Нагрузка на крепь определяется геомеханическими, технологическими и геометрическими параметрами. При комбайновой технологии проведения выработок нагрузка уменьшается в 1,5-1,6 раза. Сохраняется жесткая зависимость величины нагрузки от качества заполнения закрепного пространства. Несущая способность арок из СВП-27 и СВП-33 превышает несущую способность арок из СВП-22 на 33 и 76 %. Несущая способность арки с учетом пластических деформаций стали возрастает на 32-42 % по сравнению с упругим расчетом.
Предлагается методика расчета нагрузок на арочную крепь односторонних прямоугольных сопряжений в рудном массиве Яковлевского месторождения КМА. Расчетная схема соответствует жесткопластической модели деформирования рудного массива в кровле сопряжений. Основным фактором, определяющим величину нагрузки на перекрытия сопряжений, являются пустоты в кровле после забутовки. Выявлены низкая эффективность плоских перекрытий сопряжений по камерным рамам и преимущества перекрытий сопряжений арками из спецпрофиля СВП с горизонтальными стяжками из арматурной стали. Обоснована возможность оперативного расчета нагрузок и выбора параметров перекрытий по условиям прочности и устойчивости несущих элементов крепи в рудах различных типов.
Установлены размеры зоны влияния очистных работ и их характер при отработке прибортовых запасов Коашвинского карьера. Выполнен анализ изменения напряженно-деформированного состояния массива вокруг подготовительных выработок по этапам отработки подэтажа в зависимости от их положения относительно очистного пространства. Исследование выполнено с помощью численного моделирования методом конечных элементов.
Рассматривается трансформация напряженного состояния пород слоистого приконтурного массива системы «целик-выработка» при совместном действии геостатического давления, продольной и поперечной волны напряжений, генерируемой горным ударом. Предполагается, что фронты волн напряжений параллельны границам раздела сред непосредственной кровли. При таком условии исследуется влияние уровней критических напряжений и глубины расположения выработки на изменение напряженного состояния пород приконтурного массив а.
Предложен подход к оценке амплитуд, периодов и длительностей действия упругих сейсмических волн, как продольных, так и поперечных, генерируемых горными ударами, характеризующимися выделенной энергией. Приводятся расчеты эпюр напряжений и массовых скоростей упругих сейсмических волн от горных ударов, дано сопоставление расчетной и реальной эпюры горного удара, характеризующегося энергией 10 кДж.
Представлена схема нагружения и методики расчета нагрузок на арочную крепь КМП-А3 по гипотезе сводообразования и условию подбучивания контура обнажения в рудном массиве Яковлевского железорудного месторождения. Определены нагрузки на крепь в рыхлых, средней плотности и плотных рудах.
Дана оценка применяемых на Яковлевском руднике конструкций крепи с плоским перекрытием. Определены профили и типоразмеры элементов, рациональная область эксплуатации крепи сопряжений выработок. Обоснована целесообразность применения крепи с арочным перекрытием, обладающей большей несущей способностью и эксплуатационной надежностью.
По результатам испытаний прочности закрепления анкеров различных типов в богатых железных рудах установлена возможность крепления выработок в массиве анкерами «Swellex». Креплением опытного участка подтверждена работоспособность анкеров при условии затяжки обнажения, предупреждающей просыпание рудной мелочи. Предполагается ограничить область применения анкерной крепи выработками с коротким сроком службы, подлежащими в дальнейшем закладке бетоном.
Рудный массив Яковлевского месторождения представлен в основном рыхлыми и плотными разностями железно-слюдковых мартитовых руд, отличающихся низкой прочностью и устойчивостью в обнажениях. При проходке применяется буровзрывная технология с креплением выработок арочной податливой крепью из спецпрофиля. Под влиянием взрывов контур выработок деформируется, при этом деформации продолжаются и после установки крепи. Приведены количественные и качественные результаты наблюдений за формированием закрепного пространства, определены факторы, оказывающие значительное влияние на величину переборов руды и даны рекомендации по их снижению.
Выполнена постановка задачи и проведены расчеты динамических напряжений и массовых скоростей в слоистой кровле камер, развивающихся от горных ударов. Расчеты показали, что с увеличением энергии при горном ударе влияние дифракционных процессов уменьшается. Выявлены условия хрупкого разрушения кровли при динамических нагрузках.
Действующие горные выработки рассматриваются как натурные модели. Показано, что база данных (БД), содержащая сведения о горно-геологических условиях, типах, параметрах и состояниях крепи выработок, приспособленная для отбора натурных моделей по условиям подобия, позволяет эффективно использовать накопленный опыт эксплуатации подземных выработок для обоснования надежных решений при освоении новых участков месторождений.
На основе закономерностей изменения параметров поля динамических напряжений при взаимодействии сейсмических волн с выработкой сформулированы требования к сейсмостойкой крепи выработок в зонах влияния горных ударов и массовых взрывов. Выполнена оценка работоспособности традиционных видов анкеров при динамических нагрузках. Оптимальной конструкцией крепи выработок удароопасных участков признана комбинированная крепь из сталеполимерных или железобетонных анкеров со сплошным заполнением скважин закрепляющим составом, усиленная кустами длинных (до 3,5 м) железобетонных анкеров в месте выхода волн на контур выработки. Длина анкеров выбирается по условию перекрытия зоны растягивающих напряжений.
На примере Михайловского и Яковлевского месторождений рассмотрены проблемы освоения богатых железных руд КМА, связанные с их глубоким залеганием, с учетом сложных инженерно-геологических условий строительства подземных рудников и вредных последствий разработки руд открытым способом для природной среды. Приведены результаты комплексных испытаний физико-механических свойств рыхлых богатых руд, которые пока недостаточно изучены. Дан прогноз отчуждения земель и засорения почв, обусловленных увеличением объемов вскрыши при дальнейшей эксплуатации Михайловского карьера. Для Яковлевского рудника изучены наиболее эффективные слоевые системы разработки рудного тела с закладкой выработанного пространства. Рекомендован нисходящий порядок отработки блоков с устройством по верхнему слою защитного перекрытия для предупреждения осадки вышележащей толщи с образованием каналов гидравлической связи с каменноугольным водоносным горизонтом.
Натурными наблюдениями за смещениями пород вокруг подготовительных и очистных выработок удароопасных участков шахт субра установлен эффект расслоения кровли выработок и очистных камер под действием сейсмических волн. Смещения прослеживаются на глубину до 4 м и прирастают практически мгновенно, в момент горного удара. Моделирование процесса взаимодействия плоской прямой волны с выработками прямоугольной, сводчатой и шатровой форм поперечного сечения показало, что вероятность достижения предельного состояния вмещающих пород вследствие максимальной разности главных напряжений у выработок прямоугольной и шатровой форм выше. На основе изучения динамики сейсмических напряжений и закономерностей деформирования вмещающих пород разработаны конструкции усиления упрочняющей штанговой крепи кровли камер и сопряжений пластовых выработок глубокими железобетонными анкерами.
Рассмотрено влияние взрывных волн на устойчивость пород в горных выработках. Анализируются результаты математического моделирования поля динамических напряжений, созданного в массиве взаимодействием волн с выработкой. Исследовано поле напряжений под влиянием коротких взрывных волн. Основу математической модели, разработанной В.В.Карпенко и Г.А.Колтоном, составляют уравнения динамического равновесия для идеально упругой среды, дополненные граничными и начальными условиями для соответствующих компонент тензора напряжений. Система пяти уравнений решалась численно методом С.К.Годунова. Исходные данные приняты по условиям разработки руд на руднике «Северный»: диаметр скважины 76 мм, тип ВВ - гранулит АС-8. Рассмотрен конкретный случай влияния взрыва на расстоянии 10 м от заряда до кровли штрека (F = 370). Параметры эпюры фазы сжатия прямой упругой волны определены по аналитическим зависимостям для взрыва цилиндрического заряда: амплитуда а 0 = 9,6 МПа, период f = 1,2 мс, скорость Ci = 4500 м/с. Показано, что со стороны падения прямой волны отраженная и дифрагированные волны создают в массиве обширную зону растягивающих радиальных напряжений с максимумом до 0,6 а 0 на расстоянии от контура (0,8-1)/?. В боковых относительно хода волны областях взрыв вызывает концентрацию тангенциальных сжимающих напряжений до 1,6 <т 0 . Дана оценка причин разрушения выработок энергией динамических явлений. Помимо динамических сжимающих и растягивающих напряжений, на устойчивость выработок влияют многократная повторяемость взрывов и импульсная нагрузка-разгрузка массива. Дана оценка критериев устойчивости пород на контуре выработки при совместном действии статических и динамических напряжений.
Одним из радикальных направлений повышения безопасности и экологической чистоты объектов АЭС является использование подземного пространства для их размещения. Опыт эксплуатации подземных атомных станций (ПАС) показал высокую их безопасность, надежность защиты реактора, технологического оборудования и окружающей среды. Безопасность ПАС обеспечивается прочностью и плотностью горного массива, герметичностью реакторной выработки и созданием системы сбора и удаления газов через обделку и системы дренажа. Для снижения длительного теплового воздействия от высоких температур при аварии на стены реакторной выработки предусматривается создание водяной оросительной системы. При наличии аварийного давления в реакторной выработке парогазовая смесь будет проходить через породы массива и, вследствие низкой его температуры, будет происходить конденсация пара и снижение скорости распространения его фронта. Количественная оценка систем безопасности показывает, что наиболее высокий уровень имеют ПАС с двойной оболочкой и ПАС со сбросом давления. Одним из недостатков ПАС является увеличение продолжительности и стоимости строительства станций. По разным оценкам, удорожание строительства ПАС относительно строительства наземной АЭС составляет 15-25%, срок строительства увеличивается на 1,5- 2,5 года. Эффективным путем снижения затрат на строительство ПАС является комбинация ПАС с могильником для захоронения радиоактивных отходов (РАО), приспособленным для переработки и хранения отходов от эксплуатации ПАС и поступающих с других предприятий региона.
Штанговую крепь, согласно действующей временной инструкции. рекомендуется применять лишь в породах крепостью не ниже 3 (по шкале М. М. Протодьяконова). По предварительным расчетам применение штанговой крепи в штреках, пройденных по мощным угольным пластам, в частности, на гидрошахтах Кузбасса, должно дать значительный технический и экономический эффект. Поскольку коэффициент крепости угля мощных пластов часто не превышает 0,3—0,5, а угольный массив характеризуется значительной трещиноватостью, необходимо было обосновать возможность применения штанговой крепи в сложных условиях. В связи с этим потребовалось выявить характер деформирования слабого трещиноватого угля вблизи выработок, закрепленных штанговой крепью при различных углах падения пластов ...
