Обеспечение устойчивости подготовительных горных выработок Яковлевского железорудного месторождения

напорных рукавов описан в книге [10], однако он обычно используется разработчиками и

изготовителями напорных и напорно-всасывающих рукавов.

Литература

1. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический / под ред. д-ра техн. наук, проф. А. А. Уманского. М.: «Стройиздат», 1960. С. 321-327.

2. Скворцов Ю. В. Механика композиционных материалов. Конспект лекций. Самарский государственный аэрокосмический университет. Самара, 2013. 94 с.

3. Корне в В. А., Рыбаков Ю. Н. Композиционные полимерные материалы для технических средств нефтепродуктообеспечения // European Research, 2015. № 8 (9). С. 28-30.

4. Корнев В. А., Рыбаков Ю. Н., Колесников А. А., Асметков И. Д. Конструкция многослойных топливостойких эластичных оболочек // Наука, техника и образование, 2015. № 4 (10). С. 74-77.

5. Рыбаков Ю. Н., Корнев В. А., Волков О. Е., Харламова О. Д. Эластичные рукава для установок перекачивания горючего и протяженных трубопроводов // Сборник статей по материалам VIII Международной конференция «Развитие науки в XXI веке». Харьков: сборник со статьями (уровень стандарта, академический уровень). Д.: Научно-информационный центр «Знание», 28.11.2015. С. 22-26.

6. Рыбаков Ю. Н., Корнев В. А., Харламова О. Д., Чириков С. И. Технические средства нефтепродуктообеспечения из конструкционных материалов на основе термопластичных полиуретанов // «ТРУДЫ 25 ГОСНИИ МО РФ», выпуск 57 к 70-летию института / [под общ. ред. В. В. Середы]. М.: Издательство «Перо», 2016. С. 396-402.

7. Корнев В. А. Современные технические средства нефтепродуктообеспечения из полимерных материалов / В. А. Корнев, Ю. Н. Рыбаков // «Вопросы современной науки»: коллект. науч. монография [под ред. Н. Р. Красовской]. М.: Изд. Интернаука, 2015. Том 2. глава 2. С. 29-47.

8. Савицкий Г. А. Ветровая нагрузка на сооружения. М.: Стройиздат, 1972. 110 с.

9. Корнев В. А., Рыбаков Ю. Н., Волков О. Е., Колесников А. А. Технические требования к напорным рукавам для перекачивания нефтепродуктов // Проблемы современной науки и образования, 2016. № 14 (56). С. 29-31.

10. Лепетов В. А., Юрцев Л. Н. Расчеты и конструирование резиновых изделий и технологической оснастки. Учебное пособие для вузов. 4-е изд. перераб. и доп. М.: Издательство «Истек», 2006. С 130-192.

Provision of stability of development mining at Yakovlevo iron ore deposit

Trushko O.1, Potemkin D.2 Обеспечение устойчивости подготовительных горных выработок Яковлевского железорудного месторождения Трушко О. В.1, Потёмкин Д. А.2

'Трушко Ольга Владимировна / Trushko Olga — кандидат технических наук, доцент; 2Потёмкин Дмитрий Александрович /Potemkin Dmitriy - кандидат технических наук, доцент, кафедра строительства горных предприятий и подземных сооружений, строительный факультет, Санкт-Петербургский горный университет, г. Санкт-Петербург

Аннотация: в статье рассмотрено решение актуальной проблемы обеспечения устойчивости подготовительных горных выработок Яковлевского железорудного месторождения (Россия) путём выбора и определения типов, и рациональных параметров крепи, основываясь на проведённых авторами статьи теоритических и экспериментальных исследованиях. Abstract: this article discusses solution of urgent problem of stability provision of development mining at Yakovlevo iron ore deposit (Russia) by means of selection and determination of types and rational parameters of support on the basis of theoretical and experimental studies described here.

Ключевые слова: месторождение, рудник, железная руда, горный массив, подготовительные горные выработки, оценка устойчивости.

Keywords: deposit, mine, iron ore, ore body, development mining, stability estimation.

Яковлевское железорудное месторождение относится к одному из самых крупных по разведанным запасам высококачественных руд, с содержанием чистого железа в руде до 70% и низким содержанием вредных примесей (сера, фосфор и др.).

Месторождение характеризуется сложными гидрогеологическими и горнотехническими условиями.

Учитывая сложность гидрогеологических и горнотехнических условий разрабатываемого месторождения, актуальной задачей является обеспечение устойчивости подготовительных горных выработок в рудном массиве на всех этапах ведения горных работ.

В этой связи прогнозирование устойчивости рудных обнажений и обоснованный выбор типов и параметров крепи выработок, соответствующей горно-геологическим и горнотехническим условиям месторождения, является важнейшей задачей.

Для оценки устойчивости горных выработок Яковлевского месторождения, сотрудникам Санкт-Петербургского горного университета (далее - Горный университет) совместно с маркшейдерской службой Яковлевского рудника ООО «Металл-групп» разработана методика и выполнено обследование состояния горных выработок, с проведением простейших инструментальных наблюдений [1].

Полученные данные заносились в анкету, включающую:

- наименование и назначение выработки, размеры в свету, срок службы, глубину (горизонт) от поверхности, схему расположения относительно рудного тела, его границ и пройденных выработок, угол наклона и азимут направления выработки;

- характеристику массива пород (руд) на участке проведения выработки;

- данные по прогнозируемой динамике формирования депрессионной воронки на участке проведения выработки и на её срок службы;

- данные выработки проводимой, по рудному массиву, дополнялись сведениями о разновидностях руд и породных прослойках по трассе выработки, расстояниями от выработки до пород лежачего и висячего бока по нормали, а также сведениями о геологических структурах, способных создавать разгружающий эффект на участке проведения выработки в поле естественных вертикальных и горизонтальных напряжений;

- данные полевых выработок, расположенных в зонах контакта пород лежачего и висячего боков с рудным массивом, дополнялись сведениями о расстоянии выработки до контакта рудного массива с породами.

При составлении анкет значения характеристик физико-механических свойств пород и руд принимались по обобщённым данным, полученным в разное время при разведке и освоении Яковлевского месторождения институтами ВИОГЕМ, ВНИМИ, Горным университетом и геологической службой рудника.

Прочность богатых железных руд существенно зависит от слоистости и водонасыщения.

Для расчетов следует принимать наименьшее значение прочностных показателей пород и руд.

При оценке устойчивости выработок коэффициент структурного ослабления Кс вмещающих руд и пород определялся в соответствии со СНиП 11-94-80 по данным количественного анализа нарушенности массива пород в местах проектируемого расположения выработки на основании данных инженерно-геологических изысканий по среднему расстоянию между поверхностями ослабления пород [2].

При определении показателей напряженного состояния массива горных пород, вертикальные напряжения в породах лежачего и висячего боков рекомендуется определять по зависимости:

ств = КуИ,

где: у - средняя плотность пород до поверхности, МН/м3; Н - глубина выработки от поверхности, м; К - коэффициент концентрации вертикальных напряжений в рудном массиве.

Горизонтальные напряжения в породах лежачего и висячего боков вычисляются по формуле:

СТг = Хств ,

где X - коэффициент бокового распора, определяемый экспериментально или по зависимости:

.2 90-ф

Ь = tg2^,

где ф - угол внутреннего трения.

Вертикальные и горизонтальные напряжения в рудном массиве определялись экспериментально или методами математического моделирования с учётом снижения природных напряжений в результате осушения рудного массива и его разгрузки вмещающими породными массивами.

На основании компьютерного моделирования напряженно-деформированного состояния рудного тела были получены значения вертикальных и горизонтальных напряжений по гор. -365 м, 425 м (рисунок 1). Задача решена в плоской (двумерной) постановке с учётом собственного веса осушенного рудного массива [3-6].

ч 22

а) 21

„ 7 20

3 19

I и 18

^ С 17

* «15

Й * 14

& 3513 ш I 12

"к 11

I 10

За 9

I 1 8

Я 7

ш 6 5 4

Ь)

И

1 4

<и 4 *

ос

3

5

<и со

0,1

0,2

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Относительная мощность рудного тела, Ь/М

0,8

0,9

0,1

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 , Относительная мощность рудного тела, Ь/М

0,8

0,9

Рис. 1. Распределение вертикальных (а) и горизонтальных (Ь) напряжений в рудном теле Яковлевского

рудника:_- горизонт -365 м; - горизонт - 425 м. Ь — расстояние по горизонтали от

лежачего к висячему боку, м; М—мощность рудного тела по горизонтали, м.

Состояние статической устойчивости незакреплённой горной выработки было предложено оценивать критерием напряженности элементов выработки (кровли и боков), выражающим отношение величин расчетных напряжений (числитель) и расчетной прочности (знаменатель) [7-8]:

а • К • К2

П =

я• Кс в

где а - вертикальное и горизонтальное напряжения в массиве в месте расположения выработки, МПа;

К - коэффициент концентрации напряжений вследствие проведения выработки;

К = К 2 • К

-2

коэффициент изменения напряжений в результате влияния других

выработок К2 и влияния очистных работ К 2 ;

К - среднее значение сопротивления руд и пород одноосному сжатию при кратковременном нагружении, МПа;

Кс - коэффициент структурного ослабления массива за счет естественной и техногенной трещиноватости, слоистости и микронеоднородности при буровзрывном и комбайновом способах проходки;

0

1

7

6

5

2

1

0

1

- коэффициент, учитывающий уменьшение прочности руды и породы вследствие водонасыщения и равный отношению пределов прочности в водонасыщенном и естественном состояниях.

Величина Пв определялась раздельно для кровли и боков выработки, и оценивалось возможное состояние устойчивости и формы проявлений горного давления (таблица 1) [9].

Таблица 1. Величина критерия напряженности элемента выработки Пв и возможные состояния устойчивости пород горных выработок

№ п/п Величина Пв, категория и состояние устойчивости пород Модели деформирования массива и устойчивость пород в незакрепленной выработке

1. Пв<1,0 I категория - устойчивое состояние Допредельное линейное и нелинейное деформирование. Контур выработки устойчив, возможно возникновение отдельных заколов и вывалов.

2. Пв=1,0^1,3 II категория - предельное состояние Приконтурная зона массива переходит в предельное состояние.

3. Пв = 1,3 ^ 3,0 III категория - неустойчивое состояние Вокруг выработок формируются зоны неупругих деформаций.

4. Пв > 3,0 IV категория - весьма неустойчивое состояние Вокруг выработок формируется зона неупругих деформаций и свод обрушения

С учётом возможных форм проявления горного давления для различных категорий устойчивости горных выработок были рекомендованы рациональные формы поперечного сечения. В гидрогематитовых рудах и породном массиве рекомендовано принимать прямоугольно-сводчатую и сводчатую формы поперечного сечения выработок.

В рудном массиве форма поперечного сечения выработок принимается прямоугольно-сводчатой. Оптимальное соотношение высоты свода к его ширине в рудах естественной влажности следует принимать в пределах от 0,42 до 0,46 в водонасыщенных 0,68. Такие соотношения получены на основании натурных наблюдений за устойчивостью контура выработок, пройденных в богатых рудах.

Рудные подготовительные выработки, которые по технологии подготовки участка разработки служат для рассечки буровых камер или ортов защитного перекрытия, допускается проходить трапециевидной формы сечения. Трапециевидная форма упрощает конструкции крепи сопряжений с камерами и ортами.

Во вмещающих породах форма поперечного сечения полевых выработок, принимается прямоугольно-сводчатой с пониженным сводом, высота которого равна 1/3 его ширины. Значения радиусов кривизны свода принимаются в зависимости от ширины выработки В: для центральной дуги R=0,64В, для боковых дуг г=0,26В.

На основе анализа данных натурных наблюдений полученных при обследовании состояния горных выработок с учетом прочностных, структурных и деформационных свойств руд Яковлевского месторождения разработаны рекомендации по выбору типов и параметров крепи подготовительных выработок в рудном массиве для различных категорий устойчивости обнажений.

Литература

1. Трушко О. В. Методики натурных исследований воздействия динамических явлений на горные выработки // European research. № 1 (2), 2015. С. 15-18.

2. Строительные нормы и правила - СНиП II-94-80. Подземные горные выработки. М.: Стройиздат, 1981.

3. Потёмкин Д. А., Плащинский В. Ф. Параметры поля напряжений в рудном массиве до начала ведения горных работ // Записки горного института. Том 168. СПб., 2006. С. 123-126.

4. Кузнецов Г. Н., Будько М. Н., Васильев Ю. И. и др. Моделирование проявлений горного давления. Л. «Недра», 1968. 279 с.

5. Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред // М.: Недра, 1974. 240 с.

6. ABAQUS Online Manuals. Release 6.10. Getting Started with Abaqus.

7. Трушко В. Л., Протосеня А. Г., Плащинский В. Ф. Оценка устойчивости обнажений и расчет нагрузок на крепь выработок Яковлевского рудника // Записки горного института. СПГГИ (ТУ). СПб., 2006. Т. 168. С. 115-122.

8. Трушко В. Л., Протосеня А. Г., Матвеев П. Ф., Совмен Х. М. Геомеханика массивов и динамика выработок глубоких рудников // Санкт-Петербургский горный ин-т. СПб., 2000. 396 с.

9. Протосеня А. Г., Долгий И. Е., Жихарев С. .Я.Геомеханика массива и устойчивость подготовительных выработок. Монография. МАНЭБ. СПб., 2004. 293 с.

Application software ThermaCAM Researcher in the study of heat transfer devices Gadelshin M.1, Kibardin A.2, Vyguzova K.3 Применение программного продукта ThermaCAM Researcher в исследовании теплопередающих устройств Гадельшин М. Ш.1, Кибардин А. В.2, Выгузова К. В.3

'Гадельшин Марат Шавкатович / Gadelshin Marat - кандидат физико-математических наук, доцент,

кафедра технической физики; 2Кибардин Алексей Владимирович /Kibardin Alexey - кандидат физико-математических наук, доцент,

кафедра вычислительной техники, Физико-технологический институт Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина; 3Выгузова Ксения Валерьевна / Vyguzova Kseniya — ассистент, кафедра информационных технологий и защиты информациии, электротехнический факультет, Уральский государственный университет путей сообщения, г. Екатеринбург

Аннотация: в данной работе выполнен анализ работоспособности плоской тепловой трубы с применением программного продукта ThermaCAM Researcher. Показано, что испаритель плоской тепловой трубы работает эффективно при различных плотностях тепловых нагрузок и наклонах.

Abstract: in this research we have investigated working efficiency of flat heat pipe with ThermaCAM Researcher software product. It is shown that a flat heat pipe evaporator operates efficiently at different densities of thermal loads and slopes.

Ключевые слова: плоская тепловая труба, отвод тепла, плотность тепловой нагрузки, коэффициент теплоотдачи при испарении, тепловизор.

Keywords: flat heat pipe, heat removal, the density of the heat load, evaporation heat transfer coefficient, thermal imager.

Плоские тепловые трубы с успехом применяются для отвода тепла от различных приборов электроники, характеризующихся значительными по размеру плоским поверхностями тепловыделения [1, 2]. В данной работе проведено тепловизионное исследование эффективности функционирования плоской тепловой трубы с применением программного продукта ThermaCAM Researcher. Устройство выполнено с зонами испарения и конденсации достаточно большой площади. Материалом всех элементов плоской тепловой трубы