Обґрунтування параметрів камер складної форми другої черги відпрацювання запасів систем розробки з твердіючим закладанням

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової задачі обґрунтування параметрів камер складної форми другої черги відпрацювання запасів систем розробки з твердіючим закладанням з урахуванням напруженого стану конгломерату та порядку відпрацювання рудних запасів. Основна ідея роботи полягає в урахуванні закономірностей розподілу напружень у масиві навколо очисних камер складної форми в системі розробки з твердіючим закладанням виробленого простору. Вибір раціональних технологічних параметрів камер другої черги відпрацювання рудних запасів на Запорізькому залізорудному комбінаті в складних гірничо-геологічних умовах. Моделювання здійснене на фізичних і математичних моделях із застосуванням чисельних методів для декількох десятків варіантів положення елементів високої очисної камери з дотриманням історії розвитку відпрацювання запасів на Півнено-Білозірському родовищі залізних руд. Встановлені закономірності розподілу коефіцієнту концентрації еквівалентних напружень від просторового положення елементів камери, фізико-механічних властивостей масиву конгломерату в покрівлі, послідовності відпрацювання очисних камер у поверсі та за глибиною рудного покладу. Обґрунтовано й реалізовано методичний підхід до вибору технологічних параметрів розміщення підготовчих і нарізних виробок для камер другої черги відпрацювання запасів та їх конфігурації з урахуванням напруженого стану оточуючих порід та механізму захисної дії закладного масиву.

В диссертации решена актуальная научная задача по установлению закономерностей распределения напряжений вокруг сложной формы высоких очистных камер второй очереди отработки рудных запасов в системах разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства. Установлено, что устойчивость кровли высоких очистных камер зависит от их модулей упругости и коэффициентов крепости. Объединение камер второй и третьй очереди придает камере сложную форму и приводит к исчезновению межэтажного целика, образуя кровлю камеры, сложенную из конгломерата. Предложена геомеханическая модель расчета напряженого состояния вокруг высокой очистной камеры второй очереди отработки рудных запасов, в которой учитывается разгрузка массива от экранирующего действия прочного слоя кварцита, залегающего в висячем боку рудной залежи. Моделированием устойчивости сложного контура высокой очистной камеры численными методами и на физических моделях установлено, что при зубчатой форме кровли изолинии эквивалентных напряжений имеют наибольшие значения у контура кровли камеры 5,4 МПа и 3,2 МПа в наклонной части днища. На прямолинейной части вертикальной стенки камеры повышенные напряжения отмечены на участках изменения кривизны, примыкающих к потолочине и днище камеры. При прочности закладочного массива 5 МПа, последний имеет запас прочности, равний 2, что достаточно для устойчивости закладки к обнажению. Наибольшая концентрация эквивалентных напряжений наблюдается в кровле на участках и . Участки кровли, выходящие за бока камеры, имеют в 2 раза эквивалентные напряжения більше, чем в центральной части потолочины, и в 1,5 раза, чем у днища. На изгибах конфигурации камеры концентрация напряжений одного порядка (2,2-3,2 МПа), а именно, при переходе боков камеры к днищу и на его острие. При выпуклости контура камеры в массив напряжения от контура монотонно затухают с глубиной, а при выпуклости контура в сторону выработанного пространства – концентрируются в боках камеры. Физико-механические свойства вмещающих пород и закладочного массива не имеют столь существенного влияния на величину эквивалентных напряжений в сравнении с глубиной разработки, значение которой в исходной постановке задачи несравненно больше. Порядок отработки высоких очистных камер в этаже и по глубине рудной залежи, а также их очередность закладки определяют распределение напряжений в окружающем массиве и формирование опорного давления у днища и кровли камеры. Максимальные величины концентрации нормальных сжимающих напряжений приурочены к откаточному горизонту и оставленным междукамерным целикам, а область повышенного давления располагается на уровне выпускных отверстий. Предложенные параметры объединения камер второй и третьей очереди отработки запасов в этаже на гор. 480-640 м на шахте «Эксплуатационная» ЗАО «Запорожский железорудный комбинат» позволили сократить объем горных выработок для подготовки запасов и получить экономический эффект в 282 тыс. грн на одну камеру.

Dissertation is dedicated to a current scientific task solution of parameters substantiation of complex shape rooms of second-order mining of the reserves with the backfill, taking into account stress state of the conglomerate that forms in the roof during backfilling and consists of ore. The basic idea of the work is in the accounting of the stresses distribution laws in the massif around the complex form of the rooms with the backfilling of the worked-out area and selection of rational technological parameters of the rooms of the second-order mining of ore reserves at the Zaporirzian iron-ore plant in complex mining-geological conditions. Concentration coefficient “equivalent stresses” distribution dependences on spatial position of the room’s elements, physical-mechanical properties of the massive conglomerate in the roof, succession of the rooms mining at the surface and bottom of the ore deposit are established. Based upon the simulation, methodical approach to the technological parameters of development and face workings are substantiated and realized for the second-order-mining rooms and their configurations taking into account stress state of the surrounding rocks and protective action mechanism of the backfill massif.