Лекция 9 Рудные целики.

Целики подразделяются на барьерные и временные междукамерные, междуэтажные, между блоковые, внутри камерные и др: По форме поперечного сечения целики бывают круглыми, квадратными, прямоугольными и т. д.

Наилучшие условия для работы целика создаются в том случае, когда их размеры превышают размер структурного блока пород не менее, чем в 5 раз, а материал целика не отличается по структуре и текстуре от массива в целом.

Несущей способностью целика называется величина пригрузки, при которой в целике возникают напряжения, близкие к критическим. Напряженно-деформативные свойства целика зависят от его формы, что при расчетах учитывается коэффициентом формы (К_ф) или соотношения ширины и высоты целика. Наиболее высокую прочность имеют целики, ширина которых превышает высоту не менее, чем в 4 раза.

Однородность строения целика оценивается коэффициентом структурного ослабления {К_о) по выходу керна при бурении скважин. Для скальных пород коэффициент структурного ослабления изменяется в пределах 0,1-0,7.

При расчетах размеров целика принимается коэффициент запаса К_з величина которого зависит от функций целика и составляет 1...5. Если целики в пределах погашаемого участка имеют различную жесткость, то распределение напряжений в массиве носит сложный характер. Податливость слабых целиков перераспределяет давление на более жесткие целики, которые мoгут выйти из строя и привести к неуправляемости геомехнической ситуации. Для охраны наиболее ответственных объектов величина К₃ увеличивается до 10.

При разработке ценных руд размеры целиков принимаются минимальными, а запас прочности увеличивается креплением штангами, тросами, бетоном и т. п. способами. Несущая способность целика повышается подпором закладочным -материалом. Величина коэффициента бокового подпора оценивается в пределах 1,1 - 1,5.

Метод Турнера-Щевякова предполагает пригрузку целика полным весом -налегающих, пород до поверхности при условии равномерного распределения напряжений по площади целика. Поэтому величина целика получается завышенной, особенно при большой глубине разработок.

Угол наклона рудных тел при расчете прочности целика учитывается коэффициентом К, величина которого при увеличении наклона почвы до 60° изменяется в пределах 1... 1,77.

Более точные результаты получают, исходя из условия, что дискретные структурные блоки образуют над выработкой конструкцию по форме напоминающую свод (М. М. Протодьяконов, С. В. Ветров и др.). Напряжения в целиках распределяются неравномерно. Максимальные напряжения развиваются в целиках с наибольшей высотой свода- пригружающих пород.

Условие предельного равновесия по с. В. Ветрову:

S₄ К_фδ_сж = SK₃ h_ce cos α, ,

где S— площадь пригружающих пород, приходящихся на целик;

S_!ц - площадь целика;

δ_сж - предел прочности материала целика на одноосное сжатие;

α, - угол наклона почвы выработки;

h_ce - максимальная высота свода естественного равновесия;

К_ф - коэффициент формы;

К₃ - коэффициент запаса.

Размеры целика по Ветрову

В×δ_сж = Р_б ×К_з

откуда

где В - ширина барьерного целика; а - половина максимального пролета свода; γ_п - объемный вес пород; Н - глубина работ от поверхности; Р₆ ~ пригрузка целика.

При расчете целика по данному методу наиболее, существенно соотношение высоты свода и его пролета, которое по А, А. Борисову имеет величину 0.21-0,3, по Н. 3. Галаеву - 0,55-0,65, а по результатам, полученным автором, составляет величину 0...0,25.

В крепких скальных породах при создании достаточно устойчивых конструкций из самозаклинившихся структурных блоков на основании условия С. В. Ветрова

где v - коэффициент запаса устойчивости свода;

v = 2 d₂ / d₁,

d₁ — горизонтальный размер, м;

d₂- вертикальный размер структурного блока, м;

а = L_Ф / 2,

где L_ф - фактический пролет обнажения при условии L_ф < L_пред.; L_пред. -предельный пролет свода естественного равновесия заклинив­шихся пород С. В. Ветрова

L_пред = 2а.

Размеры целика по Голику. Заменим в условии предельного напряжения Турнера-Шевякова

H = h размеры ленточного целика прямоугольной формы:

где а_ц.пр, а_ц.п - размеры целиков по простиранию падению,соответственно, м;

d₁, d₂ - соответственно, размеры горизонтальных и вертикальных блоков, м;

L_ф ~ сумма полупролетов, опирающихся на целик, м;

к_о, к₂ - коэффициенты структурного ослабления и угла наклона выработки, соответственно;

R_сж - сопротивление материала целика на одноосное сжатие, MПa.

Упрочнение целиков. Для крепких и средней крепости пород размеры целиков в пределах пролетов естественного самозаклинивания редко превышают 3-4 м. Они могут быть увеличены анкерованием.

При работе на глубинах, многократно превышающих размеры горизонтальной подсечки рудного тела, процесс самозаклинивания при разрушении развивается не до поверхности, а до какого-то нового уровня. Поэтому метод применим для расчета барьерных целиков при условии: высоты свода пригрузки h_св < Н и L_Ф < L_пред. размера структурных блоков 0,2-4,0 м; R_сж = 50-150 МПа; К_о = 0,1 -0,5; γ - 1,8-3,0 т/м³.

Барьерные целики из твердеющих смесей рассчитывают, исходя из напряжений пригрузки и подпора со стороны искусственных массивов.

В качестве примера приведены результаты измерений состояния целика на руднике «Маныбай»;

-максимальные деформации сжатия - 211-10⁶ отмечены в зоне разлома и в его крыльях на расстоянии до 5-15 м от плоскости разлома;

- деформации массива над заложенным очистным пространством в лежачем боку в 2-2,5 раза меньше, чем в висячем боку;

- вертикальная составляющая главных напряжений в кровле очистного пространства изменяется от 0 до 20 кгс/см , что в три раза меньше вертикальных напряжений в лежачем и в висячем боках (до153 кгс/см );

- вертикальные напряжения в кровле очистного пространства составляют около 80 % веса столба пород до дна карьера. Массив закладки загружается массой пород, заключенных внутри свода естественного равновесия, высотой 75 м.