Обґрунтування параметрів кріплення підготовчих виробок залізорудних шахт Кривбасу, що пройдені в неоднорідному породному масиві.

Abstract

У дисертації вирішена актуальна науково-технічна задача підвищення стійкості підготовчих виробок залізорудних шахт Кривбасу. Виконаний аналіз витрат, пов'язаних з підтримкою гірничих виробок. Організовані та проведені натурні вимірювання конвергенції в гірничих виробках. Проведені лабораторні випробування основних вміщуючих порід і руди, в тому числі і за межею міцності. Виконаний аналіз існуючих теорій міцності. Методом скінченних елементів виконане моделювання процесу руйнування гірських порід в об'ємному напруженому стані і в одноосьовому за межею міцності. Розроблений алгоритм розв'язання пружнопластичної завдачі з урахуванням можливості руйнування гірських порід за межею міцності. Для гірничо-геологічних умов ш. «Родіна» виконаний геомеханічний аналіз умов підтримки підготовчих виробок з використанням удосконаленого алгоритму розрахунку. Виконані розрахунки параметрів анкерного кріплення для розглянутих умов.

В диссертации решена актуальная научно-техническая задача повышения устойчивости подготовительных выработок железорудных шахт Кривбасса. Выполнен анализ затрат, связанных с поддержанием горных выработок. Организованы и проведены натурные измерения конвергенции в горных выработках, что позволило установить закономерности их деформирования в зависимости от комплексного показателя разработки, и на этой основе вести прогноз состояния геомеханической системы “крепь – породный массив”. Выполнены лабораторные испытания основных вмещающих пород и руды, в том числе и за пределом прочности. Построены гистограммы распределения предела прочности на одноосное сжатие, которое ближе всего аппроксимируеться логнормальным законом распределения. Выполнено моделирование устойчивости подготовительных выработок, пройденных в существенно неоднородном породном массиве, что позволило установить тенденции в части их поддержания. Выполнен анализ существующих теорий прочности, позволивший сравнить результаты лабораторных и теоретических исследований, и обосновать возможность использования в геомеханических расчетах теорию прочности Баландина. Методом конечных элементов проделано моделирование процесса разрушения горных пород в объемном напряженном состоянии и в одноосном за пределом прочности. Доказано, что при условии распределения прочности по логнормальному закону, кривые запредельного деформирования достаточно близко соответствуют реальным кривым деформирования. Разработан алгоритм решения упругопластической задачи с учетом возможности разрушения горных пород за пределом прочности. Для горногеологических условий ш. «Родина» выполнен геомеханический анализ условий поддержания подготовительных выработок с использованием усовершенствованного алгоритма расчета. Выполнены расчеты параметров анкерной крепи для рассматриваемых условий. Натурные замеры показали, что с учетом поправочных коэффициентов алгоритм расчета позволяет достаточно точно вести прогноз основных геомеханических параметров. На основе выполненных исследований разработана и принята к использованию на шахтах ОАО «КЖРК» «Методика оценки устойчивости подземных выработок на рудниках Кривбасса». Предполагаемый экономический эффект от внедрения результатов исследований в условиях ш. «Родина» составил 258 тыс. грн./год.

An actual scientific and technical problem of improving the stability of development workings for Krivbass iron ore mines is solved in the work. The analysis of the costs associated with maintaining mine workings is made. Situ measurements of convergence in the mines are organized and carried out. Laboratory testing the main enclosing rocks and ores, including compressive strength testing, are made. The analysis of existing strength theories is made. Simulation of rock failure in a complex stress state and in uniaxial compressive strength is done using finite element method. An algorithm for the solution of elastoplastic problem is developed. It takes into account the possibility of rocks to failure in compressive strength. Geomechanical analysis of the maintaining conditions for development workings with using an improved calculation algorithm is made for the mining and geological conditions of the "Rodina" mine. Calculations of the bolt support parameters are made for the conditions considered.