Изменение напряженно-деформированного состояния защитного рудного целика при слоевой отработке рудного месторождения КМА

строительства четырех секций комплекса представлена на рис. 4. Максимальные смещения в мульде могут достигать 17,0 см.

Приведенные величины оседаний являются несколько завышенными, так как в расчетах не учтено влияние на смещения жесткой связи каркаса здания с фундаментом, которая «сглаживает» неравномерность оседаний по оси здания и уменьшает их общий уровень.

Следует отметить, что сваи всех четырех рассмотренных фундаментов работают как сваи-стойки, передающие вес здания на легкие полутвердые и твердые глины (см. таблицу, грунт ИГ5). Однако ввиду невысокой несущей способности грунтов имеет место относительно равномерное оседание секций комплекса, что следует учитывать при оценке зоны влияния каждой секции в отдельности и всего комплекса в целом.

D.A. Potyomkin, V.N. Ochnev

MUTUAL INFLUENCE OF THE BASES OF LOCATED POLYTYPIC HIGH-RISE BULIDINGS

Results of modeling mutual influence of four sections of a multipurpose housing estate are considered at their serial building.

Key words: soil's displacement, mutual influence, a multipurpose housing estate.

Получено 24.11.11

УДК 622.256.75

Д. А. Потёмкин, канд. техн. наук, доц.,

ИЗМЕНЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗАЩИТНОГО РУДНОГО ЦЕЛИКА ПРИ СЛОЕВОЙ ОТРАБОТКЕ РУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КМА

Рассмотрены результаты моделирования изменения напряженно-деформированного состояния защитного рудного целика между покрывающей месторождение толщей пород и первым отрабатываемым слоем массива богатых железных руд одного из месторождений КМА.

Ключевые слова: слоевая система отработки, защитный целик, высоконапорные горизонты.

Для месторождений, характеризуемых сложными горногеологическими условиями залегания (большие глубины, покрывающая толща представлена обводненными четвертичными отложениями и т.п.), в качестве основной системы разработки зачастую рассматривают слоевую систему с закладкой выработанного пространства и оставлением защитного рудного целика между породной толщей и первым отрабатываемым слоем. Такая система позволяет сохранить водозащитные свойства покры-

вающей полезное ископаемое породной толщи и отработать запасы без осушения водоносных горизонтов (таблица).

В данной работе рассмотрено изменение напряженно-деформированного состояния на контакте защитного рудного целика (мощностью от 53 до 65 м) и покрывающей толщи пород. Моделирование напряженно-деформированного состояния рудно-кристаллического массива произведено методом конечных элементов (МКЭ).

Схема геологического разреза, на основе которого построена конечно-элементная модель, представлена на рис. 1. Геометрические параметры схемы: по вертикали - 950 м, по горизонтали - 1000 м. Мощность наносов составляет около 550 м, при этом породы покрывающей толщи содержат шесть напорных водоносных горизонтов с напорами от 120 м (верхние слои) до 435 м (нижнекаменноугольный водоносный горизонт) водного столба. До начала ведения горных работ было принято решение о проведении работ по снижению напоров в нижнекаменноугольном водоносном горизонте на ~300 м (напоры вышерасположенных горизонтов менялись незначительно) и частичном осушении рудного тела в районе защитного целика. Участок первоочередной отработки рудного тела находится между абсолютными отметками 370 м (верхний слой) и 425 м (нижний слой), при абсолютной отметке поверхности около 220 м.

10 и

Рис. 1. Схема геологического разреза: 1...5 - породы покрывающей толщи; 6 - породы каменноугольного горизонта; 7 - переотложенные руды; 8 - сланцы; 9 - кварциты; 10 - мартит-гидрогематитовые руды; 11 - железно-слюдково-мартитовые руды

Для оценки состояния массива на различных стадиях освоения месторождения приняты следующие укрупненные этапы:

- естественное напряженно-деформированное состояние массива до начала ведения работ, учитывающее наличие высоконапорных горизонтов;

- напряженно-деформированное состояние массива, учитывающее снижение напоров в нижнекаменноугольном водоносном горизонте и при осушении рудного тела на участке первоочередной отработки;

- изменение параметров напряженно-деформированного состояния защитного целика при поэтапной отработке и закладке первого слоя (четыре очереди камер).

Напряженно-деформированное состояние пород нижнекаменноугольного горизонта характеризуются максимальными главными напряжениями (01).

На рис. 2 приведены графики распределения максимальных главных напряжений (практически все сжимающие) на контакте защитного рудного целика и покрывающей толщи пород по этапам ведения работ. По вертикальной оси отложены значения напряжений (в Па), по горизонтальной - условное расстояние в долях между границами рассматриваемой части рудно-кристаллического массива.

Расчетные характеристики материалов/грунтов

№ п/п Тип руды/породы Расчетные характеристики руд/пород

Плотность Модуль деформации Коэфф. Пуассона Коэфф. фильтрации Пористость

кг/м3 •106 Па — м/сут %

1 Пески-1 1920 200 0,27 0,5

2 Мергель 2730 6300 0,24 43

3 Мел 1970 6300 0,26 42

4 Пески-2 2260 480 0,32 38

5 Глина 2130 460 0,34 32

6 Карбон 2900 3640 0,29 16

7 Переотл. руды 3400 600 0,26 20

8 Сланецы 3110 28900 0,22 21

9 Кварциты 3430 107000 0,23 12,9

10 Руда МГ 3180. 3460 1300. 2350 0,28.0,3 14,6.29,6

11 Руда ЖСМ 3170. 3630 1340. 2230 0,22.0,3 17,2.24,3

В целом картина распределения напряжений носит неравномерный характер. Величина сжимающих напряжений от 10...11 МПа в местах залегания нижнекаменноугольного горизонта на крепких вмещающих породах (сланцах) возрастает до 18 МПа в месте перехода к слабым рудам в качестве подстилающей толщи, и резко падает до 6.7 МПа в средней части рудного массива. Затем снова происходит резкое возрастание напряжений на участках контакта известняков с вмещающими рудный массив крепкими сланцами до 20.25 МПа. Далее уровень напряжений снижается до 10.13 МПа к правой границе рассматриваемого массива (согласно рис. 2).

1Г \ \ \

/ А / / \ // \ \\

1 * —/— \ и \\ / / / / /—4— \ 1\

/ г / / / / -1

Л /Г \ У/ \ / / /

0 1 0 2 о|з 0 4 0 5 016 0 7 0 8 0 9

геостатика —*— водопонижение —*—1 очередь —^2 очередь —3 очередь —4 очередь

Рис. 2. Распределение максимальных главных напряжений (&!), Па

Общий уровень максимальных главных напряжений меняется в ходе работ по освоению месторождения следующим образом. После уменьшения уровня напоров в нижнекаменноугольном горизонте и частичного осушения рудного массива происходит увеличение общего уровня напряжений в среднем на 20...30 %, что объясняется уменьшением взвешивающего действия воды и ростом эффективных напряжений в породной толще.

Поэтапная отработка и закладка камер первого слоя ведет к дальнейшему повышению уровня напряжений еще на 3.. .6 %, что объясняется накоплением смещений (оседание) от производства горных работ - растут напряжения на контакте вмещающих крепких пород, пород каменноугольного горизонта и рудного массива.

На рис. 3 приведены графики распределения минимальных главных напряжений (03) (сжимающих и растягивающих) на контакте нижнекаменноугольной толщи с защитным целиком. В целом значения напряжений изменяются от 4,5.5 МПа на сжатие до 4.7 МПа на растяжение на момент окончания работ по отработке и закладке первого слоя.

Распределение минимальных главных напряжений (03) имеет более сложный характер из-за наличия как зон сжатия, так и зон растяжения при скачкообразном изменении уровня от левой границы рассматриваемой части массива к правой.

/ /

1 I \ \

0,00 Е+ОО  / /Л [ \

/ У / \ 2 0 3 0 1 0 5 о|б / / 7 \ 8 \ 0 9

/ У ' 1 \ \

\ч

1 г'Ип .....

Рис. 3. Распределение минимальных главных напряжений (о3), Па

На рис. 4, а приведена наглядная эпюра максимальных главных напряжений (о1), а на рис. 4, б показаны направления действия максимальных главных напряжений (о1) на момент завершения отработки и закладки первого слоя камер (в нижней зоне защитного целика).

Рис. 4. Эпюра распределения максимальных главных напряжений ог

Общие выводы по результатам математического моделирования изменения напряженно-деформированного состояния рудно-кристал-лического массива на различных этапах освоения месторождения:

- уровень напряжений в нижнекаменноугольном горизонте имеет неравномерный характер распределения с чередующимися участками сжимающих и растягивающих напряжений в контактной зоне;

- в результате ведения горных работ происходит перераспределение напряжений вплоть до смены режима работы в некоторых областях горизонта (от растяжения к сжатию и наоборот);

- пределы прочности пород карбоновой толщи: на сжатие - от 6...10 МПа (для глинистых разностей известняков) до 40...170 МПа (для крепких известняков); на растяжение - от 1.2 МПа до 4.11 МПа. Пиковые значения растягивающих (до 5.6 МПа) и сжимающих (до 20.25 МПа) напряжений превышают предельное сопротивление пород в некоторых зонах нижнекаменноугольного горизонта;

- в расчетах напряженно-деформированного состояния контактной зоны руды и породы рассматривались как линейно-деформируемая среда, что является упрощением реальной работы рудной толщи. Учет деформационных свойств реального массива требует отдельных исследований, так как может значительно скорректировать картину напряженно-деформированного состояния: массив при повышении уровня напряжений будет стремиться «избавиться» от них через увеличение смещений, что способствовать образованию трещин разрыва.

Развитие моделирования напряженно-деформированного состояния должно происходить с учетом полученной картины в контактной зоне известняков и рудной толщи, в защитном целике и бетонной потолочине.

D.A. Potyomkin

INTENSE-DEFORMED CONDITION PROTECTIVE PART OF ORE A T ORE EXTRACTION ON LAYERS OF ORE DEPOSIT

Results of modeling of the is intense-deformed condition protective part of ore between thickness of breeds covering a deposit and the first fulfilled layer of a file of rich iron ores of one of deposits are considered.

Key words: working system, protective, highly pressure head horizons.

Получено 24.11.11