Оценка геодинамической устойчивости горных выработок
Оценка геодинамической устойчивости горных выработок
, кандидат технических наук, доцент;
Манасбаева Акмаржан Кайрашовна, магистрант
Карагандинский государственный технический университет (Казахстан)
Обострение условия горных работ после начала разработки глубоких горизонтов, появление динамических форм горного давления требует более эффективных форм для обеспечения устойчивости выработок и, прежде всего, разработка методологии оценки. Действующие правила предусматривают [1, с. 45], в качестве критерия для оценки стабильности, сдвиг на поперечном сечении контур в течение всего срока службы без поддержки, т. е. нефиксированной. В зависимости от величины ожидаемого сдвига (-ов), в таблице 1 указаны четыре категории устойчивости пород.
Такой подход к оценке устойчивости горных выработок в нескольких бамп опасных рудных месторождений не применяется как разрушение горных пород, вблизи выработок является хрупким и начинает на сдвиг рабочего контура на несколько миллиметров [2, c. 53-57]. Экспериментально доказано, что зона разрушения в рабочем контуре начинается в результате перехода пределе и даже запредельного состояния, в связи с растущей неоднородным сжатием суммарного эффекта статических и динамических компонентов. Между тем, разрывы в горных выработок развиваются параллельно и контуры при определенных обстоятельствах могут произойти тяжелые разрушения горных пород. Интенсивность этих процессов в значительной степени зависит от запредельной стадии пород фрагментации [3, c. 71-75].
Как показало обследование на местах, интенсивность разрушения пород определяется силой и выносливостью характеристик горной массы, ее уровень сращивания, рабочей ориентации относительных направлении максимального напряжения и динамических эффектов параметра. Поэтому для прогнозирования и оценки породы руды вблизи горных выработок в условиях динамического давления горных пород, наиболее подходящий критерий должен быть основан на упругой модели учета для фактических особенностей пород разрушение на всех стадиях дробления, включая запредельных.
Методология. Анализ существующих методик.
Есть несколько существующих методов, чтобы найти геодинамической устойчивости горных выработок [4, c. 95].
Аналитический и вычислительно-экспериментальный метод.
Довольно простой, но достаточно полно отражает точку зрения качества явления, механизм взаимодействия горных пород и опор в качестве основы было принято аналитический и вычислительно-экспериментальный метод.
Происхождение всех проявлений горного давления является напряжение горных масс на контуре горных выработок. Между тем, скалы могут перемещаться в пределах упругих или путем формирования зоны пород на стадии неупругого деформирования вокруг горных выработок (уничтожение или вязкопластическое деформации).
В первом случае, деформации происходят сразу же после добычи полезных ископаемых, а также поддержка фактически не принимают их. Во втором случае, работа контура сдвигов, связанные с неэластичной зоной деформации создает нагрузку на опоры, которые не могут быть предотвращены существующими жесткими опорами, вызывая их разрушение.
Английский ученый С. Эмери предлагает создать искусственную зону неупругих деформаций вокруг горных выработок, рилизинг нагрузку на поддержку [5, c. 34].
Рост неэластичной зоны деформации в случае достаточного отклика поддержка, в крайнем случае останавливается. Это объясняется растущей радиальной составляющей пород стресса, как растущей зоной неэластичный деформации. В результате наступает момент, когда нормальные значения напряжения на элементарных участках параллелепипеда, расположенных на границе упругих и неупругих зон становятся значения одного и того же порядка.
Таким образом, как формируется неэластичные деформации зоны, реакция системы - поддержка и плавающей оболочки горных пород вокруг горных выработок - растет и камни вокруг рабочего приходят к состоянию равновесия. Дальнейшие механические сдвиги и вычерчивание в горизонталях связанной с ростом нагрузки на поддержку прекращается.
Небольшие сдвиги контура может продолжаться в течение некоторого времени после видимой стабилизации. Разработать аналитический экспериментальный вычислительный метод, были применены методы теории измерений, механики сплошных сред, математической статистики и результатов инструментального мониторинга шахты.
Зрения качества явления берется в качестве основы расчетов и подтверждены путем моделирования с использованием эквивалентных материалов.
Скалы напряжений вокруг выработок предопределяется весом вышележащих пород толщиной - gH, где g - объемный вес пород, H – рабочая глубина с поверхности. Фактором профилактики сдвига является прочность пород R и сопротивления поддержки q. Кроме того, контур сдвига U будет зависеть от модуля упругости и размеров горных выработок: шириной и высотой Н.
В самом общем виде, зависимость может быть записана следующим образом:
u f H; R; q; E; a; h... (1)
Постановка задачи по прогнозированию работающего контура сдвига
Зная закон и параметры кривого распределения для каждого фактора, а также диапазон его изменений, последний может быть разделен на части, называемые характеристиками.
Задача по прогнозированию рабочих контуров сдвига может быть сформулирована следующим образом: зная данные о крыше / пол сдвига в большом количестве разработок характеризовано набором факторов, чтобы определить контур сдвига или его интервал, основываясь на известных факторах. На основе вероятностного подхода задача может быть сформулирована как задача, чтобы найти вероятность того, что диапазон сдвига по заданным набором при имеющихся характеристиках для каждого интервала. Значения 
(вероятностная характеристика) являются вероятности определенных характеристик для каждого интервала сдвига. Зная закон и параметры распределения значений факторов и последующим делением их диапазоны в характеристиках, 
могут быть найдены для каждого интервала сдвига.
Имея исходные данные, наблюдаемые в шахтах, интервал сдвига может быть прогнозируемым для крыши и пола выработок с известными характеристиками в соответствии с геологоразведкой и горного проекта.
Вероятность контура, становится в интервале J на величину сдвигового усилия определяется по формуле Байеса:
(2)
где P (
) - априорная вероятность попадания в интервал J; 
- известно из опыта вероятности 
характеристики при сдвига интервала 
.
Если распределение априорной вероятности для U не известно, то, предполагая, что все интервалы сдвигов одинаково вероятны, формула Байеса может быть записана следующим образом:
(3)
Таким образом, формула (3) используется для определения вероятности рабочих контуров по получению в каждом интервале сдвига. Наконец, интервал сдвига определяется путем максимального значения 
.
Анализ подходов к устойчивости горных выработок позволяет сделать вывод, что наиболее широкое распространение существующей классификации горной массы с хрупким характером разрушения является безразмерный критерий K = gH / 
, соответствующая трещинообразованию в стенках выработок и на основе сравнения максимальных значений напряжений в упругой модели с прочностью горной массы. Ее числовые значения были получены в результате статистической обработки данных полевых наблюдений шахты над горным давлением в глубоких выработок центральных Донбассе шахт. Значение этого критерия характеризует стабильное/нестабильное состояние пород обнажения. При К <0,25 породы, содержащие выработках стабильны при K = 0,25ё 0,4 - среднее при K = 0,4 ё 0,65 - неустойчивые. Аналогичный подход используется в типовых горных выработках [6, c. 83-89].
Анализ устойчивости горных выработок во время динамических форм горного давления показали, что динамические эффекты возникают в условиях, когда скорость роста напряжения в частях горной массы, прилегающей к горных выработок превышает максимальную скорость релаксации напряжения в ней [7, c. 96-102].
Таблица 1
Категории стабильности в зависимости от ожидаемой величины сдвига
Категории стабильности | Оценка устойчивости горных пород | Сдвиг в горных породах U, мм | ||
осадочный | экспансивный | солеобразующий | ||
I | устойчивый | ниже 50 | ниже 20 | ниже 200 |
II | средне устойчивый | более 50-200 | 20-100 | 200-300 |
III | неустойчивый | 200-500 | 100-200 | 300-500 |
IV | очень нестабилен | свыше 500 | свыше 200 | свыше 500 |
Практический опыт геодинамической оценки устойчивости горных выработок с использованием усовершенствованного критерия стресса позволиn сократить расходы на опорах подготовительных и постоянных горных выработок и повысить безопасность ведения горных работ.
Данные, полученные таким образом, могут быть использованы предприятиями / организациями, участвующими в проектировании, строительстве и эксплуатации подземных горных выработок в шахтах, подверженных горных ударов.
Перспективы научного исследования в этой области является разработка технико-экономического исследования рациональных структур горных выработок.
Литература:
Construction Rules and Regulations SNiP-94-80. Underground Mine Workings. Moscow:Stroyizdat, 1981; Lydia Andreyev, N. A., Effect of Rock Mass Destressing with Slots with Deep Shaft Maintenance. In Collection of Scientific Works of All-Russian Research Institute of Mining Geomechanics and Survey: Mine Geomechanics Issues in Development of Mineral Wealth, Leningrad, 1989; Запргягаев, A. П., Исследование деформационной Зависимости Рок руды и угля. В сборнике научных трудов Всероссийского научно-исследовательского института горной геомеханики и обследования: Управление смеси газов и опасности горной массы. Ленинград, 1987; Баклашев, И. В., и Картозя, B. A., Механика подземных сооружений и проектного сопровождения. Москва: Недра, 1984; Zaslavskiy, Yu. Z., Zorin, A. N., & Chernyak, I. L., Designing Support Parameters of Deep Mine Workings. Kiev: Tekhnika, 1972; Typical Passports of Mine Working Supports for Non-Ferrous Metallurgy Mines., Moscow: Ministry of Non-Ferrous Metallurgy of the USSR, 1976. Аксенов A. A., Управление смеси газов и опасности горной массы. Отчет о научно-исследовательской работе. Екатеринбург, 1999.