Мониторинг взаимодействия бетонной перемычки с массивом гидрозакладки Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 3

ДОКЛАД НА ; СИМПОЗИУМЕ ; "НЕДЕЛЯ

2000"

МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 гола

У ::::.. ^ С.Н. Журин, А.В. Зинченко, :::

Ц С.В. Сергееа, Б.А. Фомин, 2000

Е Е УДК 539.3:53.087:622.34

У С.Н. Журин, А.В. Зинченко, С.В. Сергееа,

У Б.А. Фомин

Ц МОНИТОРИНГ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БЕТОННОЙ Ц ПЕРЕМЫЧКИ С МАССИВОМ ГИДРОЗАКЛАДКИ

О

сновная часть запасов железных руд России (74%) представлена железистыми кварцитами (37 %) и богатыми железными рудами (37 %). Железистые кварциты занимают более 58 % от общего объема добываемых железных руд, являясь основным сырьем для производства железорудной промышленности (агломерата, окатышей и концентрата). При переработке железистых кварцитов наиболее сильное влияние на окружающую среду оказывают отходы обогащения. В районах складирования хвостов нарушается естественный режим грунтовых вод, отчуждаются значительные территории плодородных земель, наблюдается загрязнение водного (фильтрационные потери) и воздушного бассейнов (поступление в воздушный бассейн взвешенных частиц SЮ2).

В 1997 году комбинатом КМАруда разработан проект заполнения камер шахты им. Губкина отходами обогащения. Начиная с 1954 года, шахта им. Губкина добывает 3 миллиона тонн железной руды этажно-камерной системой разработки. Размеры очистных камер составляют в плане от 20-30 м до 30-75 м, по высоте - от 50 до 65 м. В течение 3-х последних лет ведется экспериментальное заполнение двух из более чем 400 отработанных камер (рис. 1). Для удержания влажных хвостов и дренируемой избыточной воды в камерах сооружены три подземные перемычки. Для получения фактических данных о характере напряженно-

Рис. 1. Схема экспериментального участка закладки

деформированного состояния породного массива и изолирующих перемычек на опытном участке разработан комплекс мероприятий по организации и оборудованию системы контроля. Основной целью натурных наблюдений и исследований является обеспечение надежной и долговременной работы перемычек.

Задачи натурных наблюдений:

а) контроль за состоянием и работой перемычек в период строительства и опытного заполнения камер хвостами обогащения;

б) контроль за состоянием и работой перемычек во время постоянной эксплуатации;

в) исследования для получения натурных данных по конкретным вопросам проектирования и строительства (длитель-ности действия и характер формирования нагрузок на перемычку при дренаже воды из камер, установление фактического деформированного состояния и коэффициента запаса перемычек для выбора их оптимальных параметров).

Состав системы наблюдений выбран исходя из решения задач наблюдений и предусматривает наличие подсистем, предназначенных для:

1) контроля порового давления

воды в камере и выработках горизонта -125 м;

2) контроля деформированного

состояния перемычек;

3) контроля степени консолида-

ции закладочного массива.

Подсистема контроля порового давления воды в камере и выработках горизонта -125 м предусматривает размещение 3 датчиков порового давления в каждой камере на глубине 20, 30 и 40 метров от проектного уровня закладки в камере. В заполняемых выработках горизонта -125 м предусмотрены датчики порового давления непосредственно за каждой перемычкой (3 штуки) и в орту скрепирования между камерами. Общее количество датчиков -10. Применены хорошо апробированные измерительные

струнные преобразователи давления ПДС-30, вторичный измерительный прибор - периодомер цифровой портативный ПЦП-1. Система измерений дублируется манометрами с диапазоном измерения до 3 МПа. Подсистема контроля позволяет надежно определить величину остаточных напоров в закладочном массиве, распределение давления воды в теле закладочного массива, величину гидростатического давления на перемычки и междукамерные целики.

Контроль деформированного состояния перемычек предусматривал также оснащение несущих балок тензо-метрическими датчиками сопротивления типа ПКБ и ПКП (общее число датчиков - 200 штук), вторичный измерительный прибор - измеритель статических деформаций ИСД-1. Для контроля деформаций бетона в тело каждой перемычки закладываются преобразователи линейных деформаций струнные типа ПЛДС-400 с пределами измерения от 2-10'3 при сжатии до 5-10'4 при растяжении с основной допускаемой погрешностью не более 2% от диапазона измерений. В каждой перемычке устанавливается комплект из 3 рабочих датчиков и одного контрольного (всего 12).

Периодические наблюдения на оборудованных станциях и их анализ осуществляет НИИ ВИОГЕМ.

На настоящий момент проект наблюдений реализован в следующем объеме:

1. Армирующие элементы всех перемычек оснащены 160 тензодатчиками (80 на перемычке 3, 60 на перемычке 2, 20 на перемычке 1), однако эти элемен-

ты измерительной системы работаю нестабильно из-за поступления влаги в тело перемычки.

2. Установлены следующие датчики порового давления: 3 непосредственно в камере 14/Х и 1 в камере 14/ГХ; по 2 датчика у перемычек 2 и 3, 1 датчик у перемычки 1 и 1 датчик на орту скрепи-рования. В процессе заполнения камер из строя вышли 2 датчика на орту скре-пирования и 1 датчик у перемычки 1. Манометры, дублирующие показания датчиков порового давления, установлены на всех перемычках. Элементы измерительной системы работают наиболее надежно.

3. Установлены следующие датчики деформаций бетона в теле перемычек: 3 рабочих в перемычке 3, 3 рабочих в перемычке 2 и 2 рабочих в перемычке 1. При сооружении перемычек и в процессе двухлетней эксплуатации вышли из строя 2 рабочих и компенсационный датчик на перемычке 3, компенсационный датчик на перемычке 2, 1 рабочий и компенсационный датчик на перемычке 1. Элементы измерительной системы работают надежно.

Всего на настоящий момент проведено 40 полных рабочих циклов контроля. Промежутки между циклами наблюдений составляют от 1 суток до 1 месяца.

В бетоне всех перемычек зарегистрированы неупругие деформации растяжения, возрастающие во времени при сохранении уровня твердой фракции в камере и даже при снижении порового давления. Деформации ползучести имеют линейный характер. Максимальная величина растягивающих напряже-

ний отмечается в перемычке №2 и составляет 0,03х10-3, что соответствует напряжениям 5 кг/см2.

Работоспособность перемычек в значительной степени зависит от фактической прочности бетона на растяжение, являющимся наиболее слабым элементом системы.

Давление в непосредственной близости от перемычек и в выработках выпуска не превышает значения, соответствующего гидростатическому давлению.

При постоянном поступлении воды в камеры в процессе укладки хвостов и слабой работе фильтров давление воды у перемычки №3 составляет 0,74-0,79 от гидростатического давления, у перемычки № 2 - 0,81-0,84, у перемычки № 1 - 0,91-0,96. Давление в хвостах на орту скрепирования в этих условиях составляет 0,86 от гидростатического давления. При постоянном дренировании по-ровое давление падает практически до нуля во всех точках измерения и возрастает при нарушении стабильности заложенного массива.

В заложенном массиве возможно формирование неконсолидированных зон, каналов и участков массива, заполненных блокированной водой.

Дальнейшие работы предусматривают анализ результатов наблюдений, прогнозирование НДС элементов системы разработки с закладкой и разработку рекомендаций по технологическим параметрам перемычек и массива закладки на отработанных участках шахты.

ш

~7

Журин Сергей Николаевич — доктор технических наук, Всероссийский-научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу (ВИОГЕМ).

Зинченко А.В. инженер, ВИОГЕМ.

Сергеев С.В. доктор технических наук, БелГТАСМ.