Управление состоянием напряженнодеформированных рудовмещающих массивов при комбинированной разработке месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 8

ДОКЛАД : НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ і ГОРНЯКА -

2000"..............................

МОСКВА, ■ МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 года

^ ГО.З. Габараев, Т.А. АгузаровЮ, 2000

УДК 622.275:622.023:622.831.24

О.З. Габараев, Т.А. Агузаров

УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННЫХ РУДОВМЕЩАЮЩИХ

МАССИВОВ ПРИ , КОМБИНИРОВАННОЙ ,............

РАЗРАБОТКЕ' МЕСТОРОЖДЕНИЙ'

Р

азработка сложноструктурных месторождений

одновременно открытым и подземными способами дает возможность интенсифицировать горные работы, улучшить технико-экономические показатели добычи и отработать месторождения, которые нецелесообразно разрабатывать только подземным или только открытым способом. Однако применение открыто-подземного способа разработки сопровождается развитием сложных геомеханических процессов, обусловленных взаимным влиянием горных выработок в рамках единой системы, повышаются касательные напряжения в основании бортов карьера и возрастают горизонтальные сжимающие напряжения в дне карьера. В этих условиях сохранность подрабатываемой поверхности, устойчивость бортов карьера обеспечиваются применением систем подземной разработки с закладкой выработанного пространства. Однако высокая стоимость вяжущих и инертных заполнителей снижает эффективность применения твердеющей закладки.

Анализ опыта подземной разработки месторождений полезных ископаемых показало, что основное направление совершенствования технологии с закладкой выработанного пространства - создание условий для работы искусственных массивов в режиме всестороннего объемного сжатия.

Моделирование геомеханики массивов на эквивалентных материалах, показало, что применение двухстадийного порядка отработки камер не обеспечивает необходимой устойчивости обнажений и приводит к разубоживанию руды закладочными материалами. Добыча руд в одностадийном порядке обеспечивает лучшую оконтуриваемость, устойчивость и снижение разубоживания руды закладкой. Однако, объемы обрушений, кроме приуроченности к тектоническим и технологическим элементам, закономерно связаны не столько с порядком отработки камер, сколько с их работой в условиях объемного сжатия.

Для установления величины упрочнения массива из твердеющей закладки при объемном сжатии были проведены исследования в промышленных условиях. Качество твердеющей закладки определялось: методом

контроля дозировки материалов по весам дозаторам; испытанием контрольных кубов в месячном возрасте, изготовленным из раствора, взятого на сливе смесителя; методом отбора керна из массива закладки.

При исследовании влияния комплекса технологических

параметров на коэффициент упрочнения закладочного массива был принят четырехфакторный план Бокса. В результате математической обработки экспериментальных

данных и получена модель в виде полинома второй степени:

купр = 0,7735 + 0,018814-Т + 0,035038-С + +0,010478-Н + 0.005645^ - 6,0265-10-5-Т2 -

-1,8668-10"5-^2 - 1,7912-10"4^2 + 4,435 -10-5-Т-С -

-9,1-10"6-Т-Н + 8,871-10'5-С-Щ (1)

где купр - коэффициент упрочнения массива; Т, С, Н L -соответственно сроки твердения, расход вяжущего, высота и длина закладочного массива.

Перевод закладочного массива в режим объемнонапряженного состояния повышает его несущую способность, что дает возможность снизить прежде всего расход вяжущих материалов при сохранении нормативной прочности закладки. Упрочнение закладочного массива позволяет использовать для закладки камер составы с расходом вяжущего в 1,6-2,5 раза ниже, о чем свидетельствуют результаты натурных исследований (табл. 1).

Напряжения распора и прочность закладки увеличиваются при вводе закладочного массива в режим объемного сжатия, и в этом случае повышение несущей способности элементов геомеханической системы можно учитывать, используя параметры купр в уравнении:

7

0 0 тах

Ссж — Ссж ^ тсг — | _[х(($хі ,<$х2 ...С$хп) ^ Сзакл —

0 (2)

70 тах

— 1іупр 1 fx(dHs)

0

Используя закономерности "напряжения ------------------

деформация" в режиме объемного

неравнокомпонентного сжатия, условие геомеханической сбалансированности системы "нетронутый массив -нарушенный массив - выработанное пространство, заполненное закладочной смесью" можно описать математико-аналитической моделью вида:

Таблица 1

ПОКАЗАТЕЛИ ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКИ НА ОСНОВЕ ДОМЕННЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ШЛАКОВ

Наименование Номер » а с о с т г а в о в

показателей 1 2 3 4 5

Расход основных компонентов, кг/м3

- цемент М400 40 60 80 100 120

- шлак 360 340 320 300 280

- песок 1200 1200 1200 1200 1200

- вода 400 400 400 400 400

Прочность закладки в возрасте 28 суток; МПа

- стандартные условия 0.7 1.2 1.5 1.75 2.0

- в условиях объемного сжатия

купр _ 1,6 1.12 1.92 2.4 2.8 3.2

купр _ 2,0 1.40 2.40 3.0 3.5 4.0

7 ^0 тах

7 С закл — купр 1 Ах((%Н8 )

Ссж - 1 МdXl ^*2--ЛХп) ^ • 0 0 7 0 тах

С1 І 2,3 - С сж — ' С закл — купр 1+ ШС) 0 В

пРи НС — Н ^ Сзакл — купр 1 М<^) (3)

1 0

На основе результатов проведенных исследований, разработаны варианты технологий с закладкой выработанного пространства со сплошным порядком отработки, позволяющие регулировать уровень напряжений и деформаций для целенаправленного использования высвобождающейся в ходе работ энергии для повышения устойчивости элементов природнотехногенной системы: выемка с наклоном стенок камер на рудный массив; разгрузка массива образованием экранирующей щели по рудной границе камеры; подача закладки на замагазинированную руду; укрепление пород анкерной крепью; отработка камер у границы с неустойчивыми вмещающими породами с предварительным образованием искусственных или оставлением рудных целиков. Работа, затрачиваемая на деформирование нарушенных пород при традиционных технологиях, расходуется на упрочнение искусственного массива при создании условий для объемного сжатия. Экспериментально, в производственных условиях, подтверждена высокая эффективность разработанных способов управление состоянием напряженно-деформированных рудовмещающих массивов.

величину ее пригрузки и нормативную прочность.

где Сі - вертикальная составляющая главных напряжений;

Сг.з - горизонтальная результирующая составляющая главных напряжений; к - параметр, зависящий от степени искажения напряжения структурно-тектоническими

условиями; Ссж - напряжения в верхнем слое

разупроченных отдельностей массива; С І - напряжения в

ост

зоне влияния очистных работ; О сж - остаточная прочность разупроченных пород; Zo - пролет, при котором сохраняется плоская форма обнажения; х1,^хп - характеристики

материала структурных блоков; Сзакл - прочность сжатию закладочного массива; В - ширина зоны обрушения; Н -высота зоны обрушения; Нс - высота зоны влияния очистных работ; Н - высота закладки.

Предлагаемое условие обеспечения геомеханической сбалансированности массива основано на учете напряжений в режиме объемного неравнокомпонентного сжатия и позволяет путем изменения технологических параметров погашения выработанного пространства регулировать упрочнение закладочного массива и тем самым определять

I абараев О.З. доцеш. Северо-Кавказский іосударсівеннмй іехно. іоіи ческий

университет.

Агузаров Т.А. — инженер. Северо-Кавказский государственный технологический

иникепсмтет