Управление состоянием массива

Министерство Образования и Науки Республики Казахстан

Карагандинский Государственный Технический Университет

Кафедра: РМПИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Управление состоянием массива»

Выполнил: ст. гр. ГД-07-3

Оразалин А.Е.

Принял: Баизбаев М.Б.

Караганда 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Исходные Данные

Раздел I. Анализ технологичности месторождения, геологическая характеристика, границы, запасы.

1.1 Общие сведения о месторождении, геологическом участке Шахтного поля

1.2 Горно-геологические условия разработки месторождения и гидрогеологические условия эксплуатаций

Раздел II. Определение податливости ожидаемых нагрузок на крепь подготовительных и капитальных горных выработок.

2.1. Расчет напряженно-деформированного состояния вязко-упруго-пластического массива горных пород вокруг протяженной горизонтальной выработки

2.2. Определение податливости крепи

2.3. Расчет нагрузки на крепь

Раздел III. Управление состоянием массива горных пород вокруг очистного забоя

3.1 Напряженно-деформированное состояние угольного пласта и вмещающих пород

3.2 Расчет параметров управления трудно обрушающихся кровлями в очистных выробатках

3.3.1 Расчет деформаций основной кровли

3.3.2 Расчет напряженно-деформированного состояния кровли до первой трудно обрушающихся пород

Список используемой литературы

Введение

Управление состоянием горного массива — совокупность мероприятий по целенаправленному переводу массива в заведомо устойчивое, близкое к предельному или неустойчивое состояние. Осуществляется путём изменения в процессе разработки формы, параметров и продолжительности обнажения горных пород, а также изменения физико-механических свойств пород, обеспечивающих экономичное и безопасное ведение горных работ.

Объекты управления состоянием горного массива — природные и техногенные массивы. Их состояние до осуществления управления состоянием горного массива и возможные его результаты оцениваются с помощью расчётных методов. В основу большинства из них положено сопоставление действующих и разрушающих напряжений или сдвигающих и удерживающих сил.

При подземной разработке массив, как правило, поддерживается в зоне ведения горных работ в заведомо устойчивом состоянии и только после их завершения выработанное пространство погашается. Оценка состояния массива и управления состоянием горного массива производятся специальными методами.

Исходные данные:

Раздел 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ГРАНИЦЫ, ЗАПАСЫ

1.1 Общие сведения о месторождении, геологическом участке, шахтном поле

Шахта им. Костенко находиться в восточной части Промышленного участка Карагандинского угленосного района Карагандинского бассейна, в структурном отношении приурочен к северо-восточной замковой части Карагандинской синклинали. По административно-экономическому делению она входит в состав Октябрьского района гор. Караганды.

Карагандинский угленосный район располагает большими запасами коксующихся углей и является одной из сырьевых баз Казахского металлургического завода.

Город Караганда расположен на железнодорожной магистрали Петропавловск- Алматы, которая даёт выход карагандинскому углю на Урал, промышленные районы Казахстана и в республики Средней Азии. Эта железная дорога пересекает восточную часть Промышленного участка с востока на запад. Ко всем действующим шахтам подведены железнодорожные ветки.

Электроэнергией Промышленный участок снабжается от Темиртауской ГРЭС и частично от Карагандинской ТЭЦ.

Водоснабжение осуществляется за счет подземных вод юрского артезианского бассейна, расположенного к юго-востоку от города Караганды, аллювиальных вод долины реки Шерубайнуры и артезианских трещинных вод девонских отложений.

Оцениваемый участок расположен на Карагандинско-Саранском увале, сложенном мезозойскими отложениями, протягивающимися от пос. Майкудук на востоке до пос. Дубовка на западе. Рельеф поверхности представляет собой слегка всхолмленную равнину, понижающуюся в восточном и юго-восточном направлениях. Абсолютные отметки колеблются от 525 до 590 м над уровнем Балтийского моря. Первоначальный рельеф поверхности, в местах выемки угольных пластов на небольших глубинах, нарушен наличием привальных воронок, в которых скапливаются весенние воды. Никаких естественных водоёмов на участке нет.

Климат района резко континентальный со среднегодовой температурой +2,4^. По данным Карагандинской метеостанции первого разряда, ведущей систематические наблюдения с 1932 года, самые низкие температуры зарегистрированы в январе (среднемесячная -14,5^) и самые высокие в июле (среднемесячная +20,3% Среднегодовое количество осадков составляет 304 мм. Ветры частые и сильные. В зимний период преобладают ветры юго-западных румбов, а в летний период северо-восточных. Среднегодовая скорость ветра5,1 м/сек, максимальная - 24 м/сек. Продолжительность летнего периода равна трём, зимнего - пяти и осенне-весеннего - четырём месяцам.

1.2 Горно-геологические условия разработки месторождения и гидрогеологические условия эксплуатации

1.2.1 Стратиграфия и литология

По существующему геолого-промышленному районированию Карагандинского бассейна поле шахты им. Костенко расположено в восточной части промышленного участка Карагандинского угленосного района.

В геологическом строение поля шахты участвуют породы карбонового, юрского, неогенового и четвертичного возраста.

Отложения карбона представлены полным разрезом карагандинской и частью над карагандинской свиты. Все угольные пласты шахты относятся к карагандинской свите. Верхняя граница её проводится по угольному пласту К₂₀ , нижняя - по почве угольного пласта К₁ . В принятых границах мощность свиты на участке составляет 580-650 м.

Литологический состав свиты довольно однообразен и представлен в основном песчаниками и алевролитами. Аргиллиты занимают подчиненное положение и приурочены обычно к кровле и почве угольных пластов. Встречаются прослои мергелей. В разрезе выделено 4 фаунистических горизонта К₁ - К₄ . В свите насчитывается 22 угольных пласта и пропластка различной мощности. Пласты имеют сложное строение, суммарная мощность их достигает 50-55 м. Коэффициент угленосности свиты составляет 7,5-8,5. Индексация угольных пластов затруднений не вызывает, так как наряду с литологическим составом межпластий и фаунистическими горизонтами, сами угольные пласты по ряду характерных признаков - мощности, строению, электрическому сопротивлению, взаимному положению - являются надёжными маркирующими горизонтами.

По угленостности и фациональным особенностям в свите выделены три под свиты - нижняя, средняя и верхняя.

Нижняя подсвита выделена в интервале угольных пластов К₁ -К₆ и характеризуется осадками прибрежноморского мелководья, представленными аргиллитами и алевролитами. Тонко и мелкозернистые песчаники приурочены к верхней части подсвиты. В нижней подсвите располагаются фаунистические горизонты К₁ и К₂ , соответственно в породах кровли пластов К₁ и К₄ и представлено гастроподами и пелецинодами. Подсвита характеризуется высоким коэффициентом угленостности (10): четыре угольных пласта в ней (К₁ К₂ , К₃ , К₄ ) имеют рабочую мощность. Мощность подсвиты 120-130 м.

В разрезе средней подсвиты ( от пласта К₆ до К₁₅ ) преимущественно развиты алмовиальные фации, с подчиненным значением болотных. В слагающих подсвиту породах преобладают песчаники (55%) и алевролиты; аргиллиты составляют не более 15%. Песчаники тонко-мелко-средне и крупнозернистые с линзами конгломератовидных залегают мощными слоями. Характерным для подсвиты является значительная мощность разделяющих угольные пласты пород. С увеличением мощности толщ, разделяющих угольные пласты, увеличивается и мощность угольных пластов. Наибольшей мощности разделяющие толщи достигают в средней части подсвиты, где сосредоточены и наиболее мощные угольные пласты К₁₀ , К₁₂ , К₁₃ . Маркирующими признаками для средней подсвиты являются сами угольные пласты, их взаимоположение в разрезе. Существенное значение для корреляции разрезов имеют мощные пачки песчаников, из которых песчаники между пластами К₁₅ и К₁₄ обладают характерным туффитовым составом и зеленоватым оттенком, а также пелецинодовый горизонт Кз, залегающий в кровле пласта К₁₂ и пачка мергеля в кровле пласта К₈ .

Верхняя подсвита, выделена между пластами К₁₅ и К₂₀ - По сравнению со средней она характеризуется затуханием угленакопления.

Из восьми угольных пластов и пропластков, содержащихся в подсвите, только К₁₈ имеет выдержанную рабочую мощность; мощность остальных пластов редко превышает 0,7 м. Характерной особенностью подсвиты, является чередование литологических разностей, с преобладанием алевролитов.

В этой подсвите установлен фаунистический горизонт К4, который приурочен к толщи пород между пластами К₂₀ -К₁₉ и представлен филлоподами и остракодами.

Самым верхним пластом свиты является пласт К₂₀ , представленный тонкими угольными пачками, чередующимися с аргиллитовыми прослоями. Общая мощность пласта может достигать 2,0-3,0 м при этом угольная масса пласта составляет только 0,7-1,0 м.

Ниже пласта К₂₀ расположена 90-95 метровая толща песчано-глинистых пород, отделяющая его от пласта К₁₉ , который рабочего значения не имеет. В почве пласта К₂₀ , встречаются отпечатки филлопод, острокод, чешуи генаидных рыб горизонта К4.

Между пластами К₁₉ и К₁₈ залегает 48-56 метровая толща с преобладанием среднезернистых песчаников обычно светло-серой окраски; аргиллиты и алевролиты залегают в средней части интервала, кровле и почве пластов. Для аргиллитов кровли пласта К₁₈ маркирующими является светлые пояски алевролита.

Ниже пласта К18 на расстоянии 20-26 м залегает группа сближенных пластов К_17-16-15 заключенных в аргиллитах 10 метровой мощности. Угольные пласты этой группы являются нерабочими и только нижний пласт К₁₅ приобретает на части площади за балансовую мощность.

Между пластами К_17-15 и К₁₄ , расположена толща мелко и тонкозернистых песчаников туффитового состава зеленоватого цвета, которая маркирует разрез. Мощность толщи неодинакова и меняется от 42 до 72 метров, что обособленно расщеплением пластов К₁₄ и К₁₃ .

Угольные пласты К₁₄ и К₁₅ .в восточной части поля шахты представлены одним пластом, в котором разделяющий прослой представлен аргиллитом мощностью менее 1 м. В западном направлении от разведочной линии 8 происходит расщепление пласта на два самостоятельных – К₁₄ и К₁₃ , а мощность разделяющего прослоя увеличивается от 1 до 30 метров.

Ниже пласта К₁₃ залегает мощная (80-92 м.) толща, отделяющая его от пласта К₁₂ , сложенная песчаниками, алевролитами, аргиллитами. Песчаники составляют нижнюю и верхнюю части разреза, а средняя часть и кровля пласта К₁₂ является маркирующей.

Ниже пласта К₁₂ расположен пласт К₁₀ , который в направлении с запада на восток расщепляется на три части: нижний слой К_{10 нс} , основной слой –К₁₀ и верхний слой –К_10вс . Последний не имеет большого распространения, поскольку быстро выклинивается в северо-восточном направлении. Расщепление пластов происходит в противоположные стороны, в связи с чем мощность разделяющих пласты К₁₂ и К₁₀ пород увеличивается от 15 до 38 метров в западном направлении, а между основным пластом и нижним слоем К₁₀ увеличивается от 0,5 до34 метров в восточном направлении. Рабочую мощность сохраняет основной слой пласта К₁₀ , а нижний слой не имеет рабочего значения по всей площади шахты.

Между пластами К_10нс и К₉ расположен 13-18 метровая толща, преимущественно песчаников.

Пласт К₉ тощий, но занимает определенное место в разрезе свиты.

Над пластом К₇ залегает толща светло-серых среднезернистых песчаников, содержащих алевролитовую и аргиллитовую гальку. Мощность толщи примерно одинакова и составляет 46-53 метра. В этой толще, на расстоянии 7-12метров ниже пласта К₉ отмечается пласт К₈ , представленный часто углистыми либо слабоуглистыми аргиллитами невыдержанной мощности. Однако, в сочетании с пачкой мергеля, залегающего в кровле пласта К₈ , он маркирует разрез.

Между пластами К₇ и К₆ залегает толща переслаивающихся песчаников, алевролитов и аргиллитов, с преобладанием песчаников, мощностью от 20 м. на востоке участка до 41 м. на западе. Изменение мощности межпластовой толщи обусловлено расщеплением пласта К₆ на К₆ и К₆ ¹ из которых последний к западу от границы расщепления самостоятельного рабочего значения не имеет.

Ниже пласта К6 залегает слоистая толща, отделяющая его от пласта К₄ и содержащая три угольных пропластка – К₅ , К₅ ¹ , К₅ ² , из которых только пропласток К₅ имеет повсеместное распространение. В аргиллитах кровли К₅ , К₅ ¹ содержится фауна горизонта К₂ . Одинаковая (30-38 м.) мощность полосчатый вид пород этой толщи, а также наличие гастроподгоризонта К₂ маркируют разрез нижний подсвиты.

Пласт К₄ и сближенные между собой пласты К₃ и К₂ разделены тощей песчаников и алевролитов мощностью 45-60 м. Сближенное взаимоположение пластов К₃ и К₂ является маркирующим признаком для этой части разреза. На всей площади шахты мощность разделяющих эти пласты алевролитов и аргиллитов составляет 2-3 метра.

Ниже пласта К₂ залегает 40 метровая толща, отделяющая его от пласта К₁ Характерным для неё является пачка плотных тёмных аргиллитов, мощностью до 25 м., содержащих фауну горизонта К₁ . Почва пласта К₁ представлена обычно песчаниками и алевролитами, иногда содержащими брахиоподовую фауну ашлярикской свиты.

Надкарагандинская свита представлена неполным разрезом мощностью до 300 м. Вскрытый разрез сложен переслаивающимися между собой песчаниками, алевролитами, аргиллитами и тонкими прослоями угля. Характерным для свиты является зеленоватая пятнистость пород, наличие прослоев мергелий, сидеритов.

На размытой поверхности карбона залегают континентальные отложения нижней и средней юры, представленные тремя свитами: саранской, дубовской и кумыскудукской. Мощность юрских отложений возрастает от границы их распространения в юго-восточной части поля до 220 м. на западе участка.

Саранская свита не имеет повсеместного распространения и развита только в пониженных частях рельефа палеозоя, мощностью до 65 м. В свите преобладают конгломераты на глинистом цементе и тонкозернистые глинистые песчаники; встречаются пачки рыхлых песчаников и алевролитов.

Дубовская свита, мощностью до 80 м., залегает над саранской и сложена слабосцементированными песчаниками, алевролитами, аргиллитами, линзами и тонкими пластами бурого угля.

Кумыскудукская свита представлена в основном слабосцементированными конгломератами на песчано-глинистом цементе и рыхлыми песчаниками.

Неогеновые отложения на поле шахты им. Костенко не имеет сплошного площадного распространения и залегают отдельными пятнами. Представлены они плотными вязкими пестро цветными и бурыми глинами, содержащими гнёзда гипса и кварцеватую гальку. Мощность глин достигает 30 метров.

Четвертичные отложения покрывают тонким слоем всю площадь шахтного поля; разрез сложен покровными суглинками, супесями и тонкозернистыми глинистыми песками, общей мощность до 6 метров.

1.2.2 Тектоника

В настоящем разделе приведены условия залегания угольных пластов карагандинской свиты в пределах северо-восточной замковой части Карагандинской синклинали. Шарнир синклинали (по почве пласта К₁ погружается в направлении с северо-востока на юго-запад. У юго-западной границы участка максимальная глубина погружения его составляет 1200м.

По условию залегания карагандинской свиты участок чётко делится на две части, соответствующие крыльям синклинали.

Северо-западная пологопадающие крыло синклинали имеет общее северо-восточное простирание с падением на юго-восток под углом 10-15°. В северо-восточной части участка в районе замыкания синклинали, простирание угленосной толщи постепенно переходит с северо-восточного на восточное. Углы падения на выходах, соответственно изменению в простирании, возрастают от 10-15 до 70°.

Разрывные нарушения широко развиты на юго-восточном крыле Карагандинской синклинали. На северо-западном пологопадающем крыле, поля шахты им. Костенко, их мало и эта площадь в тектоническом отношении является простой.

Разрывные нарушения, вскрытые разведочными скважинами или горными выработками шахт, отнесены в группу установленных, а полученные при увязке и гипсометрических планов- к прогнозным. Крупные разрывные нарушения с амплитудой более 50 м. и протяженностью свыше 1000 м. разведаны лучше, чем мелкие малоамплитудные. Исключение составляют малоамплитудные нарушения вскрытые и прослеженные горными работами шахт.

По направлению простирания сместителей разрывные нарушения разделены на продольные, имеющие общее простирание близкое к простиранию угленосной толщи, и поперечные, секущие угленосную толщу под углом, близким к 60 и более градусам к её простиранию.

На оцениваемом участке среди разрывных нарушений сбросы занимают особые положения. Наиболее крупные из них Северный, Майкудукский, 2, 67 и 70- определяют общую структуру участка, разбивая юго-восточное крыло синклинали на три крупных, различных по площади, изолированных тектонических блока. Амплитуды сбросов довольно быстро и закономерно уменьшаются в западном направлении, от периферии к осевой части синклинали и, перейдя на пологое северо-западное крыло, полностью затухают.

Сбросы несогласные продольные по количеству равны сбросам согласным продольным.

Сбросы поперечные. Среди нарушений сбросового типа являются наиболее распространенными. Из 41 выявленного и проиндексированного сброса на долю поперечных приходится 23 т. е. 56%.

Взбросы согласные продольные приурочены в основном к крутому юго-восточному крылу синклинали.

Взбросы 86 и 8 распространены на пологом северо-западном крыле Карагандинской мульды, на площади поля шахты им. Костенко. Взброс 86 не имеет широкого распространения, он установлен одиночным подсечением в скважине РЛ. 2. На смежных разведочных линиях он не улавливается. Взброс 8, несмотря на сравнительно малую амплитуду, имеет довольно широкое распространение. Он протягивается через всю площадь поля шахты им. Костенко.

Взбросы поперечные являются менее распространённой группой разрывных нарушений взбросового типа.

Пологозалегающие северо-западное крыло Карагандинской синклинали, замковую часть и площадь с пологим залеганием на юго-восточном крыле, к северу от сброса 2, следует относить к 1-й группе с горизонтальным или очень пологим залеганием угольных пластов, с отсутствием или незначительной степенью проявления разрывных нарушений. К этой группе можно отнести поля шахты им. Костенко.

Шахтная тектоника. Кроме проиндексированных разрывных нарушений на оцениваемой площади широко распространены мелкие нарушения, установленные горными работами. Проявляются они обычно на одном угольном пласте. По морфологиии ориентировке такие разрывы чрезвычайно разнообразны, часто образуют целые группы, создавая чешуйчатую и ступенчатую структуры. Эти мелкие нарушения сильно затрудняют применение комплексной механизации и комбайнов в очистных и подготовительных горных выработках и часто являются причиной прекращения работ на отдельных участках.

Часто мелкие разрывные


29-04-2015, 00:30