Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Определение физико-механических свойств горных пород 10
1.1 Обзор методов определения физико-механических свойств горных пород 10
1.2 Методика проведения испытаний свойств горных пород 22
1.3 Испытания физико-механических свойств пород месторождений ао апатит 30
1.4 Связь свойств горных пород в образце и массиве 41
1.5 Вывод по главе 1 47
Глава 2 Методика оценки состояния породного массива при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых 48
2.1 Анализ методов прогноза устойчивости уступов и бортов карьеров 48
2.2 Методика оценки напряженного состояния породного массива при отработке месторождений полезных ископаемых 55
2.3 Сравнительный анализ критериев устойчивости бортов карьеров
2.4 Выводы по главе 2 66
Глава 3 Прогнозирование формирования зон нарушения устойчивости борта карьера в зоне влияния крупных техногенных трещин 68
3.1 Классификация массива горных пород по трещиноватости 68
3.2 Особенности перехода от свойств горных пород в образце к свойствам в массиве 71
3.3 Влияние угла наклона уступа на устойчивость борта карьера 74
3.4 Влияние крупных техногенных трещин на устойчивость бортов карьера 80
3.5 Влияние крупных техногенных трещин на устойчивость бортов карьера центральный ао “апатит” 91
3.6 Выводы по главе 3 105
Глава 4 Прогнозирование формирования зон нарушений устойчивости бортов карьера при открыто-подземной отработке прибортовых запасов 106
4.1 Особенности отработки месторождений полезных ископаемых открыто-подземным способом 106
4.2 Моделирование напряженно деформированного состояния прибортового массива при отработке руды камерным способом 110
4.3 Оценка влияния открыто-подземной отработки рудной пластовой залежи на устойчивость бортов карьера 146
4.4 Выводы по главе 4 163
Заключение 165
Список литературы 166
- Испытания физико-механических свойств пород месторождений ао апатит
- Методика оценки напряженного состояния породного массива при отработке месторождений полезных ископаемых
- Особенности перехода от свойств горных пород в образце к свойствам в массиве
- Моделирование напряженно деформированного состояния прибортового массива при отработке руды камерным способом
Введение к работе
Актуальность работы.
Управление состоянием массива горных пород и прогнозирование устойчивости откосов и бортов карьеров является одной из важнейших инженерных задач для обеспечения безопасности и эффективности работ при открытом и комбинированном способах разработки месторождений.
Несмотря на многочисленные исследования, проблема обеспечения устойчивости бортов карьеров, в силу своей сложности и разнообразия горно-геологических и гидрогеологических особенностей месторождений, остается актуальной. Практика показывает, что почти все открытые горные работы во всех странах мира сопровождаются оползневыми явлениями.
Стремление предприятий при доработке карьера извлечь законтурные запасы руды обусловлено тем, что позволяет сократить потери полезного ископаемого, увеличить срок деятельности карьера и получить дополнительную прибыль. Анализ литературных источников по применению комбинированной разработки показал, что около 18% предприятий разрабатывают прибортовые запасы, а 25% рудников осуществляют добычу локальных залежей, расположенных в бортах карьеров.
Исследованию причин, вызывающих обрушение уступов и бортов карьеров, и методов определения параметров устойчивости уделено большое внимание. Наибольший вклад в развитие научного направления - геомеханики открытых горных работ внесли А.И. Арсентьев, Э.Л.. Галустьян, А.М. Гальперин, А.М. Демин, А.И. Ильин, Н.Н. Маслов, Н.В. Мельников, Е.А. Несмашный, Ю.М. Николашин, М.Е. Певзнер, С.3. Полищук, И.И. Попов, В.В. Ржевский, В.В. Соколовский, К. Терцаги, К.Н. Трубецкой, Г.Л. Фисенко, В.К. Цветков, П.М. Цимбаревич, Н.А. Цытович, Г.И. Черный, А.Г. Шапарь, П.С. Шпаков, И.Ю. Рассказов, М.В. Рыльникова, Каплунов Д.Р. и другие ученые.
На практике большее распространение нашли методы, основанные на нахождении предельной поверхности ослабления лежащей в борту карьера. Наиболее универсальным для оценки устойчивости бортов и откосов в реальных горно-геологических условиях является метод векторного сложения сил, учитывающий реакции между
блоками, на которые по определенным признакам разбивается призма возможного обрушения. При этом в расчетных моделях принимаются определенные допущения.
Следует отметить, что в инструкции по устойчивости бортов карьеров сказано, что метод алгебраического сложения сил не учитывает реакции между блоками и исходит из того, что призма возможного обрушения деформируется как единое целое. Поэтому рассчитанный этим методом коэффициент запаса отличается от фактического. Величина этого несоответствия зависит от высоты карьера, угла падения борта и угла внутреннего трения пород. Максимальная разница между расчетным значением коэффициента запаса и фактическим может достигать 20%.
Одним из мало учитываемых факторов при проектировании карьеров, является формирование в прибортовом массиве крупных техногенных трещин, существенно влияющих на устойчивость уступов и бортов. Анализ научно технической литературы показывает, что влияние крупной техногенной трещины на устойчивость уступов и бортов карьера исследовано не в полной мере. Поэтому необходимо установить степень ее влияния на предельные параметры устойчивости бортов карьера при различном ее расположении, что, в конечном счете, напрямую влияет на безопасность ведения горных работ.
Считаем, что крупная техногенная трещина это разрывное нарушение породного массива, образовавшееся в процессе ведения карьерной выемки. Ее длина сопоставима с наклонным размером уступа или нескольких уступов. Природа образования такой трещины зависит от структурных особенностей строения прибортового массива, физико-механических свойств пород, раскрытия природных трещин или тектонических нарушений.
Несмотря на значительные достижения в методах оценки устойчивости прибортового массива, в настоящее время не разработаны надежные методы их расчетов при наличии в породном массиве крупных техногенных трещин. Отсутствие методики оценки степени влияния крупных техногенных трещин, произвольно ориентированных относительно поверхности борта карьера, не всегда приводит к принятию оптимальных параметров устойчивых уступов и бортов.
Поэтому исследование, направленное на установление влияния крупных техногенных трещин на борт карьера, а так же влияния
подземной отработки полезного ископаемого в прибортовом массиве, является актуальной задачей.
Цель работы - обеспечение устойчивости бортов карьеров с учетом влияния крупных техногенных трещин и подземной отработки прибортовых запасов.
Идея работы – устойчивость бортов карьеров обеспечивается учетом горно-геологических условий и физико-механических свойств горных пород, в том числе в зонах влияния крупных техногенных трещин и подземной отработки прибортовых запасов.
Основные задачи исследований:
определить физико-механические свойства пород прибортового массива, для построения математической модели;
выявить закономерности влияния крупных техногенных трещин на устойчивость бортов карьера;
определить безопасное расстояние, от камер до борта карьера, для ведения горно-добычных работ комбинированным способом;
определить безопасное расстояние от очистной выработки до кромки борта карьера, при которой возможна комбинированная отработка полезного ископаемого.
Методы исследований. Работа выполнена с использованием комплекса методов исследований, включающего анализ отечественной и зарубежной литературы, проведение испытаний по определению физико-механических свойств пород прибортового массива, численное моделирование напряженно-деформируемого состояния прибортового массива.
Научная новизна:
-
Установлены закономерности влияния крупных техногенных трещин на устойчивость, как в отдельных уступах, на борт карьера, в зависимости от геометрии расположения и расстояния от трещины до борта карьера.
-
Выявлены закономерности влияния подземных горных работ на устойчивость борта карьера, при отработке полезного ископаемого комбинированным способом.
Основные защищаемые положения:
1. Расположенные в породном массиве крупные техногенные трещины параллельные линии наклона борта оказывают влияние на устойчивость борта карьера при их расположении до 40 м от борта.
-
Параметры системы камерной отработки мощных рудных залежей в прибортовом массиве зависят от удаленности отрабатываемого слоя от дна карьера, причем при минимальном расстоянии 50-100 метров от первой камеры до борта карьера на любом горизонте, максимальные горизонтальные смещения не превышают 5 см, что является безопасным значением смещений для обеспечения устойчивости борта карьера.
-
Параметры отработки пластовых рудных залежей в прибортовом массиве зависят от удаленности отрабатываемого пласта от дна карьера, причем при расстоянии 240-520 метров от фронта очистных работ до борта карьера на любом горизонте, максимальные горизонтальные смещения не превышают 35 см, что является безопасным значением смещений для обеспечения устойчивости борта карьера.
Практическая значимость работы заключается в разработке методики расчета параметров напряженно-деформированного состояния прибортового массива, находящегося в условиях влияния крупных техногенных трещин и подземной отработки полезных ископаемых в прибортвом массиве.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов использованием новейшего прессового оборудования лаборатории физико-механических свойств и разрушения горных пород Научного центра геомеханики и проблем горного производства Национального минерально-сырьевого университета «Горный» при выполнении испытаний образцов горных пород; моделированием напряженно-деформированного состояния прибортового массива в рамках сертифицированного программного комплекса для ЭВМ UDEC 5.0.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на заседаниях кафедры безопасности производств, на заседаниях научно-технического совета по работе с аспирантами Национального минерально-сырьевого университета «Горный», а также на конференциях:
1. «Промышленная безопасность предприятий минерально-сырьевого комплекса в ХXI веке», (С.-Петербург, 2014), «Глубокие карьеры»;
-
II Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Глубокие карьеры», (Апатиты, 2015);
-
«Международная научно-практическая конференция, посвященная 110-летию горного факультета», (С.-Петербург, 2015).
Личный вклад автора заключается в анализе существующих методов оценки устойчивости бортов карьера; в проведении испытаний по определению физико-механических свойств пород карьера Центральный АО «Апатит»; в разработке дискретно-элементных моделей; выполнении численных экспериментов и анализе полученных результатов и формулировке выводов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи, в изданиях рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы
Диссертационная работа изложена на 175 страницах машинописного текста, содержит введение, 4 главы и заключение, список использованной литературы из 101 наименования, 156 рисунков и 42 таблицы.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.т.н. В.В. Зубкову, проф. В.П. Зубову, к.т.н. М.Д. Ильинову, сотрудникам Научного центра геомеханики и проблем горного производства «Санкт-Петербургского горного университета» и специалистам АО “Апатит” за помощь в проведении исследований, полезные советы и конструктивные замечания при обсуждении результатов исследований.
Испытания физико-механических свойств пород месторождений ао апатит
Подготовка образцов горных пород к лабораторным испытаниям включает операции разгерметизации проб (извлечения из оболочки), очистку их поверхностей, изготовление цилиндрических образцов требуемых размеров путем обработки на специальном керноотрезном и шлифовальном оборудовании и укладку изготовленных образцов в эксикаторы на хранение.
Для подготовки образцов к испытаниям используется следующее оборудование: 1) камнерезный станок DIMAS TS 350 E; 2) шлифовальный станок STRASSENTEST Baustoff-Prufsysteme; 3) шлифовальная планшайба МС-1. Камнерезный станок DIMAS TS 350 E применяли для высокопроизводительной поперечной разрезки кернов горных пород на цилиндрические образцы с плоскими торцами.
Размеры изготавливаемых образцов пород выбирали с учетом требований стандартов на методы испытаний и наличия разнообразных по составу и ориентации поверхностей ослабления. Подготовка поверхностей образцов производилось с удовлетворением стандартных требований: отклонение от плоскостности торцевых поверхностей - не более 0,02 мм; отклонение от перпендикулярности длинной оси образца - не более 0,06 мм на 60 мм длины; отклонение от прямолинейности боковых поверхностей - не более 0,3 мм по всей длине образца.
Для последующей обработки результатов испытаний (расчета значений поперечной деформации и площади поперечного сечения образца) использовали величину среднего диаметра. Для этого диаметр образца измеряют электронным штангенциркулем в трех местах по высоте (в середине и у торцов) в двух взаимно перпендикулярных направлениях, с точностью не более 0,1 мм. За средний диаметр принимают среднее арифметическое результатов всех измерений. Высоту образца измеряют с точностью не более 1 мм. Определение деформационных показателей горных пород.
Деформационные показатели (модуль упругости Еу и коэффициент Пуассона//) определяли в соответствии с ГОСТ 28985-91 [5] одновременно с определением прочности при одноосном сжатии.
Сущность метода заключается в измерении сжимающей силы, приложенной к торцам цилиндрического образца, продольных и поперечных деформаций его, вызванных этой силой. Расположение датчиков деформаций на образце Деформационные характеристики определялись в обязательном (для данного вида механических испытаний) диапазоне осевых напряжений от 5 до 50% от величины предела прочности при одноосном сжатии.
График зависимости напряжения сжатия от продольных и поперечных относительных деформаций образца Модуль упругости Еу и коэффициент Пуассона /л определялись по формулам: Е _СГ" г1 -г1 ; (19) 1 -1 JU= 2к 2п 1 1 -1 1 (1-Ю) где егп и сгк - значения сжимающего напряжения в диапазоне частичной разгрузки образца; є1 ; є1 ; 1 и 1 - частные значения продольных и In Ik 2n 2k поперечных относительных деформаций при частичной разгрузке образца. Определение предела прочности при одноосном растяжении (Бразильский метод). Определение предела прочности при одноосном растяжении выполнялось в соответствии с косвенным «бразильским» методом испытаний, рекомендованным международным геомеханическим обществом ISRM [3].
Сущность метода заключалось в измерении разрушающей силы, приложенной к образцу через стальные встречно направленные плиты специальной формы.
Испытания «бразильским» методом выполнялось на цилиндрических образцах, диаметр D которых соответствовал диаметру кернов, при этом длина t приблизительно равнялась диаметру D. Для определения предела прочности при одноосном растяжении цилиндрические образцы, были подвергнуты раскалыванию путем сжатия между плитами в сооснике (из комплекта универсальной электромеханической испытательной машины MTS Insight 200SL (820.200 SL) № 1344969, США), установленном в универсальной гидравлической испытательной машине ZD 100 № 283/65/50 (WERKSTOFFPRUFMASCHINEN, Германия), рассчитанной на нагрузку до 1000 кН с погрешностью +0,5 кН. Предел прочности при одноосном растяжении at вычисляли по формуле: а=0,636—, МПа , (1.11) Dгде P - разрушающая сила, Н; D - диаметр образца, мм; t - толщина образца в плоскости нагружения, мм. Под правильным разрушением понимается разрушение в плоскости приложения нагрузки, под неправильным – скол или расслоение образца. Рисунок 1.22 - Образец после испытаний «бразильским» методом Определение предела прочности при одноосном сжатии. Предел прочности горных пород при одноосном сжатии c определяли в соответствии с ГОСТ 21153.2-84 [6]. Сущность метода заключается в измерении максимальной разрушающей силы, приложенной к торцам образца правильной формы через стальные плоские плиты. Рисунок 1.23 - Схема испытаний на одноосное сжатие (1 – накладная пята; 2 – подкладная пята; 3 – верхняя пята; 4 – обойма; 5 – образец; 6 – нижняя плита) При определении предела прочности при одноосном сжатии цилиндрические образцы непрерывно подвергали нагрузке со скоростью 0,5-1,0 Мпа/сек до разрушения на сервогидравлической испытательной сиcтеме MTS 816 (MTS, CША), рассчитанном на нагрузку до 1500 кН. Предел прочности при одноосном сжатии ас вычисляли по формуле: сгс=5 , МПа (1.12) где Рразр - разрушающая образец сила, кН; Sо - площадь поперечного сечения образца, см2. Определение коэффициента крепости по М.М. Протодъяконову. Коэффициент крепости по Протодьяконову по ГОСТу 21153.1-75.[7] Сущность метода заключается в определении коэффициента крепости, который пропорционален отношению работы, затраченной на дробление горной породы к вновь образованной при дроблении поверхности, оцениваемой суммарным объемом частиц размером менее 0,5 мм.
Методика оценки напряженного состояния породного массива при отработке месторождений полезных ископаемых
Следует отметить, что моделирование сплошных сред лучше всего подходит для анализа объекта из неповрежденных или слабых горных пород. В большинство таких программ включены средства для учета разрывных нарушений, но они не предназначены для анализа блочных сред. Характерные его преимущества и недостатки обсуждаются в работе [46].
В последние годы подавляющее большинство публикаций по анализу бортов карьеров для сплошных сред посвящено использованию 2D конечно разностной программы FLAC [47]. Эта программа включает широкий выбор моделей среды для характеристики породного массива в сочетании с возможностью гидромеханического и динамического моделирования.
Понятно, что 2D программы невозможно использовать для неоднородных массивов сложной структуры и литологии. Недавно появившиеся 3D программы FLAC3D [47] и VISAGE [48] позволяют исследователю проводить 3D анализ устойчивости бортов карьеров на настольном компьютере. Хотя программы для однородной среды являются чрезвычайно полезными при анализе механизма разрушения горных пород карьера, но за результаты расчетов несет ответственность исследователь, т.е. он должен проверить, являются ли они представительными на данной стадии рассмотрения. В тех случаях, когда породный массив содержит множество систем трещин, которые формируют механизм разрушения, более целесообразно использовать методы расчета для неоднородных сред.
Метод расчета для дискретной среды (метод отдельных элементов). Для его использования требуются: детальная геометрия объекта и разрывных нарушений; жесткость контактов и прочность на сдвиг; исходное напряженное состояние.
Его преимущества: деформируемые блоки и их взаимное перемещение относительно друг друга; возможность моделирования сложного взаимодействия (сочетание материалов и разрывов, гидромеханический и динамический анализ); возможность оценить степень влияния отдельных параметров на устойчивость системы породных блоков. Его ограничения: пользователь обязан соблюдать надлежащую практику моделирования. При использовании метода отдельных элементов породный массив может быть представлен как совокупность жестких или деформируемых блоков. Возможен анализ скольжения по контактам блоков, открытие/закрытие разрывных нарушений за счет контролируемых нормальной и сдвиговой жесткости контактов. Наиболее популярными программами метода отдельных элементов являются UDEC [47] и 3DEC [47, 49-50], которые используют закон сила-смещение в специальном итерационном процессе между деформируемыми блоками и второй закон движения Ньютона, обеспечивая требуемые смещения.
Программа UDEC особенно хорошо подходит для задач, связанных с разрывными средами, и широко используется в расследовании оползней и устойчивости бортов разрезов. Влияние внешних факторов, таких как подземная добыча, землетрясения и давление грунтовых вод на скольжение и деформацию породных блоков также может быть смоделировано.
Например, в [50] приведен анализ крупного оползня, произошедшего в провинции Альберта, Канада. Это исследование иллюстрирует роль подземной добычи угля у подножия горного склона.
В работе [51-52] иллюстрируется использование UDEC при моделировании устойчивости склона при его подработке шахтой Luscar (Альберта, Канада). Результаты численного анализа на устойчивом и неустойчивом склонах, дали ценную информацию для дальнейшего планирования горных работ. Объединенные методы расчета. Для их использования требуются вся информация как для методов, представленных выше. Его преимущества: построение общей FEM/DEM модели, например, для моделирования распространения трещин и разрушения блочных и слоистых сред.
Его ограничения: такие методы требуют много памяти и мощные процессоры; сравнительно малый опыт их использования; требует постоянных уточнений. Комбинированный анализ, включающий методы предельного равновесия и конечных элементов реализован, например, в программе GEO-SLOPE [53]. Другие гибридные численные модели, использующиеся в геомеханике, объединяли BEM/FEM, BEM/DEM методы и FLAC3D/PFC3D [54].
Гибридные программы с процедурой перестройки сетки элементов, такие как ELFEN [55], были успешно применены для моделирования интенсивной трещиноватости в подработанных породах и обрушении кровли [55]. Авторы этой программы в настоящее время исследуют возможность ее использования при моделировании процессов разрушения бортов карьеров.
В заключение следует отметить, что в настоящее время существует достаточное количество программ для анализа напряженного состояния породного массива при отработке месторождений полезных ископаемых. Например, в обзоре, представленном в Интернете, зафиксировано более 100 программ. Поэтому следует очень тщательно подходить к выбору требуемого программного продукта. При этом многие программы, в первую очередь коммерческие, разработаны с использованием новейших компьютерных технологий и имеют хороший пользовательский интерфейс. Однако существует проблема – как эффективно использовать их и получать надежные результаты.
Особенности перехода от свойств горных пород в образце к свойствам в массиве
Проблема оптимизации конструкций бортов карьеров всегда актуальна для открытых горных работ, так как неразрывно связана с возможностью радикального сокращения затрат на эксплуатацию месторождения в целом за счёт снижения объёмов вскрышных работ, либо роста доли отработки запасов месторождения эффективным открытым способом при экономически приемлемом коэффициенте вскрыши.
Одной из важнейших характеристик карьеров, влияющей на многие другие и общую экономичность открытых горных работ, является угол наклона борта. Например, увеличение угла наклона борта карьера с 400 до 50 приводит к увеличению выемки запасов руды на 40% при сохранении прежних размеров карьера в плане. Поэтому необходимо проводить геомеханическое обоснование угла наклона борта карьера.
Авторами [83-84] установлено, что при угле падения в уступе 750 фактор безопасности достигает значения FS=4.84 (сетка 5 м) и FS=4.32 (сетка 10 м), т.е. после сгущения сетки значение фактора безопасности увеличилось в 1.12 раза.
Расчеты этой же ситуации по программе UDEC показали – FS=4.34 (сетка 10 м) и FS=4.26 (сетка 5 м), т.е. после сгущения сетки значение фактора безопасности уменьшилось в 1.02 раза. Следует отметить, что смещения при этом возросли – горизонтальные от 6 см до 16 см, а вертикальные от 5 см до 9 см, т.е. в 2.7 и 1.8 раза соответственно. Следовательно, при увеличении угла падения уступа на 50 фактор безопасности снизился в 1.05 раза, но общее состояние борта карьера остается устойчивым. Рассмотрим вариант построения борта карьера при угле падения в уступе 800. Расчеты по программе UDEC показали, что величина фактора безопасности составляет FS=4.14 (сетка 10 м), т.е. в 1.1 раза меньше чем при угле падения 700. Максимальные горизонтальные смещения при этом достигают 2 см, а вертикальные – 2.5 см.
Схема 2. По результатам геомеханических исследований [83-84] было подтверждена и обоснована принципиальная устойчивость бортов с углами наклона 60 в случае отсутствия неблагоприятно ориентированных плоскостей ослабления. Для высокопрочных пород авторами предложена схема карьера с вертикальными откосами уступов (рисунок 3.4). Рисунок 3.4 - Конструкция борта карьера с вертикальными откосами уступов
Известно, что при анализе состояния прибортового массива в реальных условиях следует учитывать некоторые факторы, которые снижают значения этих показателей. К ним относятся, например, природные условия, взрывная отбойка руды и другие факторы. Поэтому, при оценке фактора безопасности следует проводить расчеты для некоторого диапазона изменения свойств породного массива. В первую очередь это касается сцепления.
В таблице 3.2 приведены значения фактора безопасности для трех типов пород в прибортовом массиве (таблица 3.2).
Результаты расчетов показали, что при увеличении угла внутреннего трения фактор безопасности возрастает, а при снижении сцепления он уменьшается. При этом модуль упругости существенного влияния на его величину не оказывает. Таблица 3.2 – Значения фактора безопасности для трех типов пород
Следует отметить, что фактор безопасности для данной конфигурации борта карьера и рассмотренных типов пород имеет одно и тоже значение при С=3.6 МПа. Кроме того при этом значении коэффициента сцепления наблюдается резкий скачок по смещениям. Можно предположить, что значение сцепления С=3.6 МПа и фактора безопасности FS=2.48 являются критическими для данной конфигурации борта карьера.
Рассмотрим, как зависит устойчивость борта карьера по фактору безопасности при изменении угла его падения в диапазоне 500 – 600. Результаты расчетов показали, что при уменьшении угла падения борта карьера фактор безопасности монотонно возрастает (рисунок 3.5), а именно, при угле падения 500 фактор безопасности FS=2.80, а при угле падения 600 фактор безопасности FS=2.48. Рисунок 3.5 - Зависимость фактора безопасности от угла наклона борта карьера Вывод: Изучение программного обеспеченья, а так же анализ полученных результатов в ходе решения расчетных схем, является важным этапом в изучении проблем математического моделирования. На примерах, приведенных в разделе 3.3 видно как меняется результат при изменении тех или иных параметров. С уверенностью можно сказать, что многократное решение примеров перед изучением главной задачи, поставленной в данной диссертации, дает оптимальную ясность в понимании главных проблем связанных с устойчивостью бортов карьера и выбором оптимальных параметров бортов карьера. Ведение безопасных горнодобывающих работ, одна из главных задач в горнодобывающей промышленности. Проводя математическое моделирование, мы получим характеристики, с помощью которых сможем дать оценку оптимизации параметров конструкции бортов карьера, для обеспечения безопасного ведения горнодобывающих работ.
Моделирование напряженно деформированного состояния прибортового массива при отработке руды камерным способом
Как видно на рисунке 4.4 в прибортовой зоне карьера более сильно выражены зоны сжатия. Наиболее выраженная область с горизонтальными смещениями равными 1 см занимает большую часть прибортового массива (светло-зеленая область). Зоны максимальных горизонтальных смещений располагаются в области уступов, а так же видно, что наиболее выраженные максимальные горизонтальные смещения находятся на втором этаже борта карьера (6-12 уступы). Максимальное значение горизонтальных смещений достигает 5 см.
На рисунке 4.5 видно, как влияет камерная отработка рудной залежи на прибортовой массив. Значения вертикальных смещений изменяются от 2 до 14 см. Так же видно, что в прибортовой зоне первого этажа (1-5 уступы) вертикальные смещения изменяются от 2 до 8 см, второго этажа (6-12 уступы) от 6 до 12 см, третьего этажа (13-19 уступы) 6-14 см.
Так же проводился контроль по смещениям в конкретных точках. Эти точки выбраны из соображений по безопасности ведения горных работ. На рисунке 4.7 точками показаны наиболее опасные уступы на данном борту карьера. По этим уступам будут показаны горизонтальные и вертикальные смещения.
Для оценки горизонтальных и вертикальных смещений в прибортовой зоне карьера, в условии продвижения камерной отработки, в таблице 4.1 представлены результаты, полученные при решении задач по математическому моделированию, где N – количество камер, L – расстояние от камер до борта карьера, dispx и dispy – горизонтальные и вертикальные смещения. На рисунке 4.8 представлен график истории нагружения в опорных точка карьера.
По полученным результатам максимальных и минимальных значений горизонтальных и вертикальных смещений (таблица 4.1), имеющихся в прибортовой зоне карьера с учетом ведения камерной отработки рудной залежи, построен график зависимости горизонтальных смещений от расстояния между камерами и бортом карьера (рисунок 4.9), исходя из которого следует заключить, что горизонтальные смещения, формируемые в прибортовой зоне карьера, в первую очередь зависят от расстояния между камерами и бортом карьера. Зоны максимальных горизонтальных смещений распологаются в области уступов, а минимальное расстояние при которой возможно ведение подземных работ, составляет 50 м на горизонте 300 м. Так как максимальные смещения при минимальном расстоянии между камерами и бортом карьера составляет 5 см, что является безопасным значением для ведения комбинированной отработки полезного ископаемого.
Горизонтальные смещения в прибортовой зоне карьера при наличии камер на расстоянии 50 м до борта карьера, горизонт 325 м Как видно на рисунке 4.10 в прибортовой зоне карьера более сильно выражены зоны сжатия. Наиболее выраженная область с горизонтальными смещениями равными 1 см занимает большую часть прибортового массива (темно-зеленая область). Зоны максимальных горизонтальных смещений располагаются в области уступов, а так же видно, что наиболее выраженные максимальные горизонтальные смещения находятся на втором этаже борта карьера (6-12 уступы). Максимальное значение горизонтальных смещений достигает 4 см.
На рисунке 4.11 видно, как влияет камерная отработка рудной залежи на прибортовой массив. Значения вертикальных смещений изменяются от 2 до 14 см. Так же видно, что в прибортовой зоне первого этажа (1-5 уступы) вертикальные смещения изменяются от 2 до 6 см, второго этажа (6-12 уступы) от 6 до 10 см, третьего этажа (13-19 уступы) 8-14 см.
Для оценки горизонтальных и вертикальных смещений в прибортовой зоне карьера, в условии продвижения камерной отработки, разделим борт на три этажа, 1-ый этаж включает в себя 1-5 уступы, 2-ой этаж 6-12 уступы и 3-ий этаж 13-19 уступы. В таблице 4.2 представлены результаты, полученные при решении задач по математическому моделированию, где N – количество камер, L – расстояние от камер до борта карьера, dispX и dispY – горизонтальные и вертикальные смещения.
По полученным результатам максимальных и минимальных значений горизонтальных и вертикальных смещений (таблица 4.2), имеющихся в прибортовой зоне карьера с учетом ведения камерной отработки рудной залежи, построен график зависимости горизонтальных смещений от расстояния между камерами и бортом карьера (рисунок 4.12), исходя из которого следует заключить, что горизонтальные смещения, формируемые в прибортовой зоне карьера, в первую очередь зависят от расстояния между камерами и бортом карьера. Зоны максимальных горизонтальных смещений распологаются в области уступов, а минимальное расстояние при которой возможно ведение подземных работ, составляет 50 м на горизонте 325 м. Так как максимальные смещения при минимальном расстоянии между камерами и бортом карьера составляет 4 см, что является безопасным значением для ведения комбинированной отработки полезного ископаемого.