Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
Неотъемлемой чертой отработки месторождений калийных солей является необходимость сохранения целостности водозащитной толщи (ВЗТ) и, как следствие этого, сравнительно низкий коэффициент извлечения полезного ископаемого (как правило, 0,4 – 0,55). Поэтому, в настоящее время очень важной, практически значимой, задачей является увеличение коэффициента извлечения полезного ископаемого до обоснованного предела, позволяющего обеспечить безопасность ведения горных работ и предотвратить проникновение вод и рассолов в рудники. Отметим и тот факт, что с ростом объемов добычи калийных солей на стадии затухания горных работ наиболее существенным становится влияние выработанных пространств на состояние подготовительных и очистных выработок. В настоящее время на рудниках РУП ПО ”Беларуськалий” принята одновременная отработка на двух калийных горизонтах выемочных столбов лав, находящихся непосредственно один над другим (на Втором и Третьем калийных горизонтах), что может также негативно сказаться на состоянии несущих элементов соляного массива. Так как значительная часть запасов калийных солей рудников уже отработана, а намеченные к выемке столбы часто соприкасаются со значительными по размерам выработанными пространствами, то возникают существенные проблемы горно-геомеханического характера, требующие своевременного научно-обоснованного решения.
Большой вклад в исследование вопросов разработки соляных месторождений внесен такими учеными, как Журавков М.А., Зубов В.П., Ковалев О.В., Красноштейн А.Е., Пермяков Р.С., Полянина Г.Д., Проскуряков Н.М., Сиренко Ю.Г., Смычник А.Д. и т.д.
Однако, несмотря на значительное число работ, посвященных проблемам, возникающим при одновременной отработке нескольких горизонтов, особенно, на затухающей стадии отработки запасов, существующие в настоящее время методы и приемы математического моделирования механизма деформирования и разрушения вмещающих пород, не в полной мере адекватно описывают указанный процесс. Все это и обуславливает актуальность темы диссертации, а также структуру и содержание работы.
Цель диссертационной работы: обеспечение повышения извлечения полезного ископаемого при минимизации расходов на поддержание подготовительных выработок.
Идея работы: при определении основных параметров напряженно-деформированного состояния несущих элементов соляного массива следует использовать модифицированный вариант прямого метода граничных элементов
Основные задачи исследования:
оценка существующих современных методов расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) вмещающих пород при совместной выемке нескольких горизонтов соляных пластов;
обоснование выбора геомеханической модели, адекватной по свойствам к поведению реального массива соляных пород;
численное моделирование и определение основных параметров НДС соляного массива с использованием одного из вариантов прямого метода граничных элементов;
учет влияния выработанных пространств и взаимовлияния выемочных горизонтов при одновременной работе лав непосредственно друг над другом.
Методы исследований: анализ натурных и экспериментальных материалов по напряженно-деформированному состоянию соляного массива, полученных на рудниках РУП ПО “Беларуськалий”, методы современного математического моделирования с разработанными автором алгоритмом и комплексом вычислительных программ модифицированного метода граничных элементов.
Научная новизна работы:
установлено влияние выработанных пространств на напряженно-деформированное состояние основных элементов соляного массива, прилегающих к отрабатываемым или намеченным к отработке частям запасов;
обоснована горно-геомеханическая модель взаимовлияния ведения горных работ на Втором и Третьем калийных горизонтах в лавах, находящихся непосредственно одна над другой с учетом веса массива вмещающих пород.
Основные защищаемые положения:
1. При построении геомеханической модели прогноза параметров напряженно-деформированного состояния несущих элементов массива в случае одновременной отработки нескольких горизонтов, лежащих на значительном расстоянии друг от друга, необходимо учитывать собственный вес толщи массива горных пород.
2. На стадии затухания горных работ на рудниках Старобинского месторождения выемка полезного ископаемого должна вестись с учетом влияния выработанных пространств на состояние соляного массива.
3. При одновременной отработке нескольких горизонтов с ведением горных работ в лавах, расположенных непосредственно друг под другом, параметры их взаимного влияния необходимо определять на основе сопоставления результатов численного моделирования с данными натурных и экспериментальных измерений.
Практическая значимость работы:
разработан алгоритм и математическая модель расчета основных параметров напряженно-деформированного состояния несущих элементов массива горных пород применительно к условиям Старобинского месторождения;
результаты численного моделирования могут быть рекомендованы для использования при разработке рациональных схем выемки запасов калийных солей Старобинского месторождения на стадии доработки запасов.
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций обеспечиваются разработкой геомеханической модели, адекватной по своим основным свойствам исследуемому массиву горных пород, удовлетворительной сходимостью полученных решений на основе разработанного и примененного метода численного моделирования, анализом натурных и экспериментальных данных и широким сопоставлением их как с полученными численными результатами, так и результатами, полученными по другим методикам и другими авторами.
Апробация диссертации. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях молодых ученых в 2005-2009 гг. в СПГГИ (ТУ) им. Г.В. Плеханова, на II Всероссийской молодежной научно-практической конференции “Проблемы недропользования“ (Екатеринбург, 2008 г.).
Личный вклад автора заключается в постановке задач исследований, построении геомеханической модели процесса деформирования массива горных пород, вмещающего соляные пласты, создании вычислительной программы в среде MATLAB для определения параметров напряженно-деформированного состояния несущих элементов исследуемого массива, реализующей прямой вариант метода граничных элементов, анализе натурных данных и сопоставлении их с результатами численного моделирования.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 123 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение и заключение, список использованной литературы из 83 наименований, 45 рисунков и 10 таблиц.
Похожие диссертации на Методика расчета напряженно-деформированного состояния соляного массива при совместной отработке калийных горизонтов на затухающей стадии выемки запасов шахтного поля
