Определение устойчивости оснований выпускных воронок при донном выпуске руды Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© A.C. Копылов, 2003

"АК 553.4

A.C. Копылов

ОПРЕАЕЛЕНИЕ YСТОЙЧИВОСТИ ОСНОВАНИЙ ВЫП"СКНЫХ ВОРОНОК ПРИ АОННОМ ВЫП"СКЕ Р"АЫ

Расчет устойчивости массива по поверхности воронки (действие раздавливающей составляющей Р cos а)

Вариант 1: Условие прочности поверхности воронки.

F нагр. < [0М], (1)

где Рнаг.- нагрузка, приходящаяся на единицу площади воронки, МН / м1; [ам] - предел прочности массива горных пород в основаниях блоков, МПа.

По Г.М. Малахову [6]:

[ам] = 100 f КЕ, (2)

где f - крепость горных пород по шкале М.М. Про-тодъяконова.

= 1 — (Кгеол.+ Кп.н.+ Квт + Кис.+ + ^доб.)

Вес пород и руды на днище блока: [4]

Г. л

Р =-------- ИворНст.у, (3)

4Кр

где Нст. = Нраз. К1, К} - коэффициент, определяющий часть веса столба руды и пород, приходящегося на одну воронку.

К} = Уэв. / Уст = 1/3, Уэв. - объем эллипсоида выпуска,

мі; Vcx - объем столба (цилиндра) высотой Нр

мі;

V,

0,5H

-ё

S - площадь активного выпуск-

ного отверстия воронки, м1; т - эмпирический коэффициент, зависящий от сыпучих свойств руды.

V = ^ Н

*ст. _ °вор. пст.

Определяем площадь поверхности воронки

Sb,

Ж 2 Lb

,(Db. + Овор.)

(4)

при Lвор. = Отсюда S

'-'вор.

D - D

в. вор.

2cos a

Ж

(DIb.- Швор.) (5)

4соб«

Как наибольший влияющий фактор, сначала рассматриваем устойчивость воронок от раздавливающей

вия

щей силы Р, а именно:

P раз. = P COS a, (6)

Т°ГДа Fнагр. = Рраз. / SBop.

Следовательно, в результате подстановки выражений (5) и (6) в выражение (1) получаем:

\2 2

a

Fh.

,Db cos_

KP(dB -d2bop)

где Кр - коэффициент разрыхления руды до выпуска. Учитывая процесс выпуска, запишем далее Рнаг.

К

ДИН

Y НСТDl cos2 а

Кр(D -D2BOf ) КК

где Y — средний объемный вес руды и породы в массиве, т/Mi; Кдин.< 1 — коэффициент, учитывающий динамику процесса выпуска; Кск. — коэффициент скальных контактов.

Средний объемный вес руды и породы (у) определяется из выражения: [3]

УР НР + У П (НСТ. — НР )

Y =

где ур и уп - соответственно объемный вес руды и породы, т/м 3.

Коэффициент Кдин. принимается в зависимости от рода и порядка выпуска [3]:

1) эшелонированный и ступенчатый выпуск в направлении от массива к выработанному пространству, (рис. 3);

Кдин. = 0,82 + 0,85

2) эшелонированный и ступенчатый выпуск в направлении от выработанного пространства к массиву и эшелонированный выпуск от центра к флангам, (рис. 4); Кдин. = 0,85 + 0,923) одновременный эшелонированный выпуск от массива к цен тру площади об рушенного блока, (рис. 5);

Кдин. = 0,55 ^ 0,57

m

Рис. 1. Схема к расчету параметров разрушающей (Рраз.) и скалывающей (Рск.) составляющих давления столба руды и пород , действующих на поверхность воронки: Ов - диаметр воронки в основании, м ; Овор,- диаметр воронки в горловине, м ; Ьвор- размер боковой линии воронки, м ; а - угол наклона воронки к горизонту, град; Р -вес столба горной массы, приходящийся на воронку выпуска, Н

Рис. 3

Рис. 2

Таблица 2

№ вариан- тов Коэффициент скальных контактов № вариан- тов Коэффициент скальнык контактов

1 0,07 6 0,12

2 0,08 7 0,13

3 0,095 8 0,14

4 0,1 9 0,17

5 0,11

Расчет коэффициента скальных контактов, предела прочности оснований рудных блоков и высоты разрушенных и налегающих сверху пород

Кс.к. =

Sc

Согласно опытных данных, сведенных в табл.1 получаем: Преобразуем выражение (1) и запишем условие прочности пород:

Y Нст. D] cos2 а Кдин

Кр (D2 - Dlp) Кс.к. КЕ

Находим из выражения (7) высоту столба Нраз.: k ] (Dl - Dip) КрКскКТ

Нраз. <

Y De cos а

К

(7)

(8)

дин

Подставив исходные данные при скреперной доставке: Кр = 1,8; у = 3,5 t/mí; йв = 8 м; йвор. = 2,5 м; а = 65°; К

0,5; Нст= 104 м; Кс.к.= 0,12; Кдан = 0,85, получаем:

3,5 х 104 х 82 х cos2 65° 0.85

Рис. 4

Рис. 5

1,8(82 - 2,52) 0,12 х 0,5

5,51 МПа или соответственно

551 (82 - 2,52) 1,8 х 0,12 х 0,5

0,82

Н <раз 3,5 х 82 х cos2 65°

= 103 м .

Расчет условий прочности выпускной воронки с учетом скалывающей составляющей Р sin а.

Вариант 2 Рск. = Р sin а [ ом] > P cos а + P sin а = P (cos а + sin а ).

Тогда,

Y He т Dl cos2 a Кдин.

k ]>2

Kp(D2 - d2 ) Кс.к. К

s

х (cosa + sin a) =

3,5 x 104 x 82 x cos2 65° 1,8 (82 - 2,52)

(cos 65° + sin 65°) = 7,33МПа

(9)

0,12 x 0,5

или, соответственно:

Рис. 6. Изменение горного давления в центре панели при различном порядке выпуска: I - эшелонированный выпуск в направлении от массива к выработанному пространству; I I - ступенчатый выпуск от массива к выработанному пространству; III

- ступенчатый выпуск от выработанного пространства к массиву; IV - одновременный эшелонированный выпуск от массива и центра к выработанному пространству: V -одновременный эшелонированный выпуск от центра к флангам. [6]

X

0,85

Таблица 3

СВОАНАЯ ТАБЛИЦА РАСЧЕТНЫХ ААННЫХ С УЧЕТОМ Рск.

(АЛЯ ПОАБОРА НАИБОЛЕЕ БЛИЗКОГО ГРАНСОСТАВА И ОПРЕАЕЛЕНИЯ Кск)

Параметры воронки Размеры кусков породы (см) в процентном соотношении % с.к. К,* К) , МПа Нраз., М

йв = 8 м йвор=2,5 м а - 65° 20 см -50% ; 70 см - 50% 7 0,07 12,56 103

10 см-10%; 20 см-50%; 50 см-15%; 70 см-15%; 100 см-10% 8 0,08 11,0 103

50 см - 100% 9,5 0,095 9,80 103

70 см - 100% 10 0,1 8,80 103

10 см-8%; 20 см-60%; 50 см-12%; 70 см-12%; 100 см-8% 11 0,11 8,0 103

20 см - 100% 12 0,12 7,33 103

10 см-12%; 20 см-40%; 50 см-18%; 70 см-18%; 100 см-12% 13 0,13 6,76 103

10 см-15%; 20 см-25%; 50 см-23%; 70 см-22%; 100 см-15% 14 0,14 6,28 103

10 см-13%; 20 см-35%; 50 см-20%; 70 см-20%; 100 см-12% 17 0,17 5,17 103

Таблица 4

ААННЫЕ [T.J , МПА Нраз.* м _

110 100 90 80

УЧЕТОМ

60

40

20

Нра, <-

14,0 12,1 10,78 9,68 8,80 8,07 7,48 6,91 6,28 5,94 5,70 5,40

12,56 11,0 9,80 8,80 8,0 7,33 6,76 6,28 5,71 5,40 5,17 4,90

11,0 9,90 8,82 7,92 7,20 6,60 6,09 5,65 5,14 4,86 4,66 4,41

9,66 8,80 7,84 7,04 6,40 5,86 5,41 5,02 4,57 4,32 4,14 3,92

7,43 7,04 6,27 5,63 5,12 4,69 4,32 4,02 3,65 3,46 3,31 3,14

5,94 5,63 5,02 4,51 4,10 3,75 3,46 3,22 2,92 2,76 2,65 2,51

4,80 4,50 4,01 3,60 3,28 3,0 2,77 2,58 2,34 2,21 2,12 2,01

0,07 0,08 0,09 0,1

0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 Кс.К.

Кр Кс.к. К^

733 (82 - 2,52)

_ 1,8 х 0,12 х 0,5 _ = 103 М (10)

3,5 х 82 х cos2 65°(cos 65° + sin 65°) 0,85

Строим диаграммы зависимости без учета и с учетом Рск.

Определяем диапазон диаграммы без учета Рск. при коэффициенте скальных контактов (Кск.) 0,07 ч 0,17 (см. табл. 3) и подставив минимальное и максимальное значения Кск. в выражение (7) получаем: при Кск. = 0,07:

[Стм ] > 3,5 х 104 х 82 х cos2 65° 0,85 _ 979 МПа

1,8 (82 - 2,52) 0,07 х 0,5

при Кск. = 0,17:

[Стм ] > 3,5 х 104 х 82 х cos2 65° 1,8 (82 - 2,52)

0,85

=4,03 МПа

0,17 х 0,5

На основании расчетов и диаграмм можно сделать вывод, что учет скалывающей составляющей уменьшает область устойчивых соотношений [стм ] - Нраз.(зона I), переходную область (зона I I ) , и увеличивает область неустойчивости (зона III).

Полученная диаграмма [стм ] - Нраз. позволяет при проектировании горных работ определять максимальную высоту этажа при отработки месторождений полезных ископаемых системой с массовым принудительным обрушением горных пород (при известной [стм ]).

D* )

На действующих рудниках диаграмма [стм ] - Нраз. позволяет прогнозировать опасность досрочного износа оснований рудных блоков, при известной Нраз.. Из диаграмм видно, что при увеличении коэффициента скальных контактов (Кс.к.) на 0,01 предел прочности массива [ам] увеличивается в среднем на

0,7 МПа, при известной высоте Нраз..

Зная паспорт буровзрывных работ, а отсюда размер грансостава рудной массы из сводной таблицы и диаграмм можно определить коэффициент скальных контактов и соответственно условия прочности массива и высоту столба разрушенных пород, т.е. выбрать оптимальные параметры для производства подземных горных работ.

----------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агошков М. И, Малахов Г.М. Подземная разработка рудных месторождений - М., Недра, 1966.

2. Дубынин Н.Г. Выпуск руды при подземной разработке. - М.: Недра. 1965.

3. Кузьмин Е.В. Упрочнение горных пород при подземной добыче руд. - М.: Недра, 1991.

4. Кузьмин ЕВ, Фомичева С.В, Эзер Г.Х. О разрушении оснований выемочных блоков в процессе выпуска руды. Известия ВУЗов.

Горный журнал № 11, 1988. - С. 53-57.

5. Куликов В.В. Выпуск руды. -М.: Недра. 1980

6. Малахов Г.М. и др. Теория и практика выпуска обрушенной руды.

- М.: Недра. 1968.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------

Копылов А. С. - аспирант, Московский государственный горный университет.

© Ю.В. Волков, О.В. Славиковский, И.В. Соколов, В.Л. Камаев,

A.A. Смирнов, 2003

УАК 553.3/.4

Ю.В. Волков, О.В. Славиковский,

И.В. Соколов, В.А. Камаев, A,A. Смирнов СТРАТЕГИЯ И ГЕОТЕХНОЛОГИЯ ПОАЗЕМНОГО ОСВОЕНИЯ РУАНЫХ МЕСТОРОЖАЕНИЙ УРАЛА

■ сигодняшнем этапе развития существование цивилизации без росТа ^объема добычи минеральносырьевых ресурсов достаточно проблематично, но в то же время и негативное экологическое воздействие горнодобывающего комплекса на природу, особенно в районах концентрации соответствующей промышленности (к которым относится Урал), чрезвычайно велико. В результате его функционирования ежегодно в мире в хранилища отходов рудообогащения только черных и цветных металлов укла-

Q 3

дывают около 3 млрд м хвостов. Общий объем отходов рудообога-щения в хвостохранилищах железорудных предприятий России к началу XXI века составил около 1 млрд м . Анализ уровня воздействия антропогенных нагрузок на биосферу позволил акад. H.H. Моисееву в работе «Быть или не быть... человечеству» сделать вывод о том, что

человечество не переживет XXI в., если не изменит кардинальным образом свое поведение в планетарном масштабе. Проведенные им расчеты свидетельствуют, что такие негативные явления как загрязнение воды, воздуха и земной поверхности отходами человеческой жизнедеятельности, изменение планетарного климата под воздействием антропогенных нагрузок на биосферу, деградация человеческого генофонда уже в середине этого столетия могут достичь таких уровней, при которых дальнейшее существование биологического вида Homo sapiens окажется невозможным.

Горные технологии в современном представлении являются не только средством добычи полезных ископаемых, но и обладают ресурсовоспроизводящими и ресурсосохраняющими качествами. В процессе эксплуатации месторожде-

ний подземным способом в недрах воспроизводятся новые виды ресурсов - выработанное пространство с долговременным сроком поддержания (капитальные горные выработки), низкопотенциальное тепло, выносимое на земную поверхность исходящей вентиляционной струей, шахтные воды, содержащие, например при отработке медноколчеданных месторождений, большое количество меди и так далее. По мнению многих специалистов освоение подземного пространства в недалеком будущем приобретет значение, вполне сопоставимое и даже более важное, чем добыча полезного ископаемого. По утверждению акад. E.H. Шемякина к началу нового столетия наступит эпоха новых устремлений - освоение выработанного пространства с широкими унитарными целями, как будущей среды обитания. Переход к интенсивному освоению подземного пространства предопределяет энергетика, экономика и экология. Подземное пространство в определенных условиях может служить своеобразным сооружением для размещения отдельных производств, например, обогатительных фабрик или атомных электростанций, а также для складирования отходов как горнорудной, так и других отраслей промышленности, особенно экологически опасных.