Совершенствование разработки соляных месторождений

Рис.2. Проявление опорного давления по мере удаления от подрабатываемого участка: 1 , 2 , 3 - набладателыше станции, расположенные на расстоянии от под­ рабатываемого участка соответственно 70; 92 и 150 м

-существенное влияние в данных горно-технических условиях испытывают неохраняемые выработки, находящиеся в зоне опорного давления от очистных работ собственного пласта и расположенные непосредственно над участком подработки, а также за его предела­ ми на расстоянии 70-90 м;

-при подработке подготовительных выработок необходимо при­ нимать меры по их охране с помощью разгружагацих выработок, ком­ пенсационных щелей и т.п.

Получено 20.10.89

622.831.246

А.Р.СЕРАЯ, П.И.ЧЕРЕВКО, С.И.ЬОДЦЕНКО (БШДОссль)

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНН0-ДЕФ0Р1МР0ВАНН0Г0 СОСТОЯНИЯ МАССИВА ПОРОД ПРИ ОТРАБОТКЕ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ КАМЕННОЙ СОЛИ В УСЛОВИЯХ ИХ НАДРАБОТКИ И ПОДРАБОТКИ

По результатам лабораторных исследований на моделях из эквивалентных и естествен­ ных материалов и аналитических исследова­ ний методом конечных элементов (математи­ ческое моделирование) произведен анализ напряженно-деформированного состояния массива пород между ранее отработанными пластами, оценка взаимовлияния двух сбли­ женных пластов в сложившихся условиях, а также устойчивости конструктивных эле­ ментов.

При разработке пластовых месторождений каменной соли, в пре­ делах которых залегает свита пластов различной мощности, вовлека­ лись в отработку в первую очередь более мощные пласты. Комплекс­ ная разработка месторождений полезных ископаемых требует вовлече­ ния в отработку всех пластов, которые экономически выгодно отра­ батывать в ближайшем будущем. Примером такой ситуации может слу­ жить Артемовское месторождение, на котором предполагается отработ­ ка пяти пластов, из которых в настоящее время отрабатывается лишь два. При отработке свиты пластов, начиная с верхнего, свиту можцо рассматривать как залежь полезного ископаемого, которая разрабаты­ вается этажами с оставлением между ними междуэтажных целиков, ко­ торыми могут служить прослои вмещающих пород между пластами камен­ ной соли.

В настоящее время на месторождении в отработку должны быть вовлечены два сближенных маломощных пласта, залегающие между от­ работанными независимо друг от друга мощными пластами Брянцевским и Подбрянцевским. Возникла необходимость оценить возможности отра­ ботки сближенных пластов в сложившихся условиях по фактору горного давления.

Для оценки напряженно-деформированного состояния массива по­ род при разработке Ш и 1У пластов были проведены исследования на моделях из эквивалентных материалов и аналитические исследования методом конечных элементов (математическое моделирование).

Модель из эквивалентных материалов имитировала отработку Ш и 1У пластов после завершения работ в Брянцевском (БП) и Подбрянцевском (ПБП) пластах на участке, состоящем из двух панелей по три камеры в каждой. Модель воспроизводила следующие горно-геоло­ гические и горно-технические условия:

-глубина отработки до кровли Брянцевского пласта - 180 м;

-полезное ископаемое - каменная соль БП мощностью 40 м,

ширина мездукамерных целиков в БП - 17 м, в Ш,1У - 8 м, в ПБП - 19 м;

- участок в Ш и 1У пластах не разделяется на панели, панель­ ные целики надрабатываются и подрабатываются.

Масштаб моделирования 1:100.

Замеры смещений массива пород производились зеркальными тен­ зометрами, расположенными в шести рядах в толще пород между Брянцевским и Подбрянцевским пластами.

Отработка модели производилась на стенде ДонУШ.

Подобно модели из эквивалентных материалов математическая модель имитировала отработку камер в Ш-1У пластах после отработ­ ки Брянцевского и Подбрянцевского пластов без соблюдения соосно­ сти отработанными камерами. Причем было рассчитано несколько ва­ риантов небоосного расположения камер в Брянцевском, Подбрянцевском и в Ш-1У пластах.

На модели из эквивалентных материалов производилась выемка камер в пластах в последовательности, отражающей реальную отра­ ботку. Произведена выемка камер в Брянцевском пласте, затем в

Подбрянцевском, при этом фиксировались смещения массива пород между пластами в четырех уровнях: в кровле ПБП, почве БП, между Ш и БП, 1У и ПЕЛ.

Математическая модель имитировала отработку участка подобно модели из эквивалентных материалов. Кроме этого был детально рас­ смотрен отдельный участок между двумя несоосно расположенными ка­ мерами в ЕП и ПБП.

В результате проведенных исследований определены смещения массива пород между Ерянцевским и Подбрянцевским пластами и уста­ новлены распределения напряжений в нем при несоосной отработке двух сближенных пластов.

Анализ результатов показал следующее. Влияние выемки камер в Брянцевском пласте распространяется в массиве горных пород на расстояние, равное удвоенной высоте камер. Смещения массива фик­ сируются тензометрами в ряду, расположенном по центру толщи по­ род между 1У и Подбрянцевским пластами, тензометры, расположенные в кровле Подбрянцевского пласта, смещения практически не фиксиро­ вали.

Отработка Подбрянцевского пласта оказывает влияние на массив пород междупластья 1У-ПЕП, Ш и 1У пластов, смещения фиксируются тензометрами, расположенными по центру междупластья Ш-БП. Тензо­ метры, расположенные в почве Брянцевского пласта, смещения не фиксировали.

Отработка Ш пласта привела к усилению деформирования толщи пород междупластья, смещения увеличились в 2 раза, однако абсо­ лютная величина их небольшая. Величина деформирования массива по­

шое влияние на деформирование толщи пород между 1У и Подбрянцев­ ским пластами.

На рис.1 представлены кривые, характеризующие смещения в мае сиве при подработке и надработке Брянцевского и Подбрянцевского пластов по результатам моделирования на эквивалентных материалах. Что касается целиков в Ш и 1У пластах, то их деформация, опреде­ ленная как разность смещений в кровле и почве камер, зависит от порядка отработки камер и их местоположения под и над отработан­

В массиве пород между Врянцевским и Подбрянцевским пластами после их отработки отсутствуют растягивающие напряжения, а отно­ шение коэффициентов концентрации горизонтальных и вертикальных напряжений соответствует величине коэффициента Пуассона, принято­ го в расчете с отклонением не более 10 %. Это свидетельствует о том, что массив находится практически в естественном состоянии, смещения от действующих напряжений невелики.

При несоосной отработке одного Ш пласта возникающая неравно­ мерность распределения напряжений в массиве пород над и под цели­ ками и камерами в Ш пласте не превышает 20 %, а различие между коэффициентами концентрации напряжений в зависимости от располо­ жения камер в Ш пласте по отношению к камерам в Брянцевском и Подбрянцевском пластах составляет не более 5 %.

При несоосной надработке и подработке Ш и 1У пластами Брянцевского и Подбрянцевского пластов распределение напряжений в массиве междупластья БП-Ш изменилось по сравнению с вариантом отработки только Ш пласта не более чем на 10 %% в массиве пород между 1У и Подбрянцевским пластами на 15-25 % вблизи камер и це­ ликов 1У пласта. По мере удаления от камер 1У пласта эта разница уменьшается и над камерами Подбрянцевского пласта не превышает 5 %.

Разгрузка массива целиков Ш и 1У пластов за счет отработанно­ го Брянцевского пласта достигает 30-35 %. Напряжения, действующие в перемычке между Ш и 1У пластами как в камере, так и в целике - сжимающие, соотношение горизонтальных и вертикальных напряжений аналогично соотношению этих напряжений в междукамерных целиках.

Характер распределения напряжений в массиве пород по сечени­ ям, проходящим через центры камер и целиков Ш-1У пластов, пока­ зан на рис.2.

Проведены также исследования на моделях из естественных ма­ териалов для оценки несущей способности перемычки из вмещающих пород между Ш и 1У пластами при рассмотренном варианте отработки.

Модели имитировали линейный размер системы разработки Ш и 1У пластов. Изготавливались модели двух видов: одна модель имити­ ровала камеру и два целика из каменной соли, равных по ширине по­ ловине размера междукамерного целика в Ш и 1У пластах, разделен­

ных перемычкой из вмещающих пород (рис.З, а); вторая - целик, раз­ деленный перемычкой, вылеты которой с каждой стороны целика соот-

Анализ визуальных наблюдений и численных результатов показал, что при рассматриваемом варианте отработки Ш и 1У пластов массив перемычки между ними находится в таком напряженно-деформированном состоянии, что создаются условия, при которых междукамерные целики можно рассматривать как независимые элементы системы разработки.

Полученные результаты исследований позволили сделать вывод о возможности отработки сближенных пластов в условиях надработки и подработки ранее отработанных пластов независимо друг от друга.

Массив междупластья обладает достаточной устойчивостью для исклю­ чения влияния отработки сближенных пластов на устойчивость целиков подработанных и надработанных пластов.

Результаты использованы при обосновании параметров системы разработки сближенных пластов на Артемовском месторождении камен­ ной соли.

Получено 20.10.89

УДК 622.831.322

М.А.ЖУРАВКОВ (Белорусский филиал ВНИИГ)

ВЛИЯНИЕ КОМПЕНСАЦИОННЫХ ЩЕЛЕЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ВЫРАБОТОК, ПРОЙДЕННЫХ В ПОРОДАХ, ОПАСНЫХ ПО ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМ ЯВЛЕНИЯМ

Установлено влияние компенсационных щелей на устойчивость выработок, пройденных в породах, опасных по ГДЯ. Приведены неко­ торые расчеты по оптимальным характерис­ тикам щелей для работы последних в режиме снижения вероятности ГДЯ.

Приведем некоторые соображения, касающиеся устойчивости выра­ боток с компенсационными щелями, пройденных в породах, опасных по газодинамическим явлениям (ГДЯ). Данные выводы сформулированы по результатам теоретических исследований и анализа литературных ис­ точников.

Смещающаяся в сторону обнажения порода обладает запасами кине­ тической энергии, под действием которой возможен отрыв слоев от