Зависимость пролета обнажений от состава и строения пород

Породы кровли	Качественная характеристика устойчивости	Допустимый пролёт, l,м
Толстослоистые слабонарушенные песчаники, известняки, доломиты, сланцы осадочного и метаморфического происхождения. Слабонарушенные неслоистые метаморфические и изверженные породы Грубослоистые и толстослоистые средней нарушенности песчаники, известняки, доломиты, устойчивости сланцы осадочного и метаморфического происхождения. Не нарушенные трещинами мергели. Неслоистые метаморфические и изверженные породы средней нарушенности Среднеслоистые известняки, сланцы осадочного и метаморфического происхождения, средненарушенные трещинами. Слабонарушенные мергели и аргиллиты. Средненарушенные изверженные и неслоистые метаморфические породы Тонкослоистые и среднеслоистые известняки, сланцы осадочного и метаморфического происхождения, сильно нарушенные трещинами. Сильнонарушенные мергели и алевролиты. Сильнонарушенные изверженные и неслоистые метаморфические породы	Устойчивые Средней Устойчивости Слабоустойчивые Неустойчивые	>12 8-12 5-8 <5

Указанные в этой таблице параметры соответствуют условиям мелкошпуровой отбойки руды и длине камеры L_кам > 3l, где l - ширина камеры. Таблица составлена на основе статистических данных для глубин 200-350 м при горизонтальном залегании рудного тела.

Для камер, у которых длина сопоставима с шириной (ориентировочно L_кам ≈ l), на глубине 200-350 м размеры прямоугольных горизонтальных обнажений могут быть определены по графику (рис.5.6).

Рис. 5.6. Зависимость степени устойчивости кровли камер от их размеров.

В других случаях должны использоваться формулы приведения к значениям конкретных глубин и углов падения. Так, при проектировании систем разработки для глубоких горизонтов (до 600-700 м) учет глубины горных работ производится в соответствии с зависимостью

l² Н = const, (5.10)

где l – предельно допустимый устойчивый пролет горизонтального обнажения (ширина камеры).

Зная l² Н для фактической глубины в условиях конкретного рудника или выбрав l в соответствии с табл.5.3 или рис.5.6, можно установить допустимый пролет для глубин до 600-700 м.

Влияние угла падения учитывается следующим образом:

при углах падения α ≤ 55° должно выполняться соотношение

l₁ cosα₁ = l₂ cosα₂ = const; (5.11)

при α > 55° соотношение

l₁ [(1,74 + 0,02(α₁-55⁰)] = l₂ [(1,74 + 0,02(α₂- 55°)], (5.12)

где l₁ и l₂ - предельно допустимые пролеты обнажения при углах падения соответственно α₁ и α₂.

Эти зависимости могут быть использованы для расчета пролета наклонного обнажения l_α при известной величине горизонтального обнажения l:

при α < 55°

l_α = l cos α; (5.13)

при a >55°

l_α = 0,02 l (32 + α). (5.14)

Для действующих рудников по фактическим размерам камер (наибольшему L_кам и наименьшему l), устойчивость кровли в которых была доказана производственным опытом, строят кривые, характеризующие параметр Z (рис. 5.7).

Р ис. 5.7. Номограмма для определения параметра Z (промежуточные значения находят интерполяцией).

Соответствующее значение параметра принимают в качестве показателя устойчивости для данного типа пород и условий эксплуатации. Для проектируемого рудника или участка задаются размеры камеры L_кам и, используя уже известный параметр Z, по номограмме определяют предельно допустимый пролет устойчивого обнажения l.

При отсутствии сведений о максимальных фактических параметрах обнажений пород (проектирование разработки нового месторождения, вскрытие новых участков, при существенном изменении горно-геологических факторов и условий эксплуатации) параметр Z в первом приближении можно определить по табл.5.4, исходные данные для которой могут быть определены на основании изучения керна скважин предварительной геологической разведки.

Таблица 5.4.

Зависимость параметра Z от структуры и свойств пород

Средний размер структурных блоков, м	Вторичные изменения, %	Прочность пород в массиве при сжатии, МПа	Значение параметра Z
>1.0 0.5-1.0 0.25-0.5 0.1-0.25 Зона дробления, рассланцевания	0 <20 20-30 30-40 >40	>80 60-80 40-60 10-40 <10	≥20 15-19 10-14 6-9 ≤5

Параметр Z согласно табл. 5.4 выбирается с учетом фактора, оказывающего наибольшее ослабляющее действие.

При необходимости выполнения технологических операций с присутствием людей в камере ширину пролета l, установленную с использованием ориентировочных значений Z (табл.5.4 и рис.5.7), следует уменьшить в 2 раза.

Пример 2.1. Определить предельно допустимый пролет обнажения проектируемой камеры, сооружаемой на глубине Н= 500 м. Угол падения залежи (и кровли камеры) α = 30°. Кровля камеры представлена слабонарушенными толстослоистыми известняками. Длина камеры L_кам = 50 м. Отбойка руды мелкошпуровая. Коэффициент Пуассона μ = 0,25.

Решение. Так как сведения о количественных характеристиках нарушенности трещинами и физико-механических свойствах горного массива отсутствуют, то возможно лишь ориентировочное решение на основе статистических данных (см. табл. 5.3).

По табл. 5.3 для пород данного типа l = 12 м. Табл. 5.3 оценивает параметры обнажения при L_кам > 3l, т.е. при l = 12 м это условие выполняется. Однако эта таблица составлена на основе статистических данных для глубины 200-350 м. При проектировании для глубин до 600-700 м следует пользоваться зависимостью (5.7), приняв в качестве Н среднее значение, при котором были получены данные табл.5.3, т.е.

Н = (200 + 350)/2 = 275 м.

Составив пропорцию 12² 275 = l² 500 = const, получим для горизонтального залегания

l = √(l2² 275/500) = 8,9 м.

Наклон поверхности обнажения можно учесть на основе формулы (5.13). Тогда

l_α =8,9/cos30° = 10,3 м.

Возможен другой метод решения. Так как длина камеры сопоставима с ее шириной, по рис.5.7 для устойчивых пород (см. табл.5.3) при длине камеры L_кам = 50 м получим l = 13 м, а с учетом глубины и угла падения соответственно

l = √( 13² 275/500) = 9,6 м; l_α = 9,6/cos30° = 11м.

Таким образом, ориентировочно, допустимый по устойчивости обнажения пролет при проектировании камеры в данных условиях 10-11 м.

Как любое расчетное значение, результат вычислений следует считать предварительным, требующим экспериментальной проверки.

Пример 2.2. Установить допустимую наклонную ширину камеры для следующих условий: породы имеют блочное строение; угол падения залежи α = 45°; длина камеры L_кам = 55 м. На основании опытных данных известно, что обнажения пород блочного строения по простиранию длиной 50 м (длина камеры) и 40 м по падению при угле наклона 30° было устойчивым.

Решение. Чтобы воспользоваться графиком (рис.5.7) необходимо пролет l_α = 40м для угла α = 30° привести к условию α = 0°. Из формулы (5.8) приведенный пролет

l' = l_α cos α = 40 cos30° = 34,6 м.

По номограмме (рис.5.7) для L_кам = 50 м и l' = 34,6 м (показано на рис. 5.7) получим Z = 20. При L_кам = 55 м найдем по номограмме рис.5.8 и Z = 20 пролёт l = 31 м для горизонтального падения. Пересчитываем для α = 45°. Тогда

l_α =l/cos45° = 31/0,71 = 43,8m.

Таким образом, допустимая наклонная ширина камеры для рассматриваемых условий составляет 43.8 м.

Пример 2.3. Найти допустимую ширину камеры для условий вновь вскрываемого участка месторождения с блочным строением пород. По данным предварительной разведки породы умеренно трещиноваты. Средний размер блоков не менее 0,5 м, вторичные изменения 15-20%, прочность пород при сжатии 70 МПа. Залегание рудного тела пологое. Отработку планируется осуществить камерно-столбовой системой разработки с длиной камер 70 м. Возможно пребывание людей в камере.

Решение. Сведения о максимальных фактических параметрах устойчивых обнажений отсутствуют. Поэтому воспользуемся табл.5.4. Заданным свойствам пород соответствует Z= 15-19. По графику (рис.5.7) длине камеры 70 м соответствует пролет l  = 19÷24 м, или если принять среднее значение параметра (Z= 17), то l  = 24 м. Так как предусмотрено пребывание в камере людей, то ширина камеры должна быть уменьшена вдвое, т.е. l  = 12 м.