Исследование закономерностей обрушения подработанных пород в скальных тектонически напряженных массивах: на примере апатитовых рудников Хибин
Диссертация
Процесс самообрушения и его развитие во времени и в пространстве зависит от ряда горнотехнических и горно-геологических факторов. Если первые поддаются управлению, то другая группа факторов имеет вероятностную природу и управление ими практически невозможно. Так — прочностные и деформационные свойства пород, параметры трещиноватости, могут случайным образом изменяться от точки к точке, как… Читать ещё >
Содержание
- 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ
- 1. 1. Актуальность проблемы управления обрушением на отечественных и зарубежных рудниках
- 1. 2. Горно-геологические и горнотехнические условия разработки апатитовых месторождений Хибин
- 1. 2. 1. Геология и геомеханические условия
- 1. 2. 2. Системы разработки
- 1. 3. Обзор исследований процесса обрушения покрывающих пород на апатитовых рудниках Хибин
- 1. 3. 1. Влияние структурных особенностей массива на процесс самообрушения
- 1. 3. 2. Исследования по управлению обрушением покрывающих пород натурными и лабораторными методами
- 1. 3. 3. Использование аналитических расчетных методов определения шага обрушения
- 1. 3. 4. Использование численных методов в исследовании подработанных пород
- 1. 4. Обоснование цели и задач исследований
- 2. ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЯЕМЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
- 2. 1. Основы теории деформирования и разрушения горных пород
- 2. 2. Отрывное разрушение массива скальных пород
- 2. 3. Разработка компьютерной технологии моделирования массива горных пород и его напряженного состояния
- 2. 3. 1. Основные этапы компьютерного моделирования
- 2. 3. 2. Основы метода конечных элементов
- 2. 3. 3. Этап формирования структурной модели и трехмерной сети конечных элементов
- 2. 3. 4. Формирование граничных условий
- 2. 3. 5. Решение системы уравнений
- 2. 3. 6. Визуальная интерпретация результатов расчетов. 68 2.4. Сравнение расчетных данных, полученных с помощью созданного 76 компьютерного
- 3. 1. Изучение напряженно-деформированного состояния потолочины одиночного очистного пространства в зависимости от формы и пути образования очистного обнажения и вида нагружения
- 3. 1. 1. Под действием собственного веса
- 3. 1. 2. С учетом тектонической составляющей
- 3. 2. Исследование напряженно-деформированного состояния подработанных пород на моделях-аналогах с учетом гористого рельефа поверхности
- 3. 2. 1. Обоснование параметров расчетной модели
- 3. 2. 2. Очистное пространство выше уровня долины
- 3. 2. 2. 1. НДС консольного зависания с односторонней заделкой подработанных пород
- 3. 2. 2. 2. НДС подработанных пород при трехстороннем опирании
- 3. 2. 2. 3. НДС подработанных пород при двухстороннем опирании
- 3. 2. 3. НДС подработанных пород при расположении очистного пространства выше уровня долины
- 3. 2. 4. Особенности напряженно деформированного состояния пород кровли очистного пространства в тектонически нагруженном массиве с гористым рельефом
- 4. 1. Ретроспективный анализ параметров обрушений пород до поверхности 124 на Юкспорском крыле Объединенного Кировского рудника в период с по 2005 гг
- 4. 2. Определение параметров расчетной области и разработка 130 крупномасштабной модели для моделирования современного поля напряжений Юкспорской части ОКР
- 4. 3. Оценка изменения НДС подработанных пород в период с 1990 по 2000 133 годы
- 4. 4. Влияние геологических нарушений на напряженно-деформированное 143 состояние подработанных пород
- 4. 5. Сопоставление результатов моделирования НДС подработанных пород 149 для моделей-аналогов и моделей реальных объектов и выявление общих закономерностей
- 4. 6. Использование результатов численного моделирования для выработки 155 рекомендаций по динамическому воздействию на подработанные породы
- 4. 7. Методика прогноза обрушений по результатам численного 158 моделирования деформированного состояния подработанных пород
Список литературы
- Александров А. В., Потапов В. Д. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высш. шк., 1990. — 400 с.
- Амусин Б. 3. Геомеханические основы определения параметров, расчета и автоматизированного проектирования крепи капитальных выработок угольных шахт. Автореф. дисс. докт. техн. наук, -JL, 1989. (ВНИМИ).
- Атлас физических свойств минералов и пород Хибинских месторождений / И. А. Турчанинов, М. П. Воларович, А. Т. Бондаренко и др. Л.: Наука, 1975. — 71 с.
- Баклашов И. В. Деформирование и разрушение породных массивов. -М.: Недра, 1988.
- Бахурин И. М. Сдвижение горных пород под влиянием горных разработок. М., Гостоптехиздат, 1946.
- Бенявски 3. Управление горным давлением: Пер. с англ.-М.: Мир, 1990.- 254с.
- Борейко Ф.И. Методика и результаты исследования процесса обрушения налегающих пород при разработке мощных наклонных рудных тел (на примере рудников комбината «Апатит»). Автореферат кандидатской диссертации, Л. Д967. (гл.1−11)
- Борщ-Компониец В. И. Механика горных пород, массивов и горное давление. М., 1968. — 484 с.
- Галаев Н.З., Крапивин В. Н., Гущин В. В., и др. Основные направления в совершенствовании разработки нижних горизонтов апатитовых рудников. Горный журнал, 1971, № 4.
- Динник А. Н., Савин Г. Н., Моргаевский А. Б. Распределение напряжений вокруг подземных горных выработок // Труды совещания по управлению горным давлением / АН СССР. -М, 1938- С. 7−55.
- Изыскание рациональной системы порядка отработки Хибинских апатитовых месторождений с учетом фактора удароопасности руд и пород. Промежуточный отчет пох/д№ 1580, фонды ЛГИ, 1981.
- Исследование устойчивости покрывающих пород и обоснование способов и параметров управления их состоянием при применении систем с массовым обрушением на рудниках ПО «Апатит», отчет по х/д № 1580, фонды ЛГИ, 1982.
- Исследование методами математического моделирования задачи оптимизации порядка отработки блоков на нижних горизонтах апатитовых рудников. Рукопись, фонды ЛГИ, 1970
- Исследование условий разработки и выбор направления развития очистных работ на нижних горизонтах Кировского рудника. Рукопись, фонды ЛГИ, 1969
- Кашников Ю. А., Ашихмин С. Г. Численная модель для расчета сдвижений горных пород при добыче нефти // Проблемы механики горных пород/ Сборник научных трудов 11-й Российской конференции по механике горных пород. Санкт- Петербург: СПГАСУ, 1997.
- Клишин В., Климов В., Пирогова М. Интегрированные технологии CV // Открытые системы, № 2,1997, с.67−72.
- Козырев А.А. Геодинамическая безопасность на рудниках Кольского полуострова // Проблемы разработки месторождений полезных ископаемых и освоения подземного пространства Северо-Запада России. Апатиты, Изд. КНЦ РАН, 2001. -С.21−39
- Козырев А.А. Дифференциация тектонических напряжений в верхней части земной коры с целью управления динамическими проявлениями горного давления: Автореф. дис. докг. техн. наук (01.02.07). Новосибирск, 1993. — 43с.
- Козырев А.А. Исследование устойчивости и условий поддержания горизонтальных выработок на апатитовых рудниках Хибинского массива: Автореф. дис.. канд. техн. наук (05.313). Апатиты, 1973. — 30с.
- А.А.Козырев, В. А. Мальцев, В. И. Панин, В. В. Рыбин Опыт профилактики горных ударов на Хибинских апатитовых рудниках // Горный Журнал. 1998. — № 4. — С.47−51.
- Козырев А.А., Савченко С. Н., Мальцев В. А. Особенности напряженного состояния и самообрушения пород висячего бока при отработке мощных месторождений в условиях действия тектонических сил // Проблемы механики горных пород. М., 1987. — С. 195−200.
- Кузнецов М.А., Акимов А. Г., Кузьмин В. И., и др. Сдвижение горных пород на рудных месторождениях. М., Недра, 1971
- Кузьмин Е.В., Узбекова А. Р. Самообрушение: путь развития. Горный журнал, 2005, № 8
- Лавров Н.А., Слепян Л. И. К теории разрушения твердых тел при сжатии // Записки Лен. горн. инст. -1991. Том 125. — С. 48−54.
- Ланкастер П. Теория матриц М.: Наука, 1982.
- Лодус Е. В. Энергообмен при деформировании и разрушении горных пород. Автореф. дисс. докт. техн. наук, С. -Петербург, 1993. (ВНИМИ).
- Максимов А.Г. Исследование устойчивости выемочных блоков на примере подземных рудников комбината «Апатит». Кандидатская диссертация. М., 1968
- Марков Г. А., Савченко С. Н. Напряженное состояние пород и горное давление в структурах гористого рельефа. Л.: Наука, 1984. — 140 с.
- Метод конечных элементов в задачах механики горных пород. Ержанов Ж. С., Каримбаев Т. Д. Алма-Ата, Наука КазССР, 1975.
- Метод конечных элементов: Учебное пособие для Вузов под редакцией П. М. Варвака. Киев: Вища школа, 1981.
- Методология расчета горного давления //С.В.Кузнецов, В. Н. Одинцев, М. Э. Слоним,
- B.А.Трофимов. М.: Наука, 1981,104 с.
- Механизм инициирования динамических явлений в подготовительных забоях / Ж.
- C. Ержанов, Ю. А. Векслер, Н. А. Жданкин, С. Б. Колоколов. Алма-Ата: Наука, 1984. — 224 с.
- Моделирование проявлениий горного давления // Кузнецов Г. Н., Будько М. Н., Васильев Ю. И., Шклярский М. Ф., Юревич Г. Г. М.: Недра, 1968. -280 с
- Мустафин М. Г., Петухов И. М. Механизм и энергия разрушения прочного слоя в почве подготовительной выработки. Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.: МГГУ, 2002. -№ 10. С. 36 — 41.
- Мустафин М.Г. Научные основы прогноза и предотвращения горных ударов с разрушением пород почвы в подготовительных выработках угольных шахт. Автореф. дис. докт. техн. наук (25.00.20). Санкт-Петербург, 2003. — 37с.
- Нестеренко Г. Т., Борейко Ф. И. и др. Исследование устойчивости толщи налегающих пород при разработке апатито-нефелинового месторождения комбинатом «Апатит». Отчет по теме № 82, фонды ВНИМИ, JL, 1963
- Никитин JI.B., Одинцев В. Н. Образование протяженных сомкнутых трещин отрыва в хрупких горных породах//Докл. АН СССР. 1987. -T.294.-N4.-C. 814−817.
- Николин В.И. Гипотеза механизма выброса породы // Выбросы породы и газа. -Киев: Наукова думка, 1971, с. 16−21.
- Норри Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов: пер. с англ. М.: Мир, 1981.-304с.
- Одинцев В. Н. Закономерности образования отрывных трещин в горных породах вблизи выработок на больших глубинах. / Автореф. дисс. докт. техн. наук. М.: ИПКОН РАН, 1998.
- Одинцев В.Н., Трофимов В. А., Трумбачева СВ., Шильцев В. А. Устойчивость горных выработок по фактору стреляния, заколообразования и шелушения // Вопросы механики горных пород (ред. Н.М.Осипенко) — М.: ИПКОН АН СССР, 1979, с. 3−34.
- Одинцев В.Н., Трофимов В. А. О моделировании на ЭВМ стреляния и контроля удароопасности шелушения пород в горных выработках //Горные удары, методы оценки и массивов горных пород (ред.И. М. Петухов и др.). Фрунзе: Илим, 1979, с. 105−111.
- Одинцев В.Н. Отрывное разрушение массива скальных горных пород. М.: ИПКОН РАН, 1996.-166с.
- Основы математического моделирования разрушения / М. В. Курленя, В. Е. Миренков, А. В. Шутов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. — 168 с.
- Петухов И. М., Линьков А. М. Механика горных ударов и выбросов.-М.: Недра, 1983,280с.
- Пискарев В.К., Ефимов Е. П. Сдвижение горных пород при подземной разработке апатито-нефелиновых месторождений Кольского полуострова. Тр. ВНИМИ, № 83, Л., 1971
- Прочность и деформируемость горных пород / Ю. М. Карташов, Б. В. Матвеев, Г. В. Михеев, А. Б. Фадеев. М.: Недра, 1979
- Пыхалов А.А. Компьютерные технологии в инженерном моделировании // «Компьютерное обозрение», 1998, № 4 (35)
- Расчетные методы в механике горных ударов и выбросов: Справочное пособие / И. М. Петухов, А. М. Линьков, В. С. Сидоров и др. М.: Недра, 1992−256 с
- Рыбин В.В. Геомеханическое обоснование отработки стыковочных зон между подземными рудниками и карьерами в удароопасных условиях (на примере апатитовых рудников Хибин). Автореф. дис. канд. техн. наук (05.15.11). Апатиты, 2000. 26с.
- Свинин B.C. Геомеханическое обоснование технологии и систем контроля массива пород при отработке стыковочных зон подземным и открытым способами. Автореф. дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук. Апатиты, 2003.
- Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов М.: Мир, 1979.
- Сейсмичность при горных работах. Апатиты, изд-во КНЦ РАН, 2002.
- СлепянЛ.И. Механика трещин. -Л.: Судостроение, 1990.
- Ставрогин А, Н., Георгиевский В. С. Влияние вида нагружения на процесс деформирования горных пород // Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ / Сб. науч. тр. Л., ВНИМИ, 1968. С. 279−289.
- Ставрогин А. Н., Протосеня А. Г. Механика деформирования и разрушения горных пород.— М.: «Недра», 1992. — 224 с.
- Ставрогин А. Н., Тарасов Б. Г. Экспериментальная физика и механика горных пород. СПб.: «Наука», 2001. — 343 с.
- Тарасов Б. Г. Баланс энергии хрупкого разрушения в условиях объемного напряженного состояния. ФТПРПИ, 1989, № 2. — С. 11−18.
- Тектонические напряжения в земной коре и устойчивость горных выработок / И. А. Турчанинов, Г. А. Марков, В. И. Иванов, А. А. Козырев. Л.: Наука, 1978. — 256 с.
- Тимофеев В.В. Промышленное применение локальных методов оценки удароопасности горных выработок на рудниках АО"Апатит" // Комплексная разработка рудных месторождений и вопросы геомеханики в сложных и особо сложных условиях. Апатиты, 1995. — С. 46−56.
- Управление горным давлением в тектонически напряженных массивах. Часть1 // Апатиты, Изд-во КНЦ РАН, 1996.
- Управление горным давлением в тектонически напряженных массивах. Часть 2, Апатиты, Изд-во КНЦ РАН, 1996 г.
- Управление обрушением налегающих пород на подземных рудниках. Отчет по х/д № 3778. Рук. Крапивин В. Н., фонды ЛГИ, 1980
- Управление покрывающими породами при отработке стыковочных зон между рудниками и карьерами на апатитовых месторождениях Хибин / А. А. Козырев, B.C.
- Свинин, В.А. Мальцев, А.Н. Енютин, В. В. Рыбин // Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы: Тез. докл. Междунар. Научн.-техн.конф. Магнитогорск, 2001.-С.13−14.
- Ухов С.Б. Расчет сооружений и оснований методом конечных элементов. М.: Изд-воМИСИ, 1973.
- Фадеев А. Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987.
- Фотиева Н. Н. Расчет обделок тоннелей некругового поперечного сечения. М.: Стройиздат, 1974.
- Хейгеман JL, Янг Д. Прикладные итерационные методы М.: Мир, 1986, 448 с.
- Экспрессные способы определения удароопасности / В. И. Панин, А. А. Смирнов, В. В. Тимофеев и др. // Научно-технический прогресс в производственном объединении «Апатит». М.: ГИГХС, 1989. — С. 126−132.
- Ashby M.F. HallamS.D. The failure of brittle solids containing smallcracks under compressive stress state // Acta Metall. 1986. — V.34. — P.497−510.
- Barton N., Lien R., Lunde J. Engineering classification of rock masses for design of tunnel support. Rock Mechanics, 1974, № 6, p. 189−236.
- Bieniavski Z. T. Classification system in used to predict rock mass behaviour. World Construction, 1976, vol.29, № 5, p.45.
- Dey T.N., Wang Chi- Yuen. Some mechanisms of microcrack growth and>. interaction in compressive rock failure//Int. J. Rock Mech.Min.Sci. 1981.-V.18.-N3.-P. 199−209.
- Fairhurst C., Cook N.G. W. The phenomenon of rock splitting parallel tQthe direction of maximum compression in the neigbourhood of a surface //Proc. First Congr. Intern. Soc. Rock Mech.- 1966. V.I.- P. 687−692
- Gallagher Richard H. Finite Element Analysis: Fundamentals. New Jersey: Prentice-Hall, 1976.
- Gramberg J. The ellipse with notch theory to explain axial cleavage fracturing of rocks (a natural extension to the first Griffith theoiy) // IntJ. Rock Mech. Min.Sci. 1970. — Vol.7. -P.537−559.
- Kaiser P., Tannat D., McCreath D. Drift support in burst prone ground. — The Canadian Minning and Metallurgical Bulletin, 1996, Volume 89, pp. 131 — 138.
- Kemeny J. М. A model for non-linear rock deformation under compressiondue to sub-critical crack growth // IntJ. Rock Mech. Min.Sci. 1991. -V.28. — N 6. — P. 459−467.
- Marklund I., Hustrulid W. Large Scale underground mining, new equipment and a better underground evironment — result of a research and development at LKAB, Sweden // Transactions of institute of Mining industry- vol.104- Sept.- Dec. 1993- A125 — A194.
- Nemat-Nasser S., Horii H. Compression-induced nonplanarcrackextent ion with application to splitting, exfoliation and rockburst // J.Geophys. Res. 1982. — Vol. 87. — P. 6805.
- Segerlind L. J. Applied Finite Element Analysis. London: John Wiley, 1975.
- Stacey T.R. A simple extention strain criterion for fracture of brittle rockII Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 1981. -V.I8. — P. 469−474.
- Yu Т., Vongpaisal S. New blast damage criteria for underground blasting. The Canadian Minning and Metallurgical Bulletin, 1996, Volume 89, pp. 139 — 145.
- Zienkiewicz О. C. The Finite Element Method in Engineering Science. London, Me. Graw-Hill, 1971.
- Zienkiewicz О. C., Mroz Z. Generalized Plasticity Formulation and Application to Geomechanics. Mech. Eng. Materials, John Wiley & Sons, 1984, pp. 655−679.