CC BY
34
УДК 622.831
А.Д. Куранов, асп., (8812) 328-8625, kuranov5 5 5 @mail .т (Россия, Санкт-Петербург, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»),
Д.В. Сидоров, канд. техн. наук, зав. лаб., (8812) 321-8440, [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»),
А.В. Сучилин, ст. науч. сотр. лаб., (8812) 321-8655, [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»)
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕЛИКОВ МЕЖДУ ВЫРАБОТКАМИ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ СБЛИЖЕННЫХ РУДНЫХ ТЕЛ УРАНОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ «ЮЖНОЕ» ЭЛЬКОНСКОГО РУДНОГО РАЙОНА
Приведена методика расчета допустимых параметров целиков между выработками различного назначения при разработке сближенных рудных тел месторождения Южное Эльконского урановорудногорайона. Расчеты выполнены с применением численного моделирования методом конечных элементов.
Ключевые слова: целик, устойчивость, добыча урана, сближенные рудные тела
Эльконский рудный район расположен на юге республики Саха, в северо-восточной части Алданского горнопромышленного района. В районе выявлено более 30 месторождений урана, из которых наиболее крупным является месторождение Южное. Месторождение разделено на ряд участков общей длиной 20,7 км при протяженности отдельных участков от 3 до 6,4 км по простиранию и от 1,3 до 1,8 км по падению. На каждом из участков выделяются несколько субпараллельных рудных тел, разделенных прослоями некондиционных пород и некондиционных руд мощностью от 2 до 20 м и более. Мощность же самих рудных тел месторождения Южное колеблется от 9 см до 7,8 м, при средних значениях от 40 см до 3,3 м.
Отработку запасов месторождения предполагается вести слоевыми и камерными системами разработки с оставлением рудных и искусственных целиков (рис. 1).
Наличие сближенных рудных тел и сложные горно-технические условия, связанные с удароопасностью месторождения, требуют особого подхода к определению конструктивных параметров систем разработки и в частности к определению безопасных размеров междукамерных целиков при отработке сближенных рудных тел и рудных целиков в пределах секций при применении камерных систем разработки [1, 2, 4, 5]. Методика расчета междукамерных целиков должна гарантировать надежность полу-
чаемых результатов. В этой связи был принят комплексный подход к выполнению расчетов. При этом методика предусматривает выполнение следующих этапов:
1) формирование конечно-элементных моделей прогноза напряженного состояния целиков с учетом действия тектонического поля напряжений, наличия/отсутствия закладки, размеров камер/выработок, размеров целиков и глубины разработки [3];
2) определение средней величины полных нормальных напряжений в целиках различных размеров;
3) аппроксимация полученных величин средних полных напряжений в целиках от их ширины для ряда глубин разработки и интерполяция полученного результата для всех потенциальных глубин разработки;
4) определение несущей способности целиков для различных условий их работы в зависимости от глубины разработки и горнотехнических факторов;
5) сопоставление полных нормальных напряжений в целиках с их несущей способностью и определение предварительных значений безопасных размеров целиков.
Рис. 1. Система разработки горизонтальными слоями (сечение вкрест простирания)
Все материалы в конечно-элементных моделях задавались как весомые, изотропные, однородные, линейно деформируемые. Деформационно-прочностные и механические свойства материалов следующие: модуль упругости пород Е = 72300 МПа; коэффициент Пуассона пород V = 0,21; объемный вес пород 0,026 МН/м ; предел прочности устойчивых пород о= 35,2 МПа; предел прочности умеренно устойчивых пород о = 25,0 МПа;
предел прочности пород в зонах интенсивной трещиноватости о = 21,1 МПа; модуль упругости закладки Е = 18000 МПа; коэффициент Пуассона закладки V = 0,21; объемный вес закладки 0,025 МН/м .
Значения компонент поля напряжений в зависимости от глубины разработки до начала ведения работ, принятые в расчетах приведены в табл. 1.
Общий вид разработанных конечно-элементных моделей приведен на рисунке 2, размеры модели 80*80 м; высота камер - 35 м, ширина выработок - 3,8 м, высота выработок - 3,2 м минимальный линейный размер элемента 0,2 м, максимальный - 2 м.
Таблица 1
Компоненты поля напряжений до начала ведения горных работ
Компоненты напряжений при глубине 300 м вкрест простирания рудного тела о , МПа 15,6
по простиранию рудного тела о у, МПа 2,1
вертикальная о 2, МПа 7,8
Компоненты напряжений при глубине 500 м вкрест простирания рудного тела о , МПа 26,0
по простиранию рудного тела о у, МПа 3,51
вертикальная о 2, МПа 13,0
Компоненты напряжений при глубине 700 м вкрест простирания рудного тела о , МПа 36,4
по простиранию рудного тела о у, МПа 4,9
вертикальная о 2, МПа 18,2
и
I.
в
а б
Рис. 2. Фрагменты конечно-элементных моделей: а - междуштрековый целик; б - целик между камерой и выработкой;
в - междукамерный целик
Конечно-элементное моделирование включает ряд расчетных этапов:
1) формирование напряженно-деформированного состояния нетронутого массива с учетом тектонического поля напряжений;
2) проведение выработки;
3) закладка выработки (в случае ее применения);
4) проведение параллельной выработки.
Эпюры полных нормальных напряжений в целиках на последнем этапе расчета для случаев с использованием закладки и без ее использования приведены на рис. 3.
-7.48ее+05
-1.489е+07 -■..Ше+07 -1.Э30е+07 -2.«00в+07 -2.571е+07
а
-3.431е+05 1- -3.023а+06
- -5.279е+05 - -7.461е+06
- -7,124е+05 - -1.19ЭЭ+07 _
- -8.970е+05 - -1.634«+07 __
- -1,032е+07 - -2.07Ве+07 _
- -иьее+о/ - -¿.ьла+и/ -
-2.111е+06 -8,119е+06 -1,41Эе+07 -2.013е+07 -г.б!4е+07 -3.215е+07 -3.81бе+07
Рис. 3. Полные нормальные напряжения в целиках: а, б, в - для целиков без закладки выработок и камер; г, д, е - для целиков с закладкой выработок и камер
По результатам моделирования можно заключить следующее:
- в массиве висячего бока камеры формируются две характерные зоны напряжений, причем в верхней части висячего бока камеры формируется зона минимальных сжимающих напряжений, в нижней части висячего бока камеры - зона концентрации сжимающих напряжений;
- в массиве лежачего бока камеры обратная ситуация, в верхней части лежачего бока камеры формируется зона максимальных сжимающих напряжений, в нижней части лежачего бока камеры - минимальных сжимающих напряжений;
- кровля и подошва камеры также имеют зону концентрации и зону разгрузки.
Указанные особенности связаны с преобладанием горизонтальной составляющей напряжений над вертикальной в плоскости вкрест простирания.
Для выбора допустимых расстояний между выработками различного назначения необходимо использовать график, приведенный на рис. 4.
Полные нормальные напряжения в целике, МПа О 10 20 30 40 50 60 70
0 1
2 3
сЗ =
К Он
16
7
8 9
10
Рис. 4. Совмещенный график полных напряжений в целиках и критерий прочности целиков между параллельными нарезными выработками: 1 - устойчивые породы; 2 -умеренно устойчивые породы; 3 - породы зон интенсивной трещиноватости
Минимально допустимые расстояния между выработками и камерами соответствуют точкам пересечения графика критерия несущей способности целиков и кривых графика полных нормальных напряжений. Аналогичным образом выполняется построение графиков для всех расчетных вариантов и в результате определяются минимально допустимые расстояния между выработками различного назначения при разработке сближенных рудных тел для всех рассматриваемых расчетных вариантов (табл.2).
Таблица 2
Минимально допустимые расстояния между выработками различного _назначения при разработке сближенных рудных тел_
Глубина отработки, м Устойчивые породы Умеренно устойчивые породы Неустойчивые породы
Минимальные расстояния между бортами нарезных выработок / между бортами выработок, одна из которых заложена, м
400 3,00 / 1,55 3,80 / 2,08 4,40 / 2,38
600 4,00 / 2,17 5,30 / 2,92 6,10 / 3,40
800 5,10 / 2,79 6,70 / 3,78 7,75 / 4,40
1000 6,10 / 3,41 8,10 / 4,60 9,30 / 5,35
Минимальные расстояния между бортом камеры и бортом выработки / между бортом заложенной камеры и бортом выработки, м
400 4,05 / 2,30 5,35 / 3,03 6,10 / 3,48
600 5,62 / 3,20 7,30 / 4,20 8,27 / 4,80
800 7,00 / 4,03 9,00 / 5,26 10,17 / 5,98
1000 8,25 / 4,78 10,55 / 6,23 11,90 / 7,08
Минимальные расстояния между бортами камер / между бортами
камер, ода из которых заложена, м
400 9,4 / 5,7 10,5 / 6,3 11,4 / 6,8
600 12,7 / 7,9 14,5 / 8,8 15,5 / 9,6
800 15,8 / 10,1 17,8 / 11,3 18,8 / 12,2
1000 18,3 / 11,9 20,6 / 13,5 21,8 / 14,5
Описанный метод определения минимальных расстояний между выработками различного назначения может быть использован для других горно-геологических условий разработки.
Список литературы
1. РД-06-329-99 Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружений, склонных и опасных по горным ударам. М.: ГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора Росии», 2003.
2. Расчетные методы в механике горных ударов и выбросов// И.М. Петухов [и др.]/ М.: Недра. 1992.
3. Беляков Н.А. Геомеханическое обоснование параметров крепления железнодорожных тоннелей в условиях Северного Кавказа. Записки Горного института. СПб. Т. 186. 2010. С. 99-103.
4. Огородников Ю.Н., Куранов А.Д. Геомеханическое обоснование устойчивости подготовительных выработок при разработке прибортовых запасов Коашвинского карьера с обрушением подрабатывемого борта. Записки Горного института. СПб. Т. 190. 2011. С. 240-243.
5. Куранов А.Д., Сидоров Д.В. Оценка напряженного состояния междуштрековых целиков на рудниках ОАО «АПАТИТ». Записки Горного института. СПб. Т. 190. 2011. С. 240-243.
A.D. Kuranov, D. V. Sidorov, A. V. Suchilin
DESIGN PILLARS BETWEEN ENTRIES AND ROOMS DIFFERENT PURPOSE IN CLOSE URANIUM ORE BODIES OF «YUZHNOE» DEPOSIT OF ELKON ORE DISTRICT
The method for calculating allowable parameters of pillar between the entries and rooms by the development of connivnt uranium ore bodies of «Yuzhnoe» deposit of Elkon ore district was presented. The calculations were performed with the using numerical simulation by finite element method.
Key words: pillar, stability, extraction of uranium ore, close ore bodies.
Получено 12.11.12
УДК 624.131.2:622.233.622
А.Н. Панин, асп., (4872)33-22-98 (Россия, Тула, ТулГУ), Н.И. Прохоров, канд. техн. наук, проф., (4872)33-22-98 (Россия, Тула, ТулГУ)
ЗАМЕНА СЛАБЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАШИН ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ШНЕКОВОГО БУРЕНИЯ
Предлагается способ усиления основания фундаментов заменой грунта, на более прочный по физико-механическим характеристикам материал, с помощью установок шнекового бурения.
Ключевые слова: фундамент, буроинъекционные сваи, земляные работы.
За время эксплуатации зданий и сооружений довольно часто происходят неравномерные осадки вызванные различными факторами, которые являются причиной разрушения фундаментов, стен, колонн, перекрытий, а также погрешности в оценке свойств грунтов, все это приводит к необходимости усиления, как самих фундаментов, так и грунтов их основании.
Основные технологии усиления фундаментов сводятся, к увеличению площади опирания и, соответственно, уменьшению интенсивности давления на грунты основания. Недостатком таких технологических приемов является большой объем земляных работ. При этом вскрытие траншеей перегруженного фундамента, при наличии слабых грунтов, весьма опасно.
В последние годы в практике все шире используют буроинъекци-онные сваи. Но, несмотря на преимущества этого способа усиления (полное исключение ручных работ, использование малогабаритного оборудования, работы можно вести на действующих предприятиях без остановки производственного процесса и т.д.) он имеет существенный недостаток -низкая несущая способность из-за небольшого диаметра и, соответственно,
