Лабораторная работа № 4 Определение параметров целиков при камерно-столбовой системе разработки

Задание. Рассчитать параметры круглых, квадратных и ленточных целиков при отработке рудных тел камерно-столбовой системой разработки

Камерно-столбовая система разработки применяется при отработ­ке горизонтальных и пологих (с углом падения до 20-30^о) рудных за­лежей. Поддержание выработанного пространства при этой системе осуществляется рудными целиками. Целью расчетов их параметров является определение таких их размеров, чтобы потери руды в цели­ках были минимальными при обеспечении допустимых пролетов об­нажения кровли очистного пространства.

Определение ширины пролета камер

Допустимые пролеты обнажений устанавливают, как правило, на основе экспериментов, проводимых по специальной методике, разра­ботанной во ВНИМИ. Применение расчетных методов ограничено определенными условиями, например, неоднородностью пород кров­ли. Однако и в этих случаях результаты следует рассматривать как предварительные, требующие дальнейшего экспериментального уточ­нения.

Наибольшую достоверность имеют результаты, полученные по методам расчетов кровель, представленных ненарушенными или слабонарушенными слоистыми породами.

Применение камерно-столбовой системы разработки предполага­ет, что рудные целики не извлекаются. Очевидно, что для обеспечения минимума потерь руды в целиках ширина камер должна быть макси­мально допустимой, т. к. при неоправданном уменьшении пролета ка­меры потери полезного ископаемого в недрах могут возрастать на 30­-40 %.

Для горизонтальных и пологих залежей при однородной кровле и отношении глубины залегания к ее ширине более двух, коэффициенте Пуассона μ = 0, 17-0, 3 допустимый пролет обнажения можно опреде­лить по формуле С.Г.Борисенко

, м (4.1)

где v - коэффициент бокового распора, v = μ / (1 - μ) ≈ 0, 2 - 0, 4;

μ - ко­эффициент Пуассона, для горных пород μ = 0, 2-0, 4;

| σ _р | - допустимое напряжение при растяжении пород кровли, МПа. Величина | σ _р | при­нимается равной (0, 03 - 0, 04)σ _сж;

H - глубина залегания рудной за­лежи, м;

γ - плотность налегающих пород, кН/м³.

Эту формулу применяют при угле падения залежи до 20-30°.

Определение ширины целиков

Основным элементом поддержания кровли при разработке гори­зонтальных и пологих месторождений являются рудные целики. Они бывают панельными и опорными (рисунок 4.1).

Панельные целики оставляются на границах панелей для сохране­ния штреков и поддержания толщи налегающих пород. Опорные це­лики служат для поддержания кровли непосредственно в выработан­ном пространстве и располагаются между панельными целиками.

Рисунок 4.1. Схема к расчету параметров целиков при камерно-столбовой системе разработки: 1 - опорные целики; 2 - панельные целики; D - ширина панельного целика, м; H - глубина ведения горных работ, м; A - ширина пролета камеры, м; d - ширина опорного целика, м; L - расстояние между осями целиков, м; h - выемочная мощность, м

Расчет параметров опорных целиков базируется на условии проч­ности целиков согласно гипотезе Турнера - Л.Д. Шевякова, с попра­вочным коэффициентом, учитывающим угол падения залежи

, (4.2)

где η - коэффициент запаса прочности целика (принимают равным 3-5, если камера должна сохраняться неопределенно долгое время и 2-3, если камеру необходимо сохранить только на время ведения очистной выемки);

γ - плотность пород кровли, кН/м³;

H - глубина ведения горных работ, м;

к_н - коэффициент, учитывающий соотношение глу­бины залегания Н и ширины панели B: к_н = 1 при B/H > 1, 0; к_н = 0, 7 при B/H = 0, 8-1, 0; к_н = 0, 5-0, 6 при B/H < 0, 8, если в рудном теле есть слабые породные прослойки;

к_а - коэффициент, учитывающий угол падения залежи а

к_а= cos² α + μ sin² α, (4.3)

где μ - коэффициент бокового распора пород, μ = 0, 2-0, 4 для прочных пород на средних глубинах;

σ _сж - предел прочности пород на одноос­ное сжатие, МПа, σ _сж = 10f;

к_ф - коэффициент формы целика, учитывающий соотношение его ширины и высоты (в некоторых случаях выемочной мощности) h

при d < h;

при d > h;

s - площадь горизонтального сечения целика, м²;

S - площадь кровли, поддерживаемой одним целиком, м².

При квадратной форме целиков можно считать, что соотношение . Исходя из этого

или . (4.4)

С учетом этого коэффициента наиболее простым представляется определение ширины ленточного целика

, м (4.5)

Затем можно определить размеры круглых и квадратных целиков

, м (4.6)

, м (4.7)

где

. (4.8)

Рассчитанные величины размеров целиков не являются оконча­тельными, т. к. при допустимой величине пролета камеры они могут не вписаться в заданную ширину панели. С этой целью определяют ши­рину барьерного целика D и число рядов целиков N_ц по ширине па­нели B.

Определение ширины панельных целиков

Панельные целики рассчитываются на всю мощность налегающей толщи пород (к_н = 1)

, м. (4.9)

Число целиков по ширине панели

, шт. (4.10)

Величину N_ц округляют до ближайшего меньшего целого значе­ния.

Преобразовав эту зависимость относительно d, получим выраже­ние для определения уточненной ширины целиков

, м. (4.11)

Уточненная ширина целиков будет меньше или равна рассчитан­ной ранее. Увеличение их ширины будет означать дополнительное увеличение принятого в расчетах коэффициента запаса прочности це­ликов.

Таблица 4.1

Данные к лабораторной работе № 4