ВЛИЯНИЕ ГЛИНИСТЫХ ПРОСЛОЕВ НА РАЗРУШЕНИЕ КРОВЛИ ОЧИСТНЫХ КАМЕР
Шумихина А.Ю.
В условиях наличия глинистых прослоев в рабочих пластах резко снижается устойчивость пород кровли очистных камер, отмечается ее интенсивное расслоение на пласте КрII и обрушение соляных пород междупластья. Это в некоторых случаях приводит к остановке очистных работ. кровля глинизация напряженный деформированный
Априорный анализ показывает, что основными факторами, влияющими на процесс разрушения кровли очистных камер в условиях повышенной глинизации являются: ширина пролета камеры, способ выемки (подрубка коржей, оставление защитной пачки), степень нагружения междукамерных целиков. Однако степень влияния каждого из этих факторов на устойчивость кровли в целом не изучена.
Для исследования закономерностей разрушения технологических междупластий проведен комплекс экспериментальных исследований деформирования соляных пород в пределах юго-восточного участка шахтного поля БКПРУ-2 [1]. Установлено, что вертикальные смещения кровли на пласте КрII через 1,5-2 месяца после проходки достигают 150-370 мм. Величина пучения почвы камер пласта АБ составляет 4-25 мм. В камерах с пролетом 6,1 м деформации кровли в 2 раза больше соответствующих показателей в камерах, шириной 5,2 м.
Для анализа влияния пролета очистных камер в условиях повышенной глинизации сильвинитовых пород выполнено математическое моделирование изменения напряженно-деформированного состояния технологического междупластья АБ-КрII.
Принципиальная расчетная схема задачи представлена на рис. 1. Рассматривается камерный блок, находящийся под действием массовых сил интенсивностью ( - удельный вес пород). На верхней горизонтальной границе задана распределенная нагрузка ( - расстояние до земной поверхности). На боковых границах отсутствуют горизонтальные, а на нижней вертикальные смещения. В интервале междупластья рабочих пластов заданы прослои глины, деформационные свойства которых на порядок ниже вмещающих соляных пород. В расчетах ширина камеры в соответствии с горнотехническими условиями юго-восточного участка рудника БКПРУ-2 составляла 6,1 и 5,2 м.
Рис. 1. Принципиальная расчетная схема
Численная реализация математического моделирования производилось по стандартной схеме метода конечных элементов в упруго-пластической постановке [2]. В рамках упругопластической модели в условиях сжатия разрушение пород междупластья за счет сдвига оценивается по критерию Кулона-Мора:
где - максимальное касательное напряжение, - максимальные и минимальные главные напряжения. В неравенстве (1) определяется параболической огибающей кругов Мора:
где , - пределы прочности на сжатие и растяжение, - нормальное напряжение в плоскости действия .
При формировании зон растягивающих напряжений условием разрушения является неравенство:
.
Результаты оценки разрушения пород междупластья при пролетах камер соответствующих 6,1 и 5,2 м иллюстрируются на рис. 2. Здесь показана деформация кровли пласта КрII и почвы пласта АБ. Видно, что в количественном выражении расчетные оценки согласуются с экспериментальными данными.
Рис.2. Формирование зон действия растягивающих напряжений в технологическом междупластье АБ-КрII: а) ширина камеры - 5,2 м; б) 6,1 м.
Разрушение междупластья происходит вследствии действия растягивающих напряжений, преимущественно вертикальной ориентации, и формирования секущих субвертикальных трещин сдвига (рис. 2). Результаты геомеханических расчетов показывают, что пролет камеры пласта КрII оказывает значительное влияние на устойчивость междупластья. Так увеличение ширины с 5,2 м (рис.2, а) до 6,1 (рис.2, б) обуславливает расширение зон растяжения и сдвиговой нарушенности.
Дальнейшие теоретические исследования должны быть направлены на анализ влияния других горногеологических и горнотехнических факторов на процесс разрушения технологического междупластья КрII-АБ.
Список литературы
1. Токсаров В.Н. Натурные исследования деформирования кровли очистных камер в условиях повышенной глинизации // Стратегия и процессы освоения Георесурсов : материалы ежегод. науч. сес. ГИ УрО РАН по результатам НИР в 2008 г. - Пермь, 2009. - С.
2. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. - М.: Мир, 1975.