Результат интеллектуальной деятельности: Способ управления геомеханическим состоянием массива горных пород

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых при камерной и камерно-столбовой системах разработки с закладкой выработанного пространства.

Известен способ повышения устойчивости целиков, заключающейся в креплении горных выработок. Несущую способность целиков повышают путем бурения в них скважин, перпендикулярных вертикальной плоскости, установки в них анкеров и их натяжения. При этом длину анкеров с обеих сторон целика принимают равной не менее 2/3 его ширины. При установке анкеров по высоте целика их смещают относительно анкеров, установленных с противоположной стороны целика, на половину шага размещения анкеров по вертикали. Натяжение анкеров корректируют по результатам оценки напряженного состояния целиков во время эксплуатации горных выработок. [Авторское свидетельство СССР №1536009. М.Кл. E21D 20/00, 1990 г.]. Недостатком данного способа является трудоемкость установки анкеров и недостаточно прочное закрепление анкеров к контуру горной выработки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату являете способ управления геомеханическим состоянием массива горных пород при камерной и камерно-столбовой системах разработки, который осуществляется полной закладкой выработанного пространства [Казикаев Д.М., Козырев А.А., Каспарьян Э.В., Иофис М.А. «Управление геомеханическими процессами при разработке месторождений полезных ископаемых.»; М.: Издательство «Горная книга», 2016 г. с. 490]

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и затратность работ по закладке выработанного пространства, пропорциональная объему закладки, и большие безвозвратные потери полезного ископаемого в междукакмерных целиках. Так, согласно толщина потолочины между этажами на участках, где выполняется закладка в камерах, в 2 раза превышает толщину потолочины без применения закладки выработанного пространства. При частичной закладке потери полезного ископаемого в потолочине и расходы на производство закладки можно существенно уменьшить.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности ведения закладочных работ путем частичной закладки выработанного пространства до уровня допустимого давления на почву целика.

Техническая задача и цель изобретения достигается посредством определения и укрепления только той части междукамерного целика, в которой его деформации превышают допустимые пределы, т.е. путем частичной закладки выработанного пространства при камерных системах разработки, а именно в соответствии с исходными данными и геометрическими параметрами участка закладочных работ строят эпюру распределения нагрузки на кровлю (γ₁Н) и почву целика (γ₁Н+γ₂h) и эпюру допустимых давлений на его почву целика Р_доп., ПРИ этом точка пересчения этих двух эпюр задает минимально необходимый уровень закладки, а саму закладку выработанного пространства производят ниже точки пересечения данных эпюр, то есть ниже точки F, где расчетное давление на целик больше допустимого с учетом погрешности равно 20-30%, а участок камеры, расположенный выше точки F, закладывают после полного завершения добычных работ в зависимости от состояния несущих конструкций системы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена расчетная схема с эпюрами.

Линия ABC соответствует эпюре давления на целик (распределение нагрузки на кровлю целика γ₁Н; распределение нагрузки на почву целика γ₁Н+γ₂h), а линия DE есть эпюра допустимого давления на целик (Р_доп.). Точка пересечения этих эпюр F является границей между устойчивым и неустойчивым состоянием целика.

Для решения этой задачи в соответствии с исходными данными и геометрическими параметрами участка закладочных работ строят линию AВС, которая является эпюрой распределения нагрузки γ₁Н - на кровлю и γ₁Н+γ₂h - распределения нагрузки на почву целика, где

γ₁, и γ₂ - объемные веса толщи горных пород над целиком и самого целика, соответственно, т/м³;

Н - глубина ведения горных работ, м;

h - высота целика, м.

Строят линию DE являющуюся эпюрой допустимых давлений на почву целика Р_доп., определяемое по формуле:

где σ_доп - предел прочности пород целика, т/м²;

S - площадь, на которую действует нагрузка, м².

Линии ABC и DE, проходящие через точку пересчения этих двух эпюр, указывают минимально необходимый уровень закладки. Допустимое давление на почву целика Р_доп определяется пределом прочности пород целика σ_доп, под которым понимается максимальное значение нагрузки на целик, которое он выдерживает до разрушения, и площадью сечения целика S, к которому приложена нагрузка.

Закладку выработанного пространства производят ниже точки пересечения этих эпюр (ниже точки F), то есть там, где расчетное давление на целик больше допустимого, с учетом погрешности инженерных расчетов, равной 20-30%. Участок камеры, расположенный выше точки F, закладывают после полного завершения добычных работ, в зависимости от состояния несущих конструкций системы.

Таким образом, в соответствии с исходными данными и геометрическими параметрами участка закладочных работ по построенным линиям ABC - эпюры распределения нагрузки (γ₁Н) на кровлю целика и (γ₁Н+γ₂h) почву целика, и линии DE - эпюры допустимого давление на почву целика Р_доп., устанавливается точка пересчения этих двух эпюр, которая задает минимально необходимый уровень закладки.