Отчет о результатах работы над диссертацией в I-м семестре (сентябрь2012 - декабрь 2012)

Схема расположения демонтажной выработки в выемочном столбе приведена на рисунке 1. Как видно из рисунка демонтажная выработка с одной стороны примыкает к ранее отработанной лаве № 83 и испытывает влияние не только временного опорного давления от собственной лавы № 87, но и остаточного опорного давления от лавы № 83. С другой стороны демонтажная выработка находится в "массиве". Выполним расчет устойчивости демонтажной выработки для этих двух участков. Центральная часть выработки будет находиться в условиях близких к "массиву". Расчет устойчивости выработки, как отмечалось выше, выполню с учетом методики, изложенной в работе [7]. При этом, приведенные в работе номограммы, таблицы, которые используются при расчетах опускаю (из-за большого объема информации) и не привожу в отчете.

1) Расчет для участка  выработки примыкающего к массиву

Конвергенция рассчитывается по формуле:

, где              (2) [2.1]

V_о - средняя скорость конвергенции «кровля-почва» за пределами зоны временного и остаточного опорного давления (зоны влияния очистных работ)(таблица 2.5)[7], мм/год;

t   -  срок службы выработки (время поддержания), лет;

U₁ - относительная конвергенция «кровля-почва» выработки со стороны массива в зоне временного опорного давления собственной лавы, мм/м, (рис. 2.2) ;

h   -  высота выработки, м;

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Выкопировка из плана горных работ в лаве № 87 гор.-430 м

рудника 1 РУ в заключительной стадии доработки столба

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К₁   -  коэффициент, учитывающий влияние соседних выработок (таблица 2.6), К₁=1;

К₂ -   коэффициент, учитывающий пролет выработки, К₂ =1.

V_о определяется интерполяцией и принимает значение равное 4,0мм/год 

Ширину целика для  определения U1 принимаю равной 60, 40, 20, 10 м, следовательно U1 будет равняться соответственно 0, 1, 3, 5 мм/м.

В нашем случае под  шириной целика понимается и принимается  расстояние до фронта очистных работ (забоя) лавы № 87. Тогда

U(60)=(4,0*0,25+0)*1*1*3,0=3,0мм;

U(40)=(4,0*0,25+1)*1*1*3,0=6,0мм;

U(20)=(4,0*0,25+3)*1*1*3,0=12,0мм;

U(10)=(4,0*0,25+5)*1*1*3,0=15,0мм.

 

2) Расчет для  участка выработки примыкающего  к отработанному пространству

Конвергенция рассчитывается по формуле:

                  

, где                    (3) [2.3]

U₂ - относительная конвергенция «кровля-почва» выработки со стороны выработанного пространства смежной лавы в зоне временного опорного давления собственной лавы, мм/м, рис2.3);

 - относительная конвергенция «кровля-почва» выработки в зоне остаточного опорного давления смежной лавы, мм/м, (рис. 2.4);

Ширину целика, как  и в предыдущих расчетах, принимаю равную 60, 40, 20 м (10 м не принимается в расчет из-за отсутствия данных), соответственно  U₂ = 0, 8, 20 мм/м; = 15, 17, 27 мм/м.

U(60) = (4,0*0,25+0+15)*1*1*3 = 48 мм

U(40) = (4,0*0,25+8+17)*1*1*3 = 60 мм

U(20) = (4,0*0,25+20+27)*1*1*3 = 144 мм

 

На основании выполненных  прогнозных расчетов устойчивости демонтажной  выработки можно сделать следующие  выводы:

- конвергенция "кровля-почва" демонтажной выработки по ее длине неодинакова. Наибольшие значения отмечаются со стороны ранее отработанной смежной лавы № 83;

-  со стороны ранее отработанной лавы, даже на расстоянии 20м от забоя лавы № 87, демонтажная выработка накапливает конвергенцию, которая превышает предельно допустимые значения

                          U ≤ 0,03b, где                                                      (4)

b- ширина выработки, м;

в нашем случае U ≤ 0,03*3,0 = 0,09 м или 90 мм.

- для поддержания выработки в безопасном состоянии необходимо принимать меры ее охраны и крепление анкерной крепью.

Применение  анкерной крепи.

 

Как показал предыдущий раздел отчета демонтажная выработка нуждается в мерах охраны и креплении. В качестве меры охраны, согласно таблице 2.7[7],принимаю компенсационную щель в кровле выработки.

Проведение  компенсационной щели в подготовительных (а в нашем случае демонтажной) выработках на стадии отработки выемочного столба должно осуществляться впереди лавы вне зоны влияния временного опорного давления. Протяженность зоны временного опорного давления (L) определяется по формуле:

                     L = -38,6 + 0,29Н – 0,000079Н², м                         (5) [3.1]

L = -0,38 + 0,29*450 – 0,000079*450² = 75,9 м

В подготовительных выработках, расположенных со стороны  отработанного  или отрабатываемого с опережением  смежного выемочного столба, компенсационные  щели проводятся на расстоянии не менее 1,5L, т.е 1,5*75,9 = 113,85 м.

 

Глубина компенсационной щели  h_щ определяется из выражения:

 

                                           ≥  0,25b ± 0,2, где,                                  (6) [3.2]

где b  - ширина выработки, м.

 

h_щ ≥ 0,25*3.0 = 0.75 м

Принимаю  глубину компенсационной щели равную 0,8 м.

 

Расчет параметров анкерной крепи

Исходными  данными для выполнения расчетов являются:

– геологический  разрез пород кровли на высоту 2,0 м  в масштабе 1:1 или же в масштабе 1:10, 1:20 с указанием на геологическом разрезе количества и общей мощности прочных слоев. Данные взяты со скважины № 563;

– сведения о  форме поперечного сечения, размерах выработки в поперечном сечении (в том числе ширине выработки в наиболее широкой части), и в плане (для выработок камерного типа и сопряжений);

– сведения о  расположении выработки и соседних, пройденных от нее на близком расстоянии;

– глубина  заложения выработки;

– схема ведения  горных работ (для подготовительной выработки);

– конструктивные и силовые параметры анкерной крепи;

– проектируемые  способы охраны.

 

Расчет параметров установки анкерной крепи включает в себя:

– расчет необходимой  мощности скрепляемых анкерами КАМВ пород или высоты зоны возможного обрушения для анкеров КАЗ;

– расчет полной длины анкера и выбор ближайшего типоразмера крепи;

– определение  расстояния между анкерами (шага установки  анкеров по длине выработки);

– определение  количества рядов анкерной крепи (шага установки анкеров по ширине для  расширенных выработок, сопряжений, камер, перерубок).

Необходимая мощность скрепляемых анкерами КАМВ пород М_min в кровле выработок при использовании в качестве способа охраны компенсационных щелей рассчитывается по формуле:

 

                 М_min = h_щ + , где  (7) [4.3]

 

γ    – объемный вес пород в массиве, кН/м³;  γ = 21 кН/м³;

– усредненный предел прочности  пород на сжатие, МПа, принимается в соответствии с типом кровли по таблице А.1

 Приложение А [7];

Р_х  – нагрузка от сил бокового распора пород на скрепленную анкерами кровлю, кН/м². Значение  Р_х определяется из выражения:

 

Р_х  = , где                           (8) [4.2]

 

, , - коэффициенты, учитывающие соответственно влияние очистных работ, способ охраны и концентрацию напряжений в зоне выработок,  принимаются по таблицам  В.1, В.2, В.3 Приложение В[7];

Учитывая данные таблицы  В.3, из-за отсутствия в ней позиции  связанной с демонтажной выработкой, принимаю коэффициент = 2,0(на основании фактических данных, подлинных в лаве № 87).

n_уср - усредненный коэффициент Пуассона, принимается в зависимости от типа кровли по таблице А.1, Приложение А[7].

 

Р_х = 3,0*0,5*2,0*450*21*

= 15265 кН/м²

М_min = 0,8 + ³

= 0,81 м

При использовании  анкеров КАЗ для крепления  «козырьков» и «утюгов» в районе сводчатых частей кровли выработки охраняемой компенсационными щелями, высоту зоны возможного обрушения пород следует рассчитывать по формуле:

                                                 h_обр = h_щ + 0,3 м                                   (9) [4.6]

 

h_обр = 0,8 + 0,3 = 1,1 м

Расчетная полная длина  анкера  ℓ  определяется по формулам:

 

– для анкеров КАМВ

 

    ℓ = М_min + ℓ_п , м                                      (10) [4.7])

 

где  ℓ_п   – пассивная длина анкера, м; при отсутствии подхвата ℓ_п  принимается равной 0,05 м

ℓ = 0,81 + 0,05 = 0,815 м

– для анкеров КАЗ

ℓ = h_обр + ℓ₃ + ℓ_п , м ,                                 (11) [4.8]

где  ℓ_З    – длина замковой части анкера, заглубленная в массив за пределы зоны возможного обрушения пород, м; ℓ_З ≥ 0,3 м.

ℓ = 1,1 + 0,3 + 0,05 = 1,45 м

Для крепления выработки  принимается анкер ближайшего большего типоразмера. Необходимо учитывать, что концы анкеров замковой  конструкции должны располагаться в слоях каменной соли либо сильвинита. В нашем случае применения для охраны выработки вертикальной компенсационной щели в кровле длина анкеров должна быть не менее высоты щели или величины превышения кровли разгружающей выработки над кровлей охраняемой выработки. Таким образом принимаю длину анкеров:

– длину анкеров КАМВ принимаю равной 0,9 м, что соответствует стандартным типоразмерам;

– длину анкеров КАЗ принимаю равной 1,5 м, что соответствует стандартным типоразмерам.

 

 

Шаг установки анкеров  КАМВ в ряду (а_р) определяется исходя из условия устойчивости нижнего слоя кровли по формуле:

 

а_р ≤  , где                      (12) [4.9]

 

  m_п   – мощность пачки соляных пород по геологическому разрезу от кровли до первого глинистого прослойка мощностью более 3 мм или же до группы тонких глинистых прослойков суммарной мощностью более 3 мм, сосредоточенных в количестве трех и более на 1 см разреза кровли, м;

К₅  – коэффициент, равный 1,0 для подготовительных выработок;

 

а_р ≤

= 0,89 м

Необходимое количество рядов крепи (n) в поперечном сечении протяженной выработки рассчитывается по формуле:

 

               n = 1,8 · b / а_р – 2,6                                          (13) [4.11]

                            n = 1,8*3,0/0,89 – 2,6 = 3,46 

Количество рядов округляем  до ближайшего значения, кратного 0,5 и  получаем 3,5.

Шаг установки анкеров  КАЗ в ряду (а_р) определяется исходя из условия подвешивания приконтурных пород кровли выработки по формуле:

 

а_р ≤ , где                           (14) [4.12]

R₃  – несущая способность анкера  КАЗ, кН; принимается по таблице 4.2[7];

n  – количество рядов анкерной крепи, принимается равным 2[7].

 

а_р ≤

= 1,94

Количество рядов округляем  до ближайшего значения, кратного 0,5 и  получаем 2,0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненного анализа научно-технических и  патентных источников, результатов ранее выполненных исследований устойчивости горных выработок, выполненных различными учеными, результатов прочностных расчетов устойчивости демонтажных выработок, выполненных автором по существующей и действующей методике можно сделать следующие выводы.

1. Устойчивость горной выработки и ее безопасное поддержание зависит от:

• правильного выбора привязки ее кровли относительно пласта с учетом геологического строения пород кровли и пород пласта на конкретном участке шахтного поля;

• знаний прочностных свойств соляных пород и их учета в расчетах;
• линейных размеров выработок;
• правильного выбора способов охраны и крепления выработок.

2. Для корректировки методики расчета устойчивости выработок и их поддержания применительно к расчету устойчивости демонтажных выработок необходимо провести соответствующие исследования в различных горно-геологических и горнотехнических условиях рудников ОАО «Беларуськалий».

 

 

 

 

 

                                  Магистрант                              Мозговенко М.С.

 

Отчет проверил и рекомендую к утверждению

 

Научный руководитель, д.т.н.                             Губанов В.А.