Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей» Земцовский Александр Васильевич

Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей»
<
Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей» Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей» Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей» Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей» Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей» Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей» Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей» Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей» Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей» Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей» Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей» Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей»
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Земцовский Александр Васильевич. Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей»: диссертация ... кандидата технических наук: 25.00.20 / Земцовский Александр Васильевич;[Место защиты: Горный институт КНЦ].- Апатиты, 2014.- 157 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Состояние вопроса, обоснование цели и задач исследований . 9

1.1. Актуальность проблемы геомеханического обоснования параметров подземной

геотехнологии при совместной разработке месторождения 9

1.2. Анализ горно-геологических, геомеханических и горнотехнических условий отработки месторождения . 12

1.2.1. Геологическая характеристика месторождения 12

1.2.2. Геомеханические условия 14

1.2.3. Горнотехнические особенности 17

1.3. Обзор исследований, посвященных комбинированной разработке месторождений в удароопасных условиях . 22

1.4. Обоснование цели и задач исследований 32

ГЛАВА 2. Исследование состояния массива пород месторождения «олений ручей» . 35

2.1. Обоснование применяемых методов исследований 35

2.1.1. Анализ существующих методов исследования геомеханического состояния

массива 35

2.1.1.1. Экспериментальные методы 35

2.1.1.2. Аналитические методы . 37

2.1.2. Численные методы . 38

2.1.2.1. Анализ существующих численных методов расчета НДС массива . 38

2.1.2.2. Описание программного комплекса Sigma GT 41

2.1.3. Модель среды для исследования состояния массива 41

2.2. Результаты исследования геомеханического состояния массива месторождения

«Олений ручей» натурными методами 43

2.2.1. Визуальные обследования состояния выработок 45

2.2.2. Геофизические методы исследования состояния массива . 46

2.2.3. Реометрические исследования 50

2.2.4. Измерения напряжений методом разгрузки 50

2.3. Исследование состояние массива методом численного моделирования . 51

2.3.1. Оценка исходного поля напряжений в окрестностях месторождения 52

2.3.2. Оценка влияния карьеров на НДС массива горных пород 60

2.3.3. Оценка влияния подземных горных работ на НДС 70

2.4. Сравнение результатов численного моделирования с данными натурных исследований 76

Выводы по главе 2 78

Глава 3. Обоснование основных параметров систем разработки, планируемых к применению на месторождении 80

3.1. Методика прогноза устойчивости элементов системы разработки . 80

3.1.1. Анализ существующих критериев разрушения горных пород 80

3.1.1.1.Классические теории разрушения материалов 80

3.1.1.2. Современные теории прочности 82

3.1.1.3. Теории прочности горных пород . 84

3.1.2. Оценка безопасных параметров конструктивных элементов системы разработки . 86

3.1.3. Создание мелкомасштабной модели месторождения «Олений ручей» 89

3.2. Определение безопасных размеров камер и междукамерных целиков . 94

3.3. Оценка возможности обрушения налегающей толщи пород до поверхности при

отработке подземных запасов месторождения 99

3.4. Оценка необходимых параметров обнажений для перехода к системе с обрушением

подработанных пород 102

Выводы по главе 3 107

Глава 4. Оценка устойчивости выработок подземного рудника «олений ручей» . 108

4.1. Прогноз устойчивости выработок в процессе отработки подземных запасов 108

4.1.1. Исследование состояния массива вмещающих пород и рудного тела при

последовательной подземной отработке запасов месторождения 108

4.1.2. Оценка устойчивости выработок по данным численного моделирования . 111

4.2. Оценка состояния выработок концентрационного горизонта -220 м . 118

4.3. Анализ состояния выработки на различной глубине при разном типе поля

напряжений . 122

4.3.1. Описание расчетных вариантов 123

4.3.2. Описание моделей и условий моделирования 123

4.3.3. Результаты моделирования . 126

4.3.4. Определение размеров зон разрушения вокруг горной выработки . 129

4.3.5. Анализ полученных результатов 142

Выводы по главе 4 144

Заключение 145

Список использованных источников .

Анализ горно-геологических, геомеханических и горнотехнических условий отработки месторождения

Подготовка горизонта выпуска заключается в проведении доставочных и траншейных ортов и погрузочных заездов. При выпуске руды для систем разработки с обрушением угол наклона борта траншеи составляет не менее 55.

Система разработки с подэтажным обрушением с торцевым выпуском руды

Система разработки с подэтажным обрушением с торцевым выпуском руды используется для отработки рудных залежей, расположенных под обрушенными породами, либо там, где имеется возможность технически реального обрушения покрывающих пород, т.е. при условии гарантийного заполнения выработанного пространства горной массой.

Каких-либо существенных ограничений по мощности рудного тела для применения варианта нет, ограничение по углу падения есть. Желательный угол падения должен быть более 45-50. На участках залежей с меньшим углом падения потери руды могут превысить допустимые. Система разработки будет использоваться для доработки отдельных участков залежей, где не целесообразно формировать траншейное днище. Удельный вес применения системы разработки составит 5-10 %.

Подготовка блока к очистным работам заключается в проведении подэтажных выработок, располагаемых через 20-25 м по вертикали. Для подготовки подэтажа с уклона проходятся транспортные штреки, из которых вкрест простирания рудного тела проходятся доставочные орты, располагаемые через 80 м. По простиранию рудного тела из транспортных ортов проходятся буро-доставочные штреки. Горная масса от проходки подготовительных выработок и от очистных работ перепускается на горизонт откатки по рудоспускам. Буро-доставочные штреки располагаются через 18-20 м в зависимости от горнотехнических условий отработки.

При очистных работах загазованный воздух из буро-доставочных штреков поступает в доставочные орты и через вентиляционные восстающие направляется в общешахтную вентиляционную сеть (в вентиляционный штрек на отметке +180 м).

Выемка залежи производится сверху вниз с опережающей отработкой вышележащих подэтажей на величину не менее чем 20 м.

Таким образом, подземная разработка запасов месторождения «Олений ручей» подразумевает применение нескольких классов систем разработки при различных горногеологических условиях. Такое техническое решение приводит к возникновению проблемы перехода от системы разработки с открытым очистным пространством к системе с обрушением налегающих пород. Одним из решений данной проблемы является формирование условий способствующих обрушению пород кровли и заполнению обрушенными породами очистного пространства. В случае невозможности создания таких условий или возникновения проблем с обрушением подработанных пород предусмотрено принудительное обрушение пород кровли с использованием специальных породных горизонтов . К настоящему времени терминология в области комбинированной разработки месторождений недостаточно устоялась. При этом существуют различные критерии и подходы к классификации всевозможных способов отработки запасов месторождений, что создает трудности в однозначном определении комбинированного способа разработки. Рассмотрим и проанализируем существующие на настоящий момент работы, посвященные данной проблеме.

В систематизацию мирового опыта, становление и развитие теории комбинированной разработки месторождения полезных ископаемых внесли значительный вклад такие ученые как М.И. Агошков, Н.В. Мельников, Д.Р. Каплунов, В.И. Терентьев, К.Н. Трубецкой, Б.П. Боголюбов, Б.П. Юматов, П.Э. Зурков, С.Л. Иофин, В.И. Щелканов, А.А. Вовк, Г.И. Черный, В.В. Куликов, М.Ф. Шнайдер, В.К. Вороненко, Д.М. Казикаев, Т.М. Мухтаров, Ю.В. Демидов, В.Н. Калмыков, М.В. Рыльникова и др. В настоящее время существует множество классификаций комбинированных систем разработок, которые выделяются в группы или классы по одному или нескольким определяющим признакам.

Одна из первых классификаций систем разработки, предложенная в работе [6], основывается на очередности открытых и подземных работ и степени их совмещения. Существующие способы отработки месторождения автор делит на три группы:

1) месторождения отрабатываются в первый период открытым способом, а затем осуществляется переход на подземные работы;

2) месторождения отрабатываются в первый период подземным способом, а затем осуществляется переход на открытые работы;

3) месторождения в течение продолжительного времени разрабатываются одновременно открытым и подземным способами.

Отмечается, что почти во всех случаях комбинированной разработки в так называемый переходный период осуществляется одновременная разработка месторождений открытым и подземным способом. Автор не указывает временной критерий, по которому совместная разработка может быть отнесена к 3 группе или только к переходному периоду отработки запасов месторождения. Так же существенным недостатком данной классификации является отсутствие в ней учета повторной разработки месторождения, а также специальных физико-химических методов добычи.

Классификация, предложенная в работе [36] А.А. Вовка и Г.И. Черных, дополняла и развивала классификацию, описанную в работе Б.П. Юматова [6]. Все возможные виды комбинированной системы разработки разделены на 6 классов в зависимости от направления развития горных работ в пространстве и сочетания во времени, а также с учетом вида применяемого оборудования. Необходимо отметить особенность классификации, которая заключается в упоминании шнековобуровой выемки и производства подземных очистных работ из карьеров. При последнем варианте предполагается вскрытие и отработка запасов штольнями и использование карьерных транспортных путей для вывоза полезных ископаемых из подземной части рудника, а карьерного пространства – для вентиляции подземных выработок.

В классификации, представленной в работе [7], предлагается выделить повторную разработку месторождения в отдельный класс, а оставшиеся варианты поделить на совместную и комбинированную систему разработки. При этом автор указывает, что комбинированная система разработки это только та система, при которой происходит последовательная открыто-подземная разработка месторождения. А вариант, где происходит последовательный переход с подземных работ на открытые, отнесен к группе повторной разработки месторождения. Так же выделена в отдельную группу и совместная отработка месторождения. Причем автор не дает критерия, указывающего на степень совмещения работ, который позволяет отнести систему разработки к совместной отработке или комбинированной разработке.

В работе [9] в качестве классификационных признаков приняты совмещения открытых и подземных работ во времени и пространстве. Но в отличие от предыдущих классификаций автор предлагает оценивать степень совмещения работ, тесноту технологических связей горных работ с помощью коэффициентов. Предложенные В.А. Щелкановым коэффициенты степени совмещения, коэффициенты использования технических возможностей месторождения и полноты технологических связей позволяют оценить экономический эффект совместного применения открытых и подземных работ, полноту использования технических возможностей месторождения.

Описание программного комплекса Sigma GT

Красными линиями показаны положения проектных выработок, черными линиями отображены положения пройденных выработок на момент проведения измерений напряжений.

В результате измерений было установлено, что максимальная компонента главных напряжений на горизонте +234 м составляет атах = 36 МПа, азимут вектора максимальной компоненты равен приблизительно 25. Ориентация вектора атах относительно пройденных выработок показана на рисунке 2.8. Полученное значение атах и ориентировка его вектора хорошо коррелируют с данными численного моделирования и визуального обследования выработок. Для более обоснованной оценки параметров НДС месторождения необходимо провести серию измерений на различных участках массива.

Данные натурных исследований свидетельствуют о наличии в массиве высоких горизонтальных тектонических напряжений и хорошо согласуются с данными об уровне напряжений изменяющихся с глубиной, полученных в результате геологоразведочных работ [27].

По результатам анализа горно-геологических и геомеханических данных о месторождении были разработаны объемные численные модели для расчета НДС массива на нескольких масштабных уровнях. Моделирование проводилось методом конечных элементов с помощью программного комплекса Sigma GT, разработанного в Горном институте КНЦ РАН [53].

При разработке численных моделей была применена методика последовательных приближений [96], которая заключается в разделении расчетов НДС массива на несколько этапов. На первом этапе разрабатывается мелкомасштабная модель, учитывающая крупные структурные нарушения, рельеф дневной поверхности, крупные горнотехнические объекты и основные элементы геологии месторождения. При создании мелкомасштабной модели определяются размеры расчетной области, формируется инженерно-геологическая модель месторождения, обосновываются граничные условия и устанавливаются расчетные варианты, необходимые для определения закономерностей распределения первичных полей напряжений, действующих в массиве горных пород месторождения, а также в его окрестностях. Данные полученные в результате расчетов анализируются и сопоставляются с результатами, полученными другими методами оценки исходного напряженного состояния массива. Если необходимо, в модель вносятся коррективы и повторяются расчеты с учетом внесенных изменений.

На втором этапе создается крупномасштабная модель, которая позволяет учесть различные геологические особенности месторождения, а так же промоделировать изменение различных параметров системы разработки месторождения, таких как последовательность выемки рудного тела, размеры целиков и камер, высота этажей и подэтажей. По полученным результатам предыдущего этапа моделирования устанавливаются границы крупномасштабной модели, которые определяются максимальными размерами области влияния горных работ. Затем на боковые грани модели задают граничные условия, полученные из мелкомасштабной модели. Далее проводятся расчеты НДС массива. В результате анализа полученных данных устанавливаются безопасные параметры системы разработки, планируемой к применению при отработке месторождения.

На третьем этапе моделирования создаются отдельные модели для одиночных или нескольких горных выработок с учетом поля напряжений, сформировавшегося на текущей стадии отработки месторождения. Данный этап позволяет оценить влияние НДС массива на устойчивость горных выработок, а также выбрать их оптимальное поперечное сечение.

Таким образом, методика последовательных приближений, учитывая основные горногеологические и горно-технологические факторы, позволяет получить наиболее точные данные о НДС массива горных пород.

В настоящей главе представлены данные, полученные в результате первого этапа моделирования.

Определение границ и размеров модели основывалось на принципе Сен-Венана, в соответствии с которым влияние особенности распространяется на расстояния не более трех ее характерных размеров. Согласно данному принципу границы модели должны быть разнесены от области горных работ на расстояния равным примерно трем радиусам этой области. Так как в непосредственной близости от месторождения «Олений ручей» располагается Ньоркпахкское месторождение, отрабатываемое карьером и, несомненно, оказывающее влияние на НДС массива, то мелкомасштабная модель должна также включать данное месторождение. Таким образом, были установлены следующие размеры модели: длина 9360 м, ширина 6000 м, и высота примерно 2500 м. Рельеф дневной поверхности. Так как абсолютные отметки рельефа находятся в пределах +300 +700 м и относительные превышения достигают 400 м, то рельеф дневной поверхности оказывает значительное влияние на распределение полей напряжений, действующих в массиве, соответственно, данный фактор необходимо учитывать при разработке модели.

Информация о рельефе была взята с топографических карт Q-36-009,010, Q-36-007,008, Q-36-019,020 и Q-36-021,022 масштаба 1:100 000. На картах была установлены границы моделирования, в пределах которых была проведена оцифровка рельефа с интервалом 50 м между высотными отметками. Затем полученная информация вносилась в мелкомасштабную модель месторождения для построения рельефа дневной поверхности.

Оценка безопасных параметров конструктивных элементов системы разработки

На основе обширного фактического материала по объемным испытаниям пород, полученным в институте ИГД им. акад. А.А. Скочинского в 1950-60 г.г. М.М. Протодьяконовым, было предложено обобщенное уравнение паспорта прочности [109] в виде эмпирической зависимости: где max и a - параметры материала, первый из которых дает ординату асимптоты, к которой стремится предельная огибающая, а второй задает форму (крутизну) огибающей в начале координат; p - предел прочности породы на одноосное растяжение.

Несмотря на привлекательность данного эмпирического подхода необходимо отметить ряд недостатков, присущих этому критерию. Согласно данному уравнению существуют естественные каменные материалы, у которых может отсутствовать прочность на одноосное растяжение, тогда как прочность на одноосное сжатие сохраняет очень высокое значение, что мало приемлемо. Также из этого уравнения невозможно получить предельную кривую для пластических пород, когда прочность на одноосное сжатие равна прочности на одноосное растяжение.

Еще один эмпирический критерий в своих работах [124] был предложен З.Т. Бенявским в следующем виде: 1 = A с0,2530,75+с, (3.7) где A – эмпирическая константа.

Не останавливаясь на подробном анализе данного критерия, необходимо отметить, что в областях растяжения он неприменим, и только на отдельных участках диаграммы Мора он пригоден для описания прочности пород.

Одним из более распространенных и широко используемых в зарубежной практике критериев прочности является критерии прочности Хука-Брауна [125]: 1 = 3 +ci(m3/ci+ s)a (3.8) где ci - прочность на одноосное сжатие ненарушенных горных пород (в образце); m и s – безразмерные константы материала и показатель степени а, ранее принимаемый равным 0,5, корректируются с помощью эмпирических уравнений:

Где новые эмпирические константы mi, GSI и D определяются в соответствии с особыми экспериментальными натурными и лабораторными методиками, которые призваны их связать со свойствами, структурными особенностями, степенью трещиноватости. Несмотря на учет особенностей массива и большой опыт применения этого критерия, он имеет ряд недостатков. При условии пластического материала критерий не способен описать условие прочности. Также из выражения критерия невозможно получить прочность на одноосное растяжение, а материал всегда разрушается в условиях объемного многокомпонентного растяжения

Таким образом, можно сказать, что на данный момент не существует какого-либо универсального критерия разрушения, руководствуясь которым можно было бы адекватно описать условия разрушения горных пород. деформаций или напряжений. Простой физический смысл и удовлетворительные результаты для хрупких материалов делает данную теорию наиболее привлекательной при первичной оценки возможности разрушения массива.

Для дальнейшей оценки и при наличии дополнительной информации о массиве (сцепление, угол внутреннего трения, поврежденность и степень трещиноватости массива) можно использовать теорию прочности Кулона-Мора или теорию прочности Хука-Брауна.

Критерий Кулона-Мора дает приемлемые для практики результаты по величинам разрушающих напряжений но, как показывают экспериментальные исследования [110, 126], ориентация поверхности разрушения, соответствующая гипотезе Кулона-Мора, не подтверждается.

Эмпирический критерий Хука-Брауна имеет большой опыт применения за рубежом, хорошо себя зарекомендовал и постоянно совершенствуется. Несмотря на некоторые недостатки (малопригоден для описания прочности для пластичных материалов и идеально связанного тела с прямолинейной огибающей наибольших кругов напряжений диаграммы О. Мора), данный критерий может быть применен в условиях Хибинского массива

3.1.2. Оценка безопасных параметров конструктивных элементов системы разработки.

Запасы месторождения сначала будут отрабатываться открытым способом, затем предполагается строительство подземного рудника. На некотором этапе отработки запасов месторождения работы будут вестись как на карьере, так и в подземном руднике одновременно, что предполагает сохранение дневной поверхности на этом этапе работ.

Подземная отработка запасов месторождения в пределах нескольких верхних этажей будет происходить этажно-камерной системой разработки с переходом на систему с обрушением подработанных пород при увеличении глубины горных работ. Данный переход обусловлен геологическими особенностями месторождения. Запасы нижнего яруса представлены близко расположенными рудными телами, мощность которых увеличивается с глубиной. С технологической точки зрения маломощные участки рудных тел, располагающиеся вверху, целесообразно отрабатывать с применением этажно-камерной системой разработки. При увеличении глубины рудные тела объединяются в одно большое, мощное рудное тело, при отработке которого целесообразно применять системы с обрушением подработанных пород.

Верхние этажи подземного рудника будут отрабатываться этажно-камерной системой разработки, при которой камеры и целики являются одними из важных конструктивных элементов системы. Поэтому их параметры будут определять безопасность и эффективность ведения горных работ. Еще одним важным элементом системы разработки являются подземные горные выработки. Их состояние влияет на технологические процессы добычи полезного ископаемого, безопасность людей и сохранность техники и оборудования.

Месторождение «Олений ручей» относится к месторождениям, склонным к горным ударам, а ниже глубины 400 м - к опасным по горным ударам.

Таким образом, можно сформулировать следующие задачи, которые необходимо решить для обеспечения безопасности и эффективности отработки запасов месторождения «Олений ручей»: 1) оценить возможность обрушения налегающей толщи до поверхности; 2) определить параметры обнажения для перехода к системе с обрушением подработанных пород; 3) определить параметры камер и целиков этажно-камерной системы разработки; 4) оценить удароопасность выработок на различных горизонтах.

Для решения задачи 1 и задачи 2 можно применить теорию максимальных относительных линейных деформаций, так как обрушение подработанных пород в тектонически нагруженных массивах можно рассматривать как разрушение в результате отрыва сжатых скальных пород. Вопросы этой теории исследовались в механике деформируемого твердого тела и в прикладных исследованиях [27, 101]. Здесь, как и в других главах работы, будем полагать, что i, 2, 3 -максимальные главные компоненты тензора напряжений, для которых выполняется условие і 2 з. Также условимся, что сжимающие напряжения имеют положительные значения, а растягивающие - отрицательные значения.

Оценка устойчивости выработок по данным численного моделирования

При анализе литературы в поисках параметра mi, было установлено, что для пород месторождения «Олений ручей» данный параметр не определялся. Однако были найдена справочная информация по породам со сходными свойствами: сиениты и нефелиновые сиениты [130]. Согласно [130] для сиенитов mi = 30. Также в источнике [130] параметр mi приводятся для нескольких типов изверженных пород. Данный параметр принимает значения от mi = 16 до mi = 33, при этом среднее значение составляет mi = 24,5. С учетом того, что точных значений mi не установлено, и ориентируясь на данные приведенные в [130], для расчетов примем mi = 25. После подстановки значений GSI, D и mi в (4.12) и (4.13), получим значения параметров mb = 8,56 и s = 0,037. Таким образом, для расчетов размеров разрушенной зоны по критерию Хука-Брауна примем следующие параметры: a = 0,5; mb = 8,56; s = 0,037.

В работе [129] проведен всесторонний анализ зарубежного опыта проходки выработок различной формы в породах, склонных к хрупкому разрушению. В работе [26] представлены данные о разрушении контура выработок, пройденных в условиях Хибинского массива, породы которого также склонны к хрупкому разрушению. Анализ натурных данных, полученных при обследовании реальных выработок и приведенных в работах [26, 129], показал, что в большинстве случаев разрушения происходят при достижении напряжений на контуре выработки 50% от предела прочности породы на одноосное сжатие. Также авторы [26, 129] отмечают, что разрушение контура выработки происходит в направлении перпендикулярном действию максимальной компоненты главных напряжений.

Кроме натурных наблюдений разрушения контура выработки в работе [129] представлены результаты численного моделирования с применением упругой, упруго-пластической модели, с различными параметрами критерия Хука-Брауна. Сравнение расчетных данных с параметрами разрушений, полученных опытным путем, показало, что лучше всего хрупкое разрушение контура выработки описывает упругая модель с применением параметра mb = 0. Авторы объясняют это тем, что при данном типе разрушения определяющую роль играет прочность сцепления массива, а не внутренне трение. Таким образом, предлагается пренебречь внутренним трением (mb = 0) и при моделировании процесса хрупкого разрушения учитывать только прочность сцепления массива, которую в критерии Хука-Брауна описывает параметр «s».

С другой стороны в работе [26] было показано, что в условиях Хибинского массива при достижении действующими напряжениями значений, равных примерно 0,5 от предела прочности породы на сжатие, на контуре выработки наблюдаются разрушения в виде плитчатых отслаиваний и стреляния, то есть зг = 0,5 асж. Приняв в качестве условия разрушения массива на контуре выработки данное выражение и, сравнив его с выражением (4.17), можно утверждать, что параметр «s» критерия Хука-Брауна для пород Хибинского массива равен s = 0,25. Необходимо также учесть, что параметр «s» изначально характеризует трещиноватость пород, и при наличии естественной трещиноватости в массиве данный параметр будет только уменьшаться, то есть значение s = 0,25 будет являться максимальным значением при анализе размеров хрупкого разрушения контура выработки в условиях Хибинского массива.

Таким образом, для исследования размеров разрушения выработки также будем использовать следующие параметры критерия разрушения Хука-Брауна: a = 0,5; mb = 0; s = 0,25, характеризующие хрупкое разрушение массива.

Применяя описанные выше критерии разрушения, определим размеры зоны разрушения контура выработки по значениям показателя устойчивости. Оценив зону возможных разрушений, определим размеры данной зоны в кровле и в стенке выработки, как показано на рисунке 4.17. Причем, при размерах зон разрушения, превышающих максимальный размер выработки, будем считать, что выработка разрушена, и дальнейшее определение размеров прекратим. Полученные данные занесем в таблицу для каждого рассчитанного варианта.

Ниже представлены результаты расчетов размеров зон разрушений выработок в виде таблиц с данными и графиков зависимости размеров разрушений от глубины заложения выработки.

Как видно из рисунка 4.19, размеры зоны разрушения контура выработки увеличиваются с глубиной по всем критериям. Однако если по критерию Хука-Брауна выработка имеет разрушения уже на глубине 100 м (рисунок 4.19а), то по критерию с хрупкими параметрами она начнет разрушаться с глубины 1000 м (рисунок 4.19б), а по критерию Мора-Кулона только с глубины 2000 м (рисунок 4.19в).

Также есть различия в расположении зон разрушений. Критерий Мора-Кулона показывает, что разрушения будут наблюдаться и в кровле, и в стенке выработки, при этом размер разрушения в кровле больше размера разрушения в стенке выработки примерно в два раза. Критерий Хука-Брауна показывает, что разрушения к кровле выработки будут преобладать примерно до глубины 750 м, а ниже размер разрушения в стенке будет больше. Данные, полученные с помощью параметров хрупкого разрушения показывают, что разрушения будут наблюдаться только в стенке выработки, причем если до глубины 1000 м их нет, то после данной глубины размеры разрушения в стенке растут быстрее, чем по остальным критериям.

Хука-Брауна хрупкого разрушения. При рассмотрении данных о размерах зон разрушения, полученных по критериям для варианта №2, можно выделить общие закономерности развития разрушения с изменением глубины залегания выработки. По всем критериям размер зоны разрушения в стенке выработки уменьшается до определенной глубины, которая будет отличаться для различных критериев, а при дальнейшем увеличении глубины величина разрушения будет увеличиваться. Такое же поведение характерно и для развития разрушения в кровле выработки по критериям Мора-Кулона и Хука-Брауна. Критерий с параметрами хрупкого разрушения показывает, что размер разрушения в кровле с увеличением глубины будет постепенно увеличиваться. Если на графики

Похожие диссертации на Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве (на примере месторождения «Олений ручей»