Гірничий тиск в очисних виробках

Размещено на http://www.allbest.ru/

11

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСРОДАРСТВА ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ НАВЧАЛЬНО-НАУКОВИЙ МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ

КАФЕДРА РОЗРОБКИ РОДОВИЩ ТА ВИДОБУВАННЯ КОРИСНИХ КОПАЛИН

Самостійна робота

Гірничий тиск в очисних виробках

з дисципліни:

«Механіка гірських порід»

Виконав:

студент 2 курсу

ННМІ,ГР-21

Єленець І.Г

Перевірив:

Заєць В.В.

Рівне-2019

Зміст

1. Прояви гірського тиску в очисних виробках за різних систем розробки родовища

1.1 Характерні особливості прояву гірського тиску та задачі управління ним в очисних виробках

1.2 Прояви гірського тиску в очисних виробках при різних системах розробки вугільних і рудних родовищ

1.3 Напружено-деформований стан порід навколо очисної виробки. Зони опорного тиску і розвантаження

2. Акустичні властивості гірських порід

3. Література

очисна вироблення тиск гірська порода

1. Прояви гірського тиску в очисних виробках за різних систем розробки родовища

1.1 Характерні особливості прояву гірського тиску та задачі управління ним в очисних виробках

Виробки, утворені в результаті безпосередньої виїмки корисної копалини при її розробці, називають очисними. В порівнянні з підготовчими і капітальними, очисні виробки мають деякі особливості. Найважливішими з них є значно більші розміри поперечних перерізів, безперервний рух вибою, що зумовлює постійну зміну поля статичних напруг навколо виробки, а також істотно менший час експлуатації. Ці особливості очисних виробок визначають в свою чергу і специфічні прояви гірського тиску в них. При певних умовах в очисних виробках проявляється особливий 73 вид деформування гірських порід - вздуття породи. Природа набухання різна: іноді вона відбувається в результаті видавлювання з ґрунту пластичних порід під впливом опорного тиску, що розвивається в боках виробок, часом - внаслідок збільшення обсягу глинистих порід і зменшення їхньої міцності під впливом води. Найчастіше ці фактори діють спільно. Широко розповсюдженим видом проявів гірського тиску в очисних виробках є також обвалення порід при досягненні деяких критичних розмірів. Для керування гірським тиском в очисних виробках іноді використовують закладку з порожньої породи, що підтримує крівлю очисних просторів чи зменшує амплітуду зсуву покриваючих порід. Аналогічну роль відіграє відбита гірська маса, магазинована в блоках при розробці крутопадаючих рудних покладів. Роблячи протитиск на стінки очисних камер, замагазинована руда і порода істотно змінюють умови деформування масиву порід в при контурній області навколо очисних просторів.

1.2 Прояви гірського тиску в очисних виробках при різних системах розробки вугільних і рудних родовищ

Форми і характер проявів гірського тиску в очисних виробках дуже різноманітні (від невеликих зрушень і деформацій гірських порід і корисної копалини до їхнього руйнування й обвалення, від незначних навантажень на кріплення до повного виведення її з ладу) і залежать від багатьох факторів, у тому числі від глибини розробки, структури і механічних властивостей гірських порід, потужності і кута падіння корисної копалини. Великий вплив на прояви гірського тиску роблять виробничо-технічні умови експлуатації родовищ, що характеризуються формою, розмірами і розташуванням виробок, технологією ведення видобувних робіт, споробом керування гірським тиском, видом кріплення. Разом з тим із схильністю порід до того чи іншого виду деформування зв'язаний вибір систем розробки родовищ і встановлення оптимальних параметрів цих систем. Загальна картина процесів, що відбуваються в масиві порід навколо очисної виробки, полягає в зміні поля статичних напружень і, як наслідок цього, у деформуванні навколишніх порід. У першу чергу на контурі виробленого простору й у навколишньому 74 масиві порід відбуваються пружні зсуви. У деяких, правда дуже нечисленних, випадках зазначеними пружними зсувами процеси деформування масиву порід і вичерпуються. Однак це може мати місце лише при дуже міцних породах і високому ступені монолітного масиву, зокрема при розробці деяких рудних родовищ системами з відкритим очисним простором, наприклад камерними і камерно-стовповими системами. Набагато частіше у виробленому просторі слідом за пружними зсувами порід покрівлі і стінок розвиваються не пружні деформації і відбуваються локальні руйнування. Цьому сприяє розвиток у навколишньому масиві зон концентрації як стискаючих, так і розтягуючих напружень. У процеси деформування втягуються великі об'єми порід, внаслідок чого в очисних виробках розвиваються процеси обвалення покриваючих порід. У практиці розробки пластових родовищ твердо вкоренилися поняття безпосередньої й основної крівлі і ґрунту шарів, що від ображають різну здатність порід до обвалення над очисним простором. Безпосередньою крівлею називають маломіцний шар порід, що залягає безпосередньо над пластом і не зберігає, як правило, стійкість у при забійному просторі без кріплення чи ціликів. Основну крівлю складають більш міцні шари порід, що залягають над безпосередньою крівлею, які починають рухатися через деякий час після обвалення безпосередньої крівлі, коли площа очисної виїмки досягає відповідних критичних розмірів (рис. 1).

Рис.1. Руйнування основної крівлі над очисною виробкою: 1 - епюри опорного тиску; 2 - вугільний пласт; 3 - вироблений простір

Аналогічно поділу порід крівлі виділяють також безпосередній і основний ґрунт. Безпосередній ґрунт - шар порід, що залягає безпо- 75 середньо під пластом чи покладом. З його властивостями пов'язані явища взуття, сповзання при крутому падінні і вдавлення в нього ціликів чи кріплення. Товщу порід, що залягає нижче безпосереднього ґрунту, називають основним ґрунтом. Магматичні родовища в порівнянні з осадовими відрізняються більш складною структурою. Внаслідок цього форми і розміри вивалів і обвалень тут більш різноманітні. В умовах крутопадаючих і похилих родовищ при високому рівні статичних напружень у масиві порід, зокрема на великих глибинах, руйнування не тільки можуть мати місце в крівлі очисного простору і у висячому боці, але захоплювати і лежачий бік. Подібні явища, наприклад, мають місце при розробці залізорудних покладів Криворізького басейну і вугільних шарів у центральному районі Донбасу. У певних умовах при виконанні очисних робіт системами розробки з магазиніруванням функції закладочного матеріалу виконує також не випущена руда у блоках, що відпрацьовуються. При камерних системах розробки гірський тиск проявляється в деформуванні (а іноді й у руйнуванні) ціликів, вдавленні їх в ґрунт, у прогині крівлі й здуванні ґрунту. При несприятливих умовах у ґрунті і крівлі камер можуть з'явитися тріщини, що приводять до завалу камер. До числа проявів гірського тиску в очисних виробках відносяться також заколи, осипання і стріляння порід, гірські удари, для боротьби з якими приходиться застосовувати цілий комплекс мір.

1.3. Напружено-деформований стан порід навколо очисної виробки. Зони опорного тиску і розвантаження

У міру видобутку корисної копалини і переміщення вибою поле напружень навколо очисної виробки змінюється. Область масиву, в межах якої відбуваються ці зміни, називають зоною впливу очисної виробки. На відміну від підготовчих виробок зони впливу навколо очисних просторів охоплюють значно більші області масиву. Нерідко процеси захоплюють всю товщу вище лежачих порід аж до денної поверхні. Значні області масиву втягуються в процеси деформування також і з боку ґрунту очисної виробки. За ступенем і характером процесів деформування і переміщення порід у межах впливу очисної виробки в масиві можуть бути виділені декілька зон: зона обвалів, зона тріщин, зона плавного 76 прогину, зона зрушень. З точки зору напружень у масиві порід навколо очисної виробки виділяють дві характерні зони: зону розвантаження і зону опорного тиску. Перша характеризується тим, що в її межах породи зазнають менших навантажень, ніж до проведеної очисної виїмки. Область, де напруження перевищують рівень початкового поля напружень, носить назву зони опорного тиску. Слід відмітити, що оскільки межі очисної виробки увесь час переміщуються в просторі, то виділені зони також знаходяться в безперервному русі, та породи масиву, зазнаючи зміни стану, постійно переходять з однієї зони в іншу. У зв'язку з безперервним рухом вибою очисної виробки на практиці прийнято виділяти тимчасовий і опорний тиск, який виникає поблизу меж очисного простору. Параметри зони опорного тиску визначаються багатьма факторами. У першу чергу до них слід віднести параметри початкового поля напружень, розміри і конфігурацію очисних просторів, деформаційно-міцнісні властивості масиву вміщуючих порід, а також метод впливу на вугільний пласт чи рудне тіло.

Рис. 2. Залежність ширини l зони опорного тиску від глибини залягання очисних виробок Н і від міцності пласта m

На рис. 2. представленні залежності ширини зони опорного тиску від глибини закладання очисної виробки і від міцності пласта в умовах вугільних родовищ.

2. Акустичні властивості гірських порід

Акустичні властивості гірської породи -- властивості, що характеризують проходженнячерез породу пружних коливань: інфразвукових, звукових та ультразвукових хвиль.

Акустичні властивості гірської породи використовують при сейсморозвідці, акустичному каротажі, а також при контролі стану очисних і підготовчих вибоїв, прогнозуванні динамічних явищ у масивах гірських порід.

У практиці розробки нафтогазових родовищ існує певний набір технологічних операцій, пов'язаних зі збудженням у пластах пружних коливань та хвильових процесів. Так, збільшення приймальності нагнітальних свердловин та дебіту видобувних свердловин часто досягається шляхом оброблення ПЗП акустичними та гідравлічними вібраторами, які збуджують у пластах хвилі тисків, що сприяють виникненню нових та розкриттю існуючих у пластах тріщин. Цим досягається збільшення провідності ПЗП для рідин та газів. Провідність порід в теорії фільтрації визначається величиною коефіцієнта гідропровідності (е = кh/м).

Під дією вібраторів, що працюють у свердловині, в пласті поширюються поздовжні та поперечні пружні хвилі. Перші характеризуються поздовжнім поширенням в породі деформацій поперемінного об'ємного розтягу та стиску. В твердих тілах вони викликають поперечні деформації зсуву у вигляді поперечних пружних хвиль, швидкість поширення яких залежить від пружних характеристик породи. Несцементовані породи мають незначний внутрішній тиск, а звідси і незначний опір зсувним зусиллям. Тому в них, як і в рідинному середовищі, виникають тільки поздовжні хвилі.

Встановлено також, що під час прогріву ПЗП процес передачі тепла в глибину пласта значно інтенсифікується, якщо теплову обробку поєднати з ультразвуковою. Тому акустичні параметри порід використовуються у все більшому обсязі для прогнозування результатів різних технологічних процесів, пов'язаних зі збудженням у пластах пружних коливань, які представляють собою процес поширення в порах пласта пружних деформацій їх частинок зі змінним знаком. Слід зауважити, що швидкість пружних хвиль в пористих породах значно менша, ніж в міцних.

Акустичні параметри породи - це величини, які характеризують її властивість передавати (поширювати) пружні коливання. Це швидкість поширення пружних хвиль, яка практично не залежить від частоти, коефіцієнт поглинання пружних хвиль, хвильовий опір та здатність породи відбивати чи заломлювати хвилі.

У промисловій практиці використовують пружні хвилі різної частоти: більше 20000 Гц - ультразвукові; 20 - 20000 Гц - звукові і менше 20 Гц - інфразвукові. Інтенсивність пружної хвилі по мірі її поширення в пласті зменшується через розсіювання енергії хвилі в різних напрямках в зонах неоднорідної будови і через поглинання пружної хвилі породою на подолання сил тертя частинок в процесі їх деформації.

А = А_о · е^-их (1)

де А - поточна амплітуда коливань; А_о - початкова амплітуда коливань;и - коефіцієнт поглинання;х - віддаль від джерела коливань.

Якщо А/А_о = е при відстані х_о, то и = 1/х_о.

Коефіцієнт поглинання залежить від пружних характеристик породи і частоти коливань, яка рівна щ = 2рn. З ростом амплітуди коефіцієнт поглинання інтенсивно збільшується, іноді навіть за квадратичним законом. За результатами досліджень коефіцієнт поглинання для глинистих порід пропорційний lg з.

и = 2щ²з / 3эс_{п , (2)}

де щ - частота коливань;

з - коефіцієнт внутрішнього тертя породи;э - швидкість пружної хвилі;с_п - густина породи.

З ростом пористості породи коефіцієнт поглинання пружних хвиль зростає.

Добуток швидкості хвилі на густину породи - це питомий хвильовий опір.

Відбивання і заломлювання пружних хвиль відбувається на границях пористих середовищ при виклику пружних коливань у свердловині при переході пружної хвилі з рідкого середовища, що заповнює свердловину, в пласт і дальше.

Коефіцієнт відбиття

Зі збільшенням різниці у хвильових опорах двох середовищ z₁ та z₂ зростає і коефіцієнт відбиття.

При переході звукової хвилі від нафти чи води (середовища з малим хвильовим опором) в породу (середовище з більшим хвильовим опором) відбивається до 80-85 % енергії хвилі.Вважають, що відбиття пружних хвиль від границь розділу проходить за законами оптики.

3. Література

1.Конспект лекцій з дисципліни “Механіка гірськіх порід” для студентів спеціальності 6.090300 ”Розробка родовищ корисних копалин”/З.Р. Маланчук.-Рівне НУВГП,2005.

2.Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. -- Д. : Східний видавничий дім, 2004--2013.

3.Studopedia.su - Студопедия (2013 - 2019) год.

Размещено на Allbest.ru