на участках кровли, расположенных ближе к центру рудной трубки (рис. 1); в за-ходках центральной части трубки — по всей длине заходок симметрично по контуру кровли отмечалось шелушение руды в кровле. Исследования распределения НДС в приконтурной части заходок показали, что асимметрия разрушений в верхних плинтусах вызвана высокой концентрацией сдвигающих напряжений (оса) в этих зонах (рис. 2). По результатам визуальных наблюдений было установлено, что разрушение приконтурного массива имеет место в зонах, где осд> 4 МПа.
Таким образом, правомерность установленных численными методами закономерностей формирования НДС в их приконтурной части подтверждена результатами наблюдений за фактическим состоянием и разрушениями приконтурного массива при отработке заходок первой очереди.
Расположение заходок второй очереди планировалось «вприсечку» к заходкам первой очереди со стороны центра трубки (рис. 3, а). Было предложено изменения порядка выемки заходок второй очереди по отношению к планируемому. Отработка целиков от центра трубки более эффективно, чем от флангов: зона повышенных сдвигающих напряжений в кровле в этом случае формируется над заложенной заходкой первой очереди (рис. 3, б), в то время, как расположение вторичной заходки в целике со стороны флангов рудного тела приводит к формированию зон повышенных осд в кровле заходки второй очереди (рис. 3, а). Аналогич-
ная ситуация возникает при отработке целиков на фланге рудного тела: расположение заходки второй очереди «вприсечку» с заходкой, пройденной по контакту рудного тела с вмещающим массивом, приводит к формированию в их кровле зон сдвигающих напряжений, превосходящих сцепление массива (рис. 4, а). Предложенный вариант позволяет снизить объемы разрушений в кровле очистных заходок 2-ой очереди (рис. 4, б). В оставшемся целике в обоих случаях сдвигающие напряжения превосходят сцепление массива в 1,5 — 2 раза. При этом прогнозировались разрушения в средней и нижней частях рудного борта (рис. 5, а).
Ниже приведены результаты наблюдений за состоянием очистных за-ходок в слое 16, подтверждающие установленные численными методами закономерности формирования НДС в их приконтурной части (рис. 5).
Необходимо отметить следующее:
• не зафиксировано нарушений устойчивости бортов заходок из закладки. Отдельные случаи разрушений (шелушение и трещинообразование) наблюдались в верхней части композитной закладки в местах резкого изменения профиля почвы вышерасположенной заходки, т.е. в локальных зонах пригрузки;
• по мере понижения горных работ для камерно-целиковой схемы разрезки наблюдается тенденция нарастания интенсивности разрушений очистных заходок: возрастает объем и протяженность зон разрушения при сохранении установленных закономерностей их местоположения.
Выполнен геомеханический анализ отработки разрезного слоя при развитии очистных работ от флангов — к центру (рис. 6). Работы в слое начинаются с первоочередной выемки крайних заходок для оконтуривания
рудного тела, а также обеспечения начала очистной выемки нижележащего слоя на участках под закладкой разрезного слоя с максимальной прочностью. Последующая отработка запасов осуществляется путем поочередной выемки заходок «вприсечку» к ранее отработанным и заложенным заходкам. При этом образуется два фронта очистных работ (рис. 6).
Анализ результатов численных расчетов (рис. 7) показал:
При выемке запасов в слое по схеме «от флангов — к центру» разрушения будут иметь место уже в райних заходках в верхнем плинтусе и в части кровли со стороны центра трубки. По мере развития фронтов очистных работ к центру трубки параметры (глубина и протяженность) зоны концентрации сдвигающих напряжений в верхнем рудном плинтусе и кровле возрастают, а при приближении к центральной части трубки — распространяются по всему её контуру. Такое
1. Курленя М.В. Геомеханика и техносфера. — Новосибирск: Наука, 2004 г.
2. Курленя М.В.,Серяков В.М., Еременко А.А. Техногенные геомеханические поля напряжений. — Новосибирск: Наука, 2005.
3. Казикаев Д.М. Геомеханика подземной разработки руд. — М.: Изд-во МГГУ, 2005.
4. Барышников В.Д., Гахова Л.Н., Крам-сков Н.П. Напряженное состояние рудного массива при слоевой системе разработки в восходящем порядке // ФТПРПИ. — 2002. — № 6.
распределение напряжений потребует усиленного крепления заходок.
В зоне стыковки фронтов (при ширине целика между ними менее трех заходок) следует ожидать разрушения в рудном борту.
Выводы
Определено критическое значение сдвигающих напряжений для прогноза разрушения конструктивных элементов слоевой системы разработки при развитии очистных работ в нисходящем порядке.
Установлено, что при выемке разрезного слоя в условиях надработки по камерно-целиковой схеме (с целиками шириной в две заходки) заходки второй очереди в целике следует располагать со стороны центра трубки.
Рассмотрены особенности формирования зон неупругих деформаций при развитие работ в разрезном слое двумя фронтами — «от флангов к центру». Показана необходимость крепления заходок всего слоя.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. Гахова Л.Н. Программа расчета напряженно-деформированного состояния массива блочной структуры методом граничных интегральных уравнений (БЬБ20). РосАПО. свид. об офиц. регистр. №960814 от 17.12.2004.
6. Технологический регламент (временная технологическая инструкция) по производству закладочных работ на руднике «Интернациональный» в 2004—2006 гг. — Мирный: Якутнипроалмаз, 2004. И
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Барышников Василий Дмитриевич — кандидат технических наук, зав. лабораторией диагностики механического состояния массива горных пород, е-шаП: [email protected], Гахова Лидия Николаевна — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, е-шаП: [email protected], Институт горного дела Сибирского отделения РАН,
Латынин Валерий Владимирович — инженер, начальник рудника «Интернациональный АК «АЁРОСА».
