CC BY
28
М.А. Земляной, А.В. Денисов
МОДЕЛЬ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД
ПРИ ПОДГОТОВКЕ ЗАПАСОВ МЕРГЕЛЯ
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТА
(на примере Новороссийского месторождения мергеля)
На примере Новороссийского месторождения мергелей разработана модель пространственного распределения напряжений в кровле горной выработки (штольни), позволяющая описывать зоны концентрации напряжений в кровле горной выработки. Ключевые слова: горные работы, мергель, напряженно-деформированное состояние, производство цемента.
щ и одготовка запасов при помощи
А. А. штолен с размещением шпуровых и скважинных зарядов, применяемых для сотрясательного взрывания, влечет за собой ослабление устойчивости рабочего откоса, перераспределение напряжений в массиве горных пород. Сложно становится обеспечивать устойчивость горных выработок, подготовленных к размещению зарядов ВВ. Кроме того, ведение горных работ на вышележащих уступах приводит к кратковременным динамическим нагрузкам от работы горно-добычной и транспортной техники, проведения массового взрыва, отработка полезного ископаемого вышележащих уступов влечет за собой перераспределение нагрузки в кровле горных выработок. Разгрузка напряжений в выработку и потеря устойчивости одной штольни может привести к необратимым последствиям, связанных с потерей устойчивости значительной части рабочего борта карьера.
В таких условиях, при подготовке полезного ископаемого к отработке при
помощи сотрясательного взрывания с проведением штолен первостепенное значение приобретает управление напряженно-деформированным состоянием горного массива,
позволяющее как повышать
устойчивость подземных выработок, так и при необходимости снижать ее, при проведении сотрясательного взрывания. Рациональность и надежность
применяемых методов управления горным давлением во многом определяет безопасность эксплуатации подземных сооружений, устойчивость откосов рабочих бортов карьера и эффективность открытой и подземной геотехнологии в целом.
Таким образом, управление
напряженно-деформированным состоянием массивов скальных горных пород, находящихся под действием изменяющихся во времени нагрузок, обусловленных перераспределением первоначальных напряжений породной толщи в окрестностях горных выработок и зон обрушения необходимо производить на основе кластерной модели пространственного распределения
Рис. 1. Схема проявления сил в кровле горной выработки при ее проведении, величина которых зависит от параметров сооружения и технологии его проведения: и - приращение амплитуды проявления резонанса напряжений от свода естественного равновесия и опорного давления, м
напряжений в кровле горной выработки.
Данная модель позволяет
производить интегрированную оценку напряженно-деформированного состояния массива пород в кровле горной выработки, расположенной в борту карьера. Основным элементом модели является ячейка с поперечным сечением в виде треугольника.
Данные показаний приборов
обрабатываются математическим
аппаратом модели, описывающим зоны концентрации напряжений в кровле горной выработки. Для каждой ячейки рассчитывается напряженно-
деформированное состояние, входящих в нее пород и обосновываются направления пространственного
перемещения локальных зон массива горных пород в условиях совместного ведения открытых и подземных горных работ.
Напряжения, разгружаясь в выработанное пространство, вызывают пространственные перемещения более нагруженных (слабоустойчивых
элементарных ячеек) локальных участков массива горных пород,
вмещающего выработку. Перемещение элементарных ячеек в пространстве ограничено наложением на локальные участки связей породного массива.
Анализ рис. 1. показывает, что на элементарную ячейку массива горных пород, движущуюся по вертикальной оси z под собственным весом Fт и действием модуля силы Fм, кроме силы Fт (действие свода естественного равновесия) пропорциональной
расстоянию Zl и силы Rсс сопротивления среды,
пропорциональной скорости V, действует еще периодически изменяемая сила FoД (опорное давление).
В качестве примера использована модель со следующими входными данными: Е - 3,8 тс/м2(модуль
деформации); V - 0,38 - (коэффициент Пуассона);
Н - 0,73315 (глубина сжимаемой толщи пород), м; Ид - 1.6 тс/м3
(удельный вес породы).
Расчет выполнен программным комплексом "ЛИРА".
Рис. 2. Схема кластерной модели пространственного распределения напряжений в кровле горной выработки (штольни)
-аъ .и -ЬЦ -42 -Н -и НА и» 14 -щ ЬЦ ІІ1 ІЬ
Г.+В..Н-.І н.■ ірс>:і:н« їй Гхі Ь,атниы шшцлмн - ІіШ
Рис. 3. Векторы направлений пространственного перемещения пород, нагруженных собственным весом
В основу расчета положен метод конечных элементов в перемещениях.
На рис. 2 представлена схема кластерной модели пространственного распределения напряжений в кровле горной выработки.
Данные показаний приборов обрабатываются математическим
аппаратом модели, описывающим зоны концентрации напряжений в кровле горной выработки. Для каждой ячейки
рассчитывается напряженно-
деформированное состояние, входящих в нее пород и обосновываются направления пространственного
перемещения локальных зон массива горных пород в условиях совместного ведения открытых и подземных горных работ.
На рис. 3. представлено направление пространственного перемещения пород,
входящих в ячейки кластерной модели, нагруженных собственным весом.
Анализ результатов показал, что на рис. 3 и рис.4 видны характер распределения напряжений и
направление векторов сил перемещения локальных зон в кровле горной
выработки. Учитывая вышесказанное
можно констатировать, что модель пространственного распределения
напряжений в кровле горной выработки дает наиболее полную информацию о протекании процессов усиления и релаксации напряжений в горном массиве.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Казикаев Д.М. Комбинированная разработка месторождений: Учебник для вузов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, Издательство «Горная книга», 2008. - 360 с.
2. Казикаев Д.М. Геомеханика подземной разработки руд: Учебник для вузов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005. - 542 с.: ил. шиз
I— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Земляной М.А. - кандидат технических наук, докторант каф. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых (ПРМПИ),
Денисов А.В. - первый заместитель ген. директора ОАО НТЦ «Промышленная безопасность».
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
РУКОПИСИ
Мельник В.В., д.т.н., профессор кафедры ПРПМ,
Сущев Р.А., аспирант кафедры ПРПМ,
Московский государственный горный университет
ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ЗАПАСОВ УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ (778/10-10 от 23.07.2010 г.) 7 с
Дано научное обоснование принципов проектирования технологий отработки запасов участков угольных месторождений сложной конфигурации.
Ключевые слова: участки сложной конфигурации, ТКВ, короткие лавы, параметры отработки.
Melnik V.V., D.Sc. in engineering, professor of the faculty of Underground mining,
Sushchev R.A., post-graduate student of the faculty of Underground mining,
Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
DESIGN PRINCIPLES OF TEHNOLOGY OF MINING AREAS OF COAL FIELDS OF COMPLEX COMFIGURATION
The article is submitted by the scientific substantiation of the design principles of tehnology of mining areas of coal fields of complex comfiguration.
Key words are areas of complex comfiguration, TKV, short longwall faces, mining parameters.
