Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Геомеханическое обоснование устойчивости выработок в рыхлых рудах

Диссертация: Геомеханическое обоснование устойчивости выработок в рыхлых рудах
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Выполнено обоснование геомеханических моделей двух типов массивов из мартит-железнослюдковых рыхлых и железнослюдково-мартитовых хлоритизированных руд. Несущая способность первого массива определяется моделью жестко-пластического тела, для второго в качестве критерия предельного состояния обосновано использование условия Кулона-Мора, деформирование в допредельной области происходит по линейному… Читать ещё >

Геомеханическое обоснование устойчивости выработок в рыхлых рудах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДА ЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
    • 1. 1. Горно-геологические и гидрогеологические условия разработки богатых руд Яковлевского месторождения
    • 1. 2. Физико-механические свойства руд и вмещающих пород
    • 1. 3. Анализ методов расчета напряженно-деформированного состояния и оценки устойчивости породных обнажений
    • 1. 4. Задачи и методы исследований
  • ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЯВЛЕНИЙ ГОНОГО ДАВЛЕНИЯ В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ
    • 2. 1. Методика натурных наблюдений за проявлениями горного давления в горизонтальных выработках
    • 2. 2. Натурные наблюдения за смещениями контура выработки
    • 2. 3. Натурные наблюдения за смещениями приконтурного массива вокруг выработки
  • ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И ЗОН ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ВОКРУГ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
    • 3. 1. Закономерности деформирования рыхлых руд
    • 3. 2. Обоснование геомеханической модели массива и расчет размеров зон предельного состояния
  • ГЛАВА 4. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬ ТА TOB РАСЧЕТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
    • 4. 1. Сопоставление расчетных величин свода обрушения в рыхлых рудах с наблюдаемыми размерами их в натуре
      • 4. 1. 1. Натурные наблюдения за формированием свода обрушения в кровле выработки
      • 4. 1. 2. Метод расчета свода обрушения в кровле выработки в мартит-железнослюдковой рыхлой руде
    • 4. 2. Расчет нагрузок на поддерживающую крепь горизонтальных выработок
    • 4. 3. Опытно-промышленные испытания крепей
    • 4. 4. Рекомендации по креплению выработок в рыхлых рудах

Яковлевское железорудное месторождение является уникальным как по запасам богатой руды, так и по сложности горнотехнических и гидрогеологических условий.

В геологическом строении месторождения выделяются два различных генетических комплекса пород: докембрийский кристаллический фундамент и перекрывающая его мощная толща осадочных пород горизонтального залегания. Кристаллические породы представлены плагиогранитами и метаморфическими породами — сланцами, железистыми кварцитами, филлитовыми сланцами. Богатые руды залегают среди выветренных железистых кварцитов на глубине 480−590 м в виде мощной, до 300 м, полосы клинообразной формы. Предел прочности на одноосное сжатие, в среднем, составляет только 1МПа, а пористость 25%.

Гидрогеологические условия месторождения сложные. В разрезе прослеживаются семь водоносных горизонтов. Нижний рудно-кристаллический водоносный горизонт приурочен к верхней коре выветривания пород докембрия и рудной залежи. Залежь богатых руд на участке первоочередной отработки дренирована сетью транспортно-дренажных ортов и дренажных скважин. По состоянию на начало 2006 года не отмечается наличие гидравлической связи руд-но-кристаллического водоносного горизонта с каменноугольным.

Отсутствие гидравлической связи напорного каменноугольного водоносного горизонта с рудно-кристаллическим послужило основанием для определения генеральной стратегии освоения месторождения без осушения водоносных горизонтов в толще осадочных пород, с сохранением водозащитных свойств рудной потолочины и карбоновых пород.

Необходимость сохранения водозащитных свойств покрывающей рудной и породной толщи обуславливает требования к качеству подготовительных, очистных и закладочных работ.

Значительный вклад в исследование процесса деформирования и разрушения пород вокруг горных выработок внесли: Ардашев К. А., Баклашов И. В., Борисов A.A., Булычев Н. С., Воскобоев Ф. Н., Долгий И. Е., Зубов В. П., Карто-зия Б.А., Карташев Ю. М., Каплун A.C., Ковалев О. В., Козырев A.A., Мельников H.H., Огородников Ю. Н., Протодьяконов М. М., Протосеня А. Г., Руппенейт К. В., Смирняков В. В., Тимофеев О. В., Трушко B. JL, Фотиева H.H., Цимбаревич П. М., Шик В. М. и многие другие.

Однако, в силу сложности горно-геологических и горнотехнических условий Яковлевского месторождения и исключительно малой прочности рыхлых руд, задачи прогнозирования устойчивости рудных обнажений и обоснования выбора типов и параметров крепи не решены до настоящего времени.

Цель работы: обеспечение устойчивости горизонтальных горных выработок, пройденных в рыхлых рудах.

Идея работы: прогноз устойчивости подготовительных выработок должен базироваться на учете напряженного состояния нетронутого рудно-кристаллического массива сложного строения и несущей способности рыхлых руд при применении поддерживающих видов крепи.

Научная новизна работы. В предельной области около выработки с поддерживающей крепью экспериментально установлено наличие зоны с положительной дилатансией (уплотнением) размером 1−1,5 м, переходящей с удалением от контура в зону с отрицательной дилатансией (разуплотнением) рыхлой руды.

Защищаемые научные положения:

1. Деформирование слабых рыхлых руд вокруг выработок с поддерживающей крепью происходит в течении трех периодов времени с различным характером смещений рудного массива, и, в основном, реализуются в первые 50 250 суток.

2. Деформирование хлоритизированных слабых руд вокруг рудных штреков можно описать моделью упругопластического тела, используемой для расчета области предельного состояния рудного массива вокруг выработки с помощью предложенной и обоснованной конечно-элементной модели.

3. Вертикальная нагрузка на поддерживающую крепь в слабой мартит-железнослюдковой рыхлой руде должна определяться по разработанной методике, основанной на теории предельного состояния и натурных наблюдениях за деформированием вмещающего массива.

Практическая значимость работы:

— Разработана методика расчета вертикальных и горизонтальных нагрузок на поддерживающую крепь выработок в рыхлых рудах.

— Определены рациональные виды и параметры крепей для поддержания выработок, проводимых по рыхлым рудам, которые использованы во «Временных указаниях по выбору типов и параметров крепи капитальных и подготовительных выработок Яковлевского рудника» С.-Пб. 2006 г.

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций: подтверждается значительным объемом экспериментальных натурных наблюдений, использованием современных методов геомеханики и компьютерных технологий и опытно-промышленными испытаниями поддерживающих крепей.

Апробация диссертации: содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных конференциях молодых ученых и студентов СПГГИ (ТУ) ми. Г. В. Плеханова «Полезные ископаемые России и их освоение» (С.-Петербург, 2003, 2004, 2005) и научно-техническом совете СПГГИ (ТУ).

Личный вклад автора заключается:

В постанове задач исследований, участии в проведении натурных исследований, обработке полученных данных на ЭВМ, анализе натурных данных, создании конечно-элементных моделей для исследования особенностей формирования зон неупругих деформаций вокруг выработок, выполнении численных экспериментов и разработке практических рекомендаций.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатных работы в вузовских и межвузовских сборниках научных трудов.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение и заключение, список использованной литературы из 90 именований, 83 рисунка и 21 таблицы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации, представляющей собой законченную научно-исследовательскую квалификационную работу, на базе проведенных натурных и аналитических исследований выполнено решение актуальной научной задачи обеспечения устойчивости и эффективного поддержания подготовительных горных выработок в рыхлых рудах, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

1. Экспериментальными исследованиями установлены качественные и количественные зависимости процесса деформирования с различным характером смещений приконтурного массива вокруг выработок, сооружаемых в рыхлых рудах. Выявлено формирование зоны уплотнений рыхлой руды, переходящей с удалением от контура в зону разрыхления. Определены размеры зоны активного смещения руд вокруг горизонтальной выработки, которые составляют (2−3,5) м.

2. Выполнено обоснование геомеханических моделей двух типов массивов из мартит-железнослюдковых рыхлых и железнослюдково-мартитовых хлоритизированных руд. Несущая способность первого массива определяется моделью жестко-пластического тела, для второго в качестве критерия предельного состояния обосновано использование условия Кулона-Мора, деформирование в допредельной области происходит по линейному закону.

3. На основании математического моделирования установлено влияние величины сцепления и угла внутреннего трения рыхлых руд, а также величины вертикальных напряжений в нетронутом рудном массиве на размеры зоны предельного состояния вокруг выработки. Диапазоны изменения величин сцепления, угла внутреннего трения и вертикальных напряжений составляли: сцепление С=1,0-т-1,67 МПа, угол внутреннего трения ф=36-т-440, вертикальное напряжение сту=5 +12 МПа.

4. На основании натурных наблюдений за устойчивостью выработок в рыхлых рудах установлено, что размеры свода обрушения в кровле увеличиваются в течение длительного времени, порядка 5 месяцев, с момента ее проведения.

5. Предложен метод расчета величины вертикальной нагрузки на поддерживающую крепь, основанной на теории свода и натурных наблюдениях за смещениями вмещающего массива, приведены зависимости для расчета вертикальной и горизонтальной нагрузок на крепь с учетом продолжительности периода поддержания выработок.

6. Проведены опытно-промышленные испытания поддерживающей металлической податливой крепи КМП-АЗ с различными параметрами. На основе результатов испытаний разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров поддерживающих крепей для обеспечения устойчивости горизонтальных выработок в рыхлых рудах.

7. Результаты натурных исследований деформирования массива вокруг выработок в рыхлых рудах использованы в нормативном документе «Временные указания по выбору типов и параметров крепи капитальных и подготовительных выработок Яковлевского рудника», С.-Пб. 2006 г.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Геологическая изученность СССР. Т. 9. Белгородская, Брянская, Воронежская, Курская, Липецкая, Орловская, Тамбовская области период 19 661 970. вып.1. Отв. ред. Ассовский А.Н.- АН СССР. Мин-во геологии РСФСР -Москва: Недра, 1976, 502 с
  2. Геология, гидрогеология и железные руды Курской магнитной аномалии. Изд. Недра, Том I — М., 1970- Том II — М., 1972- Том III — M., 1969
  3. Железисто—кремнистые формации докембрия Европейской части СССР. Минералогия. Наукова Думка, Киев, 1989
  4. Железорудные формации докембрия КМА и их перспективная оценка на железную руду. Изд. Недра, М., 1989
  5. С.И. Микроэлементы и некоторые особенности их расположения в богатых железных рудах и железистых кварцитах Яковлевского месторождения КМА. В кн.: Кора выветривания, вып. 16, Изд. Наука, М., 1978
  6. С.И. О связи морфологии рудной залежи богатых руд Яковлевского месторождения КМА с особенностями его структуры. Геология рудных месторождений, 1974 № 3. с. 73−79.
  7. С.И. Типы текстур железистых кварцитов КМА, характер изменения в разрезе и по формационному профилю. Геология рудных месторождений, Т XXI, 5, сентябрь—октябрь, Изд. Наука, М., 1979
  8. Геология, гидрогеология и железные руды Курской магнитной аномалии. Изд. Недра, Том I М, 1970- Том II — М., 1972- Том III — M., 1969.
  9. Е.А. О формировании богатых железных руд Яковлевского месторождения КМА. Изв. вузов. Геология и разведка, 1967, № 8, стр.64−73.
  10. Железорудные формации докембрия КМА и их перспективная оценка на железную руду. Изд. Недра, М., 1989.
  11. Л.Н. Формационные типы железных руд докембрия и их эволюция. Изд. Недра, М., 1973
  12. С.И., Саар A.A. и др. Отчет о геолого-разведочных и поисковых работах на Яковлевском железорудном месторождении КМА по состоянию на 1 октября 1958, кн.1 и 2.
  13. Н.И., Лазаренко Ю. Н. Вертикальная зональность гипергенных железных руд на Яковлевском месторождении в Белгородском районе КМА. Изв. вузов. Геология и разведка, 1966, № 1, стр.54−62.
  14. Исследование и прогноз инженерно-геологических условий участка первоочередной отработки богатых руд Яковлевского месторождения на стадии доразведки. Отчет по НИР, ВИОГЕМ, Белгород, 1985, 145 с. Рук. В. А. Котов.
  15. Информационный отчет на тему: «Богатые железные руды Яковлевского месторождения КМА: условия залегания, генезис, минеральный состав, текстуры, физико-механические свойства». СПГГИ (ТУ). Руководитель проф. Дашко Р. Э., С.-Пб. 1998 г.
  16. ГОСТ 25 100–95 Грунты. Классификация
  17. H.A. Механика грунтов М.: Высшая школа, 1968. -258с.
  18. ., Санглера Г. Механика грунтов. М., Стройиздат, 1981.454с.
  19. В.А. Основы механики грунтов. М., 1959, 1961, т. I.20 .P.A. Roest, W. Kamp The self supporting rock ring. Mining Science & Technology, 1987. p. 650−659.
  20. Hoke E. Rock engineering, p. 350
  21. В.Г. Осесимметричная задача теории предельного равновесия сыпучей среды. М., изд. ГИТТЛ, 1962, 116 с.
  22. Г. Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок. М., «Недра», 1976.- 272 с.
  23. Н.С. Механика подземных сооружений. М., Недра, 1981,270 с.
  24. Н.С. Механика подземных сооружений: Учеб. Для вузов.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Недра, 1994.-382 с.
  25. Р. Исследования горного давления. В кн.: «Вопросы теории горного давления». М., Госгортехиздат, 1961, С.5−58.
  26. Г. А. Комплексное исследование взаимодействия крепей подземных выработок с горными массивами. Доклад о содержании опубликованных научных работ. JL, 1962 г.
  27. А. Давление горных пород в угольных шахтах. В кн. «Вопросы теории горного давления». М., Госгортехиздат, 1961, С.59−164.
  28. B.C. Определение области неупругих деформаций с учетом изменения сцепления породы. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, № 6, 1976, С.93−95.
  29. JI.C. Теория упругости, пластичности и ползучести в горном деле. Учебное пособие. Часть 2. JL: ЛГИ, 1977.-81 с.
  30. К.В. Некоторые вопросы механики горных пород. М., Углетехиздат, 1954.- 384 с.
  31. К.В. Давление и смещение горных пород в лавах поло-гопадющих пластов. М., 1957.
  32. К.В., Либерман Ю. М., Матвиенко В. В., Песляк Ю. А. Расчет крепи шахтных стволов. М.: Изд-во АН СССР. 1962.- 123 с.
  33. А.Г., Ставрогин А. Н. Определение напряженно-деформированного состояния массива вокруг выработок на основе теории пластичности горных пород с дилатансией. / сб. Устойчивость и крепление горных выработок, ЛГИ, Л. 1978. С. 82−84.
  34. А.Г., Селезнев А. Н., Горшунова Т. Н. и др. Метедика расчета средних нормальных нагрузок на крепь вертикальных стволов для
  35. Ш больших глубин и сложных горно-геологических условий, В кн.: Устойчивость и крепление горных выработок. Взаимодействие крепи и пород в сложных условиях. JL, изд. ЛГИ, 1984.
  36. А.Н., Протосеня А. Г. Пластичность горных пород. М., «Недра», 1979.- 301 с.
  37. А.Н., Протосеня А. Г. Прочность горных пород и устойчивость выработок на больших глубинах. М.: Недра, 1985.-272с.
  38. А.Г. О постановке задач по расчету нагрузок на капитальные выработоки и тоннели. // Устойчивость и крепление горных выработок. Крепление и поддержание горных выработок. / Санкт-Петербургский горный институт. С-Пб, 1992. С.4−8.
  39. А.Г., Тимофеев О. В., Огородников Ю. Н. Разработка, практическая проверка и корректировка новой методики определения устойчивости породных обнажений в протерозойских глинах. СПГГИ, С-Пб., 1996.
  40. О.В. Методика расчета параметров штанговой крепи при упруго-пластической деформации массива пород// Устойчивость и крепление горных выработок. JI., 1974
  41. H.H., Булычев Н. С. Обработка результатов натурных исследований давления пород на крепь и расчет крепи по измеренным нагрузкам. // Межвузовский сборник Устойчивость и крепление горных выработок, вып.5, Л., изд. ЛГИ, 1978. С. 100−104.
  42. А.П. Выдавливание горных пород и устойчивость подземных выработок. М., Госгортехиздат, 1963.- 144 с.
  43. А.Г., Тимофеев О. В., Огородников Ю. Н. Разработка, практическая проверка и корректировка новой методики определения устойчивости породных обнажений в протерозойских глинах. СПГГИ, С-Пб., 1996.
  44. И.Е., Протосеня А. Г., Силантьев A.A. Определение смещения контура горных выработок в условиях активного проявления горного давления // Устойчивость и крепление горных выработок// межвузовский сборник Санкт-Петербург 1999 г.
  45. Отчет по договору № 7/2004 «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию Яковлевского рудника». Санкт-Петербург, 2004.
  46. В.Н. Механика пористых и трещиноватых сред. М.: Недра, 1984. 232 с.
  47. В.Н., Басниев К. С., Горбунов А. Т. Механика насыщенных пористых сред. М., Недра, 1970
  48. Прочность и деформация горных пород в допредельной и запредельной областях. А. Н. Ставрогин, Б. Г. Тарасов и др. ФТПРПИ, 1981, № 6, с. 211.
  49. Методические указания по определению баланса энергии при хрупком разрушении горных пород. JL, ВНИМИ, 1982 г. с 13
  50. В.А. Основы механики грунтов. М., 1959, 1961, т. II.
  51. А.Н., Тарасов Б. Г. Экспериментальная физика и механика горных пород. СПб., Недра, 2001 г.
  52. Проведение экспертизы о склонности рудного массива и вмещающих пород Яковлевского рудника к горным ударам в интервале отметок-395 м --500м. Договор Д-79, ВНИМИ, 57 с. СПб, 1995 г., рук. Филинков A.A.
  53. .С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. -Изд. Наука, Алма-Ата, 1964 г.
  54. .Г., Ставрогин А. Н., Ширкес O.A. Механизм формирования порового пространства в горных породах в условиях деформирования при высоких давлениях//ФТПРПИ. 1992. № 1. С. 12−21
  55. М.М. и др. Паспорта прочности горных пород и методы и их определения. Недра, 1964 — 75 с.
  56. .В. Механические свойства горных при высоких давлениях и температурах. М.: Гостоптехиздат, 1963.
  57. А.Г., Журов Г. Н., Александров В. А. Запредельное деформирование вокруг выработок в негидростатическом поле напряжений. -Физ. техн. пробл. разраб. полезных ископаемых, 1988, № 2, с. 10−17.
  58. А.Г. Прогнозирование перемещений массива вокруг горных выработок с учетом разрыхления пород в пластической зоне. Шахтное строительство, 1977, № 7, с. 17−19.
  59. Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М., «Наука», 1966.- 705с.
  60. ABAQUS Online Manuals. Release 6.5. User Programmable Features.
  61. О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред М.:Недра, 1974. — 240 с.
  62. Ю.Н. Некоторые вопросы теории ползучести. Вестник МГУ, № 10, 1948.
  63. G. Borm Computer Aided statics of underground openings in squeezing rock. Mining Science & Technology, 1987. p. 668−674.
  64. JI.A. Задачи теории упругости и численные методы их исследований СПб.- Изд-во СПбГТУ, 1998. 532 с.
  65. W. Yongjia, Numerical model for computing time-dependent displacements and stresses in rock mechanica.-Mining Science & Technology, 1987.p. 778 785
  66. Y. Xuefu, C. Meifeng, C. Fang Improvement of roadway stability in difficult, intensively technically disturbed ground. Mining Science & Technology, 1987. p. 675−682.
  67. А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987.
  68. Д.Норри, Ж. де Фриз Введение в метод конечных элементов. М.: Мир, 1981.-304 е., ил
  69. .З., Абдылдаев Э. К., Фадеев А. Б. О расчете контактных нагрузок на обделку тоннелей методом конечных элементов. Механика грунтов, основания и фундамента. ЛИСИ, JL, 1980. 37 -49 с.
  70. Функциональный анализ и его приложения в механике сплошной среды. Учебное пособие М.: Вузовская книга, 2000 — 320 с.
  71. Е.М., Никишков Г. П. Метод конечных элементов в механике разрушения. -М.: Наука., 1980 -256 с.
  72. Г. Н. Концентрация напряжений около отверстий. М., JL, изд. ГИТТЛ, 1951, 494 с.
  73. Г. Н. Распределение напряжений около отверстий. Киев. Нау-кова думка, 1968.
  74. А.Г., Козел A.M., Борисовец В. А. и др. Расчет нагрузок на крепь глубоких стволов, сооружаемых в сложных горно-геологических условиях // Шахтное строительство. 1984. № 6. С. 13−15.
  75. А.Г., Лебедев М. О. Постановка задач по расчету напряженного состояния около выработок // Межвузовский сборник научных трудов «Устойчивость и крепление горных выработок». С-Пб, СПГГИ, 1999. С. 115 118.
  76. Отчет по договору № 6/2003 «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию Яковлевского рудника». Санкт-Петербург, 2003.
  77. JT.B., Жихарев С. Я. Определение усилий в почве подготовительных горных выработок// Устойчивость выработок в сложных условиях. -Л.: ЛГИ, 1990.
  78. П.М. О величине горного давления в вертикальной выработке. «Горный журнал», № 9, 1933.
  79. Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчету крепи./ ВНИМИ, ВНИИОМШС Минуглепрома СССР. М., Стройиз-дат, 1983 г.
  80. H.H., Огородников Ю. Н., Расчет несущей способности сетки-затяжки, закрепленной на штангах, с учетом ее растяжения от нагрузки. // Исследование проблем механики подземных сооружений. Тула: Тул. ПИ, 1987 г., с. 136−142.
  81. И.В., Картозия Б. А. Механика подземных сооружений и конструкций крепей. М.: Недра, 1992 — 543 с.
  82. Инструкция по выбору рамной металлической податливой крепи горных выработок. МЧП СССР, институт ВНИМИ, Л., 1986.
  83. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. Справочник (В.Н. Каретников, В. Б. Клейменов, А.Г. Нуждихин). М., Недра, 1989.
  84. H.H. Кодолба, В. М. Субботин, В. А. Нелаев, А. И. Лябак, С.Н. Жу-рин, A.A. Жидков. Технические решения по строительству рудника. Горный журнал. № 1−2, 1996.
  85. Технологический регламент на упрочнение неустойчивого массива и крепление горных выработок Яковлевского рудника. ВИОГЕМ, Белгород, 1990, 150 с. Рук. работы Логачев Н.Т.
  86. Предложения института «Центрогипроруда» по развитию Яковлевского рудника. Белгород, 2002.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!