Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Управление состоянием горного массива - файл 1.doc


Лекции - Управление состоянием горного массива
скачать (2285 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc2285kb.15.11.2011 22:27скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...
конспекты лекций по дисциплине

«управление состоянием массива»


Предисловие


Основные направления экономического и социального развития страны предусматривают повышение эффективности производства в горнорудной промышленности на основе технического прогресса и внедрения достижений науки. Одной из важнейших задач при этом является всемерное повышение безопасности работ.

Важнейшим условием высокоэффективной и безопасной работы шахт является обеспечение рабочего состояния всей сети вскрывающих и подготовительных выработок а также очистных забоев с минимальными затратами на их проведение и поддержание и потерями руды в целиках. Актуальность обеспечения рабочего состояния выработок в течении срока их службы постоянно возрастает в связи с переходом горных работ на большие глубины и более сложные горногеологические условия. Научно-исследовательские работы и опыт деятельности рудников показали, что даже на больших глубинах в сложных горногеологических условиях возможно обеспечить, как правило, безремонтное поддержание выработок со снижением затрат и потерь руды в целиках при условии правильного выбора их расположения в массиве, способов и параметров охраны и средств поддержания на основе инженерных расчетов сдвижения массива, смещений пород в выработки и нагрузок на их крепь.


Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ГОРНОМ ДАВЛЕНИИ


Горное давление - силы, возникающие в массиве горных пород в результате действия гравитации и тектонических напряжений, существующих в земной коре из-за современных тектонических процессов.

Проявления горного давления - механические процессы (смещения, деформации, разрушения массива, нагрузки на крепь, давление на целики), происходящие в массиве горных пород, как реакция массива на нарушение исходного (природного, существовавшего до начала горных работ) напряженного состояния при ведении горных работ.

Смещения массива горных пород происходят вокруг любых выработок (и подготовительных, и очистных). Ту часть массива горных пород, в которой происходят смещения и изменяется напряженное состояние, называют областью влияния выработки.

Подготовительные выработки имеют небольшое сечение. Причем, как правило, высота и ширина выработки примерно одинаковы. Поэтому и область их влияния на состояние массива тоже небольшая (примерно ее радиус можно оценить как 2-3 габарита выработки во всех направлениях: вверх, вниз и в обе стороны от выработки). Смещения массива можно заметить по изменению контуров горных выработок: кровля, прогибаясь, опускается, почва поднимается, стенки сближаются из-за их смещений к центру выработки. В итоге сечение выработки уменьшается. По мере удаления от контура выработки смещения массива постепенно уменьшаются и на границе области влияния выработки затухают.

Размеры очистных выработок существенно больше, чем подготовительных. Обычно пролет выработанного пространства превышает выемочную мощность залежи во много раз. За габарит очистной выработки принимают пролет выработанного пространства. Поэтому и области влияния очистных выработок значительно больше. Смещения массива распространяются на большие расстояния от очистной выработки и, как правило, достигают земной поверхности. На земной поверхности образуется мульда сдвижения, в пределах которой происходят оседания и горизонтальные смещения земной поверхности.

Из-за неравномерности смещений массив горных пород деформируется: сжимается, растягивается, изгибается, сдвигается. При деформировании массива изменяется его напряженное состояние. Вокруг выработок возникают зоны разгрузки и концентрации напряжений. В зонах разгрузки действующие напряжения по сравнению с природными снижаются; в зонах концентрации - увеличиваются. Если выработки закреплены, то несущие элементы крепи (анкеры, стойки металлической рамной крепи), деформируясь совместно с массивом, напрягаются и начинают нести нагрузку, препятствуя дальнейшим смещениям массива.

Если действующие в массиве напряжения достигают прочности пород, массив разрушается. Кровля выработок обрушается. Бока выработок раздавливаются. Раздавленные участки массива отслаиваются, сползают, обрушаются в выработку. Междукамерные целики, если нагрузка на них превышает их несущую способность, разрушаются. После разрушения группы целиков начинается обрушение налегающей толщи пород. В определенных условиях обрушение может достичь земной поверхности. В этом случае на ней образуется провал.

Разрушение массива происходит путем образования в нем трещин различных размеров, по которым монолитный ранее массив расчленяется на более мелкие блоки. Образование трещин сопровождается треском. Треск вызван упругими колебаниями массива, возникающими при образовании трещины. Упругие колебания (волны) при этом распространяются в массиве во все стороны.

Образование мелких трещин инициирует слабые трески высокой частоты, которые можно зарегистрировать только специальными приборами, если приклеить чувствительный датчик к контуру выработки в непосредственной близости от места образования трещины. Через несколько метров от места образования трещины высокочастотные волны затухают.

Сильный треск, который может услышать человек, свидетельствует об образовании крупных трещин протяженностью в несколько метров. Трески, слышимые человеком, распространяются в массиве на десятки и первые сотни метров.

Упругие колебания, которые возникают при образовании трещин протяженностью в десятки метров и воспринимаются человеком как звук выстрела, распространяются в массиве на километры. Их можно зарегистрировать сейсмической системой контроля, даже если датчики расположены на земной поверхности.

Крупные обрушения налегающей толщи с образованием трещин протяженностью в сотни метров вызывают такие же сильные колебания массива, как при землетрясениях. Мощные упругие волны низкой частоты от крупных обрушений распространяются в земной коре на тысячи километров и регистрируются сейсмостанциями во всем мире как техногенные (т.е. вызванные деятельностью человека) землетрясения. В истории разработки Жезказганского месторождения такими были обрушения в поле шх. 57бис в 1991 г., в поле шх. 42-47 в 1996 г. и в поле шх. 57 в 2002 г. Упругие волны от данных обрушений были зарегистрированы сейсмостанциями даже в США.

^ Формы проявлений горного давления. Если разрушение массива происходит постепенно в течение длительного времени, то говорят о статических проявлениях горного давления. Разрушения массива взрывоподобного характера, происходящие мгновенно, называют динамическими проявлениями горного давления. В профессиональной лексике иногда динамические проявления горного давления заменяют понятием «горные удары». От статических проявлений горного давления они отличаются тем, что сопровождаются выбросом горной массы в выработки и создают гораздо более высокую опасность для работающих из-за их внезапности. Условия, в которых наблюдаются динамические формы проявления горного давления, называют удароопасными.

^ Управление горным давлением осуществляется выбором системы разработки, определением таких параметров ее конструктивных элементов, такого порядка ведения горных работ, при которых обеспечивается безопасность, экономическая эффективность горных работ, а также рациональное использование недр.

Формы и масштабы проявлении горного давления в выработках определяются соотношением величин действующих напряжений и прочности массива. Поэтому меропри­ятия по управлению горным давлением всегда направлены

- или на снижение действующих напряжений,

- или на повышение прочности массива.

В подготовительных выработках управление горным давлением осуществляется выбором способа проходки, формы поперечного сечения и направления проходки. Если данных мероприятий оказывается недостаточно, то для поддержания выработок в устойчивом состоянии в них ус­танавливают различные виды крепи.

При ведении очистных работ применяются следующие способы управления горным давлением:

- длительное поддержание выработанного пространства рудными целиками;

- временное (на период ведения очистных работ в блоке) поддержание выработанного пространства отбитой рудой, замагазинированной в блоке;

- заполнение выработанного пространства закладкой;

- погашение выработанного пространства обрушением вмещающих пород;

- крепление выработанного пространства.

^ Поддержание выработанного пространства рудными целиками используется при разработке рудных залежей системами с открытым выработанным пространством. На пологопадающих залежах применяются сплошная и камерно-столбовая системы разработки. Между отрабатываемыми камерами оставляют столбы руды - междукамерные целики. Они поддерживают кровлю и не дают ей обрушаться. Крутопадающие залежи отрабатывают системами подэтажных штреков и этажно-камерной. Поддержание висячего и лежачего боков залежи осуществляется междублоковыми и междуэтажными целиками.

Системы разработки данного класса применяются при устойчивых и весьма устойчивых рудах и породах. Параметры систем разработки должны обеспечить сохранность выработанного пространства и безопасность ведения горных работ. Оставление рудных целиков обеспечивает устойчивость непосредственной кровли камер, налегающей толщи и земной поверхности.

^ Временное поддержание выработанного пространства замагазинированной рудой применяется при устойчивых рудах. Вмещающие породы должны быть от средней устойчивости до устойчивых. В период отбойки замагази-нированная руда распирает породы висячего и лежачего боков залежи и не дает им обрушаться. Вмещающие породы обрушаются в ходе полного выпуска замагазинированной руды из блока. Системы разработки с магазинированием используют, как правило, на крутопадающих залежах малой и средней мощности, где обеспечивается выпуск руды из блока самотеком.

^ Заполнение выработанного пространства закладкой применяют при разработке ценных или пожароопасных руд, при необходимости сохранения налегающей толщи и поверхности, а также при высоком горном давлении и опасности горных ударов, что имеет место, как правило, на больших глубинах. Руда должна быть от средней устойчивости до устойчивой. Вмещающие породы обычно средней устойчивости, требующие искусственного поддержания. Очистная выемка руды при системах с закладкой может осуществляться камерами или слоями.

^ Погашение выработанного пространства обрушением допускается, если возможно обрушение толщи вмещающих пород и земной поверхности. Степень устойчивости руды и пород при различных системах разработки с обрушением может быть разной.

По устойчивости руды и породы классифицируются следующим образом (в соответствии с «Правилами технической эксплуатации рудников...»):

- весьма неустойчивые - исключающие разработку без крепления;

- неустойчивые - допускающие обнажение без крепления до 10 м2, но требующие крепления при длительном стоянии;

- средней устойчивости - допускающие обнажение без крепления до 100 м2, но требующие крепления при длительном стоянии;

- устойчивые - допускающие обнажение без крепления до 600 м2 при длительном стоянии необходимо крепление только в отдельных ослабленных местах;

- весьма устойчивые - допускающие обнажение без крепления до 1000 м2 и более, при длительном стоянии не требуют крепления.

Устойчивость руды и пород определяют геологи на основе геологической характеристики массива (состава пород, их крепости и трещиноватости) с учетом практического опыта обнажения данных пород на данном месторождении в выработках, где ширина и длина обнажения соизмеримы (т.е. длина выработки превышает ее ширину не более чем в 2 раза).

Способы управления горным давлением, используемые на предприятиях корпорации «Казахмыс»:

- поддержание открытого выработанного пространства целиками (при отработке пологих залежей большой мощности при наличии устойчивых руд и вмещающих пород на рудниках Жезказгана);

- закладка выработанного пространства (при отработке залежей ценных, пожароопасных руд на большой глубине в удароопасных условиях на Орловском и Артемьевском рудниках);

- погашение выработанного пространства обрушением вмещающих пород (при повторной разработке рудников Жезказгана, на Юбилейно-Снегирихинском руднике);

- временное поддержание выработанного пространства в период очистной выемки отбитой замагазинированной рудой с последующим обрушением вмещающих пород (на Белоусовском, Иртышском рудниках филиала «ВостокКаз-медь»).


Глава 2. Природное напряженное состояние массива


^ На Жезказганском месторождении напряженное состояние массива изучали в 1970-1980-х годах методом разгрузки в различных точках в пределах всего месторождения. Многочисленными измерениями в шахтах установлено:

- вертикальные гравитационные напряжения в массиве по абсолютной величине являются минимальными ;

- максимальными по величине являются горизонтальные тектонические напряжения , ориентированные параллельно простиранию флексурных зон; они превышают вертикальное давление в 2-7 раз, т.е. ;

- вкрест простирания флексур в природном массиве действуют промежуточные по величине горизонтальные напряжения , их величина также превышает вертикальное давление и колеблется в пределах ;

- на разных участках месторождения величины тектонических напряжений могут различаться в несколько раз; но связано с неоднородностью массива: на более жестких чистках уровень тектонических напряжений выше.




Рис.2.1. Характер исходного напряженного состояния массива Жезказганского месторождения


На Орловском месторождении, разработку которого ведет Жезкентский ГОК, мощные наклонные залежи богатых полиметаллических руд окружены «рубашкой» гидротермально измененных, неустойчивых пород. По сумме признаков, наблюдаемых в горных выработках Орловского рудника, установлено, что природное напряженное состояние массива является гидростатическим с ко­эффициентом бокового давления . Это означает, что до начала горных работ действующие в массиве вертикальные и горизонтальные нап- ряжения равны между собой (как в покоящейся жидкости).




Рис.2.2 Природное напряженное состояния массива Орловского месторождения


Иртышское месторождение полиметаллических руд представлено крутопадающими залежами, расположенными в зоне крупного тектонического разлома мощностью до нескольких сотен метров. Расчетами установлено, что коэффициент бокового давления в природном состоянии массива вкрест простирания рудных залежей . То есть в массиве присутствуют тектонические напряжения, но их величина не столь значительна, как, например, на Жезказганском месторождении


^ Рис.2.3 Природное напряженное состояния массива Иртышского месторождения


Юбилейно-Снегирихинское месторождение, разработку которого ведет филиал «ВостокКазмедь», яв­ляется месторождением нагорного типа (расположено в го­рах и вскрыто штольнями). В нагорной части выше уровня дна долин в массиве отсутствуют тектонические напряже­ния, а горизонтальное давление определяется только боко­вым распором от действия собственного веса толщи пород.


Рис.2.4 Природное напряженное состояния массива Юбилейно-Снегирихинского месторождения


При среднем коэффициенте Пуассона пород уровень горизонтальных напряжений характеризуется коэффициентом бокового распора . В дальнейшем, при опускании горных работ ниже дна долин, возможно появление в массиве тектонических напряжений.


Глава 3. ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПРОХОДКЕ ВЫРАБОТОК


^ 3.1 Напряженное состояние и смещения массива вокруг выработок


В зависимости от назначения размеры и формы поперечного сечения выработок бывают самыми разнообразными: прямоугольными, круглыми, эллиптическими, сводчатыми, трапециевидными.

Как правило, горные выработки имеют плоскую горизонтальную почву, чтобы по ней перемещались люди и техника. Однако в тяжелых условиях (например, при малой прочности пород) сечения выработок делают круглыми. В крепких породах выработки могут быть и прямоугольными. Но чаще всего сечение выработок имеет сводчатую форму с плоской горизонтальной почвой, вертикальными стенками и сводчатой кровлей для повышения ее устойчивости. Если появляются проблемы с устойчивостью боков выработки, то и их делают криволинейными, придавая выработке форму эллипса.



Наибольшие смещения происходят на контуре выработки и вблизи него. По мере удаления в массив смещения затухают. Основные смещения массива происходят по направлениям, перпендикулярным контуру выработки. Кровля опускается. Почва поднимается. Бока выработки сближаются из-за горизонтальных смещений навстречу друг другу.



За счет вертикальной конвергенции происходит разгрузка вертикальных напряжений в кровле и почве выработки и их концентрация в боках. Горизонтальные смещения боков выработки приводят к разгрузке горизонтальных напряжений в боках и к их концентрации в кровле и почве.

Общая закономерность распределения напряжений вокруг выработки сводится к следующему.



Зоны разгрузки вертикальных напряжений в кровле и почве разделены между собой зонами их концентрации в боках выработки. Распределение горизонтальных напряжений обратное: зоны разгрузки расположены в боках, где концентрируются вертикальные напряжения, а зоны концентрации горизонтальных напряжений образуются в кровле и почве, где разгружаются вертикальные напряжения.


^ 3.2 Формы разрушения выработок


В зависимости от природного напряженного состояния массива, в котором ведется проходка, формы разрушения выработок могут быть различными. Рассмотрим возможные варианты.

^ Исходное напряженное состояние массива является гравитационным.

Единственной активной силой в массиве является собственный вес пород налегающей толщи. Тектонических напряжений нет. Максимальными по величине являются вертикальные гравитационные напряжения γН. Данное напряженное состояние массива характеризуется коэффициентом бокового давления λ < 1.

В этом случае максимальной деформацией является вертикальное сжатие выработки. Поэтому после перераспределения исходных напряжений в кровле и почве выработки формируются зоны разгрузки напряжений, а в боках - зоны их концентрации. Если действующие напряжения достигнут предела прочности массива на сжатие (на большой глубине или при малой прочности массива), то разрушение выработки будет происходить в боках.



^ Исходное напряженное состояние массива является гравитационно-тектоническим.

Максимальными по величине в массиве являются горизонтальные тектонические напряжения. Они превышают вертикальное гравитационное давление толщи пород γН. Это означает, что коэффициент бокового давления в исходном массиве λ > /.

За счет горизонтального сжатия максимальной деформацией является сближение боков выработки. При этом зоны концентрации напряжений образуются в кровле и почве выработки, а зоны разгрузки - в боках. Поэтому зоны разрушения будут наблюдаться в кровле и почве выработки.

После разрушения кровли высокими тектоническими напряжениями контур выработки приобретает вид шатра (породам, раздавленным в почве выработки, некуда обрушаться, поэтому они остаются в почве). Часто разрушение пород в кровле выработок при наличии в массиве высоких тектонических напряжений происходит в резкой динамической форме (шелушений, стреляний, сопровождается толчками в массиве).



^ Исходное напряженное состояние массива является гидростатическим.

Вертикальные и горизонтальные напряжения равны между собой и определяются гравитационным давлением налегающей толщи пород γН. В этом случае коэффициент бокового давления в исходном массиве λ = /.

Деформации контура выработки в этом случае во всех направлениях будут примерно одинаковыми, а зона концентрации напряжений охватывает весь периметр выработки. Теоретически доказано, что после перераспределения природных напряжений максимальные напряжения, действующие на контуре выработки, равны 2γН. Поэтому на большой глубине разрушение выработки будет происходить равномерно по всему контуру.



По условию достижения действующими напряжениями предела прочности массива на сжатие σм легко определить понятие «большая глубина». Для этого надо задать условие:





Отсюда получаем значение «большой глубины»:




Пример

В массивах с пределом прочности на сжатие и удельным весом большими являются глубины

Если предел прочности массива в два раза меньше (), то большая глубина (разрушение выработок) начинается уже с 250 м.

^ На «больших глубинах» выработки должны проводиться с несущей крепью - например, металлической арочной из спецпрофиля СВП или монолитной бетонной.

Весьма распространенной формой разрушения выработок, закрепленных тяжелыми типами крепи, в массивах с гидростатическим природным напряженным состоянием на больших глубинах является пучение почвы.

Дело в том, что обычно крепят только кровлю и бока. Почва выработки остается не закрепленной. Кроме того, породы почвы в наибольшей мере (больше, чем породы в кровле и боках выработки) увлажнены шахтными водами. А многие типы пород при увлажнении снижают свою прочность.

При разрушении массива вокруг всей выработки смещениям кровли, боков и вывалам из них препятствует установленная крепь. Смещение (поднятие, пучение) раздавленных пород почвы ничем не ограничено.

Как показывает практика, пучение почвы проявляется через несколько месяцев после проходки выработки (чтобы породы почвы увлажнились и разрушились, необходимо время). Пучение почвы в слабых породах на больших глубинах чрезвычайно трудно предотвратить. Для этого требуется установка кольцевой крепи или крепи с умень­шенным обратным сводом (т.е. спецпрофилем или бетоном крепят не только кровлю и бока, но и почву выработки). Бороться с пучением легче всего ремонтом выработки: подрывом раздавленных и вспученных пород и зачисткой почвы. Практически всегда это дешевле сооружения обратного свода. После ремонта выработки пучение почвы обычно не возобновляется.


^ 3.3 Оценка природного напряженного состояния массива по характеру разрушения подготовительных выработок


Теоретически установлено, что максимальные напряжения на контуре одиночной выработки max σ не зависят от ее размеров. Они определяются только величинами исходных максимальных σ1 и минимальных σ3 напряжений в природном массиве.

Максимальные напряжения max σ на контуре выработки достаточно просто определяются по формуле:



От того, в каком направлении действуют в исходном массиве максимальные по величине напряжения σ1 зависит место, в котором на контуре выработки возникает концентрация напряжений до уровня max σ .

Если в исходном массиве наибольшими по величине являются вертикальные напряжения , а горизонтальные напряжения - минимальными (это наблюдается в массивах, где тектонические напряжения невелики или отсутствуют вовсе), то в этом случае максимальная концентрация напряжений max σ возникает в боках выработки.

Если наибольшими по величине являются горизонтальные тектонические напряжения , которые превышают вертикальное давление толщи пород , то максимальная концентрация напряжений max σ возникает в кровле и почве выработки.

Если исходное напряженное состояние массива является гидростатическим то максимальная концентрация напряжений max σ во всех точках контура одинакова и равна 2γН.

Факт разрушения выработки означает: действующие на ее контуре максимальные напряжения max σ достигли или превысили предел прочности массива на сжатие σм:




Используя данное условие, по характеру разрушения выработки можно оценить горизонтальное давление, действующее вкрест оси выработки. Для этого можно использовать достаточно простые правила. Они сведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1


Характер разрушения выработок но визуальным наблюдениям

Характер природного напряженного состояния массива

^ Формула для расчета коэффициента бокового давления в массиве

Разрушаются преимущественно бока выработок

Максимальными по величине в массиве явля­ются вертикальные на­пряжения, равные, как правило, γН. Горизонтальное давление вкрест оси выработки является минимальным и равно λγН .



Разрушения выработок локализованы в кровле в виде характерного шатрового свода

Максимальными по величине в массиве являются горизонтальные тектонические напряжения, превышающие пли равные λγН .



Выработки разрушаются и в боках, и в кровле примерно с одинаковой интенсивностью

Природное напряженное состояние нетронутого массива имеет гидростатический характер, т.е. вертикальные и горизонтальные напряжения примерно одинаковы и равны γН .






^ 3.4 Проявления горного давления в вертикальных выработках


Основными вертикальными выработками на рудниках являются:

- стволы, которыми вскрываются горизонты;

- бункера, из которых дробленая руда загружается в скипы;

- капитальные и блоковые рудоспуски;

- отрезные, вентиляционные, материально-ходовые восстающие.

Вертикальные стволы как основные капитальные выработки рудника крепят обычно монолитной железобетонной крепью с большим запасом прочности. Поэтому наблюдать проявления горного давления в них можно только в период их проходки до возведения постоянной крепи.

Наблюдения за проявлениями горного давления в горизонтальных выработках дают представление о соотношении вертикальной и одной горизонтальной (перпендикулярно оси выработки) компонент природного поля напряжений в массиве. Характер проявлений горного давления в вертикальных стволах позволяет судить о соотношении двух горизонтальных компонент и исходного напряженного состояния массива.

Ось ствола шахты вертикальна, поэтому и максимальное и промежуточное горизонтальные напряжения действуют перпендикулярно оси вертикальной выработки. Следовательно, максимальные напряжения max σ возникающие на контуре ствола круглого сечения, можно оценить по известной формуле:




Если максимальные напряжения max σ на контуре ствола достигают предела прочности массива на сжатие , то происходит его разрушение.

По местам разрушений и отслоений со стенок ствола определяется направление действия в массиве максимальных напряжений как это показано на рис. 3.1.


Рис. 3.1 Определение направления действия в массиве максимальных горизонтальных напряжений по мес­там проявления горного давления в вертикальных стволах


Аналогичные процессы происходят и в вертикальных восстающих в период подготовки блоков к очистной выемке.

Другой тип разрушения массива - усталостный - наблюдается в рудоспусках и бункерах дробленой руды. Данные выработки являются аккумулирующими емкостями, по которым производится гравитационный перепуск руды под действием ее собственного веса к местам ее погрузки:

- из рудоспусков в вагонетки на концентрационном горизонте;

- из бункеров в скипы в дозаторной ствола, по которому производится подъем руды на-гора.

Интенсивность процесса гравитационного перепуска руды по вертикальным выработкам может достигать нескольких миллионов тонн руды в год.

В процессе падения куски руды ударяются друг с другом и со стенками бункеров и рудоспусков. При ударах в массиве возникают динамические напряжения. Они на доли секунды накладываются на статические напряжения от горного давления. И так миллиарды раз в год в течение десятилетий. От ударов в массиве зарождаются, накапливаются, развиваются микротрещины. Со временем они объединяются в более крупные трещины. По ним со стенок рудоспусков и бункеров происходят отслоения блоков породы.

Результатом является усталостный износ стенок вертикальных выработок. Сечение изношенных перепускных аккумулирующих выработок приобретает эллиптическую форму. Большая ось эллипса ориентирована вкрест направления действия в массиве максимальных горизонтальных напряжений .


^ 3.5 Основные принципы обеспечения устойчивости выработок


Выработка считается устойчивой, если в пределах всего срока эксплуатации она сохраняет необходимые размеры и форму сечений, обеспечивающие безопасность людей и выполнение технологических операций.

Формы проявлений горного давления, а следовательно, и устойчивость выработок определяются двумя основными факторами - величинами действующих напряжений и прочностью массива пород. Поэтому повышение устойчивости выработок осуществляют двумя типами мероприятий:

- снижением действующих напряжений вокруг выработок;

- сохранением или увеличением прочности массива.

^ Снижение напряжений, действующих на контурах выработок, достигается за счет выбора рациональных направлений проведения и оптимальных форм поперечных сечений выработок. Данные мероприятия применяют при проведении выработок в массивах крепких, скальных с высоким уровнем природных горизонтальных напряжений.

^ Сохранение прочности массива за контуром выработки достигается контурным взрыванием. За рубежом его называют осторожным взрыванием. Его смысл заключается в следующем. Отрыв и дробление породы взрывом в контуре проводимой выработки не должны сопровождаться развитием трещин за контуром. В этом случае массив сохраняет свою природную прочность, а условия поддержания выработки облегчаются.

^ Упрочнение массива пород вокруг выработок осуществляют путем нагнетания в него цементных растворов или полимерных смол. Данные мероприятия особенно эффективны в сильнотрещиноватых массивах. При нагнетании в массив под высоким давлением цементный раствор или полимерные смолы проникают в открытые трещины, заполняют и омоноличивают их. За счет этого прочность массива увеличивается.

^ Следует различать три вида потери устойчивости пород:

- вывалы, отслоения, обрушение горной массы по поверхностям ослабления: трещинам, контактам, напластованию, сланцеватости. Данный вид потери устойчивости наблюдается, как правило, в сильно нарушенных массивах при больших углах падения поверхностей ослабления;

- разрушение породы в зонах концентрации напряжений. Данная форма неустойчивости выработок проявляется в сильно напряженных массивах: на большой глубине, а также в зонах влияния очистных работ, когда подготовительные выработки оказываются в зоне опорного давления или при действии в массиве высоких тектонических напряжений;

- значительные смещения пород в выработку, приводящие к уменьшению ее поперечного сечения. Данный вид потери устойчивости характерен для проведения выработок на большой глубине в породах малой прочности. В этом случае из-за разрушений большого объема массива и его разрыхления (образования пустот между блоками разрушенных пород) происходят значительные смещения разрушенных пород в выработку.

Существует пять категорий устойчивости пород в выработках. Их классификация приведена в табл. 3.2.

Оценка устойчивости пород в выработках сводится к прогнозу вида нарушения устойчивости и отнесению рассматриваемых условий к одной из пяти категорий.



Категория устойчивости пород



Степень устойчивости пород



Общая характеристики поведения пород в обнажениях

Вывалы, отслоения

Разрушения

Смещения

I

Весьма устойчивые

Вывалы отсутствуют

Разрушения

отсутствуют

Смещения происходят в пределах упругости

II

Устойчивые

Отслоения отдельных кусков породы, длительность обнажения без вывалов до 6 мес

Локальные разрушения сопровождаются обрушением отдельных кусков породы

За пределом упругости затухающие смещения до 50 мм в осадочных породах или до 20 мм в магматических породах

III

Средней устойчивости

Отдельные вывалы, как правило, из кровли мощностью до 1м, длительность обнажения без вывалов до 0,5 мес

Образование зон локальных разрушении

Затухающие смещения до 200 мм в осадочных породах пли до 100 мм в магматических породах

IV

Неустойчивые

Систематические вывалы, в том числе мощностью более 1м, длительность обнажения без вывалов до 1сут

Зоны разрушения охватывают большую часть контура выработки и распространяются па глубину более 1 м

Незатухающие смещения до 500 мм в осадочных породах пли до 200 мм в магматических породах

V

Весьма неустойчивые

Обрушение сразу после обнажения, в движение приходят большие массы пород

Интенсивное разрушение пород по всему контуру выработки

Незатухающие смещения более 500 мм в осадочных породах или более 200 мм в магматических породах
Таблица 3.2 Классификация устойчивости пород в подготовительных выработках


^ 3.6 Устойчивость выработок, проводимых в разных направлениях


При наличии тектонических напряжений горизонтальное сжатие массива в разных направлениях в плане, как правило, различается в несколько раз. Например, на Жезказганском месторождении максимальное горизонтальное давление вдоль флексур в 2-3 раза больше, чем вкрест флексур. Поэтому выработки, проходимые вкрест флексур разрушаются с образованием в кровле шатрового свода, а выработки, проходимые вдоль простирания флексур, сохраняют устойчивость.

Таким образом, устойчивость выработок зависит от направления их проходки относительно направления действия в массиве максимальных напряжений.

В настоящее время флексуры - это наиболее сильно нарушенные зоны массива. В них интенсивно развиты крупные крутопадающие трещины с зеркалами и бороздами скольжения. Они заполнены глинкой трения, жильными минералами (чаще всего кальцитом). Имеется также множество мелких секущих трещин. Причем подавляющее число крупных трещин с зеркалами скольжения имеет простирание и падение, согласное с простиранием и падением слоев горных пород во флексурах. За счет сильной структурной нарушенности тектонические напряжения во флексурных зонах существенно ниже, чем на пологих участках месторождения.

Проведение штреков по простиранию флексурных зон сопровождается интенсивными вывалами блоков пород из кровли и боков (рис. 3.2, а). Основной причиной вывалов являются наклонные и крутопадающие зерка­ла скольжения, по которым практически отсутствует сцепление и очень маленькое трение. Осложняет ситуацию совпадение простирания крупных трещин с зеркалами скольжения с осью штрека. В результате этого крутопадающие поверхности ослабления массива подсекаются и обнажаются в кровле и боках на всей протяженности штрека в десятки и сотни метров. Удержать такую кровлю анкерной крепью очень трудно, а часто и просто невозможно (при больших углах падения флексуры).

В то же время с устойчивостью ортов, пересекающих флексуры вкрест простирания, проблем не возникает. Дело в том, что те же крутопадающие поверхности скольжения и крупные трещины подсекаются на протяжении не длины, а ширины орта в пределах первых метров. При таких обнажениях устойчивость массива, раздробленного крутопадаю­щими и секущими трещинами на блоки, в кровле орта обес­печивается за счет их заделки в боках орта.




  1   2   3   4



Скачать файл (2285 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru