книги из ГПНТБ / Технология добычи руды на жильных месторождениях Казахстана

Мора для одноосного сжатия и одноосного растяжения:

ределяем безразмерный радиус кругов Мора для одноос­

= 0,0062. Отношение фактических радиусов кругов Мора к безразмерным представляет собой параметр огибающей

произведем контрольный пересчет этой величины с учетом теоретической прочности образцов нулевых размеров: 2ттах = 5414 кг/см2. Для расчета, который выполняется описан­ ным выше примером, приняты точки со следующими перво­ начальными координатами:

Однако пользоваться только средними данными прочно­ сти пород при расчетах, не зная их вариации, нельзя.

Трещиноватость массива, проявляясь в массиве по-раз­ ному, обусловливает довольно большие изменения прочно­

80

сти. Целик, рассчитанный по средним нагрузкам без учета случайного отклонения прочности от среднего значения в сторону уменьшения, может оказаться неустойчивым. По­ этому рассмотрим связь между трещиноватостью и разбро­ сом экспериментальных данных по прочности на сжатие. Для этой цели воспользуемся связью вариации прочности с размерами проб, установленной Дж. Висманом:

S'2 = ‘W J'rB (1— ~W)’

где S — общая вариация прочности;

А, В — константы, определяемые по опытным данным; W — размер пробы.Л

Первая компонента ^ — случайная вариация, с увели­

чением объема образца она уменьшается. Вторая — В(1— - ф г -) — отражает вариацию прочности за счет сегрегации

свойств материала и с увеличением объема образца изменя­ ется мало. Как правило, для определения общей вариации

Затем, подставив в общее уравнение их значение, можно определить общую вариацию <S2, а следовательно, и коэф­ фициент вариации V.

Известно, что случайные отклонения в 95 случаях из 100 не выходят за пределы двух среднеквадратичных откло­ нений. Поэтому минимальная прочность целика будет рав­ на-

100—2F % = •• (30)

Исходные данные для расчета общей вариации и ми­ нимальной прочности целика приняты следующими:

Приводим результаты расчета, выполненного по форму­ лам (28), (29), (30): А = 24,9, В = 0,067, S2= 0,067, S=0,25,

°м.ср=412, sM=412-|f-X412=206.

Таким образом, минимальная прочность междукамерного целика составляет 200 кг!см2, т. е. 50% от его средней прочности с вероятностью в 95% : 400+200>400>400—200

кг/см2.

Степопт. сегрегации породы 2 = ]/" ^ равна 0,05, т. е„

близка к нулю, что означает равномерное распределение тре­ щин во всем объеме данной породы.

Испытания образцов кубической формы показали, что

лабораторным испытаниям с учетом масштабного эффекта, проверена по данным обрушения целиков, происшедшего на участке, смежном с экспериментальным (выше штрека гор. 610 м). Ввиду значительной площади отработки в этом рай­ оне целики, поддерживающие кровлю, воспринимают вес всей налегающей толщи пород до поверхности.

Исходные данные для расчета и результаты определения предела прочности целиков исходя из условия их обрушения приведены в таблице 16.

Из таблицы видно, что предел прочности целиков, по данным обрушения (2004-251 кг/см2), и установленная на основе лабораторных испытаний минимальная их проч­ ность (200 кг/см2) с учетом масштабного эффекта весьма близки друг к другу.

Таким образом, исследования показали, что предел прочности образцов сподуменовой руды экспериментально­ го участка на одноосное сжатие равен 6004-800 кг/слг2 и за­ висит от объема образца.

400 кг!см2, минимальное — 200 кг/см2 с 1вероятностью 95%. Степень сегрегации, вычисленная по данным лаборатор­ ных испытаний (2— 0,05), указывает на равномерное рас­

пределение трещин в рудном массиве.

82

И с с л е д о в а н и е н а п р я ж е н и й и о п р е д е л е ­

сти и нагруженности междукамерных и барьерных целиков при камерно-столбовой системе разработки, чтобы устано­ вить характер распределения нагрузок между целиками, фактический коэффициент запаса прочности и их пара­ метры. Опытные работы проводили на экспериментальном

нели L равна 50 м, высота налегающей толщи Н—115 м. Отношение L : Н, характеризующее степень подработки уча­ стка, равно 0,43 (см. рис. 16).

Исследования в целиках проводили методом разгрузки. Тензометрическая розетка, с помощью которой замеряли деформацию, представляла собой три тензодатчика ПКБ-20Х200, смонтированных под углом 45° один относи­ тельно другого и пересекающихся в центре. В качестве из­ мерительной станции использовали переоборудованную на три канала и снабженную устройством для температурной компенсации тензометрическую станцию ИД-2.

Обуривание (отделение керна с наклеенной на него ро­ зеткой от массива) вели алмазной коронкой 0 76 мм. Перед наклейкой забой шлифовали специальной твердосплавной коронкой, сушили с помощью сжатого воздуха, обезжири­ вали тампонами, смоченными в ацетоне, и дополнительно просушивали электролампой. Наклеивали тензорозетки клеем на основе эпоксидной смолы (6 частей смолы ЭД-5 и 1 часть отвердителя). Скважины бурили параллельно поч­

ков.

Напряжения по измеренным в трех напряжениях дефор­ мациям (рис. 18) вычисляли по следующим формулам [97]:

51,2= Е

2(1 f*) / 2 (1-Ы

SS

где E — модуль упругости;

[x— коэффициент Пуассона;

ei> е2> ез— относительные деформации в трех направлениях; а— угол между большей относительной деформацией

и главным напряжением оь Модули упругости и коэффициент Пуассона, необходи­

мые для расчета напряжений, определяли в лаборатории на кернах, выбуренных из целиков при производстве измере­ ний методом разгрузки. Полученные величины Е и ц при­

.Еср=2,5-105 кг/см3

Зсж. ср = 703 кг/см2 [хер= 0,25

Измерения проводили в междукамерных целиках № 64, 65 и 66 и в барьерном целике. Исследуемые междукамерные целики имеют прямоугольную форму и поперечные разме­ ры л: 4X4 м. Первоначально предполагалось проводить из­ мерения с интервалом 0,5 м в средней части и по более сгу­ щенной сетке в периферийной части целика. Однако из-за сильной трещиноватости предлагаемые интервалы выдер­ жать не удалось.

Результаты измерений деформаций и пересчет их в на­ пряжения представлены в таблицах 18 и 19.

Распределения напряжений в целиках № 64, 65, 66 по скважинам иллюстрируются рисунком 19. Как видно, для двух средних целиков (№ 64 и № 65) характерны макси­ мальные вертикальные напряжения сжатия в центральной части целика, достигающие 220 кг/см2. В периферийной ча-

U

Таблица 18

Результаты измерений деформаций междукамерных

Целик № 66

Таблица 19

Результаты измерений деформаций барьерного целика и пересчет

сти на глубине 0,5-т-0,7 м целики сильно нарушены взрыв­ ными работами, и провести измерения в этой части не уда­ лось.

В целике № 66 из-за значительной трещиноватости и на­ личия слюдяных прослойков проведены лишь три измере­ ния в центральной части, причем зафиксированы значитель­ но меньшие напряжения, чем в целиках № 64 и 65 (рис. 19, в). Это объясняется соседством барьерного целика.

85

Рис. 19. График распределения напряжений в целиках

№64 (а), 65 (б), 66 (в) и в барьерном целике.

Вбарьерном целике распределение напряжений несколь­ ко иное (рис. 19, г). Наблюдаются два явно выраженных сим­ метричных максимума вертикальных сжимающих напря­ жений на глубине 1,3—1,4 м от поверхности целика (120-f- -М50 кг!см2). В центральной части напряжения снижают-

86

ся до 50-=-70 кг/см2. На глубину 0,7—0,8 м целик разбит ин­ тенсивной трещиноватостью, за счет которой, очевидно, на­ пряжения в этой части целика значительно снижаются.

Горизонтальные напряжения в междукамерных целиках

восновном сжимающие и меньше вертикальных примерно

в2 — 4 раза, т. е. в целиках имеется область объемного сжа­ тия и в момент измерения целики находились в устойчивом

состоянии.

Характерно, что интенсивное разрушение периферийной части целиков на глубину 50-j-80 см наблюдалось во всех исследованных целиках, в том числе и в барьерном.

По эпюрам напряжений и известным площадям попереч­ ного сечения подсчитывали фактически воспринимаемые це­ ликами нагрузки:

П

1

гдеог— среднее напряжение в какой-то полоске между дву­ мя изолиниями напряжений;

S— площадь основания палетки с учетом масштаба плана.

Суммарную нагрузку по напряжениям в отдельных пло­ щадях вычисляли с помощью точечной палетки П. К. Собо­ левского [98]. Степень нагруженности междукамерных це­ ликов определяли и по отношению фактической нагрузки к расчетной, установленной исходя из предположения, что целиками воспринимается давление от всей налегающей толщи пород. Опорную площадь кровли подсчитывали по методу ближайших районов на маркшейдерском плане. Ми­ нимальная несущая способность целиков определена на ос­ нове лабораторных испытаний образцов на сжатие с учетом масштабного фактора.

Результаты расчетов нагрузок на целики по данным ме­ тода разгрузки, нагрузок от полного веса пород, а также их сравнение приведены в таблице 20 .

Видно, что средние междукамерные целики № 64 и 65 нагружены соответственно на 28 и 30% от нагрузок, рассчи­ танных на полный вес столба вышележащих пород. Оче­ видно, это объясняется разгрузкой их барьерным целиком и массивом. Целик № 66 нагружен лишь на 20% от веса налегающей толщи, так как находится в непосредственной

87

Таблица 20

Результаты расчетов нагрузки на целики по данным метода разгрузки

нагрузки [119], что объясняется ограниченностью вырабо­ танного пространства и обрушением на вышележащем гори­ зонте.

Запас прочности опорных целиков № 64 и 65, по дан­ ным лабораторных испытаний и измерений в целиках мето­ дом разгрузки, равен соответственно 2,0 и 2,2. После отра­ ботки смежных камер (№ 50 и 51) и нижележащего гори­ зонта следует ожидать увеличения нагрузки на междукамерные и барьерный целики и соответственно уменьшение запаса прочности. Так, если целик № 65 будет восприни­ мать хотя бы половину веса налегающей толщи (23 500 т), среднее напряжение в нем возрастает до 150 кг/см2, а запас прочности уменьшится до 1,3, что весьма близко к предель­ ному напряженному состоянию.

На основании экспериментальных исследований в про­ изводственных условиях сделаны следующие выводы.

Результаты исследования напряжений в междукамерных целиках методом разгрузки позволили получить эпюры вер­ тикальных и горизонтальных напряжений и зафиксировать в центральной части область всестороннего сжатия. При минимальном запасе прочности, равном 2,0 — 2 ,2, междукамерные целики следует считать устойчивыми.

Степень нагруженности междукамерных целиков в ус­ ловиях экспериментального участка к моменту исследова­ ния их методом разгрузки составляет 30—40% от веса столба налегающей толщи пород. При дальнейшем разви­ тии фронта очистных работ и расширении площади отра-

88

ботки следует ожидать увеличения нагрузок на целики и снижения коэффициента запаса прочности.

Зона интенсивной трещиноватости в целиках, по данным метода разгрузки, составляет 0,5—0,7 м от поверхности це­ ликов, что необходимо учитывать при определении парамет­ ров целиков.

Значительная трещиноватость массива, характерная для жилы Сподуменовая III в районе экспериментального уча­ стка, сильно затрудняет измерения методом разгрузки.

М е т о д р а с ч е т а п а р а м е т р о в м е ж д у б л о к о - в ых ц е л и к о в . В методах, основанных на гипотезе Турнера, предельные нагрузки на целики определяют при усло­ вии горизонтального рельефа поверхности месторождения и не учитывают колебания вынимаемой мощности рудного тела и поверхности.

Известно, что объем налегающих пород, давящих на междукамерные целики, ограничен двумя топографически­ ми поверхностями: сверху — поверхностью земли, а сни­ зу — поверхностью кровли залежи — и изменяется в преде­ лах залежи в зависимости от взаимных положений этих по­ верхностей. Вследствие того что объем налегающих пород в пределах отрабатываемой залежи является не одинако­ вым, напряжения, действующие на междукамерные целики, будут переменными в зависимости от взаимных положений поверхности земли и кровли залежи.

Математически в общем случае топографическая поверх­ ность выражается функцией трех переменных

H— f(x, у, z),

где х, у, z — координаты рассматриваемой точки;

Н — отметка этой точки относительно какого-ли­ бо фиксированного уровня (например, уров­ ня моря).

Если обозначить через На топографическую поверхность земли, а через Нкр — топографическую поверхность кровли

залежи и рассматривать горный массив над выработанным пространством как однородное сплошное тело, находящееся под действием объемных сил веса, приложенных к гранич­ ной площадке (поверхности кровли), то нетрудно убедить­ ся, что напряжения, действующие в точках кровли залежи, изменяются по выражению а=у(Н 3— Нкр) или, принимая

Н 3—Нкр= Н, будем иметь а— уН.

Изучение геологических материалов Бакенного место­ рождения показало, что горизонтальные размеры жил огра­ ничены. Взаимное расположение жил таково, что они сме­

89