Способ управления геомеханическим состоянием массива горных пород
Владельцы патента RU 2684647:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук (ИПКОН РАН) (RU)
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых при камерной и камерно-столбовой системах разработки с закладкой выработанного пространства. Техническим результатом является повышение эффективности ведения закладочных работ путем частичной закладки выработанного пространства до уровня допустимого давления на почву целика. Указанная цель достигается посредством определения и укрепления только той части междукамерного целика, в которой его деформации превышают допустимые пределы, т.е. путем частичной закладки выработанного пространства при камерных системах разработки, для этого, в соответствии с исходными данными и геометрическими параметрами участка закладочных работ, строят эпюру распределения нагрузки на кровлю залежи - γ1Н и почву залежи - γ1Н+γ2h, определяют допустимую нагрузку (допустимое давление) на почву целика Рдоп, линия, проходящая через точку пересечения этих двух графиков, определяет минимально необходимый уровень закладки, а саму закладку выработанного пространства производят ниже точки пересечения этих эпюр, то есть там, где расчетное давление на целик больше допустимого, с учетом погрешности инженерных расчетов, равной 20-30%. 1 ил.
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых при камерной и камерно-столбовой системах разработки с закладкой выработанного пространства.
Известен способ повышения устойчивости целиков, заключающейся в креплении горных выработок. Несущую способность целиков повышают путем бурения в них скважин, перпендикулярных вертикальной плоскости, установки в них анкеров и их натяжения. При этом длину анкеров с обеих сторон целика принимают равной не менее 2/3 его ширины. При установке анкеров по высоте целика их смещают относительно анкеров, установленных с противоположной стороны целика, на половину шага размещения анкеров по вертикали. Натяжение анкеров корректируют по результатам оценки напряженного состояния целиков во время эксплуатации горных выработок. [Авторское свидетельство СССР №1536009. М.Кл. E21D 20/00, 1990 г.]. Недостатком данного способа является трудоемкость установки анкеров и недостаточно прочное закрепление анкеров к контуру горной выработки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату являете способ управления геомеханическим состоянием массива горных пород при камерной и камерно-столбовой системах разработки, который осуществляется полной закладкой выработанного пространства [Казикаев Д.М., Козырев А.А., Каспарьян Э.В., Иофис М.А. «Управление геомеханическими процессами при разработке месторождений полезных ископаемых.»; М.: Издательство «Горная книга», 2016 г. с. 490]
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и затратность работ по закладке выработанного пространства, пропорциональная объему закладки, и большие безвозвратные потери полезного ископаемого в междукакмерных целиках. Так, согласно толщина потолочины между этажами на участках, где выполняется закладка в камерах, в 2 раза превышает толщину потолочины без применения закладки выработанного пространства. При частичной закладке потери полезного ископаемого в потолочине и расходы на производство закладки можно существенно уменьшить.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности ведения закладочных работ путем частичной закладки выработанного пространства до уровня допустимого давления на почву целика.
Техническая задача и цель изобретения достигается посредством определения и укрепления только той части междукамерного целика, в которой его деформации превышают допустимые пределы, т.е. путем частичной закладки выработанного пространства при камерных системах разработки, а именно в соответствии с исходными данными и геометрическими параметрами участка закладочных работ строят эпюру распределения нагрузки на кровлю (γ1Н) и почву целика (γ1Н+γ2h) и эпюру допустимых давлений на его почву целика Рдоп., ПРИ этом точка пересчения этих двух эпюр задает минимально необходимый уровень закладки, а саму закладку выработанного пространства производят ниже точки пересечения данных эпюр, то есть ниже точки F, где расчетное давление на целик больше допустимого с учетом погрешности равно 20-30%, а участок камеры, расположенный выше точки F, закладывают после полного завершения добычных работ в зависимости от состояния несущих конструкций системы.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена расчетная схема с эпюрами.
Линия ABC соответствует эпюре давления на целик (распределение нагрузки на кровлю целика γ1Н; распределение нагрузки на почву целика γ1Н+γ2h), а линия DE есть эпюра допустимого давления на целик (Рдоп.). Точка пересечения этих эпюр F является границей между устойчивым и неустойчивым состоянием целика.
Для решения этой задачи в соответствии с исходными данными и геометрическими параметрами участка закладочных работ строят линию AВС, которая является эпюрой распределения нагрузки γ1Н - на кровлю и γ1Н+γ2h - распределения нагрузки на почву целика, где
γ1, и γ2 - объемные веса толщи горных пород над целиком и самого целика, соответственно, т/м3;
Н - глубина ведения горных работ, м;
h - высота целика, м.
Строят линию DE являющуюся эпюрой допустимых давлений на почву целика Рдоп., определяемое по формуле:
где σдоп - предел прочности пород целика, т/м2;
S - площадь, на которую действует нагрузка, м2.
Линии ABC и DE, проходящие через точку пересчения этих двух эпюр, указывают минимально необходимый уровень закладки. Допустимое давление на почву целика Рдоп определяется пределом прочности пород целика σдоп, под которым понимается максимальное значение нагрузки на целик, которое он выдерживает до разрушения, и площадью сечения целика S, к которому приложена нагрузка.
Закладку выработанного пространства производят ниже точки пересечения этих эпюр (ниже точки F), то есть там, где расчетное давление на целик больше допустимого, с учетом погрешности инженерных расчетов, равной 20-30%. Участок камеры, расположенный выше точки F, закладывают после полного завершения добычных работ, в зависимости от состояния несущих конструкций системы.
Таким образом, в соответствии с исходными данными и геометрическими параметрами участка закладочных работ по построенным линиям ABC - эпюры распределения нагрузки (γ1Н) на кровлю целика и (γ1Н+γ2h) почву целика, и линии DE - эпюры допустимого давление на почву целика Рдоп., устанавливается точка пересчения этих двух эпюр, которая задает минимально необходимый уровень закладки.
Способ управления геомеханическим состоянием массива горных пород, включающий закладку выработанного пространства при камерной и камерно-столбовой системах разработки, отличающийся тем, что определяют и укрепляют только ту часть междукамерного целика, в которой его деформации превышают допустимые пределы, путем частичной закладки выработанного пространства, при этом в соответствии с исходными данными и геометрическими параметрами участка закладочных работ строят линию эпюры распределения нагрузки на кровлю и почву целика и линию эпюры допустимых давлений на почву целика Рдоп., по точке пересечения этих двух эпюр определяют минимально необходимый уровень закладки, закладку выработанного пространства производят ниже точки пересечения эпюр в точке F, где расчетное давление на целик больше допустимого с учетом погрешности равно 20-30%, а участок камеры, расположенный выше точки F, закладывают после полного завершения добычных работ в зависимости от состояния несущих конструкций системы.
