Основные методы исследований при обосновании технологии закладочных работ
НОРМАТИВНАЯ ПРОЧНОСТЬ ЗАКЛАДКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГОРНОГО И ИСКУССТВЕННОГО МАССИВОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА ЗАКЛАДКУ Прочность твердеющей закладки называют нормативной, если возможно безопасное обнажение искусственного массива горной выработкой требуемых размеров в принятые проектом сроки. Нормативная прочность всегда увязывается с возрастом твердения. Динамика набора прочности должна обеспечивать достижение 85—95% нормативной к моменту обнажения. При камерных системах разработки сроки набора 3—12мес, при слоевых — от нескольких дней до 2—3 нед. На массив закладки в зависимости от условий применения воздействуют статические (гравитационные и тектонические) силы и динамические (от взрывных работ) нагрузки, накладывающиеся на имеющееся статическое поле напряжений. Элементы систем разработки из закладки, искусственные массивы могут испытывать деформации сжатия, растяжения, сдвига, изгиба и «работать» в условиях одноосного, двухосного и объемного напряженных состояний. Для удобства определения и контроля нормативной прочности независимо от характера деформаций искусственного массива ее приводят к пределу прочности на одноосное сжатие. Требуемую прочность закладки рассчитывают по одному, а чаще нескольким факторам; устойчивости вертикального обнажения, горизонтальной подработке, допустимым деформациям закладки, возможности движения по ней оборудования. В качестве нормативной прочности принимают наибольшую из расбчи-танных. Массив закладки определенным образом взаимодействует с окружающими породами, образуя сложную пространственно- временную систему «закладка — породы». Главные структурные элементы такой системы — породы почвы и кровли, рудный массив и массив закладки, значительно различающиеся по свойствам. Расчет нормативной прочности закладки базируется на знании напряженно-деформированного состояния природного и искусственного массивов в зоне очистных работ, характера их взаимодействия и сводится к решению трех задач: нахождению нагрузок на массив закладки, определению напряжений в закладочном массиве как составном элементе системы «массив — закладка», установлению необходимой прочности материала несущих элементов, исходя из требуемой степени надежности, характера напряженного состояния, влияния технологических факторов. Нагрузку на искусственный массив, его элементы в зависимости от гипотезы горного давления задают как вес породы в объеме свода естественного равновесия, слабого прослойка, столба пород до поверхности или находят через смещения вмещающих пород в условиях совместного деформирования горного и искусственного массивов. Учитывают стадийность выемки, пространственное положение рассчитываемого элемента из закладки, защитное влияние окружающего горного массива, возможность образования локальных областей пластических деформаций в поддерживаемых породах вследствие высокой податливости искусственного массива, трудности заполнения пустот под кровлю. Размеры подработки массива горных пород при определении нагрузок на несущие опоры из закладки ограничивают пределами призабойной области пониженных напряжений в связи с отставанием формирования во времени и пространстве зоны опорного давления в закладочном массиве, плавностью оседания подработанных пород. Стадийная выемка. Механизм взаимодействия элементов системы и передачи нагрузок с рудных целиков на закладку при камерных вариантах систем разработки на обширных пологих и наклонных месторождениях может быть представлен следующим образом. В начальный период (выемка запасов блоков, панелей) нагрузки от вышележащих пород воспринимаются междукамерными, панельными рудными целиками и окружающим массивом через зоны опорного давления (рис. 10.1, а). Искусственные опоры, создаваемые после реализации упругих де формаций в рудных целиках и зонах опорного давления, нагружены собственным весом и весом пород в объеме свода обрушения или слоя слабых пород над рудным телом. Роль закладки— предупреждение откольных явлений на обнажениях рудных целиков со стороны заложенных камер и повышение их несущей способности. В период отработки оставшихся рудных МКЦ в панели, вследствие значительных различий деформационных свойств руды и закладки, основными несущими элементами являются (рис. 10.1,6) рудные панельные (блоковые) целики, находящиеся в окружении искусственных. Рис. 10.1. Распределение напряжений в рудном и искусственном массивах при стадийной выемке: а — отработка первичных камер; б — выемка МКЦ в панелях; в —отработка панельных целиков; 1 — панель; 2— зона опорного давления; 3 — панельные целики Рис. 10.2. График изменения относительной высоты области растягивающих напряжений h/Lв зоне влияния очистной выработки в зависимости от отношения полупролета подработки Lк глубине Н: 1, 2, 3 — вертикальные напряжения при углах наклона обнажения 0°, 40°, 80°; 4, 5, 6 — горизонтальные напряжения при тех же углах (по данным ИГД Казахской ССР По мере увеличения пролета подработки происходит нарастание деформаций в рудных и искусственных опорах, оседание налегающей толщи пород в условиях совместного деформирования комбинированных целиков. Продольная деформация комбинированного целика (ΔhР, ΔhЗ)от сжимающих нагрузок (м): Массивы руды и закладки при деформировании проявляют упруго-вязкие свойства. Описание их поведения под нагрузкой обычно производят по модулю деформации, т. е. усредненному значению модуля пропорциональности, соответствующему уровню нагружения, близкому к предельному. Упрочняющее влияние закладки на рудные целики, находящиеся в окружении искусственных, оценивается коэффициентом упрочнения КУ, показывающим степень повышения несущей способности рудных опор [6]: Моделированием установлена возможность повышения несущей способности в 1,15—3,04 раза. Наибольший эффект достигается при переходе рудных целиков в предельное и запредельное состояния. При одном и том же виде закладки с увеличением отношения высоты целика к ширине степень упрочнения повышается. Неполная закладка (на 2/3 высоты камеры) независимо от ее жесткости не дает существенного повышения устойчивости Выемка панельных целиков, воспринимающих максимальные нагрузки (σР = 3γН), ведет к нарастанию нагрузки на искусственный массив, деформирующийся совместно с налегающей толщей пород (рис. 10.1, в). Процесс оседания кровли и обжатия закладки растянут во времени и носит затухающий характер. Стабилизация напряжений в массиве закладки и достижение нового равновесного состояния определяется параметрами ползучести закладки и пород; продолжительность процесса — несколько месяцев. В подработанных породах формируется зона растягивающих напряжений, в которой происходит разупрочнение пород. Размеры зон и интенсивность расслоений являются функцией пролета подработки, угла наклона залежи, коэффициента бокового отпора (рис. 10.2). Влияние подземной выработки распространяется на высоту 1,5 пролета обнажения. Нагрузки от отслоившихся пород суммируются с нагрузками от совместных деформаций и собственного весаПри небольших размерах пологих и наклонных залежей в плане (L/Н<0,2) и отработке их одной-двумя панелями параметры зоны пластических деформаций на стадии отработки рудных целиков последних очередей находят по гипотезе свода. Расчет нагрузки сводится к определению высоты свода и веса пород в объеме зоны обрушения. Высоту свода обрушения определяют сравнением растягивающих напряжений в кровле камер с пределом прочности пород на растяжение (по С. Г. Борисенко) : На крутых месторождениях, разрабатываемых камерными и слоевыми вариантами систем с твердеющей закладкой, нагрузки на искусственный массив создаются в основном горизонтальными составляющими гравитационного и тектонического полей, действие которых проявляется в сближении стенок очистного пространства. Закладка вследствие высоких компрессионных свойств не оказывает существенного влияния на напряженное состояние пород, не изменяет характер распределения напряжений в окружающем массиве. Рудные целики и горный массив остаются главными несущими элементами (рис. 10.3). Разгружающее влияние твердеющей закладки проявляется только при ее высокой жесткости и значительных пролетах подработки (рис. 10.4). Назначение закладки состоит в предупреждении движения разупрочненного массива боков камер и повышении их устойчивости. Количественные значения напряжений и деформаций в массиве закладки определяются величиной сближения боков выработанного пространства в условиях упругого или упругопластического деформирования пород зоны разгрузки в поле гравитационных и тектонических сил с учетом реакции искусственного массива, уменьшающего смешение пород в сторону очистного пространства (рис. 10.5). Влияние разработки распространяется во вмещающие породы на глубину, равную 1/4 пролета [59]; по данным [44], величина зоны разгрузки Стадийная выемка характеризуется высокой концентрацией напряжений в рудных целиках последних очередей отработки, возможностью динамических форм проявления горного давления. Это ограничивает область ее применения глубинами, при которых целики переходят в предельное состояние, т. е.KkγH=[σ] Сплошная выемка. При сплошной выемке в кровле также образуется зона пониженного давления (разгрузки), а в рудном массиве — зона повышенного (опорного) давления (рис. 10.6). По мере увеличения пролета обнажения и заполнения выработанного пространства закладочными смесями породы кровли взаимодействуют с массивом закладки, который ведет себя как податливая крепь, пока не реализует полностью возможность деформироваться под нагрузкой и не воспримет полный вес столба пород. Налегающая толща действует подобно плите, закрепленной одним концом над рудным массивом и опирающейся другим на закладочный массив. Размер зоны разгрузки пропорционален усадке закладочного материала. Коэффициент концентрации напряжений в рудном массиве пропорционален усадке до значений е = 3%. При 8^3% смещение налегающей толщи происходит плавно без разрывов, при е>3% в кровле происходит расслоение пород. Значения коэффициента концентрации напряжений в рудном массиве определяется пролетом подработки: Создание искусственной кровли при нисходящем порядке выемки слоев как на пологих, так и на крутых месторождениях также приводит к образованию зоны разгрузки (рис. 10.7). Поэтому массив, обнажаемый в кровле очистной выработки, нагружен только собственным весом и частично пригружается вышележащими слоями; степень пригрузки зависит от относительной толщины пригружающих и несущего слоев.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основные методы исследований при обосновании технологии закладочных работ
Исследования в области обоснования технологии закладочных работ для алмазодобывающих рудников Якутии осуществляются в лаборатории технологий закладки института Якутнипроалмаз АК «АЛРОСА», в условиях действующих рудников «Интернациональный» и «Айхал» и обогатительных фабрик №3, 8, 12, 14. Выполняемая работа базируется на опыте экспериментальных и опытно-промышленных исследований, освещенном в литературных источниках [].
При этом используетсякомплексный методологический подход, включающий анализ и научное обобщение отечественного и зарубежного опыта производства твердеющих смесей и ведения закладочных работ; математическое моделирование тепловых полей искусственных массивов в условиях подземных рудников в объемной задаче; математическое планирование экспериментов на различных стадиях исследований; лабораторные и опытно-промышленные эксперименты, в том числе натурные исследования в условиях подземных рудников тепловых и прочностных полей искусственных массивов; статистическая обработка экспериментальных и расчетных данных; технико-экономические расчеты, научный прогноз и статистический анализ технико-экономических показателей технологий формирования искусственных массивов.
Опытно-промышленные эксперименты выполнены на обогатительной фабрике №14 (п. Айхал), подземных рудниках «Айхал», «Интернациональный». Промышленный эксперимент по использованию бесклинкерной закладки на подземном руднике «Учалинском» выполнен при участии автора Магнитогорским горнометаллургическим университетом.
Экспериментальные методы исследований включают в себя несколько основных направлений - исследование свойств закладочных смесей на лабораторном уровне и в производственных условиях, качества возведенных искусственных массивов; свойств материалов для получения закладочных смесей. При проведении экспериментальных исследований используется специальное лабораторное оборудование.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 369; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!