2843.Разработка калийных месторождений практикум
..pdf
|
|
|
L1 + L2 |
|
0,4 |
L 0,25 |
|||||
Kб = Kбп |
= 1+ 0,1 |
|
|
|
−1 |
|
|
|
= |
||
|
|
h∆ |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
h min |
|||||
|
8,0 + 8,0 |
− |
0,4 |
8,0 |
0,25 |
|
|||||
= 1+ 0,1 |
1,8 |
|
1 |
|
2,6 |
|
= 1,3. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3. Агрегатную прочность пород на сжатие определим в пределах высоты зоны возможного обрушения пород, которая в данном случае равна расстоянию до почвы выемочного штрека на пласте Вс. Примем его равным 1,8 м. Принимаем mБВ = 1,10 м.
Тогда
σ = 23,54 1,1+ 27,24 0,7 =
cж 24,979 МПа. 1,8
4. Вычислим время устойчивого состояния Тр1 выемочного штрека вне зоны влияния очистных работ, принимая
Нпр = Н Kб = 244 1,3 = 317,2 м.
Воспользуемся формулой (7.1):
Тр1 = 2020 0,808 ехр(–13,5 0,021 317,2/24,979) |
12 |
= 33,73 год; |
|
||
8 2,6 |
Тр1 = Тр > Т1 = 0,1 год.
5. Вычислим время Тр2 устойчивого состояния выработки в зоне влияния первого фронта очистных работ, принимая в соответствии с табл. 7.1
Kоч = Kоч1 = 1,5.
Тр′2 = 2020 0,808 ехр(–13,5 0,021 317,2 1,5/24,979) 0,76 = 5,54 год.
Тр2 = Тр′2 (1 – Т1/Тр1) = 5,54 (1 – 0,1/33,73) = 5,51 год.
Т1 + Тр2 = 5,61 год > Т2 = 1 год.
6. Вычислим время Тр3 устойчивого состояния выработки в зоне влияния первого и второго фронта очистных работ, принимая в соответствии с табл. 7.1
Kоч = Kоч1 Kоч2 = 1,5 1,2 = 1,8.
181
Тр′3 = 2020 0,808 ехр(–13,5 0,021 317,2 1,8/24,979) 0,76 = 1,88 год. Тр3 = Тр′3 (1 – Т2/Тр2)0,5 = 1,88 (1 – 1/5,63)0,5 = 1,70 год.
7. Вычислим Тробщ по формуле (7.13):
Тробщ = Т1 + Т2 + Тр3 = 0,1 + 1,0 + 1,7 = 2,8 год.
Значение Тробщ следует далее сопоставить с технологическим сроком службы выработки Тсл и сделать вывод о необходимости ее охраны.
Пример 2. Требуется определить время устойчивого состояния выемочного штрека по пласту Красный-II (рис. 7.10).
Рис. 7.10. Схема расположения выемочного штрека на пласте Красный-II
Исходные данные. Выработка пройдена по пласту Красный-II (mКр. II = = 4,50 м) с оставлением «защитной» пачки мощностью n = 0,9 м. Ширина выработки L = 7,0 м, высота h = 4,0 м, lпл = 3,2 м, r0 = 1,9 м. Очистные работы по пластам Вс и АБ были закончены до проведения данной выработки. Через Т1 = 0,1 года после проведения выработка попадает в зону влияния очистных работ на собственном пласте. Примем НКр. II = 250,6 м.
Решение.
Определим коэффициент формы выработки по формуле (7.2):
182
|
h |
|
|
|
2,6 |
|
|
|
|||
K = exp 0,5 |
|
|
−0,75 |
|
= exp 0,5 |
|
7,0 |
−0,75 |
|
= 0,83. |
|
L |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Определим коэффициент Kб, который характеризует влияние на рассматриваемый выемочный штрек параллельного ему заглубленного конвейерного штрека в подстилающей каменной соли по формуле (7.7)
|
|
|
L1 + L2 |
0,4 |
|
L 0,25 |
|||||
Kб = Kбп =1+0,1 |
|
|
−1 |
|
|
|
= |
||||
h∆ |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
h min |
||||||
|
7,0 +6,0 |
|
0,4 |
|
7,0 |
0,25 |
=1,227. |
||||
=1+0,1 |
2,0 |
|
−1 |
|
4,0 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Lр = lпл + 0,75r0 = 3,2 + 0,75 1,9 = 4,625 м. Вычислим значение hз: hз = 0,7Lр = 0,7 4,625 = 3,27 м.
σ = 24,46 0,9 +24,77 2,14 +24,24 0,23 =
cж 24,65 МПа. 3, 27
Вычислим время Тр устойчивого состояния выработки вне зоны влияния очистных работ, полагая Нпр = Н Kб = 250,6 1,227 = 307,486 м.
Согласно формуле (7.1)
Тр = 2020 0,914 ехр(–13,5 0,021 307,486/24,65) |
12 |
|
= 36,19 год. |
|
|
||
26,451 |
|||
Тр1 = Тр = 36,19 > Т1 = 0,1 год.
Поскольку влияние очистных работ, проведенных до сооружения выработки, в методике не учитывается, оцениваем время устойчивого состояния выработки только в зоне влияния очистных работ по пласту Крас-
ный-II.
Kоч = Kоч1 = 1,5.
Тогда Нпр = Н Kб Kоч = 250,6 1,227 1,5 = 461,229 м.
Вычислим время Тр2:
Тр′2 = 2020 0,914 ехр(–13,5 0,021 461,229/24,65) |
12 |
|
= 6,17 год. |
|
|
|
|||
26,451 |
||||
|
|
|||
183 |
|
|
|
|
Тр2 = 6,17 (1 – 0,1/36,19) = 6,15 год.
Вычислим значение Тробщ:
Тробщ = Т1 + Тр2 = 0,1 + 6,15 = 6,25 год.
Расчетная работа № 5
Определить время устойчивого состояния выемочного штрека по пласту Красный-II по схеме на рис. 7.10.
Выработка пройдена по пласту Красный-II с оставлением «защитной» пачки мощностью n = 0,9 м. Ширина выработки L, высота h, плоская часть кровли lп, радиус r0. Очистные работы по пластам Вс и АБ были закончены до проведения данной выработки. Через период времени Т1 после проведения выработка попадает в зону влияния очистных работ на собственном пласте. Глубина расположения выработки НКр.
Исходные данные по вариантам
Номер варианта |
L, м |
h, м |
lп, м |
r0, м |
T1, год |
HКр, м |
1 |
5,2 |
3,7 |
1,6 |
1,85 |
0,5 |
350 |
2 |
7,5 |
3,7 |
3,9 |
1,85 |
1,0 |
250 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
6,5 |
3,7 |
2,9 |
1,85 |
0,5 |
200 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
6,0 |
3,7 |
2,4 |
1,85 |
0,25 |
250 |
5 |
4,3 |
2,6 |
1,7 |
1,3 |
0,5 |
350 |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
6,0 |
2,6 |
3,4 |
1,3 |
1,0 |
250 |
7 |
7,0 |
2,6 |
4,4 |
1,3 |
0,5 |
200 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
5,2 |
3,7 |
1,6 |
1,85 |
0,5 |
350 |
9 |
7,5 |
3,7 |
3,9 |
1,85 |
1,0 |
250 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
6,5 |
3,7 |
2,9 |
1,85 |
0,5 |
200 |
11 |
6,0 |
3,7 |
2,4 |
1,85 |
0,25 |
250 |
|
|
|
|
|
|
|
12 |
4,3 |
2,6 |
1,7 |
1,3 |
0,5 |
350 |
13 |
6,0 |
2,6 |
3,4 |
1,3 |
1,0 |
250 |
|
|
|
|
|
|
|
14 |
7,0 |
2,6 |
4,4 |
1,3 |
0,5 |
200 |
15 |
5,2 |
3,7 |
1,6 |
1,85 |
0,5 |
350 |
|
|
|
|
|
|
|
184
7.2. Методика оценки времени устойчивого состояния кровли очистных выработок
Методика позволяет определить время устойчивого состояния незакрепленных очистных выработок, проводимых комбайнами по сильвинитовым пластам и подстилающей каменной соли.
Область применения «Методики...» – штатные горно-геологические и горнотехнические условия рудников ОАО «Уралкалий»: отсутствие в породной толще на рассматриваемом участке геологических аномалий, а также дизъюнктивных и пликативных тектонических нарушений; угол наклона (складчатости) отрабатываемых пластов и технологических междупластий к горизонту не превышает 15°; ширина и степень нагружения междукамерных целиков, расположенных по обеим сторонам очистной камеры, различаются не более чем на 10 %.
Время устойчивого состояния очистных выработок определяется гор- но-геологическими и горнотехническими факторами:
–глубиной разработки;
–мощностью технологических междупластий;
–мощностью неустойчивых слоев и прослоев в кровле камер;
–прочностными свойствами пород;
–шириной и высотой очистных камер, а также формой их кровли;
–шириной междукамерных и междуходовых целиков.
Процессы деформирования и разрушения пород в кровле и почве очистной камеры происходят в пределах зоны, высота которой не превышает значения h + hз + hз', где h − высота камеры после ее проведения; hз и hз' − высота зоны возможного разрушения пород соответственно в кровле и почве камеры.
Высота зоны возможного разрушения пород в кровле камеры hз, м, определяется по формуле
hз = 0,7Lp , |
(7.16) |
где Lр – расчетный пролет кровли очистной камеры. Для почвы камеры Lр ≡ а, hз′ = 0,7а.
Между величиной критических смещений кровли выработки, при которой происходит образование заколов и вывалов, расчетным пролетом Lр и фактором геологии ∑mi / n установлена корреляционная зависимость
185
Uкр = Lp 0,1045 exp(−0,256 ∑mi / n), |
(7.17) |
где ∑mi – суммарная мощность глинистых прослоев в зоне возможного
разрушения пород в кровле высотой h3;
n – мощность нижнего неустойчивого слоя (первого «коржа»).
Факт отслоения и обрушения первого и даже второго «коржа» не следует отожествлять с фактором потери устойчивости очистной выработки в отличие от капитальной и подготовительной. Если камера подлежит закладке, то перед закладкой следует произвести «оборку» кровли камеры.
Относительные смещения U породного контура очистной выработки к «моменту» времени t смещения пород в средней части ее кровли оцениваются по формуле
U (t) / Lp =U0 / Lp + A1(b / h)−0,5 (1,7 +ω)(1−ω)0,5 exp(5,48 ωγH / σcж )t0,3, (7.18)
где U0 / Lp = A2 (b / h)−0,4 (1−ω)0,4 γH / σсж;
Н – глубина расположения выработки, м; ω = a/(a + b); σсж – агрегатная прочность пород на сжатие, МПа;
А1 = 1,10 10–2; А2 = 4,33 10–2; t – время, годы.
Если выработка еще не находится в зоне полной подработки, вместо геологической глубины Н в формулу (7.18) вводится приведенная глубина разработки Нпр, м, которая определяется по формуле
Нпр = Kпод Н, |
(7.19) |
где Kпод – коэффициент, учитывающий расстояние от оси камеры до границы фронта очистных работ (рис. 7.11).
Если кровлей очистной выработки является междупластовая потолочина и разрабатываемые пласты – сближенные, то величина смещений U(t) пород в кровле выработки должна умножаться на коэффициент Kмп < 1,0, рассчитываемый по формуле
|
|
|
|
|
a |
h |
h |
|
|
|
|
Kмп = −0,25 |
+1,25 |
1 |
−exp |
− |
2 |
мп |
4 |
1 |
|
, |
(7.20) |
a1 |
|
h2 |
|||||||||
|
|
|
|
|
а1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где hмп – мощность технологического междупластья, м;
186
a1, a2, h1 и h2 – соответственно пролет (ширина) и высота очистных камер на верхнем (a1, h1) и нижнем (a2, h2) пластах.
Рис. 7.11. График зависимости коэффициента Kпод от расстояния D от оси камеры до границы фронта очистных работ, глубины разработки H и угла сдвижения ψ
При наличии в очистной камере междуходовых целиков смещение U(t) пород кровли камеры должно умножаться на коэффициент Kмх < 1, который вычисляется по формуле
Kмх =1− nмх b′/ a, |
(7.21) |
где nмх – количество междуходовых целиков в камере; b′ |
– ширина меж- |
духодовых целиков, м.
Время Тр устойчивого состояния очистной выработки, годы, определяется по формуле
Uкр −U0 |
3,33 |
|
90,9 3,33 |
b 1,66 |
−1,66 |
|
|
|
γH |
|
|||||
Tp = |
|
|
|
|
|
|
|
(1−ω) |
|
exp |
−18,27 |
ω |
|
|
. (7.22) |
a |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
1,7 +ω |
h |
|
|
|
|
|
σсж |
|
||||
Время Трn устойчивого состояния первого породного слоя мощности n в кровле очистной выработки рассчитывается по формуле
Трn = Тр Kn, |
(7.23) |
187
где
|
1,6 |
при n / Lp ≤ 0,15, |
20,8 |
(n / Lp ) |
|
Kn = |
|
при n / L ≤ 0,15. |
1,0 |
|
|
|
|
p |
|
|
|
Если очистная выработка пройдена не тового пласта, то время Трm ее устойчивого по формуле
на всю мощность m сильвинисостояния, год, рассчитывается
T |
=T exp(−0,4m / h)0,2. |
(7.24) |
pm |
p |
|
Формулы (7.18) и (7.22) следует применять при условии |
|
|
b ≤ 1,66h + 1,52h/a. |
(7.25) |
|
Если это условие не выполняется, то в расчетах следует принимать b = 1,66h + 1,52h/a.
В этом случае соседние очистные камеры на устойчивость кровли рассматриваемой камеры не влияют.
При t > Tpn во всех расчетных формулах следует считать высоту очистной выработки равной (h + n).
Устойчивость пород в почве очистных камер верхнего и кровле очистных камер нижнего разрабатываемых смежных сближенных пластов определяется устойчивостью технологического междупластья.
Примеры использования методики
Пример 1. Требуется оценить смещения U(t) пород кровли и время устойчивого состояния Tp очистной выработки, если a = 7,60 м, b = 5,90 м, h = 4,7 м, H = 300÷350 м, кровля выработки не содержит неустойчивых слоев («коржей»).
Решение:
1.Примем σcж = 21,5 МПа, Lр = а = 7,6 м.
2.Вычислим:
ω= a/(a + b) = 7,6 / (7,6 + 5,9) = 0,563;
Uкр = Lр 0,1045 = 7,6 0,1045 = 0,794 м.
3. При H = 300 м согласно формуле (7.18)
U0 = Lр А2 (b/h)–0,4 (1 – ω)0,4 γН / σсж = 7,6 4,33 10–2 (5,9/4,7)–0,4 × × (1 – 0,563)0,4 0,021 300/21,5 = 0,065 м;
188
U(t) = 0,065 + Ku t0,3, м;
Ku = Lр А1 (b/h)–0,5 (1,7 – ω)0,5 exp(5,48 ωγН / σсж ) = = 7,6 1,10 10–2 (5,9/4,7)–0,5 (1,7 + 0,563)(1 – 0,563)0,5
exp(5,48 0,563 0,021 300/21,5) = 0,383; Ut = 0,065 + 0,383t0,3, м.
•При H = 325 м Ut = 0,070 + 0,437 t0,3, м.
•При H = 350 м Ut = 0,076 + 0,484 t0,3, м.
На рис. 7.12, а приведены графики зависимости U = U(t) для различных глубин разработки.
а |
б |
Рис. 7.12. Зависимости U пород в средней части кровли очистной камеры от времени t (а) и времени устойчивого состояния Tp камеры от глубины H (б) а = 7,6 м; b = 5,9 м; h = 4,7 м; 1 – H = 300 м; 2 – 325 м; 3 – 350 м
4. Вычислим время Tp устойчивого состояния очистной выработки на различной глубине H из условия U(Tp) = Uкр.
Tp = [(Uкр – U0)/Ku]3,33.
•При H = 300 м Tp = [(0,794 – 0,065) / 0,383]3,33 = 8,53 год.
•При H = 325 м Tp = [(0,794 – 0,070) / 0,437]3,33 = 5,37 год.
•При H = 350 м Tp = [(0,794 – 0,076) / 0,484]3,33 = 3,72 год.
На рис. 7.12, б приведены графики зависимости Tp = Tp(H) для рассматриваемой очистной выработки.
Пример 2. Требуется оценить смещения пород кровли и время устойчивого состояния очистной выработки прямоугольной формы при наличии
189
в ее кровле неустойчивых слоев, если a = 7,60 м; b = 5,90 м; h = 4,7 м;
Н = 300 м; lпл = a; r0 = 0.
Пусть в кровле камеры имеются неустойчивые слои:
n1 = 0,6 м; n2 = 1,0 м; n3 = 1,5 м; n4 = 2,0 м;
∑mi
∑mi
∑mi
∑mi
=0,02 м; σсж = 23,0 МПа;
=0,02 м; σсж = 21,5 МПа;
=0,02 м; σсж = 23,0 МПа;
=0,02 м; σсж = 21,5 МПа.
Решение:
1. Находим расчетный пролет выработки
Lр = lпл + 0,75r0 = lпл = 7,6 м.
2. Находим высоту зоны возможного обрушения пород в кровле выработки:
h3 = 0,7Lp = 0,7 7,6 = 5,32 м.
3. На основании мощностей слоев и прочности пород определяем среднюю прочность пород при сжатии в пределах высоты зоны их возможного обрушения
σсж = 23,0 0,6 +21,5 1,0 +23,0 0,15 +21,5 (5,32 −0,6 −1,0 −1,5) = 22,09 МПа. 5,32
4. Определяем критический прогиб кровли выработки:
Uкр = Lp0,1045exp(–0,256 ∑mi / n ) =
=7,6 0,1045 exp(–0,256 0,08/0,6) = 0,767 м.
5.Определим значение времени устойчивого состояния очистной вы-
работки Тр из условия U(Тр) = Uкр, где значение U(t) определяется по фор-
муле (7.18).
ω = а/(а + b) = 7,6/(7,6 + 5,9) = 0,563; γH / σсж |
= 0,021 300/22,09 = 0,285; |
|||||
|
b −0,4 |
|
0,4 |
γH |
|
|
U0 |
= a A2 |
|
(1− ω) |
|
|
= |
|
σсж |
|||||
|
h |
|
|
|
||
= 7,6 4,33 10–2 (5,9/4,7)–0,4 (1 – 0,563)0,4 0,285 = 0,0614 м;
190