Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 5-9
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОІЖ ПОДЗЕШОЙ РАЗ
РАБОТКИ МЕСТОРОЮЩНИН й ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1С^28
Краткая горногеологическая характеристика месторождения 10-14
Современное состояние технологии подземных работ 15-20
Анализ состояния выработанных пространств и постановка задачи исследования 21-28
ГЛАВА П. КРАТКИЙ ОБЗОР ЛОТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ВОПРО
САМ УСТОЙЧИВОСТИ ОЧИСТНШ КАМЕР ПРИ ОТРАБОТКЕ
ОНШРШХ ЗАЛЕЖЕЙ 29-49
П,1.Физико-механические и реологические свойства
пород 29-42
П,2.Анализ работ по вопросам горного давления 43-47
П,З.Анализ работ по оценке устойчивости выработанных
пространств больших размеров и функции Бремени 48-49
ГЛАВА И, ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОНЮСТИ ЦЕЛИКОВ 50-91
Ш,1.Влияние формы целиков на их прочность 50-68
Ш,2.Влияние угла падения залеки 6^-75
Ш,З.Сникение прочности целиков при взрывных работах 76-77
Ш,4.Количественная оценка влияния структурного ос
лабления пород на устойчивость целиков 78-89
Ш.5.Совместное влияние на прочность целиков комлпек-
са основных горногеологических факторов 90-91
ГЛАВА ІУ. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА И ВЕЛИЧИНЕ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ИЗОЛИРОВАННЫ* И ОНІШРНШ
аышга 92-ш
стр.
ІУД. Нагрузка на целики в панелях ограниченной
нлошади ІУ,2. Нагрузка на целики при отработке обширных залежей ГЛАВА У. ИССЛЕДОВАНИЕ ДАВШШ НА ЦЕЛИКИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ЯШОГОШДАЩИХ ШРШШАВДИХСЯ И НАКЯОНШХ ЗАЛЖЕЙ УД. Метод исследования У,2. Напряженное состояние целиков при отработке
наклонных залежей У,3. Исследование давления на целики при разработке перекрывающихся залежей ГЛАВА Я. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ ЦЕЛИКОВ УІД. Физическая супщость запаса прочности У1,2. Снижение прочности целиков от выветривания
пород и длительных нагрузок УТ,3. Вероятность разрушения целиков У1,4. Запас прочности целиков в функции времени и на заданном уровне надежности ГЛАВА УЛ. ШЭДШШЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПОТОІОЧШ В ОЧИСТНЫХ КАМЕРАХ УПД, Напряженное состояние потолочин при ленточных
и столбчатых целиках УП,2. Анализ данных практики и лабораторных экспериментов УЇЇ.З. Опыт применения железобетонных штанг при креплении непосредственной кровли камер УП,4» Расчет устойчивых пролетов
92^97
112 IEVH6
117*131
132-135 136-172^ 136-140
141*146
І54-Г72
ГГЗ-Х87
стр.
ГЛАВА УШ. РАСЧЕТНЫЕ МОДЖЙ ДЛЯ ОПРЩЕШШ УСТОЙЧИ-
ВОСТЙ ОЧИСТНЫХ ВЫРАБОТОК 209L-235
УШ,1. Расчет надежности реальной совокупности
целиков с определенным запасом прочности
на требуемый срок службы 2 №2:18
УШ,2. Расчет среднего диаметра проектируемой
совокупности целиков в функции времени
на уровне нормативной надежности 2I2-22I
УШ,3. Достоверность расчетных моделей 222-235
ГЛАВА IX. ОЦЕНКА И ПР0ГЕ03 УСТОЙЧИВОСТИ ВЫРАБОТАННЫХ
ПРОСТРАНСТВ 236
IX,I. Расчет устойчивости выработанных пространств 236-246
IX, 2. Рекомендации по локализации и погашению не
устойчивых участков 247-260
IX,3. Сравнительная оценка конкурирующих вариантов
панельно-столбовой системы при дальнейшей
разработке месторождения 261-277
IX,4. Условия, обеспечивающие устойчивость подрабо
танного массива пород при выемке запасов в
целиках 278-286
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 2 Є7- 96
ЛИТЕРАТУРА 297-311
ЇЇРЙШШИЯ 312-340
Введение к работе
В перспективных планах строительства коммунистического общества, намеченных ХХУ съездом КПСС, значительный вес занимает увеличение добычи цветных и черных металлов. Технический прогресс в СССР трудно представить без ритмичной и безопасной работы гиганта цветной металлургии - Джезказганского ощена Ленина горно-металлургического комбината им.К.И.Сатпаева (ДІЖ), доставляющего в огромных масштабах богатое и дешевое сырье для медеплавильных заводов страны. На базе уникального месторождения построены и строятся крупнейшие шахты, обеспечивающие годовую производительность до 4-5 шш.т руды на ствол шахты. С целью интенсивной добычи применяется камерно-столбовая система разработки с использованием высокопроизводительного самоходного оборудования. Эта система, характеризующаяся целым рядом технологических достоинств, обладает и существенными недостатками, к числу которых прежде всего относятся;
увеличение потерь в целиках на нижних горизонтах, в особенности, при отработке мощных залежей с богатым содержанием полезных компонентов;
непрерывный рост пустот на эксплуатационных горизонтах, что таит в себе потенциальную угрозу массовых обрушений пород в районе жилых и промышленных сооружений.
Уже в настоящее вреш потери руд в очистных выработках составляют 25-30$, а на некоторых участках достигают 35-40$. Сверхнормативные потери превышают 30$, годовой ущерб от этого достигает 1,5-2,0 млн.руб.
Показательна и динамика роста выработанных пространств, концентрация которых на отдельных шахтах превышает 10-12 млн.м3.
_ 6 -
Исходя из наличия балансовых запасов и достигнутой производительности рудников,.ножно прогнозировать рост пустот на рудниках ДІЖ в ближайшие десятилетия*
1978г. (факт) - 100$ 1980г. - 120$ 1990г. - 200$ 2000г. - 300$
Приведенные данные показывают, что выработанное пространство Джезказгана следует оценивать как уникальное горно-техническое сооружение, не имевдее аналогов в мировой практике. Невозможно предвидеть всех последствий, связанных с наличием ж ростом пустот, одно является бесспорным, что последние окажут первостепенное влияние на безопасность добычи и уровень потерь в целиках при дальнейшей эксплуатации месторождения, т.е. в значительной мере предопределяют техническую политику на Джезказганских рудниках.
В очистных выработках зафиксировано около 1100 крупных обрушений кровли и 650 случаев полного и частичного разрушения целиков, которые представляют тревожные симптомы начавшегося процесса деформаций в подработанном массиве пород.
Приведенный нами анализ показал, что несмотря на сверхнормативные потери около 20$ пустот характеризуются недостаточной надежностью и в некоторых случаях требуют дополнительных средств поддержания (оставления барьерных или массивных целиков, закладочных работ, переноса поверхностных сооружений).
Такое парадоксальное положение (сверхнормативные потери в целиках, с одной стороны, ж неустойчивость значительной части выработанных пространств, с другой) обусловлено, на наш взгляд, от-
сутствием жесткого технологического режима на рудниках Джезказгана, который включает в себе множество компонентов (оптимальные параметры очистных выработок, изыскание новых и совершенствование существующих систем разработки, организация закладочного хозяйства, рациональный порядок отработки залежей и др.).
В нашу задачу входило исследование первой компоненты (устойчивости и оптимальных параметров очистных выработок).
Наиболее фундаментальными исследованиями по комплексу вопросов, связанных с безопасной и эффективной эксплуатацией Джезказганского месторождения, являются работы О.А.Байконурова, А.Ч. русина, В.Ш.Шарипова, Г.Е.іулевича, П.А.Рыжова, В.И.Борщ-Компо-нийца и др.
В последние годы заметно изменилась горнотехническая обстановка на рудниках ДІЖ:
с внедрением самоходного оборудования повысились интенсивность и масштаб очистных работ;
в сферу добычи вовлекаются мощные залежи, расположенные на глубине 150-300 м;
резко увеличился объем непогашенных пустот и уровень потерь полезного ископаемого.
Свыше 75% запасов Джезказганского месторождения представлено залежами мощностью до 10-12 м, поэтому система с открытым очистным пространством в различных модификациях в ближайшее десятилетие, пока не будут освоены системы с закладкой, будет, по-видимому, основной для ДТЖ. Выработанное пространство будет образовано в сложнейших горнотехнических условиях: при отработке изолированных, обширных, перекрывающихся и наклонных залежей.
Погашение всего объема выработанных пространств путем ис-
кусетвенного обрушения налегающих пород в условиях перекрывающихся и сближенных залежей трудноуправляемо и опасно; локализация же их с помощью закладки нереально/поскольку это потребует огромных затрат ж сокращения производительности Джезказганских рудников.
Рациональным является выборочное погашение (локализация) наиболее ослабленных участков с прогнозом достаточной устойчивости отработанных горизонтов, для чего необходимо произвести классификацию пустот по степени устойчивости с учетом их роста и намечающейся доработки запасов в целиках (вторичной разработки месторождения). Следовательно, проблема пустот на рудниках Джезказгана из чисто технической превращается в научно-техническую, тре-бувдую создания специальной методики.
Современные методы расчета не отвечают этим требованиям, т.е. не учитывают динамических изменений в массиве пород, вызываемых непрерывным и интенсивным ростом пустот. Существующие методы моделирования (оптический, центробежный, стендовой) дорогостоящи и трудоемки* Новейшие методы натурных наблюдений (сейсмический, ультразвуковой и др.) находятся в стадии освоения. Б связи с этим становятся совершенно необходимыми исследования по оценке и прогнозированию устойчивости выработанных пространств с корректировкой рекомендаций примерно через 5-Ю лет (из-за динамических изменений в массиве пород).
Главным в предлагаемой методике является запас прочности совокупности целиков, величина которого предопределяется влиянием временных факторов, оцененных на заданном уровне надежности.
Для определения величины горного давления используются известные методы механики сплошных сред, при этом вводятся новые
моменты, полученные в результате шахтных наблюдений и экспериментов методом электроаналогии.
Из-за отсутствия в настоящее время научно обоснованной теории прочности несущая способность целиков определяется путем ве-роятностно-етатистического алализа длительной устойчивости очистных выработок.
Таким образом, в данной работе сформулированы и обоснованы научные положения, совокупность которых представляет собой впервые предложенную в горной практике методику оценки и прогнозирования устойчивости выработанных пространств больших размеров с учетом фактора времени и на заданном уровне надежности, которую можно квалифицировать как новое и перспективное направление в области подземной разработки месторождений полезных ископаемых системами с открытым очистным пространством.
Методика позволила разработать конкретные инженерно-технические рекомендации по значительному снижению потерь руды в целиках и обеспечению безопасных условий при разработке Джезказганского месторождения вариантами камерно-етолбовой системы, т.е. с учетом интенсивного и постоянного накопления непогашенных пустот.
Рекомендуемые диссертантом методические положения из-за общности и универсальности принятых критериев могут найти применение при расчете конструктивных элементов очистных выработок и на других месторождениях, разрабатываемых камерными системами*
Б работе излагаются результаты исследований, выполненных автором в течение 1963-1978 гг.
диссертация изложена на "296 стр. машинописного текста, содержит 58 таблиц, 36 рисунков и ссылки на литературные источники. Узловые вопросы составили 9 глав, в приложения выделен материал справочного характера»
- io -
