книги из ГПНТБ / Дубынин, Н. Г. Совершенствование технологии выемки тонких наклонных жил

Рис. 33. Зависимость площади самообрушения пород кровли S:

а — от их крепооти /; б — от угла падения рудного тела е°; в — от интенсивности отработки і; г — от площади отработки блока а.

примерно равные площади отработки и углы падения рудных тел. При этом учитывали величину площади самообрушения, которая замерялась различными способами.

По результатам замеров (табл. 32) построен график зависи­ мости площади самообрушения пород кровли от их крепости

(рис. 33, а).

G увеличением крепости пород при одинаковой площади отра­ ботки блока и угле падения рудного тела площадь самообрушения пород кровли значительно уменьшается. Это полностью относится к породам кровли, незначительно затронутым тектоническими нарушениями. При сильно развитой тектонике показанная выше зависимость очень искажается, хотя общая тенденция остается постоянной. Следовательно, при выборе метода управления кров­ лей следует также ориентироваться и на крепость пород, слагаю­ щих кровлю.

Влияние угла падения жил на еамообрушение пород кровли. Чтобы установить влияние угла падения жил на еамообрушение пород кровли, были проанализированы данные состояния кровли 39 отработанных блоков, имеющих примерно равные площади выемки и прочностную характеристику пород кровли при различ­ ных углах падения жилы. Блоки были объединены в пять групп, отличающихся друг от друга на величину угла падения, равную 10°. Для каждой группы были найдены средние значения указанных

80

зависимости площади самообрушения кровли от угла падения рудного тела (рис. 33, б).

Для всех 39 блоков является характерной тенденция к уменьше­ нию площади самообрушения пород кровли с увеличением угла падения рудного тела, что следует учесть при выборе рациональ­ ного метода управления кровлей.

Влияние взрывных работ на самообрушение пород кровли установлено опытным путем по взрыву зарядов шпуров различ­ ного веса при неизменной сетке и глубине шпуров — всего 6 серий опытов с величинами зарядов, равными 0,6; 0,75; 0,9; 1,05; 1,2 и 1,35 кг. В качестве ВВ применялся аммонит № 6. Породы вися­ чего бока были представлены весьма трещиноватыми малоустойчи­ выми алевролитами крепостью 5—6.

Показателем самообрушения пород кровли являлось прираще­ ние выемочной мощности за счет обрушения пород висячего бока против заданной и наличие на почве блока крупных кусков пу­ стых пород. Замер проводился через 7—8 ч после взрывных работ. Результаты опытов приведены в табл. 34. С увеличением заряда ВВ в шпурах с 0,6 до 0,9 кг самообрушение пород кровли не проис­ ходило. При увеличении веса заряда ВВ в шпурах происходит увеличение средней выемочной мощности и появляется самообру­ шение пород кровли. При максимальном заряде ВВ в шпуре, равном 1,35 кг, когда шпур почти полностью заполнялся ВВ, средняя выемочная мощность 1,65 м, а максимальная мощность самообрушения доходит до 1,2 м. Максимальный размер куска пустых пород увеличился до 1,6 м.

Из изложенного видно, что между величиной шпуровых заря­ дов ВВ и мощностью самообрушения пород кровли прямая зави­ симость, и для максимального сокращения самообрушения по­ род кровли шпуровые заряды ВВ не должны превышать 0,9 кг.

по группам приведены в табл. 35, по данным которой построен график зависимости площади самообрушения пород кровли от интенсивности отработки блоков (рис. 33, в): с увеличением интенсивности отработки блоков со 100 до 600 м2 площадь самооб­ рушения кровли сокращается с 625 до 415 м2, т. е. в 1,5 раза.

Есть основания полагать, что при большей интенсивности отработки блоков площадь самообрушения пород кровли может быть еще больше сокращена. Таким образом, выбор рациональ­ ного метода управления кровлей должен быть связан с определе­ нием такой технологии выемки жил, при которой достигается наибольшая интенсивность отработки.

Влияние площади отработки блока на самообрушение пород кровли изучено по данным отработки 44 блоков, имеющих при­ мерно равные углы падения жил и одинаковую крепость вмещаю­ щих пород. Блоки были сгруппированы по величине отработан­ ного пространства с разницей между группами в 400 м2. Площадь

82

а когда было опасно заходить в блок — по маркшейдерским дан­ ным. Результаты замеров приведены в табл. 36, на основании которых и на основании графика, построенного по ее данным (рис. 33, г), видно, что с увеличением площади отработки блоков площадь самообрушения пород кровли резко возрастает. Так, при площади, равной 400 м2, площадь самообрушения кровли состав­ ляет 40 м2, или 10% от всей площади обнажения, а при площади 3200 м2, площадь обнажения равна 1150 м2, т. е. уже 35%. Таким образом, превышение площади отработки блока более 2000 м2 резко увеличивает самообрушение пород кровли.

Из сказанного следует, что на устойчивость пород кровли большое влияние оказывают параметры выемочных блоков, что также должно учитываться при выборе метода управления кровлей.

§2. ХАРАКТЕР САМООБРУШЕНИЯ ПОРОД КРОВЛИ

ИДОПУСКАЕМАЯ ПЛОЩАДЬ ЕЕ ОБНАЖЕНИЯ

При разработке тонких жил, залегающих в недостаточно устой­ чивых и неустойчивых вмещающих породах, в выборе метода управления кровлей большое значение приобретает расчет пара­ метров допускаемой площади обнажения.

Допускаемые площади обнажения кровли. С целью определе­ ния допускаемых площадей обнажения кровли были обобщены данные, полученные при отработке семи блоков. При наблюдениях фиксировались длина и ширина участков обнажения кровли в различных местах призабойного и выработанного пространства. При этом учитывалось время, в течение которого эти участки находились без крепления. Принимались во внимание те участки,

которые могли стоять без обрушения сравнительно длительное время, т. е. изучались устойчивые обнажения кровли — такие, при которых не происходит существенных вывалов при длитель­ ных сроках стояния, в несколько раз превышающих время выпол­ нения одного цикла по забою.

Результаты наблюдений сведены в табл. 37.

При тектонических нарушениях в районе отработки (блоки 0-67, 5-26, 10-108) площадь устойчивого обнажения пород кровли не превышает 70 м2 при ширине пролета 1,8—2,5 м, а время стоя­ ния кровли без крепи составляет не более суток. При отсутствии тектонических нарушений (блоки 1-116, 1-107, 1-3, 3-114) площадь устойчивого обнажения превышает 200 м2, а время стояния кровли доходит до 5—6 суток и более.

Следовательно, при определении степени устойчивости пород кровли решающим фактором является тектопика района отра­ ботки .

При установлении рационального метода управления кровлей следует выделить два типа кровли: с большими тектоническими нарушениями и мало затронутые нарушениями. В обоих случаях сначала следует определить допускаемое устойчивое обнажение пород кровли, а затем установить наиболее рациональный метод управления ею.

Поскольку расчет параметров устойчивого обнажения пород кровли путем математических рассуждений весьма сложен в связи с учетом влияния ряда переменных величин, принимается экспе­ риментальный метод расчета с использованием полученных ре­ зультатов наблюдений и известных работ других авторов.

Основы расчета параметров допускаемого обнажения пород кровли. Для участков с крупными тектоническими нарушениями

расчет допускаемой площади обнажения производится па основе теории Г. А. Крупенникова [31].

Если предположить, что обнаженная кровля на участке, имеющем форму квадрата со стороной м0 , самообрушается мгно­ венно, то при уменьшении этой стороны до величины мдл умень­ шенная обнаженная поверхность кровли будет сохрапять устой­ чивость длительное время.

Математически это может быть выражено двумя уравнениями:

где и0 , а0 —соответственно длина и ширина обрушающегося обна­ жения, м; Мдл, аял — длина и ширина обнажения, сохраняющего устойчивость длительное время, м; у и х — соответственно ширина

идлина искомого прямоугольника устойчивого обнажения. Для условий разработки Смирновского месторождения, исходя

из результатов наблюдений (табл. 38), принимаются следующие

84

Т а б л и ц а 38

Параметры устойчивых и неустойчивых обнажений пород кровли по данным отработки блоков по различным жилам

При конкретных значениях длины прямоугольника обнажения кровли уо и г/дл, найденные но формулам (65) и (66), будут следую­ щими (м):

Но этим данным построен график зависимости длины и ширины допускаемого обнажения от времени сохранения кровли в устой­ чивом состоянии (рис. 34, а).

Рассматриваемые зависимости представлены двумя гипербо­ лами, любая из которых является геометрическим местом распо­ ложения вершин прямоугольников обнажений, могущих быть построенными на осях координат и имеющих одинаковый для каждой гиперболы период устойчивости.

Назовем гиперболу,- выражающую функцию у0, гиперболой предельного обнажения, а выражающую функцию удл — гипербо­ лой временной устойчивости. Ими очерчены три зоны (см. рис. 34,а): длительной устойчивости, временной и обрушения.

Если при нанесении предполагаемой площади выемки на оси координат вершина прямоугольника обнажения попадает в зону

85

Рис. 34. і Определение допускаемой площади обнажения кровли.

а — для участков с тектоническими нарушениями, б — для участков с малонарушешшми породами; 1 — зона временной устойчивости, г — зона длитель­

ной устойчивости.

обрушения или будет иметь общую точку с гиперболой предель­ ного обнажения, то это свидетельствует о том, что практически породы кровли при достижении этой площади обнажения будут самообрушаться. Когда же вершина прямоугольника находится в зоне временной устойчивости или имеет точку с гиперболой временной устойчивости, то породы кровли будут находиться временно в устойчивом состоянии. Наконец, если прямоугольник обнажения полностью вписывается в зону длительной устойчи­ вости, то это означает, что породы кровли практически не будут

обрушаться.

Таким образом, с использованием предлагаемых расчетных формул и графика (см. рис. 39) возможно по известной длине забоя (лавы) определить допускаемую ширину обнажения, т. е. отра­ ботанной части блока, обеспечивающую длитѳльпую или времен­ ную устойчивость пород кровли без крепления.

Полученные по этим формулам расчетные данные удовлетво­ рительно совпадают с данными практики (см. табл. 37), что сви­ детельствует о достаточной достоверности предложенного метода

расчета.

Для участков с малозатронутыми нарушениями пород кровли.

Если при определении допускаемой пдощади обнажения для участ­ ков с крупными тектоническими нарушениями не учитывалась крепость пород, слагающих кровлю (поскольку влияние крепости пород в таких случаях незначительно), то при определении до­ пускаемой площади обнажения для участков с малонарушенными породами учет их крепости является обязательным. В этом случае влияние тектоничесішх нарушений становится меньшим, чем влияние крепости пород кровли.

86

Для того чтобы установить величину коэффициента kf, учи­ тывающего влияние коэффициента крепости пород на допускае­ мую ширину обнажения, рассмотрим данные табл. 32. Для конкре­ тизации расчета примем, что при наличии в кровле пород кре­ постью 10 коэффициент, учитывающий влияние крепости пород на допускаемую площадь обнажения, равен единице. В таком случае, исходя из того, что каждой крепости пород соответствует определенная площадь самообрушения кровли, можно принять, что искомый коэффициент представляет собой корень квадратный из отношения величин площади самообрушения пород смежной крепости:

Рассчитываемые по формулам (63) и (64) параметры допускае­ мого обнажения кровли при изменении крепости слагающих ее пород должны быть уменьшены на соответствующие коэффи­ циенты:

Принимая конкретные значения длины прямоугольника обпа-

.жения (х) и подставляя их в формулы (69) и (70), получим следую­ щие величины ширины пролета обнажепия как для условия мгновенного обрушения, так и для длительного стояния:

87

По этим расчетным данным построен график (рис. 34, б) зави­ симости между длиной и шириной обнажения при конкретной крепости пород кровли (принята равной 10). По рис. 34, б можно, имея один из размеров обнажения, обусловленный конструктив­ ными параметрами системы разработки, определить другую его величину (т. е. площадь обнажения) как для случая длительной устойчивости, так и максимальную, при которой происходит самообрушение пород кровли.

§ 3. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО МЕТОДА УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ И РАСЧЕТ ЕГО ПАРАМЕТРОВ

В § 2 было показано, что характер поведения пород кровли, подвергнутых значительным тектоническим нарушениям, резко отличен от поведения слабонарушенных пород. Поэтому и рацио­ нальный метод управления кровлей для каждого случая должен быть иным.

Установление рационального метода управления кровлей при отработке участков с тектоническими нарушениями пород кровли и расчет его параметров

1. Выбор рациональпого метода управления кровлей. Наблю­ дениями установлено, что при отработке участков с тектониче­ скими нарушениями максимальный пролет обнажения кровли не превышает З’м (см. табл. 37). Следовательно, согласно классифи­ кации М. И. Агошкова, породы, слагающие подобный тип кровли, относятся к четвертой категории устойчивости, при которой наибо­ лее приемлемыми методами ее управления являются работы с закладкой выработанного пространства и с обрушением пород

кровли [1,41.

Проведенная в § 3 гл. I оценка этих методов показала, что наибо­ лее целесообразным в условиях месторождения является управле­ ние кровлей принудительным ее обрушением зарядами ВВ с наи­ меньшим объемом и трудоемкостью работ. Как показали расчеты, в этом случае затраты по управлению кровлей, отнесенные на 1 м3 выемки руды, составляют 2,36 руб. против 3,64 руб. при работе

сзакладкой, т. е. значительно меньшие. Поэтому для отработки участков рудных тел с малоустойчивыми вмещающими породами,

синтенсивными тектоническими нарушениями принимается метод управления с принудительным обрушением пород кровли заря­

дами ВВ.

2. Расчет параметров управления кровлей с принудительным обрушением зарядами ВВ. Как известно, при работе с обрушением пород кровли последние обрушаются не непрерывно вслед за продвиганием фронта очистных работ, а периодически, на вели­ чину так называемого шага обрушения, которая зависит от спо-

8 8

собпости пород кровли к самообрушению. Таким образом, при определении шага обрушения необходимо учесть влияние горно­ геологических и горнотехнических факторов на самообрушение

пород кровли.

Расчет шага обрушения может быть произведен на основе следующих соображений. Величина шага обрушения должна быть больше величины пролета обнажения кровли для условии длительного ее стояния, но в то же время несколько меньше вели­ чины пролета обнажения кровли, когда возможно ее мгновенное обрушение. Если величина шага обрушения будет недостаточной, то расходы по принудительному обрушению возрастут.

Кроме того, породы кровли будут обрушены неполностью и не произойдет разгрузки консоли пород над призабойным про­ странством. В таком случае крепление будет зажато и его нельзя будет переставлять вслед за продвиганием забоя.

При слишком большой величине шага обрушения (по условию устойчивости пород кровли и другим факторам, характерным для данного рудника) давление, развиваемое необрушенной^ кон­ солью кровли, может превысить предел прочности призабойного крепления, последнее будет деформировано и очистной забои

может выйти из строя.

Из сказанного следует, что искомая величина шага обрушения должна быть равна полусумме величин у0 и удл, определяемых

где ß — шаг обрушения.

Следует также учитывать угол падения рудного тела и интен­ сивность отработки блока, влияющие на площадь самообрушения пород кровли. Эти факторы учитываются путем ввода в формулу

Для условий рудника при среднем угле падения жилы 30°, интенсивности отработки 10 м/мес. и длине очистного забоя 60 м

89