Управление сдвижением горных пород на примере Верхнекамского месторождения

Аннотация

Целью курсовой работы по предмету «Основы горного дела» является расширение знаний в области управления состоянием массива горных пород. Его основной задачей является обеспечение устойчивости кровли и почвы в камерах, целиков вокруг нарезных и подготовительных выработок, безопасности труда горняков, сохранности подрабатываемых природных объектов и искусственных сооружений путем целенаправленного использования несущей способности вмещающих пород, рудного тела, закладки и крепи. Работа выполнена на основе II Березниковского калийного рудника.

Abstract

The aim of the course work on the subject "Fundamentals of mining” is to increase knowledge in the management of the state of rock mass. Its main task is to ensure the stability of the roof and the soil in chambers, rifled around pillars and development workings, safety of miners, undermining conservation of natural objects and artificial structures through the purposeful use of the carrying capacity of host rocks, ore body, bookmarks, and lining. This work was based on the II Berezniki potash mine.

Содержание

1. Общие сведения о предприятии

.1 Специфика разработки калийных месторождений

.2 Геолого-гидрогеологические характеристики калийных месторождений

.3 Технология ведения горных работ на калийных пластах, ее обусловленность строением вмещающего массива и свойствами соляных пород

. Управление сдвижением горных пород на примере Верхнекамского месторождения

. Типовые задачи управления сдвижением горных пород при подземной разработке калийных месторождений

. Определение параметров, характеризующих изменение напряженно-деформированного состояния подрабатываемого массива горных пород

.1 Расчет величины конечных оседаний земной поверхности

.2 Определение положения внутренней границы краевой части мульды сдвижения

.3 Расчет величины конечных оседаний поверхности

.4 Определение степени подработанности поверхности и величины ее конечных оседаний

.5 Определение величины оседаний поверхности при полной подработке при развитии процесса во времени

Заключение

Список литературы

1. Общие сведения о предприятии

.1 Специфика разработки калийных месторождений

Обеспечение эффективности условий добычи калийных руд подземным способом связано с решением ряда проблем, являющихся в комплексе специфичными для таких месторождений. Первая проблема связана с определением устойчивого во времени состояния наиболее ответственных элементов соляного массива (целиков, потолочин камер и др.), породы которого обладают выраженной склонностью к пластическому течению и изменению некоторых деформационно-прочностных характеристик в зависимости от скоростей деформирования указанных элементов. Вторая проблема связана с наличием в выработках разрабатываемых калийных пластов газодинамических явлений, опасных для жизни горняков и нарушающих технологию добычи руды. В ряде случаев эти явления характеризуются весьма большой интенсивностью (более 1000 т/с), обладают эффектом «неожиданности» возникновения во времени и пространстве и отличаются механизмами формирования и протекания от явлений, имеющих место на других горнодобывающих предприятиях (например, на угольных шахтах и рудниках иных месторождений). Третья проблема в большей мере обусловлена не решением вопросов обеспечения устойчивого состояния выработок и безопасности подземного персонала калийных рудников, а предопределена задачами безаварийной эксплуатации самих рудников в целом, т. е. связана с вопросами незатопляемости рудников, так как вмещающие породы легко растворимы в воде и ненасыщенных рассолах.

Рассмотренные проблемы характерны для калийных месторождений и требуют как комплексной, так и самостоятельной оценки при решении вопросов выбора конкретных способов управления состоянием калиеносного массива с целью эффективной и безопасной добычи горнохимического сырья.

Управление состоянием горного массива, несмотря на широкий спектр рассматриваемых вопросов, является самостоятельной дисциплиной, кардинально связанной, однако, со всем комплексом горных наук и прежде всего с технологией подземной разработки месторождений и механикой горных пород. В связи с этим целесообразно, рассматривая перспективы развития калийной промышленности и область применения в ней задач по управлению горным давлением, остановиться на основных технологических моментах добычи этого вида сырья.

Более 90% добычи калийных солей в мире осуществляется шахтным способом, остальная часть бассейновым способом и способом подземного выщелачивания. В зависимости от геолого-гидрогеологических и горнотехнических условий на месторождениях применяются различные варианты технологии выемки калийных солей, механизации очистных работ и системы разработки.

При шахтном способе добычи используется технология выемки, основанная на применении комбайнов и буровзрывных работ. При пологом выдержанном залегании калийных пластов в РФ и СНГ применяется комбайновая выемка (Верхнекамское и Старобинское месторождения). В аналогичных условиях комбайны применяются в Канаде, Франции, США и Испании. При сложной гипсометрии пологих пластов либо при их крутом залегании применяется буровзрывной способ: в РФ и СНГ (Верхнекамское и Предкарпатское месторождения), за рубежом-в Германии, Великобритании, Италии, США и Испании. Свыше 90% мировых запасов калийсодержащего сырья сосредоточено в РФ, СНГ и Канаде. В эксплуатации в РФ и СНГ в настоящее время находятся четыре месторождения: Верхнекамское, Старобинское, Стебниковское, Калуш-Голынское. До 80% промышленных запасов сосредоточено в Верхнекамском регионе.

1.2 Геолого-гидрогеологические характеристики калийных месторождений

Верхнекамское месторождение калийных солей имеет субмеридиальное простирание. Размеры залежи в направлении с севера на юг составляют около 150 км, в широтном направлении 40 км. Площадь месторождения свыше 3,5 тыс. км². Характерные составляющие вертикального геологического разреза месторождения (сверху вниз) представлены следующими отложениями: четвертичными, пестроцветной толщей, терригенно-карбонатной толщей, соляно-мергелистой толщей, покровной каменно-солевой толщей и переходной толщей чередующихся слоев каменной соли и карбонатно-гипсоглинистых пород, карналлито-сильвинитовой пачкой.

Глубина залегания кровли карналлито-сильвинитовой пачки колеблется от 75 до 450 м.

Рабочие пласты сильвинитовой пачки: «Красный II» (4 < m < 9 и) и АБ (3 <m< 4м). Отработка пласта АБ ведется на площадях, где пласт Б представлен пестроцветными сильвинитами. Отрабатывается и пласт В карналлитового (т = 10 м) и сильвинитового (4 < m < 5 м) составов. Средние углы наклона пластов составляют от 2 до 3-4°.

Содержание нерастворимого остатка (Н. О.) в пластах, т. е. наличие в них примесей глинистого вещества, на преобладающей части месторождения составляет около 2%, возрастая в юго-восточном направлении до 6-8% и более. Изменение количества Н. О. в пластах предопределяет и изменение их физико-механических характеристик.

На всех рабочих пластах месторождения имеют место газодинамические явления различных классификационных типов.

В гидрогеологическом плане особенностью рассматриваемого месторождения является обводненность толщи, покрывающей соляную залежь. Мощность водозащитных отложений над рабочими пластами колеблется на месторождении от 0 до 140 м. В целом Верхнекамский калиеносный регион характеризуется сложными горно-геологическими условиями отработки.

Старобинское месторождение калийных солей территориально тяготеет к районам Солигорска и Старобина, занимая площадь около 350 км². Месторождение, в геологическом строении которого основную роль играют осадочные комплексы палеозойских, мезозойских и кайнозойских отложений, располагается в западной части Шатилковской впадины. Кровля толщи залегает на глубинах 300-600 м. Мощность толщи наибольшая в центре месторождения (550-800 м), на периферии достигает нулевых значений. Падение пластов - северо-восточное с углами до 6°. Залежь состоит из четырех калийных горизонтов с первого по четвертый (сверху вниз).

Первый горизонт в основном расположен в центре месторождения, имеет глубину залегания (по кровле) от 350 до 620 м. Мощность горизонта составляет 2-7 м. Имеются значительные примеси глинистого вещества (Н. О. составляет 19-21%). Отработка горизонта в настоящее время не производится.

Второй горизонт расположен на глубине (по кровле) от 370 до 700 м. Мощность его колеблется от 1 до 4,4 м. Глинистого вещества (Н. О.) содержится от 3 до 8%. Горизонт представлен двумя (верхним и нижним) сильвинитовыми слоями и одним (средним) слоем каменной соли. Верхний сильвинитовый слой имеет суммарное колебание мощности от 0,4 до 1,2 м (в среднем 0,7 м). Суммарная мощность нижнего слоя колеблется от 0,4 до 1,25 м. Средний прослой представлен каменной солью мощностью от 0,4 до 0,95 м. Горизонт отрабатывается на полную мощность.

Третий калийный горизонт распространяется на всей территории месторождения и состоит из трех пластов (пачек): верхнего сильвинитового (с включениями карналлита), среднего глинисто-карналлитового и нижнего сильвинитового. Мощность верхнего пласта изменяется от 1 до 4,5 м, среднего от 4 до 20 м, нижнего от 2 до 8,5 м. Промышленным является нижний пласт, состоящий из шести (считая снизу вверх) сильвинитовых слоев, разделенных слоями каменной соли. На месторождении в основном разрабатываются II, III и IV сильвинитовые слои с суммарной мощностью до 4,5м (Н. О. от 2 до 10%).

Кровля рабочего нижнего сильвинитового пласта третьего горизонта залегает на глубине от 350 до 1200 м, возрастающей в восточном направлении. Средние глубины залегания составляют: для первого рудника 585 м, второго - 620 м, третьего - 780 м, четвертого - 800 м.

Галопелитовые прослойки в пределах третьего калийного горизонта имеют мощности от долей миллиметра до 20 мм (иногда до 100 мм).

Устойчивость кровли выработок снижается (до слабоустойчивой) при их расположении в направлении к кровле нижнего сильвинитового пласта третьего горизонта. В указанном направлении возрастает и газонасыщенность пород кровли.

В пределах третьего горизонта широко распространены так называемые «мульды погружения», являющиеся выбросоопасными очагами при проведении горных выработок.

Четвертый калийный горизонт (по кровле) находится на глубинах 600-1335 м.

Предусмотрена доразведка четвертого горизонта совместно с подстилающей его каменной солью.

Расстояние между рассмотренными калийными горизонтами различно: между I и II - от 61 до 76 м, между II и III - от 128 до 199 м, между III и IV - от 150 до 190 м. Вмещающие их породы представлены в основном каменной солью с включениями ряда других литологических разностей.

Над соленосной толщей месторождения на глубине 90-200 м залегают глинисто-мергелистые отложения мощностью в среднем 200-550 м. Верхняя часть этой толщи (~50-70 м) и вышерасположенные отложения, включая четвертичные образования, обводнены. При этом ввиду отсутствия здесь пространственно выдержанных водоупорных слоев воды четвертичных, третичных, меловых и верхнедевонских отложений гидравлически взаимосвязаны, образуя единый водоносный комплекс. Водообильность глинисто-мергелистой толщи (ГМТ) незначительная (верхняя ее часть) и резко уменьшается с глубиной. Общая глубина проникновения вод на месторождении составляет 170- 200 м, ниже породы ГМТ практически безводны.

В Предкарпатском регионе (Львовская, Ивано-Франковская области) расположены месторождения соляных пород, представленных в основной лангбейнито-каинитовыми и каинитовыми минералами.

Залегающие здесь Стебниковское, Калуш-Голынское и Домбровское месторождения характеризуются небольшими (по площади) размерами и сложным геологическим (в том числе тектоническим) строением. Мощность пластов колеблется от 2,5 до 70 м. Углы падения изменяются от наклонных до крутых. Мощные соляные формации содержит Прикаспийская впадина- более 2000 м, которые распространены на больших площадях.

В Туркменистане расположены Карлюкское и Карабильское месторождения сильвинитовых и карналлитовых руд. Мощность соленосной толщи составляет 800-900 м.

1.3 Технология ведения горных работ на калийных пластах, ее обусловленность строением вмещающего массива и свойствами соляных пород

Основу такой технологии составляет порядок ведения подготовительных и очистных работ, взаимоувязанный в пространстве и времени. Этот процесс предопределяется применяемыми системами разработки, которые зависят от геологических условий. Для калийных месторождений выбранные системы разработки должны отвечать не только предъявляемым к ним требованиям (безопасность работ, минимум подготовки на 1000 т добычи, минимум себестоимости, максимум механизации выемки и транспортирования, минимум потерь сырья в недрах и т. д.), но и обеспечивать также решение специфических проблем, связанных с легкой растворимостью солей и их пластическими свойствами.

Правильно выбранные способы управления состоянием соляного массива и его элементов, отраженные в параметрах, принятых на практике систем разработки, позволяют удовлетворить указанным требованиям.

Два основных калийных месторождения РФ и СНГ - Верхнекамское и Старобинское отличаются сложностью не только по геологическому строению и гидрогеологическим условиям. Горнотехнические условия Верхнекамского месторождения также достаточно неординарны: сближенные пласты, осложненные складчатостью и изменчивостью мощности, имеющие слабоустойчивую непосредственную кровлю, опасные по газодинамическим явлениям. С учетом этого на месторождении используются камерные системы разработки, позволяющие позитивно решать основные проблемы управления состоянием соляного массива, в частности вопросы сохранения сплошности водозащитной толщи (ВЗТ) над горными выработками и безопасности работ в рамках технологического цикла очистной выемки руды из недр.

На месторождении применяются камерные системы разработки с ленточными междукамерными целиками (МКЦ) и регулярно оставляемыми столбчатыми целиками. МКЦ различаются по степени жесткости на жесткие, относительно жесткие, деформирующиеся. Жесткие целики должны исключать значительные оседания земной поверхности. Система с такими МКЦ применима при недостаточной (неизученной) водозащитной толще над рабочим пластом (пластами). При применении систем с относительно жесткими целиками допускается их деформация в пределах, обеспечивающих надежную сохранность сплошности водозащитных отложений, а также оптимумы технологических показателей добычи и условий подработки поверхностных сооружений.

На участках с достаточной мощностью и изученностью водозащитных отложений камерные системы могут применяться с деформирующимися (податливыми) целиками, обеспечивающими плавное опускание пород кровли, сохранение сплошности ВЗТ и оптимальные технологические параметры добычи руды. При применении в качестве элемента системы закладки выработанного пространства возможна постадийная выемка калийных пластов. При этом на первой стадии применяется система с жесткими МКЦ, а в дальнейшем (после доизучения ВЗТ и проведения закладочных работ в очистных камерах первой стадии) за счет подрезки таких целиков их состояние может изменяться, переходя в условия деформирования для «относительно жестких целиков». Породы ВЗТ при этом должны сохранять сплошность на протяжении заданного временного интервала. При камерных системах на месторождении превалирует комбайновая выемка руды. Находят применение также буровзрывной и комбинированный способы выемки.

Старобинское месторождение калийных солей характеризуется, с одной стороны, достаточно благоприятными гидрогеологическими условиями разработки, а с другой - наличием в непосредственной кровле сильвинитовых пластов рабочих горизонтов слабоустойчивых пород, насыщенных приконтактными газами, способствующими развитию в выработках газодинамических явлений (ГДЯ). На месторождении применяются две принципиально различные системы разработки: камерная с деформирующимися (податливыми) ленточными целиками и столбовая система с обрушением кровли (длинными очистными забоями с управлением кровлей полным обрушением).

Система разработки с длинными очистными забоями применяется достаточно широко (более 52% объема добычи).

2. Управление сдвижением горных пород на примере Верхнекамского месторождения

Региональным проявлением горного давления является сдвижение земной поверхности - деформирование подрабатываемого массива, вызванное изменением напряженно-деформированного состояния (НДС) пород, покрывающих разрабатываемые пласты. Изменение НДС пород будет происходить при отработке пластов системами как с длинными, так и с короткими очистными забоями в процессе развития очистного фронта в пространстве и во времени.

Равновесное состояние массива в процессе подработки нарушается, его внешняя граница - поверхность - перемещается в сторону выработанного пространства. Это перемещение характеризуется величиной сдвижения «». За счёт сдвижения точек поверхности на ней образуется «мульда сдвижения», характеризуемая линейными и угловыми параметрами, представленными на рис. 1.

Значения угловых параметров приведены ниже (табл.1).

Таблица 1. Угловые параметры сдвижения

Рис. 1. Элементы и угловые параметры мульды сдвижения:

а - главное сечение мульды сдвижения по падению-восстанию пласта; б - главное сечение мульды по простиранию: в - главное сечение мульды по падению-восстанию при неполной подработке земной поверхности;  - угол падения пласта (для условий Верхнекамского месторождения можно принять а=0°, а в качестве основной рассматривать схему «б»);  - граничные углы;  - углы полных сдвижений; Д₁, Д₂ - размеры выработанного пространства по падению и простиранию, соответственно; L_1, L₂- размер краевой части мульды соответственно по восстанию и падению пласта; L₃ - размер краевой части мульды по простиранию пласта; L₄ - длина зоны полной подработки земной поверхности; I - внутренняя граница краевой части (ВГКЧ) мульды сдвижения

Расчетными параметрами сдвижения подрабатываемого массива (параметрами деформаций поверхности, оцениваемыми эмпирико-аналитическим методом) являются: оседания ,м; наклоны i; кривизна ,м^-1; горизонтальные деформации . Суммарные (в зоне полной подработки и в зоне сжатия краевой части мульды) деформирования земной поверхности характеризуются макро- и микродеформациями. Для постоянных краев частей мульд сдвижения макродеформации рассчитываются по зависимостям:

 (1)

где  - оседание поверхности в точке с безразмерной координатой z, ;

х - расстояние от внутренней (со стороны выработанного пространства) границы краевой части (ВГКЧ) мульды до рассматриваемой в ее пределах точки, м;_Т - длина краевой части мульды сдвижения в рассматриваемом сечении, м:

в условиях полной подработки

 (2)

в условиях неполной подработки

где D - ширина выработанного пространства в рассматриваемом сечении мульды, м;

- расстояние от почвы разрабатываемого пласта до земной поверхности, м;

 - оседание поверхности на ВГКЧ, достигнутое за время t, м; для случая конечных оседаний  на этой границе:

, (3)

где - выемочная мощность пласта, м;

 - коэффициент извлечения руды из недр, определяемый, например, при камерной системе разработки и комбайновой выемки руды как:

, (4)

где S_x - площадь очистной камеры, м²;

а - ширина камеры (при многоходовых камерах - с учетом ширины межходовых целиков), м;

3. Типовые задачи управления сдвижением горных пород при подземной разработке калийных месторождений

Методически типовые задачи о сдвижении горных пород, в общих чертах, могут быть классифицированы следующим образом.

Определение параметров, характеризующих изменение НДС подрабатываемой толщи пород:

задачи по определению конечных величин оседаний (сдвижения) земной поверхности в зоне полной (неполной) подработки (на ВГКЧ мульды сдвижения);

задачи по определению величины сдвижения земной поверхности на ВГКЧ мульды во времени;

задачи по определению величины сдвижения (в том числе и во времени) в пределах постоянных краевых частей мульд сдвижения;

задачи по определению деформаций земной поверхности (наклоны, кривизна, горизонтальные деформации) в пределах постоянных краевых частей мульды сдвижения (в том числе и во времени).

Выбор параметров горнотехнических мероприятий по управлению региональным состоянием массива:

задачи по корректировке параметров камер и МКЦ для ограничения оседаний и деформации поверхности;

задачи по корректировке технологий ведения горных работ (например, переход к технологии выемки пластов системами с закладкой выработанного пространства);

задачи по региональной оценке предпрогнозного состояния пород комплекса водозащитной толщи;

задачи по оценке целесообразных сроков применения защитных мероприятий применительно к подрабатываемой поверхности, как экологическому объекту.

Круг задач, требующих практического решения, как очевидно, значительно шире перечисленного выше. Но такие задачи обычно требуют существенной конкретизации исходных данных, отвечающих им специфическим положениям методик расчета и т.д. и т.п. Однако рассмотренные задачи, характеризуемые некоторой предельной постановкой, позволяют студенту в общем виде освоить принципиальные методические положения и подходы в решении вопросов регионального управления состоянием подрабатываемого массива горных пород.

4. Определение параметров, характеризующих изменение напряженно-деформированного состояния подрабатываемого массива горных пород

.1 Расчет величины конечных оседаний земной поверхности

Задача. Определить величину конечных оседаний  для «точки А» поверхности, находящейся на расстоянии l = 330 м от границы выработанного пространства в сторону отработанных участков шахтного поля, на которых комбайновая выемка велась по одному сильвинитовому пласту «АБ». Глубина разработки Н_п = 360 м. Выемочная мощность плата м. Пласт отрабатывается камерной системой разработки с параметрами: ширина камер (с учетом двух межходовых целиков, шириной по 1,5 м каждый) а = 12,6 м; ширина МКЦ b = 8,4 м. Коэффициент технологических потерь составляет k = 1,05. Камеры закладываются с использованием самоходных вагонов пустой породы с коэффициентом уплотнения К_уп = 0,2.

Степень заполнения камеры закладкой определяется зависимостью:

,

где  - зазор между кровлей и закладкой.

Ортогонально ориентированные размеры выработанного пространства составили:_max = 1000 м и D_min = 800 м.

Решение.

1. Определяю расстояние от границы выработанного пространства по пласту «АБ» до зоны полной подработки.

Рис. 2. Схема к решению задачи определения полных оседаний в «точке А»

Сопоставляя величины l и , убеждаюсь, что рассматриваемая «точка А» находится в зоне полной подработки, т.к.  (330 м > 252 м).

. Определяю , , , .

,

где  (здесь ширина двух межходовых целиков в очистной камере составляет (1,5 + 1,5) = 3 м).

.

Степень заполнения камеры закладкой определяется при м (для закладки самоходными вагонами).

.

Для заданных D_max = 1000 м и D_min = 800 м коэффициенты степени подработанности поверхности следует принять равными 1.

.

. Рассчитываю величину конечных оседаний (сдвижения)  земной поверхности в зоне полной подработки

.

Ответ. Оседание (сдвижение) земной поверхности в «точке А» при принятых условиях составит .

4.2 Определение положения внутренней границы краевой части мульды сдвижения

калийное месторождение сдвижение горная порода

Задача. Определить положение ВГКЧ мульды сдвижения относительно границы выработанного пространства и конечных оседаний  на ВГЧК в случае полной подработки поверхности двумя сильвинитовыми пластами «АБ» и «Красный II». Выемка пластов - комбайновая, закладка очистных камер не предусматривается, коэффициент технологических потерь k = 1,05. Глубина залегания пласта «АБ» 306 м, «Кр.II» 325 м. Вынимаемая мощность по пласту «АБ» составляет , по пласту «Кр.II» . Ширина трехходовых камер по пласту «АБ» , при ширине каждого из двух межходовых целиков равной 1,5 м. Ширина МКЦ на данном пласте . На пласте «Кр.II» ширина камер (в том числе с одним межходовым целиком шириной 2 м), ширина МКЦ .

Решение.

1. Нахожу положение ВГКЧ мульды сдвижения относительно границы выработанного пространства нижнего пласта.

Принимаю ,

Рис. 3. Схема к решению задачи определения оседаний в постоянной краевой части мульды сдвижения: Z=x/L_m

Кривая «АВС» - эпюра сдвижений в краевой части мульды; «АВ» - зона сжатия в подработанной толще.

2. Определяю коэффициент извлечения полезного ископаемого  из недр:

по пласту «АБ»:

по пласту «Кр.II»:

. В соответствии с условиями задачи

, .

при выемке пласта «АБ»

при выемке пласта «Кр.II»

суммарные сдвижения

Ответ.

1. Внутренняя граница краевой части ВГКЧ мульды сдвижения находится на расстоянии 227,6 м от контура выработанного пространства по нижнему из отрабатываемых пластов («Кр.II»).

. Величина суммарных конечных оседаний поверхности ВГКЧ мульды сдвижения при рассматриваемых горно-геологических условиях составляет 3,44 м.

4.3 Расчет величины конечных оседаний поверхности

Задача. Для условий предыдущей задачи определить величину конечных оседаний  в зоне полной подработки, но в случае применения на отрабатываемых пластах закладки очистных камер, а именно: скреперной закладки по пласту «Кр.II»  и закладки с использованием метателя по пласту «АБ» . Остальными исходными данными, следовательно, будут:

по пласту «АБ»:

 при суммарной ширине межходовых целиков 3 м

по пласту «Кр.II»:

 при ширине межходового целика 2 м.

Коэффициент уплотнения закладочного материала (пустая порода) К_уп = 0,2.

Решение.

1. Определяю степень  заполнения очистных камер закладкой, в качестве которой используется пустая порода.

. Определяю коэффициент извлечения полезного ископаемого  из недр.

. По условиям задачи принимаю .

. Определяю оседание поверхности, обусловленные выемкой полезного ископаемого по пластам:

при выемке пласта «АБ»

при выемке пласта «Кр.II»

Ответ.

Величина суммарных конечных оседаний поверхности в зоне полной подработки (на расстоянии не менее 227,6 м в направлении отработанного пространства от его контура) при применении технологии добычи руды с закладкой очистных камер по пластам «АБ» и «Кр.II» составляет 0,41 м.

4.4 Определение степени подработанности поверхности и величины ее конечных оседаний

Задача. Определить степень подработанности поверхности и величину конечных ее оседаний при выемке горизонтально - залегающего на глубине 388 м сильвинитового пласта для ширины выработанного пространства в рассматриваемом сечении мульды сдвижения равном 278 м. Вынимаемая мощность ; принятые параметры камерной системы ,  при наличии в камере одного межходового целика шириной 2 м.

Коэффициент технологических потерь k = 1,05. Предусматривается скреперная закладка очистных камер пустой породой.

Решение.

. Для принятых условий нахожу параметр

Условие полной подработки может быть представлено как

,

т.е. . Соответственно, имеет место неполная подработка выработанным пространством земной поверхности.

. Определяю степень подработанности поверхности согласно зависимости:

. Конечные оседания, кроме параметров , ,  зависят также от степени заполнения камер закладкой .

Определяю :

Определяю степень заполнения камер :

,

где  для скреперной закладки.

.

. Определяю оседание поверхности  с учетом степени подработанности поверхности:

,

где  - коэффициент уплотнения принятого закладочного материала (пустая порода).

Ответ. При степени подработанности поверхности  величина сдвижения при принятых параметрах и технологии ведения очистных работ составляет .

4.5 Определение величины оседаний поверхности при полной подработке при развитии процесса во времени

Задача. Определить величину оседаний  земной поверхности при полной ее подработке по пластам «АБ» и «Кр.II» на ВГЧК мульды сдвижения при развитии процесса во времени. Требуется оценить параметр  при постоянной краевой части мульды сдвижения (не предусматривается дальнейшего развития фронта очистных работ) на момент времени t = 3 года. Отработка пластов (без закладки; с коэффициентом технологических потерь k = 1,05) осуществляется с параметрами:

по пласту «АБ»:

по пласту «Кр.II»:

.

Решение.

1. Определяю нагрузки на целикии их «длительную» прочность Q, что отвечает условиям работы МКЦ (наличие полной подработки, длительный характер нагружения, «геометрия» целиков).

Для  имею:

, МПа

по пласту «АБ»:

 МПа

по пласту «Кр.II»:

 МПа

Для Q имею:

, МПа

по пласту «АБ»:

 МПа

по пласту «Кр.II»:

 МПа

Рассчитываю степень нагружения МКЦ по пластам.

по пласту «АБ»:

по пласту «Кр.II»:

Средневзвешенное значение «с» по площади выемки (с учетом геометрических параметров МКЦ):

.

. Рассчитываю величину конечных оседаний на ВГКЧ мульды сдвижения

,

которая для условий данной задачи (, ) имеет вид:

Рассчитываю коэффициенты извлечения руды из недр:

по пласту «АБ»:

по пласту «Кр.II»:

Определяю оседание поверхности :

по пласту «АБ»:

по пласту «Кр.II»:

суммарные оседания:

. Для условий подработки поверхности пластом «АБ» и «Кр.II» при степени нагружения МКЦ более 0,7 () рассчитываю величину оседаний .

, м

Принимаю в качестве  суммарные оседания, вычисленные в п.2, а параметр Z=0 (рис.3).

На момент времени t = 3 года

.

Ответ. При полной подработке толщи пород двумя пластами «АБ» и «Кр.II» с принятыми технологическими параметрами, оседание поверхности на ВГКЧ мульды сдвижения (при постоянной краевой части мульды) составит по истечении трех лет с момента остановки фронта очистных работ .

Заключение

В ходе данной работы были проведены расчеты параметров, характеризующих изменения напряженно-деформированного состояния подрабатываемого массива горных пород. Оседание (сдвижение) земной поверхности в точке «А» при заданных условиях составит 0,5 м. Внутренняя граница краевой части ВГКЧ мульды сдвижения находится на расстоянии 227,6 м от контура выработанного пространства по нижнему из отрабатываемых пластов («Кр.II»). Величина суммарных конечных оседаний поверхности ВГКЧ мульды при рассматриваемых горно-геологических условиях составит 3,44 м. Величина суммарных конечных оседаний поверхности в зоне полной подработки (на расстоянии не менее 227,6 м в направлении отработанного пространства от его контура) при применении технологии добычи руды с закладкой очистных камер по пластам «АБ» и «Кр.II» составит 0,41 м. При степени подработанности поверхности  величина сдвижения при принятых параметрах и технологии ведения очистных работ составит . При полной подработке толщи пород двумя пластами «АБ» и «Кр.II» с принятыми технологическими параметрами, оседание поверхности на ВГКЧ мульды сдвижения (при постоянной краевой части мульды) составит по истечении трех лет с момента остановки фронта очистных работ .

Список литературы

1. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980.

. Борисов А.А. Управление горным давлением. М.: Недра, 1983.

. Галаев Н.З. Управление состоянием массива горных пород при разработке рудных месторождений. М.: Недра, 1990.

. Зильбершмидт В.Г. Технология подземной разработки калийных руд / В.Г. Зильбершмидт, К.Г. Синопальников, Г.Д. Нолянина. М.: Недра, 1977.

. Мозер С.П. Горная геомеханика: физические основы и закономерности проявлений геомеханических процессов при подземной разработке месторождений / СП. Мозер, Е.Б. Куртуков. СПб.: Недра, 2009.

. Пермяков Р.С. Справочник по разработке соляных месторождений / Р.С. Пермяков, О.В. Ковалев, В.Л. Пинский. М.: Недра, 1986.

. Пермяков Р.С. Внезапные выбросы соли и газа / Р.С. Пермяков, Н.М. Проскуряков. Л.: Недра, 1972.

. Проскуряков Н.М. Управление состоянием массива горных пород: учебник для вузов. М.: Недра, 1991.

. Турчанинов И.А. Основы механики горных пород / И.А. Турчанинов, М.А. Иофис, Э.В. Каспарьян. Л.: Недра, 1968.

. Указания по защите рудников от затопления в условиях Старобинского месторождения калийных солей. Мн.: Белгорхимпром и др., 1994.

. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987.

. Христианович С.А. Механика сплошной среды. М.: Недра, 1981.

. Шиман М.И. Предотвращение затопления калийных рудников. М.: Недра, 1992.