25197 (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. Общие сведения о месторождении, геологическом участке Шахтного поля

2. Горно-геологические условия разработки месторождения и гидрогеологические условия эксплуатаций

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

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

2. Определение податливости крепи

3. Расчет нагрузки на крепь

Раздел III. Управление состоянием массива горных пород вокруг очистного забоя

1. Напряженно-деформированное состояние угольного пласта и вмещающих пород

1. Расчет параметров управления трудно обрушающихся кровлями в очистных выробатках

1. Расчет деформаций основной кровли

1. 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.