Тема лекции 13. Управление состоянием массива при системах с креплением очистного пространства

Поддержание выработанного пространства может осуществляться:

- деревянной крепью (деревянные стойкии распорки, крепежные рамы, станки, костры);

- каменной или бетонной крепью;

- металлическими стойками;

- механизированными комплексами.

Характерным для большинства этих систем является работа в очистных забоях с крепи, устанавливаемой по мере выемки руды.

Эти системы разработки применяют в самых неблагоприятных горнотехнических условиях эксплуатации месторождений ценных руд, когда руда и вмещающие породы неустойчивы и основным требованием является высокое извлечение запасов с незначительным разубоживанием.

На практике частокрепление очистных забоев сочетают с закладкой или обрушением выработанного пространства, так как крепь не гарантирует надежного сохранения равновесияподрабатываемых пород.

Геомеханические процессы при всех системах разработки с креплением очистного пространства развиваются идентично и, практически, не зависят от вида применяемой крепи.

Крепление очистного пространства деревянной крепью в настоящее время чаще всего встречается в практике отработки жильных месторождений мощностью не более 2, 0-2, 5 м при необходимостиподдержать неустойчивую непосредственную кровлю.

Работа крепи определяется ее рабочим сопротивлением Р_а и податливостью δ _α . величины которых зависят от угла падения α рудного тела

, (13.1)

, (13.2)

где Р₀, δ ₀ - необходимое сопротивление и податливость крепи при α = 0.

Вследствие того, что в нижней части отрабатываемого блока будут накапливаться руда и отслаивающиеся породы кровли длябольшей безопасности работ и надежного поддержания очистного пространства в верхней части блокаР_а и δ _α необходимо принимать большими по величине Р_max = 0.9÷ 1.0 Р₀; δ _max = 0.9÷ 1.0 δ ₀.

Принимая во внимание, что распорки поддерживаютслабую, склонную к обрушению кровлю, нагрузки на них должны рассчитываться с учетом трещиноватости, а места установки определяться расстоянием между трещинами.

На случай подвижкипород висячего бока рекомендуетсяустанавливать распорки с отклонением от нормали (по восстанию) на 6-10º во избежание их выпадения. Для обеспечении совместной работы пород и крепинеобходимо тщательное расклинивание распорок со стороны лежачего и висячего боков, а для предотвращения вывалов - затяжка обнажений висячего бока.

Если породы висячего бока имеют однородное строение (неслоистое) то давление на крепь определяется на основании теории свода.

В случае поддержания очистного забоя крепежными рамами рассчитываются не только стойки, но и верхняки. Расчеты проводятся для наиболее тяжелых условий работы крепи (на границе свыработанным пространством).

Размеры отдельных элементов крепежных рам определяют на основании конкретных условий напряженного состояния вышележащих пород. Для этого опытным путем или расчётами горного давления определяют нагрузки на стойки и верхняк крепежной рамы, на основаниикоторых методами строительной механики рассчитывают их диаметры.

Диаметр верхняка d выбирают на основании момента сопротивления W круглого леса по формуле

, (13.3)

откуда .

Зная, что максимальное сопротивление изгибу (где М_max - максимальный изгибающий момент), можно d определить из формулы (13.3).

, (13.4)

Если учесть коэффициент запаса прочности крепежного материала К_з, то формула (13.4)будет иметь следующий вид

.(13.5)

Коэффициент запаса прочностиобычно принимают равным 1.5÷ 2.0.

Максимальный изгибающий момент определяется в зависимости от распределения нагрузки на верхняк:

- при равномерно-распределённой нагрузке q на пролете l

, (13.6)

- при различных усилиях Р₁ и Р₂

, (13.7)

где R₁ - реактивное усилие

,

l₀ - расстояние от стойкикрепежной рамы до точки максимального прогиба верхняка

, (13.8)

Здесь Р₁ = q₁b и Р₂ = q₂b - соответственно усилия на стойки со стороны рудного массива и выработанного пространства; q₁ и q₂ - действующие напряжения на стойки; b — расстояние между крепежными рамами.

Величину М_max определяют по формулам(13.6) и (13.7), затем, подставивв формулу (13.5), находят диаметр верхняка. Стойки принимают такого же диаметра, как верхняк, но предварительно проверяют на прочность при большем осевом усилии Р₂. Если Р₂≤ [σ _сж] S_ст (где [σ _сж] - сопротивление материала стойки на сжатие; S_ст - площадь сечения стойки), то стойка будет устойчивой.

Каменная крепь применяется в виде искусственных опор или полос из бутового камня на песчано-цементном растворе. Отдельные столбы - опоры возводятся в очистных забоях по мере подвигания работ, полосы выкладываются взамен междублоковых и междуэтажных целиков до начала отработки блока или с некоторым опережением. Материал и размеры каменных опор выбираются на основании конкретных горно-геологических условий. Из-за трудности механизации работ и больших объемов ручного труда возведение каменной крепи требует значительных экономических затрат. Поэтому этот вид поддержания наибольшее распространение получил при отработке жильных месторождений ценных руд или опасных по горным ударам (Индия, Южная Африка) При больших объемах работ по креплению этот способ поддержания становится нецелесообразным и его заменяют закладкой выработанного пространства.

Накалийных и марганцевых месторождения, залегающих в слабых осадочных породах и характеризующихся достаточно выдержанными условиями залеганий (сравнительно постоянная мощность, горизонтальный или пологий угол падения), для крепления очистных забоев применяют металлические стойки и различного типа передвижные механизированные комплексы. Конструкции применяемых крепей для поддержания очистных забоев - лав аналогичны тем, которые широко используются при разработке пологих угольных пластов.

Основная литература: [1, с.92-109]; [2, с.148-199]; [1.7.3, с.101-109]

Дополнительная литература: [1.7.9, с.565-567]

Контрольные вопросы

1. Какими видами крепи осуществляется поддержание выработанного пространства?

2. В чем заключается сущность взаимодействия крепи с вмещающими породами? Как определяется давление на крепь очистных забоев?

3. Дайте характеристику методам упрочнения массива горных пород химическими составами. Какие составы применяются для упрочнения пород?

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: