CC BY
36
© А.В. Зинченко, 2004
УДК 622.272 А.В. Зинченко
ОЦЕНКА НАГРУЗОК НА ПЕРЕМЫЧКИ ПРИ ЗАКЛАДКЕ ОТРАБОТАННЫХ КАМЕР ОТХОДАМИ ОБОГАЩЕНИЯ
Семинар №13
ТУ 1997-2001 гг. ОАО «Комбинат
-Я-М КМАруда» провел опытно-экспериментальные работы по заполнению текущими хвостами обогащения двух из более чем 400 отработанных камер, а в 2001-2003 гг. их осушению. Всего в обе камеры было подано 375 тыс. м3 пульпы и уложено 75,5 тыс. м3 (117 тыс. т) твердых хвостов. Для изоляции горных работ от закладываемого материала сооружены три изолирующих перемычки, которые представляют собой комплект изогнутых стальных двутавровых балок, расположенных в бетонном теле. Перемычки опираются на породу в пределах верхнего и нижнего врубов, боковые врубы отсутствуют.
Основной проблемой технологии складирования хвостов в выработанном пространстве и главным недостатком технологии является опасность прорыва закладки в горные выработки. Учитывая вышеизложенное, на первый план выходит вопрос об устойчивости ограждающих конструкций и, следовательно, безопасности ведения горных работ.
Для контроля деформаций бетона в теле каждой перемычки [1] установлены преобразователи линейных деформаций струнные типа ПЛДС-400 (рис. 1) с пределами измерения от 2х10"3 при сжатии до 5х10"4 при растяжении с основной допускаемой погрешностью не более 2 % от диапазона измерений. Вторичный измерительный прибор - периодомер цифровой портативный ПЦП-1.
Деформирование перемычек зависит от взаимодействия комплекса факторов. Это, прежде всего внешняя нагрузка, которая формируется в результате изменения уровня воды в камерах, степени заполнения камер твердой фракцией хвостов, и величины порового давления непосредственно у перемычки. Далее, нагрузки обуславливают деформации металла в теле перемычки и бетона, причем принятая конструкция перемычки обуславливает сильную зависимость деформаций перемычек от
физико-механических свойств и взаимного расположения элементов конструкций. И, наконец, огромное влияние на деформации оказывают граничные условия: свойства и условий контакта конструкции с вмещающими породами.
Рис. 1. Схема расположения струнных датчиков в бетоне
На основании проведенных исследований [2] установлено, что деформации перемычек зависят от комплекса факторов: давления воды у перемычки, конструктивных особенностей перемычки, условий опирания на массив и, возможно, от давления твердой фракции хвостов. Эти факторы в свою очередь не являются постоянными. Давление воды зависит от фильтрационных свойств хвостов и условий их дренирования, давление твердой фракции зависит от изменяющегося коэффициента Пуассона и конфигурации выработок, соединяющих камеру и перемычку.
В процессе экспериментов непосредственно измерялось давление воды у перемычки, остальные факторы, определяющие напряжения в перемычке, могут быть оценены по результатам измерения деформаций в бетоне. Анализ показаний датчиков во времени показал, что бетон помимо силовых деформаций испытывал
Датчик Коэффициент к рас- Постоянная составляющая де- Коэффициент к по данным
четный формации х103 моделирования
Перемычка 1 (внутренние датчики)
Вертикальный - 0,30 0,030 - 0,34 + - 0,38
Поперечный - 2.00 + 2.00 - 0.000 + 0,005 - 0,11 + - 0,21
Осевой - 0.35 0,040 - 0,29 + - 0,55
Перемычка 1 (поверхностные датчики)
Вертикальный 2,00 0,010 0,94 + 1,32
Поперечный - 2.00 0.010 - 0,14 + - 0,68
Перемычка 2 (внутренние датчики)
Вертикальный - 0,50 0,025 - 0,41
Поперечный 0.30 - 0.035 0,92
Осевой - 0.40 0,040 - 0,49
Перемычка 3 (внутренние датчики)
Вертикальный - 0,60 0,010 - 0,34 + - 0,38
Поперечный - 2.00 + 2.00 - 0.010 + 0,005 - 0,11 + - 0,21
Осевой - 0.35 0,085 - 0,29 + - 0,55
Перемычка 3 (поверхностные датчики)
Вертикальный 2,00 0,008 0,94 + 1,32
Поперечный - 2.00 0.010 - 0,14 + - 0,68
мгновенные деформации и проявляет непре- висящая от времени, е2 - деформация ползуче-
рывные деформации ползучести, под которыми сти, линейно зависящая только от времени с
мы будем понимать деформации, зависящие коэффициентом пропорциональности А, 1/сут.
преимущественно от времени.
Таким образом, нагрузка на перемычку по результатам измерений может быть определена по формуле:
Б=Ее/к,
где Б - средние напряжения на поверхности перемычки, к - коэффициент концентрации напряжений, зависящий от места установки датчика в перемычке и его ориентации, Е - модуль деформации бетона, е - деформации, вызванные нагрузкой Б, связанные с измеренными как:
£'0=£+£'1+£2,
где £0 - измеренные деформации,
£•[ - постоянная деформация, неза-
Рис. 2. Прогноз нагрузки на перемычки: а) перемычка 1, б) перемычка 2, с) перемычка 3.
Тонкая линия - поровое давление, точки - средние значения по датчикам
а)
б)
В)
Обратным расчетом были оценены все составляющие для каждого датчика, приведенные в таблице вместе с результатами оценки коэффициентов концентрации по данным моделирования методом конечных элементов. Обеспечено совпадение знаков коэффициентов для всех датчиков на всех перемычках, а в большинстве случаев и порядка коэффициентов концентрации, что может считаться удовлетворительным для осуществления интерпретации результатов измерений.
Модуль деформации для бетона рассматривался как постоянный. Коэффициент «А» для всех датчиков имеет положительный знак и составляет от 5х10'6 до 2,5х10'5 1/сут. Постоянство знака этой составляющей для датчиков, расположенных как в зонах сжатия, так и растяжения, и его независимость от циклов разгрузки и нагружения перемычки, позволяет говорить о его обусловленности физическими процессами, протекающими в бетоне.
Наилучшие результаты получены для перемычки 2, работа которой в наибольшей степени соответствует полному защемлению по
Рис. 3. Погрешность определения нагрузки: а) абсолютная погрешность; б) и в) относительная погрешности. Кружки - перемычка 1, ромбы - перемычка 2, треугольники - перемычка 3
верхнему и нижнему врубам. Для перемычек 1 и 3 наилучшее соответствие получено при значениях коэффициентов концентрации, полученным для моделей с частичным защемлением по верхнему и нижнему врубам не более 70 %.
Результаты обратного расчета нагрузки по измеренным деформациям за вычетом составляющей, зависящей от времени, представлены в графическом виде на рис. 2. Анализ показывает удовлетворительное совпадение полученных нагрузок с давлением воды непосредственно у перемычки. Абсолютная погрешность между расчетной внешней нагрузкой и давлением воды не превышает ±15 Т/м2 рис. 3а, или 25 % от максимального давления воды рис. 3в. Эта величина может рассматриваться как наиболее вероятное дополнительное давление твердой фракции хвостов. Относительная величина погрешности экспоненциально возрастает при уменьшении давления воды, что также может говорить о развитии дополнительного давления твердой фракции при осушении хвостов рис. 36.
Следует отметить, что во времени в бетоне развиваются деформации. Величина этих деформаций сопоставима с величиной деформаций, формируемых внешней нагрузкой. Деформации имеют характер растяжения по всем направлениям и при совпадении с деформациями растяжения от внешней нагрузки (в вертикальном и поперечном направлениях) могут привести к появлению трещин при сравнительно небольших внешних нагрузках (таблица).
Таким образом, при принятой технологии складирования хвостов формирование нагрузок на перемычку происходит в основном от давления воды, что подтверждается результатами численного моделирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Оборудование системы контроля и выполнение периодических наблюдений за состоянием перемычек и массива закладки на опытном участке шахты им. Губкина, Заключительный отчет по НИР, Фомин Б.А., Сергеев С.В, ЦЭБГОР, Белгород, 1999, 33 с.
2. Исследование геомеханических процессов при подземном складировании хвостов обогащения /Отчет по НИР (заключительный). Шифр 14-00. Рук. Журин С.Н., ВИОГЕМ, 2001.
— Коротко об авторах
Зинченко Алексей Владимирович - инженер, Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, защите инженерных сооружений от обводнения, специальным горным работам, геомеханике, геофизике, гидротехнике, геологии и маркшейдерскому делу (ФГУИ ВИОГЕМ)
------------------------------------------------ © Г.А. Карасев, 2004
УДК 622.272 Г.А. Карасев
ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЗАКЛАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДАВЛЕНИЯ ПОРОД ВИСЯЧЕГО БОКА
Семинар № 13
"П азработка Тырныаузского месторо-
-шГ ждения применительно к Слепой залежи ведется камерной системой разработки с оставлением целиков. Камеры после отработки заполняются сухим закладочным материалом. Сухая закладка подается с карьера Мукуланский через перепускные поро-доспуски, затем загружается в подземные автосамосвалы, которые разгружаются в камеры. Сухая закладка имеет недостаточную плотность и со временем дает усадку около 20 %. Рудное тело Слепой залежи представлено скарнированными мраморами, а висячий бок рудного тела - неустойчивыми роговиками.
Согласно теории В.В. Куликова в висячем боку образуется неустойчивая зона обрушения,
которая принимает параболическую форму свода естественного равновесия (рисунок). Неустойчивые, обрушающиеся породы висячего бока давят на закладочный материал в камере, уплотняют эту закладку до определенного коэффициента разрыхления (Крзакл ). Дальнейшее давление неустойчивых пород висячего бока замедляется или вовсе прекращается за счет уплотнения закладки.
Определим, как изменяется коэффициент разрыхления в своде естественного равновесия от величины уплотнения закладочного материала в камере.
Задача решается в плоскости, сравниваются площади.
