Распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных камер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой
Наведені результати моделювання розподілу напружень навколо високої очисної камери другої черги відпрацювання запасів руди в поверсі при системах розробки с твердючим закладанням рудних родовищ в складних гірничо-геологічних умовах на великій глибині. Results of modeling of normal pressure distribut...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33552 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных камер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой / А.М. Кузьменко, В.Ю. Усатый, В.В. Усатый // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 94. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859834495389138944 |
|---|---|
| author | Кузьменко, А.М. Усатый, В.Ю. Усатый, В.В. |
| author_facet | Кузьменко, А.М. Усатый, В.Ю. Усатый, В.В. |
| citation_txt | Распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных камер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой / А.М. Кузьменко, В.Ю. Усатый, В.В. Усатый // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 94. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Наведені результати моделювання розподілу напружень навколо високої очисної камери другої черги відпрацювання запасів руди в поверсі при системах розробки с твердючим закладанням рудних родовищ в складних гірничо-геологічних умовах на великій глибині.
Results of modeling of normal pressure distribution around the high working chamber of the second turn of working out ore reserves in a floor using the systems of development with a hardening backfill of ore deposits in difficult mine-geological conditions on the big depth are given.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:34:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 622.23.01:622.272.6
А.М. Кузьменко, д. т. н.
(ГВУЗ «Национальный горный университет»),
В.Ю. Усатый, к.т.н., директор по производству
(ЗАО «Запорожский железорудныйкомбинат»),
В.В. Усатый
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ГОРНОМ МАССИВЕ
ВОКРУГ ВЫСОКИХ ОЧИСТНЫХ КАМЕР ПРИ РАЗРАБОТКЕ
РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКОЙ
Наведені результати моделювання розподілу напружень навколо високої очисної ка-
мери другої черги відпрацювання запасів руди в поверсі при системах розробки с твердю-
чим закладанням рудних родовищ в складних гірничо-геологічних умовах на великій гли-
бині
DISTRIBUTION OF TENSIONS IN A MINE MASSIF OF AROUND
HIGH CHAMBER DURING DEVELOPMENT OF ORE DEPOSIT WITH
HARDENING BACKFILL
Results of modeling of normal pressure distribution around the high working chamber of the
second turn of working out ore reserves in a floor using the systems of development with a har-
dening backfill of ore deposits in difficult mine-geological conditions on the big depth are given.
1 Введение
При разработке рудной мощной залежи Южно-Белозерского месторожде-
ния на глубине 740-840 м применяется этажно-камерная система с твердею-
щей закладкой и буровзрывная отбойка руды из подэтажных выработок. Вы-
сота очистных камер достигает 100 м при ширине 15-30 м. Днища имеют на-
клонные плоскости. Камерные запасы руды отрабатываются в две очереди.
При изменении технологических параметров камер происходит образование
камер третьей очереди. Выработанное пространство камеры заполняют твер-
деющей закладкой, состоящей и шлаков металлургического передела и доло-
митов, с частичным добавлением породы и цемента.
2 Рассматриваемый вопрос
Отработка очистных камер нижнего горизонта ведется в две очереди. Ка-
меры второй очереди отрабатываются после того, как закладка в камерах пер-
вой очереди наберет необходимую прочность к обнажению и устойчивость к
сейсмическому воздействию. Горные работы по добыче руды ведутся в окру-
жении горного массива, который представлен вмещающими породами, рудой
и закладочным массивом с разной степенью искусственного метаморфизма.
На устойчивость обнажения закладочного массива, руды и вмещающих
пород оказывает влияние форма высоких камер.
Изменение формы очистной камеры может происходить по разным при-
чинам: ухудшением горно-геологических условий разработки месторождения
или совершенствованием систем разработки на разных ее этапах. В данном
случае рассматривается изменение элементов системы разработки, касаю-
щихся кровли и наклонных плоскостей днища камеры. На переходном этапе
от одних к другим параметрам системы разработки неизбежно возникает по-
требность в рассмотрении вариантов расположения подготовительных выра-
боток для обслуживания горных работ.
3 Постановка задачи
При твердеющей закладке выработанного пространства очистной камеры
конфигурация днища камеры становится кровлей. В большинстве случаев
кровля представляет собой конгломерат, состоящий из оставленной руды,
вмещающих пород и закладочного материала. Модули упругости этих пород
имеют разные значения, которые учесть в расчетах практических невозмож-
но. Поэтому по своим физико-механическим характеристикам образованный
конгломерат отличается от закладочного и рудного массива.
Задача решалась методом граничных элементов в форме фиктивных на-
грузок [1]. Вокруг камер разномодульный массив моделировался двумя по-
добластями 1R и 2R с различными физико-механическими характеристиками.
Для этих подобластей рассматривались отдельные краевые задачи, которые
потом связывались условиями непрерывности на поверхности контакта в виде
равенства касательных и нормальных напряжений.
Рассматривалось напряженное состояние горного массива очистных камер
на глубине H 840 м. Модуль упругости 3E и коэффициент Пуассона 3 за-
кладочного массива камер, находящегося с ее боков, принимался равным со-
ответствующим характеристикам руды ( 3 1 3 1,E E ), предел прочности на
сжатие 3)( c = 8 МПа.
Для оценки устойчивости использовался критерий Кулона-Мора, согласно
которому эквивалентные напряжения экв. на контуре выработки не должны
превышать предельно допустимые, определяемые по критерию [1, 2]
cyyxxxyyyxxyyxxэкв
))(1(]4)[(4)()1(
2
1
max 2222
. ,
где /p c .
4 Результаты исследования
Выполненные расчеты показали, что для рассматриваемой глубины разра-
ботки очистная камера сложной формы находится в упругом состоянии, со-
храняя устойчивость при эксплуатации (рис. 1.). Эпюры эквивалентных на-
пряжений имеют наибольшие значения у контура камеры 5,4 МПа в кровле и
3,2 МПа в наклонной части днища. На прямолинейной части вертикальной
стенки камеры повышенные напряжения отмечены на выпуклых участках,
примыкающих к кровле и днище камеры.
а – плоская потолочина; б – зубчатая форма потолочины
Рис. 1 - Эпюры эквивалентных напряжений в массиве очистных камер
второй очереди
При прочности закладочного массива 5 МПа последний имеет запас проч-
ности равен 2, что достаточно для устойчивости закладки к обнажению. Наи-
большая концентрация эквивалентных напряжений наблюдается в кровле на
конечных ее участках 71,0
k . По вертикали и в глубину закладочного
массива напряжения быстро затухают. На расстоянии 5 м от контура коэффи-
циент k уменьшается до 0,43. К центру кровли k снижается до 0,33. В
нижней части боков камеры концентрация напряжений на контуре не превы-
шает 0,51, а в днище – 0,47. Рассматривая распределение эквивалентных на-
пряжений вокруг камеры можно констатировать, что участки кровли, выхо-
дящие за бока камеры, имеют в 2 раза напряжения больше чем в центральной
части кровли и в 1,5 раза, чем у днища. Концентрация напряжений отмечается
на выпуклостях камеры в сторону массива и очистного пространства, а также
при переходе боков камеры к днищу и на острие днища камеры. Их значения
одного порядка и составляют 2,2-3,2 МПа.
Таким образом, установлено количественное отношение эквивалентных
напряжений на контуре сложной формы высокой очистной камеры с учетом
направления выпуклости в массив или на выработанное пространство. Наи-
большая концентрация камеры эквивалентных напряжений (0,71) наблюда-
лась при выпуклости контура в массив, увеличиваясь от обнаженной площади
с последующим монотонным затуханием. При выпуклости контура в сторону
выработанного пространства, напряжения концентрируются у боков камеры
(рис. 2).
1 - в выработанное пространство; 2 - в массив
Рис. 2 - Зависимости изменения эквивалентных напряжений в массиве на выпуклостях
очистной камеры
На выпуклости контура очистной камеры эквивалентные напряжения из-
меняются по полиноминальной зависимости в глубину массива, имея показа-
тели в 2 раза больше в боках кровли и в 1,5 раза, чем в днище (рис. 3).
1- при выпуклости контура
в выработанное пространство; 2 - при выпуклости контура в массив
Рис. 3 - Зависимости изменения эквивалентных напряжений в массиве
наклонных плоскостей днища камеры
1
2
1
2
Взаимосвязь между эквивалентными нормальными напряжениями и их
распространение в глубину массива выражается полиноминальной зависимо-
стью вида σэкв. = -5E-06b
4
+ 0,0007b
3
- 0,031b
2
+ 0,513b - 0,19 при (R
2
=0,98) при
выпуклости контура в камеру и закладочный массив σэкв = 1E-05b
4
- 0,001b
3
+
0,023b
2
- 0,16b + 2,34 при R²=0,95.
Взаимосвязь между эквивалентными нормальными напряжениями и их
распространение в глубину массива в днище камеры выражается полиноми-
нальной зависимостью вида σ = 0,0007b
2
- 0,055b + 2,42 при (R²=0,87) со
стороны рудного массива и σ = 0,0012b
3
- 0,074b
2
+ 1,40b - 4,71 при (R²=0,99)
со стороны закладочного массива.
Несмотря на неравномерность распределения эквивалентных напряжений
вокруг очистной камеры, для рассматриваемой формы днища, обусловленной
технологическими особенностями добычи руды, породный массив нижеле-
жащего этажа находится в упругом состоянии, что является благоприятным
для его последующей отработки.
Распределение эквивалентных напряжений в кровле камеры имеет осо-
бенность, которая выражается в характере формирования напряжений, обу-
словленной сложной формой.
Из изложенного можно сделать вывод, что в пределах одного горизонта
существенное влияние на распределение напряжений вокруг очистной каме-
ры оказывает ее конфигурация, а не глубина ведения горных работ. Днище
камеры находится глубже на 100 м за потолочину, а коэффициент концентра-
ции эквивалентных напряжений в 1,5 раза меньше.
Выводы
Изменение кривизны контура является концентратором напряжений, что
явно выражено в рассматриваемом сечении камеры. Парадоксально, но у
днища камеры коэффициент концентрации эквивалентных напряжений имеет
небольшое значение, несмотря на весьма изрезанный контур.
Это позволяет прогнозировать устойчивость сложного контура высоких
очистных камер, находящихся в окружении закладочного массива, и форму-
лировать требования к прочности закладочного массива.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Крауч С., Старфилд А. Методы граничных элементов в механике твердого тела. - М.: Мир, 1987. – 328
с.
2. Парчевский Л.Я., Шашенко А.Н. О величине внутреннего трения в задачах предельного состояния.– В
кн. : Горное давление в капитальных и подготовительных выработках. – Новосибирск: ИГД СО АН СССР,
1981, - С. 32-35.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33552 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:34:19Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кузьменко, А.М. Усатый, В.Ю. Усатый, В.В. 2012-05-28T16:32:08Z 2012-05-28T16:32:08Z 2011 Распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных камер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой / А.М. Кузьменко, В.Ю. Усатый, В.В. Усатый // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 94. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33552 622.23.01:622.272.6 Наведені результати моделювання розподілу напружень навколо високої очисної камери другої черги відпрацювання запасів руди в поверсі при системах розробки с твердючим закладанням рудних родовищ в складних гірничо-геологічних умовах на великій глибині. Results of modeling of normal pressure distribution around the high working chamber of the second turn of working out ore reserves in a floor using the systems of development with a hardening backfill of ore deposits in difficult mine-geological conditions on the big depth are given. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных камер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой Distribution of tensions in a mine massif of around high chamber during development of ore deposit with hardening backfill Article published earlier |
| spellingShingle | Распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных камер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой Кузьменко, А.М. Усатый, В.Ю. Усатый, В.В. |
| title | Распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных камер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой |
| title_alt | Distribution of tensions in a mine massif of around high chamber during development of ore deposit with hardening backfill |
| title_full | Распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных камер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой |
| title_fullStr | Распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных камер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой |
| title_full_unstemmed | Распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных камер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой |
| title_short | Распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных камер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой |
| title_sort | распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных камер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33552 |
| work_keys_str_mv | AT kuzʹmenkoam raspredelenienaprâženiivgornommassivevokrugvysokihočistnyhkamerprirazrabotkerudnyhmestoroždeniistverdeûŝeizakladkoi AT usatyivû raspredelenienaprâženiivgornommassivevokrugvysokihočistnyhkamerprirazrabotkerudnyhmestoroždeniistverdeûŝeizakladkoi AT usatyivv raspredelenienaprâženiivgornommassivevokrugvysokihočistnyhkamerprirazrabotkerudnyhmestoroždeniistverdeûŝeizakladkoi AT kuzʹmenkoam distributionoftensionsinaminemassifofaroundhighchamberduringdevelopmentoforedepositwithhardeningbackfill AT usatyivû distributionoftensionsinaminemassifofaroundhighchamberduringdevelopmentoforedepositwithhardeningbackfill AT usatyivv distributionoftensionsinaminemassifofaroundhighchamberduringdevelopmentoforedepositwithhardeningbackfill |