Совершенствование разработки соляных месторождений

Анализ полученных результатов показал, что между максимальны­

симальный прогиб. Так, максимальный упругий прогиб потолочиныплиты размером 20x20 м2 при её мощности 2 м составляет 0,067 м, а при Л = 6 м снижается до 0,0025 м, т.е. увеличение мощности потолочины в 3 раза ведет к уменьшению значений максимального

прогиба в 26,8 раза. Соответствующее изменение мощности потолочи­ ны-плиты размером 13x13 м2 приводит к уменьшению значений прогиба в 18,2 раза.

Увеличение величины пролетов сопрягающихся выработок при не­ изменной мощности потолочины приводит к росту максимальных изги­ бающих напряжений и упругих прогибов. Например, при мощности по­ толочины 2 м увеличение пролёта с 13 до 20 м сопровождается рос­ том изгибающих напряжений в 5 раз, а при мощности 5 м - в 4,2 ра­ за. Соответствующее увеличение максимальных упругих прогибов со­ ставляет 11,8 и 10,3 раза.

Аналогичные зависимости получены для потолочин в сопряжении подготовительных горных выработок, однако для них характерна крайне низкая концентрация изгибающих напряжений и малые величины прогибов. Так, для потолочины-плиты размером 5x5 м2 при её мощно­ сти I м максимальное значение изгибающих напряжений составляет 0,25 МПа, а упругий прогиб - 0,2 мм.

Применение прямоугольных в плане потолочин приводит к росту действующих в них максимальных изгибающих напряжений и увеличению значений максимального упругого прогиба. Особенно ощутимо это увеличение со значения отношения пролетов потолочин 6/oL -

= 1,7-1,8.

При расчете параметров потолочин-плит были использованы проч­ ностные и деформационные характеристики каменной соли, отражающие

Область упругого прогиба плиты соответствует уровню нагрузки, не превышающему 30 % от значения разрушающей нагрузки.

Разрушение плит, защемленных на опорах, происходит по линиям излома (трещинам), проходящим через центр симметрии плоскости об­ нажения. В плитах с отношением &/сс = I трещины появляются одно­ временно по двум направлениям. В плитах прямоугольной формы появ­ ление первой трещины приурочено к большему поперечному сечению (подобно пролету у балки), затем происходит образование трещины в другом пролете.

По данным лабораторных испытаний были рассчитаны величины изгибающих моментов для плит с различным отношением поперечных размеров. Анализ полученных данных показал, что изгибающие момен­ ты зависят от геометрических размеров и упругих характеристик ма­

прямоугольной в плане формы напряжения определялись по максималь­ ному изгибающему моменту, направленному вдоль длинного пролета.

При сравнительной оценке полученных результатов величины на­ пряжений были отнесены к пределу прочности при изгибе & из , ра­ нее определенному на балках и дисках по общеизвестным методикам, а величины соответствующих изгибающих моментов к произведению-

оCt6 . Полученные зависимости коэффициентов К* и

от отношения поперечных размеров плит о/а приведены на рис.2.

Рис.2. Изменение коэффициента К ( л ) и &/&и3 к6) в зависимости от отношения поперечных размеров образцов плит

Как показал анализ полученных результатов, значения коэффици­ ента /С для одного и того же отношения поперечных размеров плит не зависят от абсолютных размеров плит и упругих характеристик ма­ териала. Сравнение определенных в ходе лабораторных исследований значений коэффициента /С с аналогичными коэффициентами, приведен­ ными в работе /2/ для различных схем закрепления плит, показало, что зависимость между изгибающим моментом и нагрузкой, под дейст­ вием которой он возникает, определяется схемой закрепления плиты.

Величины растягивающих напряжений, при которых возникают тре­ щины в плитах, зависят от соотношения их поперечных размеров. Как видно из графика рис.2, S > напряжения возрастают с увеличением от­ ношения 6 /а , при 6/а ш 2,о они приближаются к значению преде­ ла прочности при изгибе каменной соли, определенному ранее на об­ разцах-балках {&/е„в =0,96).

Полученные экспериментальные данные хорошо согласуются с ре­ зультатами, приведенными в работах /2,3/, и совместно с теорети­ ческими предпосылками легли в основу разработки методического под­ хода к определению параметров потолочин в сопряжениях горных выра­ боток.

При разработке методики расчета параметров потолочин-плит ис­ пользовался общепринятый в сопротивлении материалов критерий проч­ ности

Совершенствование разработки соляных Месторождений. Пермь, 1990

Подстановка соотношений (7) - (II) в условия прочности (6) позволяет получить расчетный аппарат определения параметров пото­ лочин-плит. Предложенный алгоритм был реализован на ЭВМ ЕС-1020 и лег в основу методики определения параметров потолочин в сопря­ жении горных выработок.

Библиографический список•

1.Галеркин Б.Г. Собрание сочинений. Том.1. М., 1952. 391 с.

2.Справочник по теории упругости (для инженеров-строителей). Киев: Будивельник, 1977. 418 с.

3.Шадурский В.Л. Таблицы для расчета упругих прямоугольных плит. М.: Стройиздат, 1976. 150 с.

Получено 20.10.89

УДК 622.272.62

В.А.ГУБАНОВ, В.А.ПОДЛЕСНЫЙ (Белорусский филиал ВНИИГ)

0 ВЛИЯНИИ ПОДРАБОТКИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

Приведены результаты натурных исследова­ ний влияния подработки на устойчивость подготовительных выработок в условиях Старобинского месторождения калийных со­ лей. Определены параметры зоны опорного давления, формирующейся на подрабатывае­ мом пласте под влиянием очистных работ на подрабатывающем пласте. Дана оценка интенсивности проявления опорного давле­ ния в подготовительных выработках, рас­ положенных непосредственно в зоне под­ работки, а также на различном удалении от подрабатываемого участка.

В разрезе соленосной свиты Старобинского местороядзшш выде­ ляются четыре калийных горизонта сложного строения, представленных частым чередованием слоев сильвинита, каменно-соляных и карбонат­ ных пород. Расстояние между отдельными горизонтами - 50-190 м.

Из-за большого содержания нерастворимого осадка (более 12 %) и малого содержания КСЕ (менее 16 %) первый и четвертый калийные горизонты пока отнесены к забалансовым. Поэтому в настоящее время отрабатываются II и III калийные пласты, имеющие практически го­ ризонтальное залегание (угол падения 2-3°), расстояние между ко­ торыми составляет 140-190 м, а глубина залегания 400-1200 м. До середины 80-х годов калийные пласты (II—III) на месторождении разрабатывались таким образом, чтобы горные работы на горизонтах не оказывали влияния друг на друга. К очистным работам на смежном горизонте приступали через 5-10 и более лет, после завершения ак­ тивной стадии процесса сдвижения пород над выработанным простран­ ством. В последнее время, в связи с большим объемом добычи руды, возникла необходимость одновременной отработки обоих калийных го­ ризонтов и, как следствие, изучения влияния подработки (надработки) на устойчивость капитальных, и подготовительных выработок.

Для этих целей на II калийном горизонте рудника РУ-2 ПО "Белорускалий" были пройдены экспериментальные выработки, среди ко­ торых одна была одиночная и три групповые (пройденные через цели­ ки шириной 2,5 м). Выработки располагались в блоке размером 200x250 м, который со всех сторон соприкасался с отработанным пространством и испытывал вследствие этого повышенное опорное давление. Данный блок в последующем подрабатывался лавой № 3 нижнего (III) горизонта, общая вынимаемая мощность которого 3,3 м.

Глубина заложения экспериментальных выработок составила 510 м, мощность междупластья - 180 м. Мевдупластье характеризует­ ся в основном слоями каменной соли, чередующимися с прослоями глинистых пород различной мощности. Определение параметров зоны опорного давления от очистных работ, подрабатывающих верхний го­

ризонт, а также оценка влияния подработки на устойчивость подго­ товительных выработок, расположенных непосредственно над вырабо­ танным цространством, и выработок, попадающих в зону опорного давления, производились по наблюдательным станциям, оборудованным контурными и глубинными реперами. На названных станциях измеряли конвергенцию "почва - кровля", прогиб кровли, схождение и дефор­ мацию стенок выработки. Станции оборудовали, когда фронт очистных работ на нижнем горизонте находился от них на расстоянии свыше 300 м.

В результате воздействия на экспериментальный участок оста­ точного опорного давления (от собственных очистных работ второго горизонта) на наблюдательных станциях были зафиксированы довольно высокие скорости деформации контура выработок (0,4-0,6 мм/сут.).

Наибольшее влияние опорного давления проявлялось на станци­ ях, которые примыкали к отработанному пространству. На этих стан­ циях через 20-30 дней после проведения выработки появился прогиб кровли и произошло пучение почвы, что*привело к разрушению выра­ ботки в этом районе. На оставшихся неразрушенных участках вырабо­ ток за этот период наблюдений были накоплены деформации контура, величины которых приближались к критическим и практически исклю­ чали возможность количественной оценки влияния подработки на ус­ тойчивость выработок. Поэтому на экспериментальном участке были продолжены исследования, целью которых являлось изучение зоны опорного давления, формировавшейся под влиянием отработки нижне­ го горизонта. Параметры опорного давления оценивались по измене­ нию скорости деформирования отдельных элементов выработки. За границу зоны опорного давления принималась точка, в которой отме­ чалось систематическое увеличение скорости смещения пород под влиянием очистных работ на подрабатывающем пласте по сравнению с установившейся "фоновой” скоростью смещения пород за пределами зоны влияния подработки. На рис.1 представлена характерная зави­ симость скорости деформирования породного контура выработки от замерных станций до фронта очистных работ на подрабатывающем плас­ те. Это расстояние определялось как расстояние от проекции этих станций на нижний горизонт до забоя лавы.

Влияние подработки на экспериментальный участок начало прояв­ ляться на расстоянии 140-150 м: росли скорости конвергенции "кров­ ля - почва", увеличился прогиб кровли и наблюдалось схождение сте­ нок выработок. В этот момент времени в кровле выработки начал фор­ мироваться визуально наблюдаемый прогиб. В течение месяца в кров­ ле выработок образовалась трещина, а на некоторых участках появи­ лись первые обрушения. После этого значительный рост скоростей деформации контура привел практически к полному разрушению выра­ боток. Необходимо отметить, что характер развития деформаций в одиночной исследовательской выработке № I при приближении фронта очистных работ на подрабатывающем пласте такой же, как и в выра-

Время наблюдения, мес

Рис.1. Динамика роста скоростей деформации контура выработки, расположенной параллельно подрабатывающему очистному забою (/- ^ - выработки и соответствуйте им кривые)

ботках № 2 и й 4. Эти три выработки к моменту подхода к ним под­ рабатывающей лавы набрали критические деформации и разрушились. Экспериментальная выработка й 3, находящаяся под защитой второй и четвертой (они сыграли роль разгружающих выработок) в момент прохода под ней лавы находилась в удовлетворительном состоянии.

Известно, что по характеру проявления напряжений в подраба­ тываемом массиве наряду с зоной повышенных напряжений (зоной опор­ ного давления) формируются зона пониженных напряжений (зона раз­ грузки) и зона восстановленных напряжений36.’При подходе фронта очистных работ к наблюдательным станциям на расстояние 20-40 м отмечается значительное снижение скоростей деформации контура вы­ работок, что говорит о переходе станций в зону пониженных напря­ жений (зону растяжения), в которой сжатие сменяется растяжением пласта. Кроме растяжения пород, в зоне разгрузки происходит опус­ кание подработанной толщи над выработанным пространством нижнего пласта. При нахождении выработок в зоне пониженных напряжений (зоне растяжений) скорости деформирования их контура уменьшились до "фоновых" и ниже.

Представляет определенный интерес характер деформирования вы­ работок, попадающих в зону бокового опорного давления от подра­ ботки. Интенсивность деформирования контура этих выработок изуча­ лась с помощью станций, установленных как в ранее пройденных тех­ нологических выработках, так и в новой выработке. Станции устанав­ ливались на различном удалении по фронту от подрабатываемого участ­ ка. Зависимость изменения скорости конвергенции выработки от поло­ жения очистных работ лавы нижнего горизонта представлена на рис.2. Очевидно, боковое опорное давление распространяется на расстояние до 150 м. При этом выработки, расположенные на расстоянии 90 м от лавы, попадают в активную зону деформирования, где скорости кон­ вергенции превышают 0,25-0,30 мм/сут.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

- в условиях Старобинского месторождения калийных солей при мощности междупластья 180 м влияние подработки сказывается на ус­ тойчивости подготовительных выработок;

*Бажин Н.П., Мельников О.И. Охрана подрабатывае?лых подготови­ тельных выработок. М.: Недра, 1978. 253 с.