Управление состоянием массива горных пород

Работа добавлена:






Управление состоянием массива горных пород на http://mirrorref.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт недропользования

Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых

Допускаю к защите

Руководитель _______________

                    Е.Л. Сосновская

Расчет устойчивости горной выработки

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

Управление состоянием массива горных пород

1.020.00.00  ПЗ

Выполнил студент группы    ГПз-13-1  _______________  А.В. Шишин

Нормоконтроль                                       _______________

Курсовой проект защищен с оценкой         _________________________

Иркутск 2017 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

высшего образования

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По курсуУправление состоянием массива горных пород

Студентугруппы ГПз-13-1 Шишину А.В.____________________________

Тема проектаРасчет устойчивости горной выработки__________________

Исходные данные:

Вариант 20

Наименование горных пород

Первоначальные напряжения горного массива, МПа

Прочностные свойства пород, МПа

Коэффи-циент крепости пород,f

Коэффициент структурного ослабления пород, Ко

Объемный вес, МН/м3

вертикальные, σв

продольные, σпр

поперечные, σп

Предел прочности на сжатие,

Предел прочности на растяжение, σр

Ирокиндинское месторождение,H= 200 м

Сланцы

-7,4±0,9

-9,3±1,4

-8,6±1,8

109,5±215,3

11,7±26,8

8-14

0,6

0,0263

Рассчитываемые глубины Н=200-600 м

Рекомендуемая литература:

Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках. – М.: Изд-во Недра, 1994. – 208 с.

Галаев Н.З. Управление состоянием массива горных пород при подземной разработке рудных месторождений: учеб. для вузов. – М.: Изд-во Недра, 1990. – 176 с.

Графическая часть на1листах

Дата выдачи задания«15» февраля 2016 г.

Задание получил      ______________/ А.В. Шишин /

Дата представления проекта руководителю«20» февраля 2017 г.

Руководитель курсового проектирования  __________ /Е.Л. Сосновская /

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...

4

  месторождения…………………………………………………………………

5

2 Влияние горных работ на напряженное состояние массива горных пород

6

2.1 НДС на контуре одиночных  выработок………………………………...

6

2.2 НДС на контуре выработок в зоне влияния горных работ…………….

12

3 Мероприятия по приведению выработок в безопасное состояние…………

15

Заключение………………………………………………………………………

19

Список использованных источников…………………………………………..

20

Приложения………………………………………………………………………

21

Введение

Данный курсовой проект состоит из введения, трех разделов, заключения и списка использованных источников. Также в курсовом проекте имеются три приложения на шести листах.

В первом разделе приведена характеристика Ирокиндинского месторождения.

Второй раздел посвящен расчетам напряженно-деформированного состояния на контурах выработок.

В третьем разделе изложены мероприятия по приведению выработок в безопасное состояние.

В проекте оценивалась устойчивость горных выработок для условий Ирокиндинского месторождения. Горные породы на месторождении – сланцы.

Исходные данные для расчета:

Наименование горных пород

Первоначальные напряжения горного массива, МПа

Прочностные свойства пород, МПа

Коэффи-циент крепости пород,f

Коэффициент структурного ослабления пород, Ко

Объемный вес, МН/м3

вертикальные, σв

продольные, σпр

поперечные, σп

Предел прочности на сжатие,

Предел прочности на растяжение, σр

Ирокиндинское месторождение,H= 200 м

Сланцы

-7,4±0,9

-9,3±1,4

-8,6±1,8

109,5±215,3

11,7±26,8

8-14

0,6

0,0263

Рассчитываемые глубины Н=200-600 м

  1. Краткая горно-геологическая характеристика Ирокиндинского месторождения

Ирокиндинское месторождение расположено в 60 км от станции Таксимо. Отрабатывается крупным и наиболее устойчивым золотодобывающим предприятием района ОАО «Бурятзолото» (рудник «Ирокинда»), на долю которого приходится 80% от общей добычи золота в районе.

Золотое оруденение связано с небольшими по своим размерам малосульфидно-кварцевыми жилами (около 100 жил), из которых разведано только шесть (Петровская, Юрасовская, Серебряковская, № 30, Тулуинская и Хребтовая); по ним утверждены запасы ГКЗ СССР, а с 1976 года начата разработка месторождения. ОАО «Бурятзолото» в последние годы выявило и оценило 5 новых жил: 35-А, Центральная и Южно-Тулуинские, 2-А и 2-Б. Руды месторождения легко обогатимые, около 80% золота извлекается гравитацией. Вскрытие всех жил штольневое.

2Влияние горных работ на напряженное состояние массива горных пород

Горные работы (проведение выработок, очистная выемка полезного ископаемого) вносят существенные изменения в естественное поле напряжений. Породы, окружающие выработки, начинают испытывать иное напряженно-деформированное состояние, которое зависит от физико-механических свойств и строения пород, наличия нарушений, формы, размеров и числа пройденных выработок, глубины их расположения и других факторов [3].

2.1 НДС на контуре одиночных выработок

Изучение вопросов распределения напряжений вокруг выработок является одной из основных и важнейших задач механики горных пород, так как они непосредственно связаны с прочностью (устойчивостью) горных выработок и с решением ряда практических инженерных задач в области их крепления.

За основу вычислений принята выявленная зависимость напряжений вокруг выработки, установленная Трумбачевым В.Ф., Катковым Г.А., Беккером Д.И. и Влохом Н.П.

i =вkzi +гkxi    (2.1)

гдеi – напряжение вi-той точке контура выработки, МПа;

в,г – вертикальное и горизонтальное первоначальные напряжения горного массива, МПа;

kzi,kxi – коэффициенты концентрации, соответственно, вертикального и горизонтального напряжений от единичных нагрузок вi-той точке контура выработки.

Величиныkzi иkxi определяются по значению расчетного углаq (см. рисунок 2.1) по таблице 2.1 по данным исследований ИГД УрО РАН. Знак (-) в таблицах соответствует растяжению (действующие нагрузки применяются сжимающими). В случае действия растягивающих напряжений знаки коэффициентов концентрации меняются на противоположные.

Величину вертикальных первоначальных напряжений горного массива можно вычислить из выражения

    (2.2)

гдеН –глубина залегания выработки, м;

γ – объемный вес, МН / м3.

1 – шкала углаθ; 2 – оси выработки

Рисунок 2.1 – Расчетный контур однопутевой выработки

Таблица 2.1 – Значения напряжений на контуре выработки

Уголθ, град

Kzi

Kxi

Уголθ, град

Kzi

Kxi

30

-0,64

1,20

120

2,10

-0,36

40

0,45

2,97

125

1,96

-0,06

50

2,96

1,68

135

1,71

1,29

60

3,44

-0,35

140

1,24

1,80

70

2,44

-0,61

150

0,06

2,62

80

2,10

-0,91

160

-0,58

2,53

90

1,91

-0,87

170

-0,80

2,33

100

1,84

-0,81

180

-0,85

2,37

110

1,95

-0,62

Величину продольных и поперечных горизонтальных напряжений можно вычислить из выражений:

;     (2.3)

,     (2.4)

гдеК1, К2 – эмпирические коэффициенты бокового распора.

Коэффициенты бокового распора определяются по формуле [4]

;        (2.5)

;  = 1,16.

Следует отметить, что в случае вычислений напряжений на контуре квершлага определяются первоначальные напряжения горизонтальные, действующие по простиранию рудных тел (продольные напряжения ). При вычислении напряжений на контуре штрека в качестве исходных принимаются горизонтальные напряжения, действующие вкрест простирания рудных тел (поперечные напряжения ).

Допустимые величины напряжений по проявлениям горного давления в динамических формах определяются по формуле [4]

,     (2.6)

где σобпредел прочности на сжатиегорных пород в образце, МПа.

= 76,65 МПа.

Вычисляются значения первоначальных (природных) напряжений массива горных пород: вертикальных, продольных, поперечных по формулам (2.2-2.4) на различных глубинах горных работ (200 м, 400 м и 600 м).

Результаты записываются в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Результаты определения первоначальных напряжений горного массива

Глубина горных работ Н, м

sв, МПа

sпр, МПа

sп, МПа

200

-5,26

-6,58

-6,1

400

-10,52

-13,15

-12,2

600

-15,78

-19,73

-18,3

Вычисляются значения напряжений на контурах выработок: штреков и квершлагов на исследуемых глубинах по формуле 2.1 и таблице 2.1. Результаты записываются в таблицы 2.3-2.8.

Таблица 2.3 – Значения напряжений на контуре квершлага на глубине 200 м

Уголθ, град

Kzi

Kxi

Н, м

sв,МПа

sг, МПа

sвkzi

sгkxi

si

30

-0,64

1,2

200

-5,26

-6,58

3,37

-7,89

-4,52

40

0,45

2,97

200

-5,26

-6,58

-2,37

-19,53

-21,89

50

2,96

1,68

200

-5,26

-6,58

-15,57

-11,05

-26,62

60

3,44

-0,35

200

-5,26

-6,58

-18,09

2,30

-15,79

70

2,44

-0,61

200

-5,26

-6,58

-12,83

4,01

-8,82

80

2,1

-0,91

200

-5,26

-6,58

-11,05

5,98

-5,06

90

1,91

-0,87

200

-5,26

-6,58

-10,05

5,72

-4,33

100

1,84

-0,81

200

-5,26

-6,58

-9,68

5,33

-4,35

110

1,95

-0,62

200

-5,26

-6,58

-10,26

4,08

-6,18

120

2,1

-0,36

200

-5,26

-6,58

-11,05

2,37

-8,68

125

1,96

-0,06

200

-5,26

-6,58

-10,31

0,39

-9,92

135

1,71

1,29

200

-5,26

-6,58

-8,99

-8,48

-17,48

140

1,24

1,8

200

-5,26

-6,58

-6,52

-11,84

-18,36

150

0,06

2,62

200

-5,26

-6,58

-0,32

-17,23

-17,54

160

-0,58

2,53

200

-5,26

-6,58

3,05

-16,63

-13,58

170

-0,8

2,33

200

-5,26

-6,58

4,21

-15,32

-11,11

180

-0,85

2,37

200

-5,26

-6,58

4,47

-15,58

-11,11

Таблица 2.4 – Значения напряжений на контуре квершлага на глубине 400 м

Уголθ, град

Kzi

Kxi

Н, м

sв,МПа

sг, МПа

sвkzi

sгkxi

si

30

-0,64

1,2

400

-10,52

-13,15

6,73

-15,78

-9,05

40

0,45

2,97

400

-10,52

-13,15

-4,73

-39,06

-43,79

50

2,96

1,68

400

-10,52

-13,15

-31,14

-22,09

-53,23

60

3,44

-0,35

400

-10,52

-13,15

-36,19

4,60

-31,59

70

2,44

-0,61

400

-10,52

-13,15

-25,67

8,02

-17,65

80

2,1

-0,91

400

-10,52

-13,15

-22,09

11,97

-10,13

90

1,91

-0,87

400

-10,52

-13,15

-20,09

11,44

-8,65

100

1,84

-0,81

400

-10,52

-13,15

-19,36

10,65

-8,71

110

1,95

-0,62

400

-10,52

-13,15

-20,51

8,15

-12,36

120

2,1

-0,36

400

-10,52

-13,15

-22,09

4,73

-17,36

125

1,96

-0,06

400

-10,52

-13,15

-20,62

0,79

-19,83

135

1,71

1,29

400

-10,52

-13,15

-17,99

-16,96

-34,95

140

1,24

1,8

400

-10,52

-13,15

-13,04

-23,67

-36,71

150

0,06

2,62

400

-10,52

-13,15

-0,63

-34,45

-35,08

160

-0,58

2,53

400

-10,52

-13,15

6,10

-33,27

-27,17

170

-0,8

2,33

400

-10,52

-13,15

8,42

-30,64

-22,22

180

-0,85

2,37

400

-10,52

-13,15

8,94

-31,17

-22,22

Таблица 2.5 –Напряжения на контуре квершлага на глубине 600 м

Уголθ, град

Kzi

Kxi

Н, м

sв,МПа

sг, МПа

sвkzi

sгkxi

si

30

-0,64

1,2

600

-15,78

-19,73

10,10

-23,67

-13,57

40

0,45

2,97

600

-15,78

-19,73

-7,10

-58,58

-65,68

50

2,96

1,68

600

-15,78

-19,73

-46,71

-33,14

-79,85

60

3,44

-0,35

600

-15,78

-19,73

-54,28

6,90

-47,38

70

2,44

-0,61

600

-15,78

-19,73

-38,50

12,03

-26,47

80

2,1

-0,91

600

-15,78

-19,73

-33,14

17,95

-15,19

90

1,91

-0,87

600

-15,78

-19,73

-30,14

17,16

-12,98

100

1,84

-0,81

600

-15,78

-19,73

-29,04

15,98

-13,06

110

1,95

-0,62

600

-15,78

-19,73

-30,77

12,23

-18,54

120

2,1

-0,36

600

-15,78

-19,73

-33,14

7,10

-26,04

125

1,96

-0,06

600

-15,78

-19,73

-30,93

1,18

-29,75

135

1,71

1,29

600

-15,78

-19,73

-26,98

-25,45

-52,43

140

1,24

1,8

600

-15,78

-19,73

-19,57

-35,51

-55,07

150

0,06

2,62

600

-15,78

-19,73

-0,95

-51,68

-52,63

160

-0,58

2,53

600

-15,78

-19,73

9,15

-49,90

-40,75

170

-0,8

2,33

600

-15,78

-19,73

12,62

-45,96

-33,34

180

-0,85

2,37

600

-15,78

-19,73

13,41

-46,75

-33,34

Таблица 2.6 – Значения напряжений на контуре штрека на глубине 200 м

Уголθ, град

Kzi

Kxi

Н, м

sв,МПа

sг, МПа

sвkzi

sгkxi

si

30

-0,64

1,2

200

-5,26

-6,10

3,37

-7,32

-3,96

40

0,45

2,97

200

-5,26

-6,10

-2,37

-18,12

-20,49

50

2,96

1,68

200

-5,26

-6,10

-15,57

-10,25

-25,82

60

3,44

-0,35

200

-5,26

-6,10

-18,09

2,14

-15,96

70

2,44

-0,61

200

-5,26

-6,10

-12,83

3,72

-9,11

80

2,1

-0,91

200

-5,26

-6,10

-11,05

5,55

-5,49

90

1,91

-0,87

200

-5,26

-6,10

-10,05

5,31

-4,74

100

1,84

-0,81

200

-5,26

-6,10

-9,68

4,94

-4,74

110

1,95

-0,62

200

-5,26

-6,10

-10,26

3,78

-6,47

120

2,1

-0,36

200

-5,26

-6,10

-11,05

2,20

-8,85

125

1,96

-0,06

200

-5,26

-6,10

-10,31

0,37

-9,94

135

1,71

1,29

200

-5,26

-6,10

-8,99

-7,87

-16,87

140

1,24

1,8

200

-5,26

-6,10

-6,52

-10,98

-17,51

150

0,06

2,62

200

-5,26

-6,10

-0,32

-15,99

-16,30

160

-0,58

2,53

200

-5,26

-6,10

3,05

-15,44

-12,39

170

-0,8

2,33

200

-5,26

-6,10

4,21

-14,22

-10,01

180

-0,85

2,37

200

-5,26

-6,10

4,47

-14,46

-9,99

Таблица 2.7 – Значения напряжений на контуре штрека на глубине 400 м

Уголθ, град

Kzi

Kxi

Н, м

sв,МПа

sг, МПа

sвkzi

sгkxi

si

30

-0,64

1,2

400

-10,52

-12,2

6,73

-14,64

-7,91

40

0,45

2,97

400

-10,52

-12,2

-4,73

-36,24

-40,98

50

2,96

1,68

400

-10,52

-12,2

-31,14

-20,50

-51,64

60

3,44

-0,35

400

-10,52

-12,2

-36,19

4,27

-31,92

70

2,44

-0,61

400

-10,52

-12,2

-25,67

7,44

-18,22

80

2,1

-0,91

400

-10,52

-12,2

-22,09

11,10

-10,99

90

1,91

-0,87

400

-10,52

-12,2

-20,09

10,62

-9,48

100

1,84

-0,81

400

-10,52

-12,2

-19,36

9,88

-9,47

110

1,95

-0,62

400

-10,52

-12,2

-20,51

7,57

-12,95

120

2,1

-0,36

400

-10,52

-12,2

-22,09

4,39

-17,70

125

1,96

-0,06

400

-10,52

-12,2

-20,62

0,73

-19,89

135

1,71

1,29

400

-10,52

-12,2

-17,99

-15,74

-33,73

140

1,24

1,8

400

-10,52

-12,2

-13,04

-21,97

-35,01

150

0,06

2,62

400

-10,52

-12,2

-0,63

-31,97

-32,60

160

-0,58

2,53

400

-10,52

-12,2

6,10

-30,87

-24,77

170

-0,8

2,33

400

-10,52

-12,2

8,42

-28,43

-20,02

180

-0,85

2,37

400

-10,52

-12,2

8,94

-28,92

-19,98

Таблица 2.8 – Значения напряжений на контуре штрека на глубине 600 м

Уголθ, град

Kzi

Kxi

Н, м

sв,МПа

sг, МПа

sвkzi

sгkxi

si

30

-0,64

1,2

600

-15,78

-18,30

10,10

-21,97

-11,87

40

0,45

2,97

600

-15,78

-18,30

-7,10

-54,37

-61,47

50

2,96

1,68

600

-15,78

-18,30

-46,71

-30,75

-77,46

60

3,44

-0,35

600

-15,78

-18,30

-54,28

6,41

-47,88

70

2,44

-0,61

600

-15,78

-18,30

-38,50

11,17

-27,34

80

2,1

-0,91

600

-15,78

-18,30

-33,14

16,66

-16,48

90

1,91

-0,87

600

-15,78

-18,30

-30,14

15,93

-14,21

100

1,84

-0,81

600

-15,78

-18,30

-29,04

14,83

-14,21

110

1,95

-0,62

600

-15,78

-18,30

-30,77

11,35

-19,42

120

2,1

-0,36

600

-15,78

-18,30

-33,14

6,59

-26,55

125

1,96

-0,06

600

-15,78

-18,30

-30,93

1,10

-29,83

135

1,71

1,29

600

-15,78

-18,30

-26,98

-23,61

-50,60

140

1,24

1,8

600

-15,78

-18,30

-19,57

-32,95

-52,52

150

0,06

2,62

600

-15,78

-18,30

-0,95

-47,96

-48,91

160

-0,58

2,53

600

-15,78

-18,30

9,15

-46,31

-37,16

170

-0,8

2,33

600

-15,78

-18,30

12,62

-42,65

-30,03

180

-0,85

2,37

600

-15,78

-18,30

13,41

-43,38

-29,97

По результатам расчетов строятся эпюры напряжений на контуре выработок (Приложение А): под соответствующими углами от контура выработки в масштабе откладываются значения полных напряженийi.

Как показывают результаты расчетов, самыми напряженными участками выработок являются стенки, кровля, углы кровли. При этом наиболее удароопасны углы выработки. В кровле напряжения меньше, еще меньше они в стенках выработок. Вследствие различной прочности пород критическая глубина по проявлениям горного давления изменяется в широких пределах. На первом этапе для оценки критической глубины можно принять их средние значения для различных видов пород в наиболее опасных участках (углы выработок).

Для определения критических глубин по проявлениям горного давления по данным таблицы 2.9 строятся зависимости полных напряжений в наиболее опасных точках выработки от глубины горных работ.

Таблица 2.9 – Результаты расчетов НДС на контуре выработок

Глубина горных работ Н, м

Полные напряжения на контуре выработки , МПа

в кровле (θ=180º)

в углах кровли (θ=140º)

на стенках (θ=100º)

Квершлаг

200

-11,11

-18,36

-4,35

400

-22,22

-36,71

-8,71

600

-33,34

-55,07

-13,06

Штрек

200

-9,99

-17,51

-4,74

400

-19,98

-35,01

-9,47

600

-29,97

-52,52

-14,21

Для этого по оси Х откладываются значения глубины горных работ, а по осиY значения полных напряжений в наиболее опасных участках контура выработки. Отдельно красной линией показываются значения допустимых напряжений, определенных по формуле 2.6. Точки пересечения установленных зависимостей с линией допустимых напряжений определяют расчетные глубины безопасного ведения горных работ Нкр (Приложение Б, таблица 2.10).

Таблица 2.10 – Результаты расчетов НДС и удароопасности одиночных горизонтальных горных выработок

Наименование пород и руд

Допустимое напряжение,, МПа

Критическая глубина по проявлениям горного давления, м.

стенка

кровля

угол выработки

Минимально допустимая критическая глубина, м

Штреки

Сланцы

76,65

3272

1535

876

876

Квершлаги, орты и др.

Сланцы

76,65

3587

1380

835

835

На глубинах, превышающих расчетные, возможны проявления горного давления в динамических формах. В целях обеспечения безопасности ведения горных работ необходимо разрабатывать соответствующие мероприятия по приведению выработок в неудароопасное состояние.

2.2 НДС на контуре выработок в зоне влияния горных работ

Наиболее существенные изменения состояния массива горных пород происходят в процессе очистной выемки полезного ископаемого. При подработке вышележащих пород на прилегающий к выработанному пространству массив создает опорное давление. Зона максимального опорного давления начинается сразу за зоной пластических деформаций, затем постепенно снижается по мере удаления от выработанного пространства и достигает первоначальных значений.

Практикой эксплуатации очистных забоев выявлено, что геологические и горнотехнические параметры в разной степени влияют на состояние поддерживаемого пространства, условия безопасности, на конечный результат всей работы очистных забоев. Значительные трудности возникают при работе в сложных горно-геологических условиях, а также на больших глубинах в зоне влияния очистных камер. Повышение эффективности работы в этих условиях во многом зависит от способа управления состоянием пород кровли [5].

Критическую глубину при проведении горных выработок на больших глубинахв зоне влияния очистных камер можноопределять из выражения

Hкр = sобсж · 0,8 / (g(k1zi +k2zi + Кгор (k1xi +k2xi)))                      (2.7)

где sобсж – предел прочности на сжатие в образце, МПа;

g– плотность пород и руд, МН/м3;

k1zi,k1xi – коэффициенты концентрации напряжений в углах горной выработки, принимаются по таблицам 2.3-2.5;

Кгор – соотношение горизонтальных и вертикальных природных напряжений в массиве горных пород (К1 для квершлага и К2 для штрека);

k2zi,k2xi– коэффициенты концентрации напряжений подземных камер в зоне выработок, принимаются по графику (см. рисунок 2.2).

Значения коэффициентовk2zi,k2xi дляусловий крутопадающих участков рудных тел можно определить по графику, разработанный ИГД МЧМ СССР с помощью ЭВМ для различных соотношений высоты камерыh к ее ширинеm [4].

Рисунок 2.2 – Коэффициенты концентрации напряжений

подземных камер от горизонтальной нагрузки – справа от осиr/m;

от вертикальной нагрузки – слева от оси по данным ИГД МЧМ СССР

С учетом исходных данных (таблица 2.11) и графика значения коэффициентов будут следующими:k2zi = 0 иk2xi = 2.

Таблица 2.11 – Соотношениеm/h

Месторождение

Высота

камерыh, м

Мощность рудного телаm, м

Высота потолочиныr, м

Соотношение

m/h

Ирокиндинское

50

10

5

0.2

Критическая глубина при проведении штрека на больших глубинахв зоне влияния очистных камер в углах кровли будет равна

Hкр = 109,5 · 0,7 / (0,027(1,24 + 0+ 1,16 (1,80+2))) = 482  м.

Критическая глубина при проведении квершлага на больших глубинахв зоне влияния очистных камер в углах кровли будет равна

Hкр = 109,5 · 0,7 / (0,027(1,20 + 0+ 1,25 (1,80+2))) = 456 м.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.12.

Таблица 2.12 – Результаты расчетов НДС и удароопасности горизонтальных горных выработок в зоне влияния очистных работ

Наименование пород и руд

Допустимое напряжение,, МПа

Критическая глубина по проявлениям горного давления, м.

стенка

кровля

Угол выработки

Минимально допустимая критическая глубина, м

Штреки

Сланцы

76,65

-2832

631

482

482

Квершлаги, орты и др.

Сланцы

76,65

-2264

581

456

456

По сравнению с капитальными и подготовительными выработками, в очистных камерах влияние структуры массива (неоднородность, условия на контактах и т.п.) проявляется в большей степени.

  1. Мероприятия по приведению выработок в безопасное состояние

В процессе исследований определены критические глубины на исследуемом месторождении (таблицы 2.10 и 2.12). Общую критическую глубину по горным ударам в шахтном поле установить не представляется возможным. Удароопасность будет проявляться как на верхних, так и на глубоких горизонтах. Для элементов системы разработки критическая глубина может быть различна в зависимости от прочностных и упругих свойств пород, их природного и техногенного напряженного состояния.

В процессе ведения горных работ необходимо проводить локальные инструментальные прогнозы удароопасности горных выработок и целиков, в первую очередь на высоконапряженных участках.

При проведении горных выработок в неудароопасное состояние необходимо решать вопросы снижения напряжений в краевых частях массива до безопасных и уменьшения способности краевых частей массива к упругому деформированию, т.е. уменьшению модуля упругости этих пород.

Оба этих решения следует признать правильными, но в условиях крепких горных пород, очевидно, экономически целесообразно первое решение, т.е. снижение напряжений до безопасного уровня.

При проходке горизонтальных горных выработок требуется проводить профилактические мероприятия на отдельных участках категории «опасно», где проявляются "шелушение", "стреляние" и интенсивное заколообразование. Шатровая форма наиболее устойчива вследствие уменьшения размеров зоны хрупкого разрушения пород на контуре.

На рисунке 3.1 показана последовательность построения шатрообразной выработки и ее размеры для квершлага.

Рисунок 3.1 – Шатровая форма квершлага

На рисунке 3.2 показана схема расположения шпуров при ее проходке.

Рисунок 3.2 – Схема расположения шпуров в выработке

шатровой формы

Угол в вершине свода должен составлять 110°. Высота шатра от замка свода (ho) принята равной половине ширины выработки (B/2). Высота стенки до начала свода (h1) с учетом возможного крепления кровли определяется из построения. Общая высота выработкиH=h0+h1.

Эффективность параметров шатровой формы рекомендуется считать достаточным, если после ее образования не будет происходить самопроизвольное разрушение пород.

Для предотвращения "шелушения" и незначительного заколообразования можно использовать облегченные виды крепи: набрызгбетонная, штанговая и их комбинация (комбинированная).

Набрызгбетон соединяет отдельные участки поверхности обнажения и благодаря значительному сцеплению по контакту с породой создает несущую конструкцию крепь-порода. Благодаря созданной несущей конструкции происходит перераспределение напряжений в контактном слое, снижается их концентрация во впадинах контура выработки. Толщина бетона может меняться от нескольких миллиметров на выступах породной поверхности до 5-7 см в углублениях, составляет в среднем 2-3 см.

Дополнительное крепление пород железобетонной штанговой крепью снижает концентрацию напряжений в приконтурном массиве и значительно повышает устойчивость кровли.

Комбинированная крепь представляет собой сочетание двух типов крепи: анкерной и торкрет- или набрызгбетонной. Анкеры, скрепляя структурные блоки или слои пород, увеличивают устойчивость обнажений. Слой бетона предохраняет горные породы от выветривания и предотвращает мелкие отслоения между штангами.

В тяжелых горно-геологических условиях комбинированная крепь может быть усилена сварной металлической сеткой. В такой комбинации (анкеры сетка торкрет)комбинированная крепь во многих случаях может заменить тяжелые типы крепи: металлическую рамную арочную и монолитную железобетонную.

Прямоугольные выработки приводят в неудароопасное состояние образованием щелей в верхних или во всех углах выработок. Это следует делать, когда выработки находятся в зоне влияния очистных работ и их категория удароопасности возрастает. Приведение выработок в неудароопасное состояние можно проводить по методике ИГД УрО РАН.

Глубина разгрузочной щели определяется на основе выражений [3,4]

;     (3.1)

;     (3.2)

;     (3.3)

гдеВ – эмпирический коэффициент в геометрическом смысле, представляющий собой отношение проекции глубины щели на нормаль к защищаемой стороне;

в, а– соответственно высота и ширина выработки, м;

β – угол направления щели, считая от стороныв, град.;

sобсж– прочность массива горных пород в краевой части массива, МПа;

σх – напряжение в рассматриваемой точке контура горной выработки (угол кровли выработки), МПа.

Значение σх можно определить по формулам, разработанным на основе выражений 2.1 и 2.8:

вне зоны влияния очистных работ

sх =sвkzi +sгkxi=sв 1,24 +sг 1,80   (3.4)

в зоне влияния очистных работ

sх =sв (k1z +k2zi) +sг (k1х +k2хi) =sв (1,24+k2zi) +sг (1,80 +k2хi) (3.5)

Результаты расчетов глубин разгрузочной щели в горных выработках представлены в виде таблиц 3.1 и 3.2.

По результатам расчетов представляется возможным построить зависимости длины разгрузочных щелей (lщ) в горных выработках от глубины горных работ (Н, м) на контуре квершлагов и штреков вне зоны влияния горных работ и в зоне влияния очистных камер (Приложение В).

Таблица 3.1 – Результаты определения глубин разгрузочной щели в горных выработках в зоне влияния очистных камер

Наименование выработки в зоне влияния очистных работ

Глубина, м

Соотношение горизонтальных и вертикальных напряжений, Кгор

Вертикальное напряжениев, МПа

Горизонтальное напряжениег, МПа

Коэффициенты концентрации напряжений подземных камер

Напряжение в рассматриваемой точке контура горной выработкиx, МПа

Прочность массива горных пород в краевой части массиваобр, МПа

Эмпирический коэффициент В

Глубина разгрузочной щели L, м

Кх2

Кz2

Штрек

200

1,16

-5,26

-6,10

2

0,4

-31,81

109,5

0,17

0,73

400

1,16

-10,52

-12,20

2

0,4

-63,62

109,5

0,17

0,73

600

1,16

-15,78

-18,30

2

0,4

-95,44

109,5

0,17

0,73

Квершлаг

200

1,25

-5,26

-6,58

2

0,4

-33,61

109,5

0,17

0,73

400

1,25

-10,52

-13,15

2

0,4

-67,22

109,5

0,17

0,73

600

1,25

-15,78

-19,73

2

0,4

-100,83

109,5

0,17

0,73

Таблица 3.2 – Результаты определения глубин разгрузочной щели в горных выработках вне зоны влияния очистных камер

Наименование выработки вне зоны влияния очистных работ

Глубина, м

Соотношение горизонтальных и вертикальных напряжений, Кгор

Вертикальное напряжениев, МПа

Горизонтальное напряжениег, МПа

Напряжение в рассматриваемой точке контура горной выработкиx, МПа

Прочность

массива горных пород в краевой части массиваобр, МПа

Эмпирический коэффициент В

Глубина разгрузочной щели L, м

Штрек

200

1,16

-5,26

-6,10

-17,51

109,5

0,17

0,73

400

1,16

-10,52

-12,20

-35,01

109,5

0,17

0,73

600

1,16

-15,78

-18,30

-52,52

109,5

0,17

0,73

Квершлаг

200

1,25

-5,26

-6,58

-18,36

109,5

0,17

0,73

400

1,25

-10,52

-13,15

-36,71

109,5

0,17

0,73

600

1,25

-15,78

-19,73

-55,07

109,5

0,19

0,81

Заключение

В курсовом проекте были оценены НДС на контуре штреков и квершлагов для условий Ирокиндинского месторождения. Исследования проводились для глубин 200-600 м.

На основании проведенных расчетов можно отметить следующее.

Прочность горных пород на сжатие – 76,65 МПа.

В результате расчетов пришли к выводу, что на глубинах, превышающих расчетные, возможны проявления горного давления в динамических формах. В целях обеспечения безопасности ведения горных работ необходимо разрабатывать соответствующие мероприятия по приведению выработок в неудароопасное состояние. В качестве мероприятия по приведению выработок в безопасное состояние рекомендуем разгрузку углов выработки щелями.

0,73-0,81 м/

По результатам расчетов построены зависимости длины разгрузочных щелей (lщ) в горных выработках от глубины горных работ (Н, м) на контуре квершлагов и штреков вне зоны влияния горных работ и в зоне влияния очистных камер.

Расчетные критические глубины составили по таблице 2.10 для одиночных горных выработок составили: 835-876 м. Для выработок в зоне очистных работ составили: 456-482 м.

Список использованных источников

  1. Проскуряков Н.М. Управление состоянием массива горных пород: учебник для вузов. – М.: Изд-во Недра, 1991. – 368 с.
  2. www.webmineral.ru [Электронный ресурс].
  3. Галаев Н.З. Управление состоянием массива горных пород при подземной разработке рудных месторождений: учебник для вузов. – М.: Изд-во Недра, 1990. – 176 с.
  4. Сосновская Е.Л., Сосновский Л.И. Управление состоянием массива горных пород: методические указания. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. –  28 с.
  5. Комиссаров С.Н. Управление массивом горных пород вокруг очистных выработок. – М.: Изд-во Недра, 1983. – 237 с.

Приложение А

Рисунок П.А-1 – Эпюра полных напряжений на контуре квершлага

на глубине 200 м

Рисунок П.А-2 – Эпюра полных напряжений на контуре квершлага

на глубине 400 м

,

Рисунок П.А-3 – Эпюра полных напряжений на контуре квершлага

на глубине 600 м

,

Рисунок П.А-4 – Эпюра полных напряжений на контуре штрека

на глубине 200 м

,

Рисунок П.А-5 – Эпюра полных напряжений на контуре штрека

на глубине 400 м

Рисунок П.А-6 – Эпюра полных напряжений на контуре штрека

на глубине 600 м

Приложение Б

Рисунок П.Б-1 – Зависимость полных напряжений в наиболее

опасных точках квершлага от глубины горных работ

Рисунок П.Б-2 – Зависимость полных напряжений в наиболее опасных точках штрека от глубины горных работ

Приложение В

Рисунок П.В-1 –Зависимость длины разгрузочной щели на контуре квершлага вне зоны влияния горных работ

,

Рисунок П.В-2 –Зависимость длины разгрузочной щели на контуре штрека вне зоны влияния горных работ

Рисунок П.В-3 –Зависимость длины разгрузочной щели на контуре квершлага в зоне влияния очистных камер

Рисунок П.В-3 –Зависимость длины разгрузочной щели на контуре штрека в зоне влияния очистных камер

Управление состоянием массива горных пород на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Способы разрушения горных пород. Механические разрушение горных пород

2. Деформационные характеристики горных пород, их влияние на процессы деформирования горных массивов при нагружении

3. Разрушение горных пород взрывом

4. Физика горных пород конспект

5. ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЕ РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД

6. ПРОЧНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД - ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТ

7. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ И ГОРНЫХ ПОРОД

8. Методы определения относительного возраста горных пород

9. ГЕОПОЛИМЕРНЫЕ ВЯЖУЩИЕ НА ОСНОВЕ ЗОЛ-УНОСА И ГОРНЫХ ПОРОД

10. Общая характеристика Земли. Структура и текстура горных пород