Файл: Садовский, Г. И. Механика горных пород, расчеты крепи и конструктивных элементов систем разработки рудных месторождений подземным способом [учебное пособие].pdf

Г л а в а IV

РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ

§ 1. Расчет междукамерных целиков

Выбор способа расчета конструктивных элементов систем разработки зависит от многих факторов, основными из них яв­ ляются: устойчивость руды и вмещающих пород; элементы залегания месторождения; глубина разработки; наличие в рудном теле безрудных участков, прослоек пустых пород и бедной руды и др.

В практике эксплуатации месторождений большинство систем разработки предусматривает оставление целиков в очи­ стном пространстве для поддержания в первоначальном поло­ жении вышележащей толщи горных пород.

По назначению целики разделяются на междукамерные, панельные, околоштрековые, барьерные, и охранные. Расчет охранных целиков приведен в следующем параграфе настоя­ щего пособия, так как размеры этих целиков определяются не условиями прочности, а условиями сдвижения подрабатыва­ емой толщи горных город.

Технология ведения горных работ в одних случаях предус­ матривает выемку оставленных целиков во вторую очередь, а в других случаях они не отрабатываются. Оставление постоян ных целиков влечет за собой значительные потери полезного ископаемого, достигающие 25—50% и более.

09

Отработка целиков часто производится в более трудных ус­ ловиях по сравнению с выемкой камер и дает более низкие технико-экономические показатели.

Следует отметить, что при проектировании во многих слу­ чаях подробно рассматривают стадию отработки камер, а вы­ емку целиков решают схематично. Такая практика иногда приводит к выбору конструктивных элементов и параметров разработки без учета последующей выемки целиков.

Несущая способность целиков различного назначения за­ висит от формы, геометрических размеров и физико-механиче­ ских свойств горных пород целика.

Для определения коэффициента запаса прочности доста­ точно установить, во сколько раз нагрузка, разрушающая це­ лик, превосходит фактически действующую. Но при выборе коэффициента запаса прочности для расчета целиков требу­ ется дифференцированный подход.

Как показывает практика ведения горных работ на рудни­ ках Норильского горно-металлургического комбината, для междукамерных целиков при отношении

где h — высота целика; х — ширина целика;

п — коэффициент запаса прочности.

При определении размеров опорных целиков принято базироеаться на значениях пределов прочности сжатию горных пород, полученных в лабораторных условиях на образцах, взятых из целика. Образцы для испытаний выбирают в форме кубика со сторонами 5—10 см или цилиндра с высотой, срав­ нимой с его диаметром.

Для перенесения величии, полученных в результате лабо­ раторных испытаний образцов, в формулу расчета прочност­ ных размеров целиков последние должны быть умножены на коэффициент формы. Во всех случаях зависимость прочности образцов на одноосное сжатие от отношения высоты к ширине приближается к линейной и в диапазоне l ^ h / х ^ З с доста­ точной точностью может быть аппроксимирована формулой:

К ф= 1 ,1 5 —0,15-h/x.

100

В остальных случаях используется коэффициент Церна

Кф=уН/х. (2.4)

Ниже приведены основные методы расчета прочных раз­ меров целиков.

Метод акад. Л. Д. Шевякова основан на следующих допу­ щениях:

1)наибольшая нагрузка на опорные целики обуславлива­ ется весом толщи горных пород до земной поверхности;

2)вертикальные напряжения сжатия в горизонтальных сечениях целиков распределены равномерно;

3)в расчеты вводятся полученные лабораторными испыта­ ниями пределы прочности горных пород целиков на сжатие с

поправками на форму целиков.

Для удобства расчета формулы дают в развернутом виде применительно к конфигурациям опорных целиков и окружа­ ющих их горных выработок.

Принимаются следующие обозначения:

Н— глубина залегания от земной поверхности верхней части целика, м;

h — высота целика, м;

Y — средний объемный вес вышележащих пород, т/м3; Yi — объемный вес породы целика, т/м3;

сток — предел прочности породы целиков на одноосное сжа­ тие, т/м3;

п— коэффициент запаса прочности;

Аи В — заданная ширина камер, м;

х — искомая ширина целика, м; L — длина целика, м.

Если высота целиков незначительна по сравнению с глу­ биной разработки, то можно принять h = 0 ..

Расчет длинных целиков одинаковой ширины, расположен­ ных между очистными камерами (рис. 33а), ведется по фор­ муле:

Ну—hyi

101

Изолированные целики (рис. ЗЗв):

Целики длиной L, ограничивающиеся очистными камера­ ми неодинаковой ширины А и Б (рис. 33 г):

При значительных глубинах, как на рудниках «Октябрь­ ский» и «Комсомольский», поддержание подработанной тол­ щи только опорными целиками становится невозможным вследствие больших потерь полезного ископаемого.

Рис. 33. а, б, в, г. Схемы к расчету целиков по методу академика

Л. Д. Шевякова

102

Предельная глубина Н может быть определена из неравен­

ства:

ные камеры*). Ширину таких целиков можно определить сле­

*) Методика предложена А. М. Илыптейном, 10. М. ЛиберМ'аном п др.

103

дующим образом. Разрушающая нагрузка па единицу длипы междукамсрного целика равна:

Несущая способность междукамерного целика с учетом коэффициента формы определяется по формуле:

Приравнивая правые части этих выражений, получим урав­ нение для определения искомой величины х:

Эти уравнения решаются в замкнутой форме. Коэффициент формы определяется из выражения Кф=1,15— 0,15h/x (т. е. для целиков с отношением h:x—1-т-З). Подставляя это выражение для Кф в исходное уравнение, получим

Величину К следует вычислять при п =3.

Порядок расчета целиков при камерно-столбовой системе разработки*). При постоянной ширине блока:

yHKan

(16-4)

Осж

*) Методика предложена В. Д. Палием (ВНИМИ),

104