УДК 622.234.4

Д.т.н., проф. Битимбаев М.Ж., д.т.н. Орынгожин Е.С.,

СНС Жангалиева М

Национальная инженерная академия РК,

Институт горного дела им. Д.А. Кунаева

ОЦЕНКА И АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ОХРАННЫХ И ОПОРНЫХ ЦЕЛИКОВ НА РУДНИКАХ КАЗАХСТАНА

Извлечение меди из целиков с сохранением их целостности выдвигает необходимость предварительной оценки напряженно-деформированного их состояния. Находясь на различных глубинах от земной поверхности, охранные целики испытывают давление вышележащих пород. Вблизи горных выработок образуются зоны повышенных напряжений. Разрушение пород в стенках целиков происходит вследствие достижения действующих напряжения величины прочности пород в данных условиях напряженного состояния. Длительная работа целиков под нагрузкой способствует появлению в них различных трещин. Для оценки свойств горной породы слагающий целик, необходимо знать влияние макро трещиноватости и наличие мелких тектонических нарушений и разрывов, попавших в целик.

Структуру массива горных пород внутри целика определяют системы макротрещин, которые следует характеризовать такими параметрами как густота (расстояние между соседними трещинами), ширина, протяженность, угол и азимут падения. По механизму их образования трещин различаются на трещины отрыва и сдвига.

Несколько систем трещин образуют пространственную сеть трещин, разделяемые на системные, хаотические и полигональные.

Трещиноватая горная порода в отличие от монолитов деформируется по другим законам. При действии сжимающих нагрузок в первую очередь смыкаются крупные трещины, затем все более и более мелкие. Поэтому для трещиноватых пород зависимость между напряжениями и деформациями не подчиняется закону Гука, а имеет вид кривой, наклон асимптоты которой стремится к модулю пропорциональности монолитной части горной породы. С увеличением количества трещин восходящие ветви кривых деформаций становятся более согнутыми, предельные значения прочности уменьшаются.

Прочность целика будет зависеть от прерывистости трещин. Прочность пород целика с непрерывными системами трещин будет минимальной, а дефформируемость максимальной.

Механические характеристики трещиноватых пород целиков будет зависеть и от морфологии трещин: их формы (прямолинейные, криволинейные, доскообразные, чечевицеобразные и т.п.); гладкости стенок (гладкие, шероховатые, с бородами, зеркалами, штрихами и т.п.).

Трещины могут быть раскрытые (зияющие) и заполненные (залеченные, например кварцем, кальцитом, продуктом выветривания). Трещины, залеченные прочным материалом, могут даже упрочнить целик.

Учитывая то, что после завершения процесса извлечения меди из целиков их надлежит укрепить, ниже дается метод расчета цементации трещин целика с учетом упругих деформаций трещиноватых пород.

Нагнетание цементной суспензии в трещины целика будет осуществляться по скважинам, ранее использованным для выщелачивания, под большим и избыточным давлением.

В завершающий период цементации трещин, когда граница осадка достигает требуемого радиуса цементации, над осадком остаётся канал сечением и объемом, по которому с критической скоростью движется инъектируемая суспензия. Сечение остаточного канала :

(1)
где –количество суспензии, инъектируемое в трещину в единицу времени; V_кр -критическая скорость потока суспензии над осадком; -производительность инъекционного насоса; L_ck - глубина скважины; m_т - коэффициент трещиноватости пород; h_ср -среднее раскрытие трещин.

Выражение (1) представляет собой условие, выполнение которого обеспечивает обжатие цементного осадка, заполнившего трещины и соответственно повышение прочности и устойчивости целика.