Плотностные, прочностные и упругие свойства горных пород, единицы их измерения. Оценка трещиноватости массива горных пород.

Плотность – величина, определяемая отношением массы вещества к занимаемому им объему. Плотность в массиве определяется отношением массы руды в естественном залегании к занимаемому объему. При изменении минерального состава руд меняется плотность в массиве. γ = Р/V;

Предел прочности – критическое значение соответствующих напряжений, при которых образец породы разрушается. Различают сопротивление сжатию σ_сж, растяжению δ_р, сдвигу τ_сдв и изгибу σ_изг. Поверхностная плотность внутренних сил называется напряжением, σ = F/S, Па. Прочность качественно оценивается как сопротивление разрушенного при непрерывном течении или трещинообразовании. Теория О.Мора: разрушение г.п. происходит под влиянием касательных напряжений, являющихся функцией нормальных напряжений на площади сдвига, или же под влиянием растягивающих напряжений, достигающих определенного предела. Графики огибающей предельных кругов напряжений Мора – паспорт прочности. По паспорту определяется Ксц (сцепление породы), φ (угол внутреннего трения). Ксц – предел прочности породы при среде в условиях отсутствия нормальных напряжений. У внутреннего трения φ в массиве в условиях одноосного сжатия 40-50º, в условиях объемного напряженного состояния 30-40º, для глубинных прослойков 18-20º. Пределы прочности горных пород (Па) при сжатии (0 ÷6)*10⁸, при растяжении σ_р = (0÷2)10⁷, при сдвиге τ_сдв = (0÷4)10⁷.

Упругость – способность материала к накоплению энергии в потенциально обратимой форме. Характеризуется: модуль упругости Е(модуль Юнга), Па; коэффициент Пуассона ν; модуль сдвига G, Па. Е = σ/ε; σ – продольное напряжение; ε – относительная продольная деформация. Е = 10⁹÷3*10¹¹ Па. ν = ε^э/ε; ε^э – поперечное укорочение; ε – продольное удлинение.

G = ;

#

Предотвращение вредного влияния сдвижения пород на защищаемые /охраняемые/ объекты.

К защищаемым объектам относят: шахтные стволы и другие вод» земные выработки; поверхностные сооружений, обслуживающие работу рудника; водоемы в шламохранилища; железные ишоссейные до­роги; электростанции в линии передач; промышленные я гражданстве здания в сооружения в т.д. Все охраняемые объекты разделяют на три категории по применяемым мерам зашиты, которые уточняются в Правилах охраны сооружений и природных объектов, разработанных как для отдельных отраслей, так и регионов (бассейнов). Для предотвращения им вредного влияния горных работ на упомянутые ранее объекты предусматриваются горнотехнические и конструктивные способы охраны. Конструктивные способы охраны сооружений. Заключаются в применении таких конструкций зданий и сооружений, которые испытывают безопасные деформации при подработке и не исключают объект вэ эксплуатации, а повреждении устраняются путем ремонта после окончательной осадки поверхности. Допустимые деформации поверхности опре­делятся временными правилами для отдельных районов. Горнотехнические меры охраны- рассматриваемые меры охраны объектов находящихся в зоне влияния горных работ, предусматривают исключение или максимальное уменьшение деформаций земной поверхности или окружающих подземные выработки горных пород. К ним относятся оставление предохранительных целиков или применение специальных способов ведения горных работ.

#

Принципиальная схема расчета целиков по теории свода /в каких случаях она применяется, от чего зависят параметры свода давления/.

Предполагается что в породах над выработанным пространством образуется свод давления. Максим-ые нагрузки приходятся на целики, находящиеся в средней части пласта. Расчеты целиков на основании гипотезы

свода можно приводить в том случае, когда пролет подработки пород не превышает (0,7-0,8) Н. условия предельного равновесия: S_ЦК_Фδ_СЖ=SК_Зγh_СВcosα; S_Ц – площадь целика; S – площадь пород, приходящихся на целик; К_З – коэф. запаса прочности целика; α – угол падения залежи; h_СВ - высота свода в средней части пролета. Используя отношение S_Ц/S для целиков различной формы можно определить ширину целика.

γ камер соответствует (n-1) целиков. Площадь всех целиков (n-1) S_Ц. Вес пород в параболическом своде над целиками на пролете равном 2b: Р_СВ = 2/3 2lh_СВ; 2l = na+(n-1)b+2h tg(π/4-φ/2). Условие предельного равновесия сис-мы междукамерные целики – свод имеет вид: (n-1)bδ_сж = 4lh_свγ_nК_З/3, отсюда b = 4lh_свγ_nК_З/(3(n-1)δ_сж). Давление на 1м барьерного целика шириной В: Р_Б = ((+B)H-2/3(2lh_СВ)). Условие работы барьерного целика с запасом прочности Вδ_сж = Р_БК_З В = 2l γ_n К_З(H-2/3h_СВ)/(δ_сж - γ_nHК_З). Форма и параметры сводов в основном зависят от строения пород, тишины пролета подработки, напряж. состояния пород кровли, прочности массива на растяжение.

#

Взаимодействие целиков с вмещающими породами.

Поддержание целиками очистного(выработанного) пространства весьма распространенный в практике подземной добычи руд способ управления состоянием массива горных пород. Целики оставляют для сохранения равновесия подрабатываемых пород на определенной площади в течение необходимого времени с целью обеспечения безопасности работ по выемке полезного ископаемого. По своему назначению целики бывают внутризайбоные, междукамерные, междублоковые, междуэтажные, панельные, барьерные и др. Они оставляются в виде сплошных лент или отдельных опор (столбов). При поддержании целиками совместная работа системы почва-целик-кровля зависит от устойчивости (прочности), характера деформирования и разрушения каждого отдельного элемента данной системы. В случае жестких целиков и слабых пород почвы и кровли по мере увеличения площади подработки и возрастания нагрузок на целики происходит как бы вдавливание их, сопровождаемое разрушением кровли камер и пучением почвы. Неравномерное по площади и во времени деформирование почвы и кровли может быть причиной разрушения целиков на значительных площадях. Способность целиков к постепенному деформированию наблюдается при недостаточно прочном материале целиков неоднородности их строения (трещиноватости, наличии прослоев слабых пород), малом соотношении ширины к высоте и др. Напряженное состояние целика в зависимости от соотношения его ширины b к высоте h в расчетах учитывается коэффициентом формы К_ф. Целик считается высоким, b/h<1 и низким (или широким) когда b/h>1. Если в широком целике максимальное напряжение приходится на периферийную часть, то в высоком на центральную. В средней части широкого целика давление может быть равным γH.

#

Основные понятия о горном давлении. Управление горным давлением.

Проведение подземных горных выработок изменяет состояние горных пород с образо­ванием зон повышенных и пониженных напряжений. Явления, связанные с деформацией, сдвижением, разрушением массива, давлением пород на крепь, принято называть проявлен­иями горного давления. Проявления горного давления зависят от горно-геологических условий и технологических особенностей разработки.

К горно-геологическим условиям относится глубина разработки, угол падения и мощ­ность разрабатываемой залежи, структура и физико-механические свойства пород и полез­ного ископаемого.

К основным технологическим факторам относятся форма, размер и расположение выра­боток, способ и скорость их проведения, способ управления горным давлением.

Основными методами управления состоянием массива горных пород являются:

1. Поддержание подработанных пород целиками. Этот способ заключается в обеспечении устойчивого равновесия массива подработанных пород и предотвращении обрушения земной поверхности. Месторождения в этом случае отрабатывают системами с открытым очистным пространством, сущность которых заключается в выемке камер и оставлении прочных рудных целиков между ними. Этот способ управления применяют тогда, когда руды и породы обладают высокой устойчивостью при сравнительно невысокой ценности полезного ископаемого, а также при необходимости сохранности земной поверхности.

2. Поддержание выработанного пространства временно оставляемой(магазинированной) отбитой рудой. При этом способе применяемом для отработки маломощных крутопадающих (жильных) месторождений, в процессе отработки блоков 60-70 % отбитой руды временно оставляют в выработанном пространстве для поддержания обнажений висячего и лежачего боков, склонных к частичным вывалам. В целом руда и породы должны быть достаточно устойчивыми чтобы в очистном забое кровля и бока не обрушались и обеспечивали безопасное ведение очистных работ.

3. Закладка выработанного пространства. В неустойчивых склонных к обрушению породах после выемки (или одновременно с выемкой) полезного ископаемого для предотвращения опасных деформаций выработанное пространство заполняют закладочным материалом. В качестве закладочных материалов используют дробленые пустые породы, песок, гравий, шлаки металлургических заводов и электростанций, хвосты обогатительных фабрик. Наиболее надежным средством поддержания являются твердеющие (бетонные) смеси при условии полного подпора кровли выработанного пространства закладочным материалом и своевременном выполнении работ по закладке.

4. Крепление очистного пространства. Применяют в том случае, когда руда и вмещающие породы неустойчивы и требуют поддержания. Для этой цели используют деревянные стойки (распорки) и костры, каменную бутовую кладку, бетонные полосы и столбы, металлические стойки, механизированная ограждающая крепь и др. Назначение крепи заключается в предотвращении деформаций (отслоений, вывалов, трещинообразования) обнаженных пород призабойного пространства в течение определенного времени, необходимого для производства очистных работ.

5. Управление горным давлением посредством обрушения пород. Сущность этого способа заключается в последовательном обрушении налегающей толщи пород вслед за подвиганием очистных работ. В связи с тем что в результате выемки полезного ископаемого и подработки пород увеличивается опорное давление на целики, прилегающий рудный массив и возрастает опасность их деформирования (даже раздавливания) необходимо периодически снижать величину опасных напряжений путем обрушения подработанной толщи пород. Обрушение может быть частичным (обрушается только нижняя пачка пород, непосредственная кровля) или полным (в процессе обрушения вовлекается вся толща пород до земной поверхности).

#