Геомеханическое обоснование устойчивости горных выработок под защитным перекрытием : на примере Яковлевского рудника

• Автор: Стрелецкий, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1Л Геологические и гидрогеологические условия Яковлевского месторождения богатых железных руд
Е2 Физико-механические свойства руд, вмещающих пород и закладочного массива
1.3 Анализ опыта разработки рудных месторождений под водоносными горизонтами
1.4 Анализ методов изучения напряженно-деформированного состояния рудного массива вокруг выработок и оценки устойчивости рудных обнажений
1.5 Цель, задачи и методы исследований
1.6 Выводы по главе
ГЛАВА 2 НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РУДНОГО И ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВОВ ЯКОВЛЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
2.1 Методика наблюдений за осадкой рудной потолочины и устойчивостью горных выработок под защитным перекрытием
2.2 Результаты наблюдений за осадкой предохранительного рудного целика
2.3 Результаты натурных наблюдений за состоянием горных выработок,
пройденных под защитным перекрытием
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РУДНОГО МАССИВА ПРИ ПРОХОДКЕ ВЫРАБОТОК ПОД
ЗАЩИТНЫМ ПЕРЕКРЫТИЕМ
3.1 Постановка задачи моделирования
3.2 Анализ результатов численного моделирования напряжённо-деформированного состояния массива при проведении горных выработок прямоугольной формы поперечного сечения под защитным перекрытием
3.3 Анализ результатов численного моделирования напряжённо-деформированного состояния массива при проведении горных выработок трапециевидной формы поперечного сечения под защитным перекрытием
3.4 Выводы по главе
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ И ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, ПРОЙДЕННЫХ ПОД ЗАЩИТНЫМ ПЕРЕКРЫТИЕМ
4.1 Методы обеспечения устойчивости и опыт применения анкерной крепи в горных выработках Яковлевского рудника
4.2 Расчет параметров анкерной крепи выработок, пройденных под защитным перекрытием, по условию закрепления концов анкеров за пределами зоны нарушенных пород
4.3 Натурные испытания прочности закрепления стеклопластиковых анкеров в рыхлых рудах Яковлевского месторождения
4.4 Разработка рекомендаций по выбору рациональной формы поперечного сечения и параметров анкерной крепи горных выработок, пройденных под защитным перекрытием
4.5 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Яковлевское месторождение богатых железных руд с запасами, превышающими 9,6 млрд. тонн, и содержанием железа в руде до 69% имеет большое значение в развитии минерально-сырьевой базы Российской Федерации.
Из-за сложнейших горно-геологических условий, обусловленных наличием 7 высоконапорных водоносных горизонтов в покрывающей толще, низкой прочностью богатых железных руд, высокой пористостью, достигающей 42% и недопустимостью вторичного их обводнения, представляет большие трудности прогнозирование геомеханических процессов в рудном массиве и вмещающих породах, что сдерживает эффективное развитие горных работ при освоении месторождения.
Выполненные испытания руд Яковлевского месторождения показывают, что их прочностные характеристики изменяются в широком диапазоне. По величине предела прочности на одноосное сжатие руды Яковлевского месторождения могут быть разделены на рыхлые, полурыхлые и плотные. Среднее значение предела прочности на одноосное сжатие для рыхлых руд составляет 1,0 МПа, полурыхлых 6,37 МПа и плотных 18,66 МПа.
Для обеспечения безопасной разработки месторождения оставляется предохранительный рудный целик мощностью 65 м и формируется искусственное защитное перекрытие из твердеющей закладочной смеси. Отработка запасов ведется горизонтальными слоями в нисходящем порядке с полной закладкой выработанного пространства.
В результате ведения горных работ происходит изменение напряженно-деформированного состояния вмещающего рудного массива, что приводит к потере устойчивости горных выработок, проводимых под защитным перекрытием, и отрицательно влияет на производственные показатели Яковлевского рудника.
где и( - смещение пород, принятое за типовое, определяемое для «эталонной выработки» в зависимости от значений расчетного сопротивления пород и расчетной глубины расположения выработки; к„, ко, к§, кь, к( - поправочные коэффициенты, учитывающие отклонение условий проектируемой выработки от «типовых» соответственно по углу залегания пород а, углу 9 между вертикалью и направлением рассчитываемого смещения пород, размерам сечения Б выработки, влиянию других выработок (кь), сроку службы Г
Категории и состояния устойчивости пород оцениваются по расчетному смещению (таблица 1.7).
Таблица 1.7 - Показатели устойчивости пород в горизонтальных выработках
Категория устой- чивости Оценка состояния устойчивости Смещения U, мм
осадочные породы изверженные породы соляные породы каменная соль,
I Устойчивое До 50 До 20 До
II Среднеустойчивое Свыше 50 до 200 Свыше 20 до 100 Свыше 200 до
III Неустойчивое Свыше 200 до 500 Свыше 100 до 200 Свыше 300 до
IV Весьма неустойчивое Свыше 500 Свыше 200 Свыше
При прочностном подходе Н.С. Булычевым [45] предложено оценивать устойчивость пород при помощи безразмерных коэффициентов, величина которых принимается на основании практического опыта и натурных наблюдений:
8 = /Хк.К*Х* , (1.23)
К1КАКа
где /- коэффициент крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова, Км,
Кк, К 1у, К,, КА, Ка - коэффициенты, характеризующие соответственно влияние степени трещиноватости пород; число систем трещин; влияние шероховатости стенок трещин; увлажнение пород; влияние раскрытия незаполненных трещин; заполнение трещин раздробленной породой; ориентировку выработки относительно наиболее развитой системы трещин.
В настоящее время на Яковлевском руднике устойчивость рудных обнажений в выработках определяется по критерию напряженности («Указания