Определение прочности закладки при отработке пологопадающих месторождений. По формуле (7.1) определяют напряжение в искусственных целиках Предполагают, что как при камерно- столбовых, так и комбинированных системах, искусственные целики первой очереди воспринимают всю нагрузку в пределах свода естественного равновесия. Нормативную прочность закладки в искусственных целиках рассчитывают по действующим в них напряжениям. Напряжения в целиках первой очереди определяют по формуле (7.2), в целиках второй и третьей очереди по формуле (7.3).Для условий разработки крутопадающих месторождений напряжения в искусственных целиках определяют по формуле (7.4). И, наконец, по формуле (7.1) находят нормативную прочность закладки для обеих систем разработки.
В заключение по формуле (7.5) вычисляют толщину несущего слоя закладки, являющегося потолочиной камер при отработке запасов нижележащего этажа.
Одиночные искусственные целики при камерно-столбовых системах разработки и при отработке крутопадающих месторождений проверяют на сейсмическое воздействие взрывов при отбойке руды. Минимальное расстояние скважин от закладки r, определяемое по формуле (7.6), должно быть равно или меньше фактического.
Исходные данные для определения прочности закладки при отработке пологих, наклонных и крутопадающих месторождений по вариантам приведены в таблицах 7.2 и 7.3.
Контрольные задания
1. В чем отличие напряжений, действующих в искусственном целике, от прочности закладки?
2. Как влияет податливость искусственных целиков на высоту свода естественного равновесия?
3. Какую нагрузку испытывает искусственная кровля камер при отработке крутопадающих месторождений?
Таблица 7.2
Горно-геологические параметры, свойства пород и закладки при отработке пологопадающих месторождений
| Вариант | Глубина работ H, м | Пролет подработки L,,м | Угол падения рудного тела α, град | Мощность рудного тела, м | Ширина искусственного целика а, м | Угол внутреннего трения, град | Коэффициент Пуассона налегающих пород, μ | Плотность,т/м3 | Предел прочности на сжатие, МПа | Толщина прослойков, м | ||||
| Налегающих пород, φ | Искусственных целиков φ3 | Налегающих пород γ | Материала искусственных целиков γ23 | Прочных слоев | Слабых прослойков | Слабых | Пластичных | |||||||
| 0,2 | 2,8 | 1,8 | - | - | - | |||||||||
| 0,33 | 3,1 | 2,15 | - | |||||||||||
| 0,35 | 2,75 | 2,05 | -- | - | 0,1 | |||||||||
| 0,22 | 2,6 | 1,9 | - | - | - | |||||||||
| 0,31 | 3,4 | 1,95 | 0,4 | - | ||||||||||
| 0,34 | 2,65 | 1,85 | - | - | - | |||||||||
| 0,30 | 3,0 | 2,0 | - | - | 0,2 | |||||||||
| 0,32 | 2,85 | 1,95 | 1,2 | - | ||||||||||
| 0,29 | 3,3 | 1,8 | - | - | - | |||||||||
| 0,26 | 2,7 | 2,1 | 0,1 | |||||||||||
| 0,27 | 3,25 | 2,0 | - | |||||||||||
| 0,31 | 2,9 | 1,9 | - | - | 0,2 | |||||||||
| 0,40 | 3,2 | 2,2 | - |
Таблица 7.3
Горно-геологические параметры, свойства пород и закладки при отработке крутопадающих месторождений
| Вариант | Высота этажа hЭ, м | Угол падения рудного тела α град | Ширина искусственного целик а, м | Угол внутреннего тренияя φ, град | Угол сдвижения пород висяго бока β, град | Угол сдвижения пород лежачего бока β1 град | Плотность материала искусственных целиков γ3, т/м3 | Радиус взрываемой скважины r0, м | Скорость детонации ВВ D, м/с |
| 1,8 | 10,5 | ||||||||
| 1,9 | 7,0 | ||||||||
| 2,1 | 6,5 | ||||||||
| 2,0 | 5,5 | ||||||||
| 2,2 | 10,5 | ||||||||
| 2,0 | 7,0 | ||||||||
| 2,2 | 6,5 | ||||||||
| 2,0 | 10,5 | ||||||||
| 2,1 | 6,5 | ||||||||
| 1,9 | 5,5 | ||||||||
| 1,1 | 6,5 | ||||||||
| 1,8 | 7,0 | ||||||||
| 2,2 | 5,5 |
Лабораторная работа №8
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКИ ПРИ НИСХОДЯЩЕЙ ПОСЛОЙНОЙ ОТРАБОТКЕ
Цель работы - приобретение навыков расчета прочности закладки при слоевых системах
Основные положения
При средней устойчивости и неустойчивых рудах и вмещающих породах в пределах блока ленты делят на слои толщиной 2-3,5 м, которые при устойчивой руде отрабатывают в восходящем порядке, неустойчивые- в нисходящем. Закладку очистного пространства ведут после извлечения запасов слоя в пределах ленты или заходки в слое (при разработке крутопадающих месторождений). Высота обнажений искусственного массива равняется толщине слоя или удвоенной его величине.
При нисходящей выемке слоев работы ведут под защитой искусственной потолочины. Нижняя ее часть в некоторых случаях упрочняется металлической сеткой и стержнями из арматурной стали. Закладочный массив искусственной потолочины, ввиду перерывов в подачи закладки, как правил, слоистый. Слои могут отличаться по физико-механическим характеристикам, толщина слоев также различна. Прочность нижнего слоя закладки обычно специально увеличивают, поскольку он является несущим при извлечении руды под ним. Остальные слои меньшей прочности, они пригружают нижний. В некоторых случаях пространство над нижним несущим несущим слоем заполняют гидравлической закладкой.
Несущую механическую систему при нисходящей выемке можно представить как плиту, а в плоском сечении как слоистую балку-полоску, закрепленную или свободно лежащую на опорах. В зависимости от расположения очистных выработок в соседних слоях, различают следующие условия работы балок (рис. 20) 
. Расчетные схемы ײаײ и ײвײ (рис. 20) можно считать основными; прочность закладки для схем ײаײ и ײбײ одинаковой, для схемы ײгײ такой же, как для схемы ײвײ, с последующей проверкой устойчивости как шарнирной системы по Г.Н. Кузнецову.
Рис. 20. Взаимное расположение очистных выработок в смежных слоях при нисходящей выемке: а – оси очистных выработок расположены под углом; б – оси параллельны, но смещены на половину сечения; в – соосное расположение очистных выработок; г - оси параллельны, но ширина выработки в вышележащем слое меньше, чем в нижележащей
На рисунке 17, а и 17, б балка-полоска закреплена на опорах. Влияние закрепляющей нагрузки на несущую способность балок, ввиду различной жесткости руды и закладки, в большинстве случаев можно не учитывать. Принимая во внимание, что предел прочности при изгибе в два-три раза больше предела прочности при одноосном растяжении, формулы для расчета допускаемых растягивающих напряжений 
с коэффициентом запаса Кз=2-3 имеют вид:
для схемы рисунка 20, а без учета закрепляющей нагрузки на опорах 
с учетом закрепляющей нагрузки
для схемы на рисунке 17, в
где 
ширина очистной выработки, м; hн - толщина несущего слоя потолочины, м; 
плотность закладки несущего слоя, 
Рак - закрепляющая нагрузка, Рзак =Кк 
H, МПа; Кк - коэффициент концентрации опорного давления; 
плотность толщи налегающих пород, H-глубина разработки, м; Кп - коэффициент, учитывающий пригрузку несущего слоя потолочины весом вышележащих слоев, Кп-1,2 –3.
Для перехода к нормативной прочности твердеющей закладки рекомендуется использовать формулу Фере
Устойчивость шарнирной системы (рисунки 3, б и 3, г) определяется по формуле:
где Кк - коэффициент концентрации напряжений в шарнирах арки, Кк=095, доли ед.; 
коэффициент, отражающий механические свойства пород, 
доли ед.
Порядок выполнения работы
По формулам (8.1) – (8.5) определяют прочность закладки в соответствии с заданными условиями (табл. 8.1). Результаты расчетов представляют в табличной форме (табл. 8.2). Прочность закладки в обнаженном вертикальном массиве определяют по формуле (7.3). Величину ее при высоте обнажения до 10м рекомендуется принимать не более 1МПа.
Таблица 8.1
Исходные данные для расчета прочности твердеющей закладки
| Вариант | Ширина выработки, м
| Глубина работ, м | Плотность толщи налегающих пород, МН/м3 | Коэффициент концентрации давления на опорах, ед. | Предел прочности руды на сжатие, МПа |
| 0,031 | |||||
| 0,030 | 2,5 | ||||
| 3,5 | 0,027 | 2,3 | |||
| 0,028 | 2,2 | ||||
| 0.031 | 2,7 | ||||
| 1,2 | 0,032 | 1,9 | |||
| 0,030 | 4,5 | ||||
| 0,029 | 3,5 | ||||
| 4,5 | 0,026 | 2,8 | |||
| 0,030 | 2,7 | ||||
| 0,029 | 8,7 | ||||
| 0,031 | 2,3 | 9,5 | |||
| 0,028 | 1,8 |
Таблица 8.2
Нормативная прочность твердеющей закладки для искусственной кровли
| hn | Схема “а” | Схема “в” | ||||||
| без учета закрепляющей нагрузки | с учетом закрепляющей нагрузки | по основной формуле | с учетом устойчивости шарнирной системы | |||||
| σр | σсж | σр | σр | σр | σсж | σр | σсж | |
По результатам расчетов делают выводы о целесообразности различного расположения очистных выработок при слоевых системах с нисходящей выемкой руды, влиянии закрепления балок на опорах, запасе несущей способности в шарнирах и целесообразной толщине несущего слоя искусственной кровли
Литература
1. ГОСТ ГП 601-248.2-86. Породы горные. Методы построения паспорта прочности.
2. Баклашов И.В. Деформирование и разрушение породных массивов. М.: Недра 1988.-270с.
3. Рац М.В., Чернышев С.Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. М.: Недра, 1970.-150с.
4. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. М.: Недра, 1989.-270с.
5. Кузнецов Г.Н. Графические методы оценки предельного состояния трещиноватого массива вокруг горных выработок//Современные проблемы механики горных пород. М.: Наука, 1972.-324с.
6. Баклашов И.В. Картозия. Механика подземных сооружений и конструкций крепей. М.: Недра, 1984.-414с.
7. Ерофеев Н.П. Управление состоянием массива горных пород. Учеб. пособие /КИЦМ Красноярск, 1988.-80с.
8. Кузьмин Е.В. Упрочнение горных пород при подземной добыче руд. М.: Недра, 1991.-247с.
9. Кузнецов Г.Н. Определение полной несущей способности кровли подземных выработок