книги / Сдвижение горных пород и земной поверхности при подземных разработках

На основании анализа результатов испытаний можно сделать следующие выводы:

1. Средние значения предела прочности образцов при одноос­ ном сжатии в зависимости от направления приложения нагрузки изменяется незначительно.

2. Модули упругости и коэффициенты Пуассона как по длине ■ скважин, так и для различных целиков устойчивые и целесообраз­ но принимать их средние значения для определения напряжений методом разгрузки.

6.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО УЧАСТКА

Экспериментальный участок .расположен в 403 блоке 9-го гори­ зонта Сонкульсайского геологического блока (рис. 6.1). Рудное

♦Станция наблюдения за поперечной деформацией целика

о Репер длиной 1,5м 8 кровле

•Репер длиной 6,0м в кровле

АРепер В почве

------- Скважины, в которых определялись напряжения IIIIIIHI1 Целики, которым придана искусственная податливость

===== Тектонические трещины со смешением пластов

— :— Тектонические трещины вез смещения пластов

Рис. 6.1. План экспериментального участка

тело представляет собой пластообразную залежь мощностью 3,7—5 м. Промышленное оруденение приурочено к верхам извест­ няков ячеистого горизонта. Основная залежь представлена доломитнзированными известняками среднезерннстой, мелкозернистой, тонкозернистой структуры и слоистой, тонкослоистой (ленточной) текстуры.

Висячий бок рудного тела представлен массивной пачкой про­ межуточной залежи, сложенной доломитизированными, частично баритизированными известняками среднезернистой структуры и слоистой текстуры.

Лежачий бок представлен известняками ячеистого горизонта, сложенными доломитами и доломитизированными известняками среднезернистой структуры и слоистой текстуры.

Барьерные целики шириной 20—25 м оконтуривают блок с трех сторон. С четвертой (восточной) стороны границей блока является кромка залежи. По восстанию рудного тела барьерный целик про­

2,7 т/м3. Длина блока по простиранию — 95 м, по падению — 130 м.

6.3. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

В настоящее время при исследовании напряженного состояния массива горных пород широкое распространение получили методы, использующие упругие деформационные свойства горных пород. К ним относятся: 1) метод определения напряжений горных пород

разгрузки; 3) метод определения изменения напряжений горных пород во времени.

Другие методы (радиометрические, электрофизические, сейсмоакустические) не нашли широкого применения в практике шахт­ ных измерений.

Сущность метода частичной разгрузки, предложенной И. Матаром для измерения напряжений в элементах металлических кон­ струкций, состоит в том, что на плоской площадке напряженного элемента сверлится отверстие, в непосредственной близости от которого происходит нарушение равновесия напряженного состоя­ ния. Эффект нарушения равновесия в напряженном состоянии быстро затухает с удалением от отверстия.

По измеренным деформациям, вызванным перераспределением напряжений, определяют величину и направление главных нор­ мальных напряжений в точке измерения. Впервые для измерения напряжений в горных породах метод частичной разгрузки с меха­ ническими тензометрами был применен Ж. Талобром.

Метод частичной разгрузки может быть применен только в крепких монолитных или слаботрещиноватых породах с крупно­ блочной структурой.

Метод разгрузки с измерением деформаций на торце скважи­ ны впервые разработан и доведен до практического применения во ВНИМИ Г. Н. Кузнецовым и М. М. Слободовым.

Метод разгрузки с измерением деформаций упругого восста­ новления скважины малого диаметра, обуриваемой скважиной большого диаметра, известен в литературе как метод Хаста. Впер­ вые он был использован в Швеции в 1951 г. В качестве измери­ тельного прибора применяется магнитострикционный датчик давле­ ния, который фиксирует за счет радиальных перемещений стенок центральной скважины разницу между первоначальным распором и конечным. Для получения величины и направления главных нор­ мальных напряжений разгрузка производится трижды, датчик по­ следовательно разворачивается на 45 или 60°

Ко второй схеме измерения напряжений горных пород (схема Хаста) необходимо отнести способ Лемана, который, в отличие от метода Хаста, изменяет деформации поверхности центральной сква­ жины при обуривании скважиной большого диаметра.

На экспериментальном участке определение действующих в це­ ликах напряжений производилось методом разгрузки в варианте торцовых измерений. При определении напряжений в массиве гор­ ных пород, сложенных крепкими трещиноватыми породами, мето­ дом разгрузки основным недостатком вышеперечисленных измери­ тельных приборов (тензометров, деформометров, магнмтострикционных датчиков, оптических датчиков) является то, что они из­ меряют не только упругие деформации, но и деформации, вызван­ ные раскрытием трещин. Величина последних оказывает большое влияние как на величину, так и на направление действия главных нормальных напряжений.

При методе разгрузки в результате кольцевого обурнвания тор­ ца измерительной скважины напряжения, существовавшие до сня­ тия нагрузки, выходят за пределы упругости в основном из-за на­ личия трещин. Поэтому в ходе выполнения исследований при­ шлось внести изменения в методику измерений методом разгруз­ ки, разработать специальные приборы и приспособления примени­ тельно к крепким трещиноватым породам. К ним относятся: тен­ зометр, коммутирующие устройства, автоматический измеритель деформаций.

Измерение деформаций керна при разгрузке производилось разработанным Н. И. Романовым шестикомпоиентным тензомет­ ром, позволяющим дублировать показания тензодатчиков и учи­ тывать влияние раскрытия трещин на величину деформаций. Принципиальная схема шестикомпонентного тензометра показана на рис. 6.2.

Чувствительным элементом тензометра является проволочный

целики нагружены неравномерно. Величина нагрузки зависит от положения междукамерного целика относительно барьерного, от площади его поперечного сечения, степени трещиноватости, мик­ роскладчатости.

6.5. ИССЛЕДОВАНИЕ ИСКУССТВЕННОЙ ПОДАТЛИВОСТИ

тальном участке искусственная податливость была придана цели­ кам 3, 4, 5, 9, 10, 21, 22, 23 (см. рис. 6.1) разбуриванием их по­ перечного сечения системой горизонтальных параллельных сква­ жин и взрыванием междукамерных промежутков. Как показали исследования искусственной податливости целиков на моделях из эквивалентного и оптически активных материалов, наиболее бла­ гоприятным с точки зрения устойчивости целика является вари­ ант расположения ослабляющих скважин вблизи его нижнего ос­ нования или в почве. На опытном участке же с углом падения рудной залежи 25° для такого расположения скважин необходимо было бы произвести большой объем подготовительных и буро­ взрывных работ, что в давно отработанном блоке без применения специального оборудования выполнимо со значительной затратой средств. Поэтому был применен способ создания искусственной податливости в междукамерном целике, показанный на рис. 6.4.

Бурение скважин диаметром 56 мм во всех целиках произво­ дилось станком КС-50. Для создания равномерного ослабления площади поперечного сечения целика станок устанавливался на специальной каретке, которая передвигалась и крепилась к рель­ сам, уложенным вдоль целика. Расстояние между осями пробурен­ ных скважин равнялось 100 мм, что достигалось применением

ки зрения устойчивости целика, но представляет большой прак­ тический интерес в изучении устойчивости различных частей це­ лика, сложенного крепкими слоистыми породами.

С целью выяснения картины .разрушения межскважинных про­ межутков в зависимости от взаимного расположения плоскости ос­ лабляющих скважин, угла падения слоев в целике и направления действия максимальной нагрузки на него в целиках 5, 21, 22 сква­ жины бурились в направлении простирания рудного тела. В про­ цессе бурения и после велось тщательное визуальное и инстру­ ментальное наблюдение за деформацией скважин (прибором РВП-451), целиков, кровли и почвы камер (гидронивелироваиием).

Дальнейшее увеличение податливости целиков, кроме целика 22, производилось взрыванием рассредоточенных зарядов по всей длине скважины на незаряженные скважины. Величина рассредо­ точенного заряда принималась в зависимости от размера межскважпииых перемычек и определялась опытным путем. Расход ВВ на 1 м скважины составил в среднем 0,4 кг.

Одновременность взрывания рассредоточенных зарядов обес­ печивалась детонирующим шнуром. Взрывание производилось по одной скважине от центра целика к его периферии, причем внача­ ле разрушались межскважинные перемычки в первой части це­ лика, а затем — во второй. Такой порядок взрывания принят по­ тому, что в практике взрывания встречались случаи, когда рассре­ доточенный заряд разрушал несколько межскважинных перемычек подряд и затруднял заряжание следующей по порядку скважины.

Примятая методика взрывания создавала более равномерное разрушение межскважинных перемычек по всей площади сечения целика. После взрывания общая площадь ослабления поперечного

к р о в л и и почвы к а м е р. При камерно-столбовой системе разработки, особенно при наклонном залегании полезных иско­ паемых и создании в целиках искусственной податливости, важно знать кроме сближения (конвергенции) кровли и почвы камер раздельно деформации этих элементов. Значение величин дефор­ маций целиков, кровли и почвы камер имеет большое значение для решения вопросов, связанных с креплением и поддержанием кровли камер. В процессе исследований возникла необходимость разработать и применить прибор, который отвечал бы перечислен­ ным требованиям. Для исследования деформаций целиков и вме­ щающих пород при создании в междукамерных целиках искусст­ венной податливости на Миргалимсайском месторождении был разработан гидростатический нивелир, позволяющий измерять сме­ щения реперов с точностью ±0,03 мм.

Целесообразность применения гидростатического нивелирова­ ния на экспериментальном участке вызвана тем, что абсолютные величины деформаций междукамерных целиков, кровли и почвы камер незначительны, а также необходимостью исследовать устой­

чивость основного несущего элемента — целика в зависимости от скорости его нагружения.

На рис. 6.5 показан общий вид и устройство нивелира. Ниве­

где индексы указывают первый и второй сообщающиеся сосуды.