Содержание к диссертации
Введение
1. КРАТКИЙ АНАЛИЗ НАДЕЖЦОСТИ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА.ЦЕЛЬ
И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 12
1.1. Теоретические и практические решения при разработке пластов угля с закладкой с целью охраны поверхности 12
1.2. Цель и задачи исследований 39
2. ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИИ МАССИВА ПОРОД ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПЛАСТОВ С ЗАКЛАДКОЙ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА 41
2.1. Аналитический расчет сдвижений массива пород 41
2.2. Аналитические исследования влияния различных факторов на сдвижение массива пород 47
2.2.1. Зависимость вертикальных смещений от размеров очистной выработки 47
2.2.2. Зависимость вертикальных смещений от коэффициента бокового давления 48
2.2.3. Влияние реакции крепи на смещения кровли 51
2.2.4. Влияние модуля упругости и коэффициента Пуассона на смещения кровли выработки 53
2.2.5. Влияние глубины разработки на смещения контура выработки 53
2.3. Аналитический расчет зоны растягивающих напряжений 58
2.4. Шахтные наблюдения за смещением кровли при отработке пласта Kjg С закладкой 68
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ
КОНСТРУКЦИИ "ЗАКЛАДКА-МАССИВ" ПРИ ВЫЕМКЕ ПОЛОГИХ
ПЛАСТОВ УГЛЯ 76
3.1. Критерий оценки устойчивости земной поверхности при разработке пластов угля с закладкой выработанного пространства 76
3.2. Оптимизационная модель повышения надежности конструкции "закладка-массив" 81
3.3. Методика реализации оптимизационной математической модели 84
3.4. Обоснование технологических систем разработки пологих пластов с закладкой выработанного пространства для условий Карагандинского бассейна 86
3.4.1. Возможные к применению механизированные комплексы , 87
3.4.2. Возможные к применению виды закладок 87
3.4.3. Технология ведения закладочных работ 88
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ СВОЙСТВА ПОРОД КРОВЛИ 92
4.1. Исследование свойств ползучести пород в лабораторных условиях 92
4.2. Исследование свойств ползучести в натурных условиях 104
5. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ НАДЕШЮСТИ КОНСТРУКЦИИ "ЗАКЛАДКА-
МАССИВ" С ЦЕЛЬЮ ОХРАНЫ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ШЛОГОПАДАЮЩИХ ПЛАСТОВ С ЗАКЛАДКОЙ... 118
5.1. Установление законов распределения случайных величин, определяющих надежность конструкции "закладка-массив" ... 118
5.2. Порядок расчета на ЭВМ и краткое описание программы 136
5.3. Результаты расчетов надежности конструкции "закладка-массив" для условий разработки пласта Kjg ПОД городом Караганда 145
5.4. Экономическая эффективность оптимизации параметров технологии разработки пласта
Kjg с целью охраны земной поверхности 150
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 155
ЛИТЕРАТУРА 157
ПРИЛОЖЕНИЯ 169-244
- Теоретические и практические решения при разработке пластов угля с закладкой с целью охраны поверхности
- Аналитический расчет сдвижений массива пород
- Критерий оценки устойчивости земной поверхности при разработке пластов угля с закладкой выработанного пространства
- Исследование свойств ползучести пород в лабораторных условиях
- Установление законов распределения случайных величин, определяющих надежность конструкции "закладка-массив"
class1 КРАТКИЙ АНАЛИЗ НАДЕЖЦОСТИ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА.ЦЕЛЬ
И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ class1
Теоретические и практические решения при разработке пластов угля с закладкой с целью охраны поверхности
С развитием Карагандинского угольного бассейна значительные площади запасов полезного ископаемого оказались под застроенной территорией. В настоящее время на подступах к объектам Нового города отрабатывается пласт KJQ - мощностью 1,2 - 1,6 м и в этих условиях успешно применяются системы разработки длинными очистными забоями с обрушением кровли, что не вызывает существенных деформаций земной поверхности, застроенной зданиями второстепенного значения. Горные работы под застройками Старого города, которые в данный момент уже почти не имеют существенной важности ни как промышленные объекты, ни как жилой фонд, ведутся на пластах различной мощности, в том числе и на пласте Kj2 мощностью 7 - 8 м. Здесь, как и ранее, в зависимости от вынимаемой мощности пласта и важности подрабатываемых объектов разработка ведется системами с полным обрушением вышележащих пород, с частичной закладкой выработанного пространства, а также системами разработки короткими забоями с оставлением в нед -pax целиков угля (камерная и камерно-столбовая системы).
В условиях застроенности территорий и под природными объектами вопросы выемки запасов угля или оставления их в недрах связаны с прогнозом параметров процесса сдвижения горных пород и земной поверхности.
Анализ наблюдений показал, что применявшиеся при подработке застроенной поверхности системы разработки (сплошная и длинные столбы по простиранию) с управлением кровли полным обрушением не вносят каких-либо существенных изменений в процесс сдвижения земной поверхности и оказывают одинаковое влияние на подрабатываемые здания и сооружения.
Отработка пластов с управлением кровли частичной закладкой из бутовых штреков оказывала такое же влияние на подрабатываемые здания и сооружения, как и при управлении кровлей полным обрушением. Это объясняется тем, что выкладка бутовых полос производилась из пород обрушаемой кровли, а не из доставляемого извне материала. В этом случае объем пустот, созданный выемкой угля, оставался таким же, как и при способе управления кровлей полным обрушением.
Не дала положительного результата и отработка мощного пласта камерной системой разработки под застроенными площадями на шахте J& 18 /50,51 У. При этом, в зависимости от размеров целиков и камер, а также устойчивости пород кровли, изменялся общий характер сдвижения, но не исключались деформации поверхности.
Аналитический расчет сдвижений массива пород
Рассмотрим очистную выработку, проведенную в однородном изотропном горном массиве. Выработка имеет форму вытянутой трапеции и расположена на глубине Н , значительно превышающей её высоту.
Расчетная схема задачи представлена в следующем виде (рис.2.1). В бесконечной невесомой плоскости имеется отверстие, по форме совпадающее с формой выработки. На бесконечности П , в плоскости действуют напряжения Р TS.AP, где P=fH- вертикальная составляющая давления на глубине в нетронутом массиве, Л - коэффициент бокового давления, (Ґ - средняя плотность покрывающих пород. Выработка подкреплена податливой крепью, т.е. на границе отверстия Гг или только на его части действует нормальное давление /.
Для получения аналитических зависимостей расчета смещений контура очистной выработки использован разработанный Ж.С.Ержа-новым, А.С.Сатиновым, Ю.А.Веколером / 42/ алгоритм определения смещений и напряжений в окрестности подготовительной выработки.
Расчет полей упругих деформаций и напряжений производится методом Г.В.Колосова - Н.И.Мусхелишвили. функция, конформно отображающая внешность выработки на внешность единичного крута, имеет вид:.
class3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ
КОНСТРУКЦИИ "ЗАКЛАДКА-МАССИВ" ПРИ ВЫЕМКЕ ПОЛОГИХ
ПЛАСТОВ УГЛЯ class3
Критерий оценки устойчивости земной поверхности при разработке пластов угля с закладкой выработанного пространства
В существующей практике разработки угольных пластов все чаще появляется необходимость в охране земной поверхности. Это связано, прежде всего, с разработкой угольных пластов под застроенными территориями, наличием на поверхности различных коммуникаций, богатых земель, лесов, водоемов, рек и т.д. Существующие нормативные материалы [ 93 /, оценивающие надежность закладки при деформациях подрабатываемого массива, не учитывают вероятностный характер протекания процесса деформаций и не дают представления о величине надежности искусственных подземных сооружений - различных видов закладки или целиков, полос и т.д.
В этой связи появляется объективная необходимость в разработке такого критерия оценки устойчивости подрабатываемой земной поверхности, который не имеет указанных недостатков.
Так как закладочный массив выполняет функцию несущей конструкции с целью достижения допустимых норм деформаций охраняемой поверхности, то основным критерием оценки надежности конструкции "закладка-массив" следует принимать вероятность события фактические деформации поверхности ; 5« - допустимые деформации поверхности.
Причем в f 93 J под деформациями понимаются; горизонтальные деформации поверхности, кривизна поверхности, наклоны поверхности. Все эти три вида деформаций связаны с величиной так называемой "эффективной" мощности /Неразрабатываемого пласта, которая вычисляется по формуле (I.I)
Смещение пород кровли за счет усадки закладочного материала определяется выражением (I.I6).
Исследование свойств ползучести пород в лабораторных условиях
4.2. Исследование свойств ползучести в натурных условиях 104
Процессы горного давления и сдвижения горной толщи при выемке полезных ископаемых связаны с проявлением физических свойств пород, обуславливающих изменение напряженного и деформированного состояния горных выработок во времени.
На основании теории наследственных сред Ж.С.Ержанов создал феноменологическую теорию наследственной ползучести горных пород, которая открыла широкие перспективы теоретического обоснования инженерных методов оценки влияния времени на прочность и устойчивость горных выработок, а также на процессы сдвижения подработанной толщи [ 40 /.
Эта теория привлекается для исследования напряженного и деформированного состояния различных подземных сооружений.
Разнообразие свойств горных пород (слоистость, трещинова-тость, влажность, анизотропия) требует экспериментального установления значений параметров, характеризующих свойства ползучести всей толщи горных пород.
Экспериментальные исследования закономерностей временного деформирования горных пород проводятся как в лабораторных условиях - на породных образцах, доставляемых из горных выработок, так и в натурных условиях - путем непосредственного измерения смещений горных пород в выработках.
Для решения конкретных практических задач эффективным является сочетание аналитических и экспериментальных методов ис 93 следований, используемых как в механике горных пород, так и в других научных дисциплинах.
class5 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ НАДЕШЮСТИ КОНСТРУКЦИИ "ЗАКЛАДКА-
МАССИВ" С ЦЕЛЬЮ ОХРАНЫ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ШЛОГОПАДАЮЩИХ ПЛАСТОВ С ЗАКЛАДКОЙ class5
Установление законов распределения случайных величин, определяющих надежность конструкции "закладка-массив"
При отработке пластов под застроенной территорией с закладкой выработанного пространства к закладочным массивам предъявляются определенные требования, выполнение которых обеспечивают регламентированные правилами /"80,93,100/ допустимые деформации поверхности. Для этого закладочный массив должен обладать определенными свойствами, обеспечивающими сдвижение подрабатываемой поверхности в заданных пределах.
"Эффективная" мощность пласта, выражаемая через суммарное сближение боковых пород разрабатываемого пласта, зависит от параметров закладочных работ, условий возведения массива, характеристик исходного материала и вмещающих пород.
Укоренившийся в практике эмпирический подход к решению данной задачи не всегда обеспечивает достаточную точность совпадений выбранных параметров, поскольку формирование массива и его качество зависят от множества факторов и их влияние носит вероятностный характер.
Ниже приводятся результаты экспериментальных исследований /"28,31,32,46,63,104/, проведенных в лабораторных и шахтных условиях, которые обработаны методами математической статистики /"15,26,30,60,65,106,118/.
Полученные в результате наблюдений величины сводятся в ряд распределения, который разбивается на интервалы. Величина интервала приближенно определяется по формуле
