Расчет физико-механических свойств горных пород, построение паспорта прочности и расчет горного давления - Геология, гидрология и геодезия курсовая работа

Главная

Геология, гидрология и геодезия
Расчет физико-механических свойств горных пород, построение паспорта прочности и расчет горного давления

Определение основных балансовых запасов месторождения. Порядок расчета физико-механических свойств горных пород и горно-технологических параметров. Вычисление напряжений и построение паспорта прочности. Расчет и анализ горного давления вокруг выработки.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Расчет физико-механических свойств горных пород, построение паспорта прочности и расчет горного давления
Протяженность полезного ископаемого по падению, м
Протяженность полезного ископаемого по простиранию, м
Коэффициент извлечения полезного ископаемого
Производительность рудника, млн. т в год
Средний размер структурного блока, м
Основным понятием в геомеханике является горное давление или силовое поле окружающее горную выработку.
Основными задачами геомеханики являются:
* Изучение естественного поля напряжений и его изменение под воздействием выработок различного назначения;
* Расчет горного давления вокруг выработков;
* Оценка устойчивости выработанного пространства;
* Установление закономерностей деформирования земной поверхности и процессов сдвижения над выработанным пространством.
При решении задач по геомеханики используют следующие методы:
1 экспериментальные - которые включают наблюдение за поведением горных пород в производственных условиях, накопление и обобщение опыта разработки месторождений полезных ископаемых. Таких как определение физико-механических свойств горных пород в лабораторных и натурных условиях. Изучение напряженного состояния, проявления горного давления; на основе натурных данных разрабатываются физические модели изучаемого объекта с целью прогноза развития геомеханических процессов.
2 теоретические методы - установление аналитических зависимостей между величинами, характеризующих состояние массива пород, такими как свойства пород, и напряженное состояние, горное давление. Эти методы включают численные методы расчета напряженного состояния, устойчивости выработок, целиков, горного давления.
1. Определение балансовых запасов и срока отработки месторождения
месторождение горный давление выработка
Запасы полезных ископаемых в недрах иногда разделяют на две группы, подлежащие отдельному учету:
- балансовые запасы, удовлетворяющие промышленным кондициям, т.е. экономически выгодные для разработки в настоящее время;
- забалансовые запасы, которые вследствие низкого содержания полезного компонента, малой мощности рудных тел, сложности условии разработки или вследствие отсутствия промышленных методов переработки данного типа полезного ископаемого, хотя и не могут быть использованы в настоящее время, но представляют объект для промышленного освоения в будущем.
Z б = Н * L * m * г, т Z б = 720 * 2700 * 4*2,67=20761920 т
где Z б - балансовые запасы месторождения, т.
Н - длина рудного тела по простиранию, м
L - длина рудного тела по падениюм.
Срок отработки месторождения зависит от запасов и производительности рудника.
где t - срок отработки месторождения, лет.
С изв - коэффициент извлечения руды.
А г - годовая производительность рудника. т/год.
Разубоживание - это снижение содержания полезных компонентов в добытой руде по сравнению с промышленной рудой за счет промешивания к руде пустой породы.
Разубоживание так же, как и потери руды, вызывает экономический ущерб.
2. Расчет физико-механических свойств и горнотехнологических параметров горных пород
Механические свойства характеризуют поведение пород при воздействии силовых нагрузок.
К базовым (основным) механическим свойствам горных пород относятся модуль продольной упругости (модуль Юнга) Е, коэффициент относительных поперечных деформаций (коэффициент Пуассона), пределы прочности при сжатии у сж и растяжении у р .
Горно-технологические параметры характеризуют поведение пород при воздействии на них инструментом, рабочими (Р) органами горных машин или технологией ведения горных работ. Эти свойства проявляются только при техногенном воздействии на массив.
Под пределом прочности понимают предельное напряжение, при котором образец горной породы разрушается:
F - площадь поперечного сечения образца, накоторую действует приложенная нагрузка.
Предел прочности при одноосном сжатии образцов горных пород (прочность на сжатие) у сж - широко используемая в горном деле характеристика прочности пород. Прочность на растяжение значительно ниже прочности на сжатие. Предел прочности на сжатие в 5-8, а иногда в 10-40 раз выше предела прочности на растяжение.
Для практических расчетов (если не известны данные испытаний горных пород на растяжение) предел прочности пород на растяжение определяют по таблице:
Относительные значения прочностных параметров пород
Модуль упругости Юнга представляет собой отношение действующего нормально к плоскости напряжения к относительной линейной упругой деформации образца:
Коэффициент поперечных деформаций (коэффициент Пуассона) н устанавливает отношение между поперечной и продольной относительными деформациями
Коэффициент Пуассона для большинства горных пород изменяется в интервале от 0.16 до 0,35. Пределы изменения 0,1-0,45.
Модуль упругости E - на зывается коэффициент, равный отношению нормального напряжения к относительной линейной упругой деформации .
Так, как не известно , определим модуль упругости горной породы по значениям скорости упругой волны:
где: U - скоростьупругой волны - 5600 м/с
г - ( с ) - плотность породы - 2,67*10і кг/мі
Модульсдвига G - коэффициент пропорциональности между касательным напряжением и упругой деформацией сдвига . Определяется по формуле:
В связи с наличием трещиноватости, прочность массива горных пород обычно меньше, чем отдельного слагающего этот массив куска (структурного блока). С увеличением степени трещиноватости прочностные характеристики массива пород уменьшаются, а деформационные увеличиваются.
Для получения прочности характеристик массива через прочность образцов в расчеты вводят коэффициент структурного ослабления К с (отношение прочности породы в массиве к прочности в куске). Значение Кс можно ориентировочно принимать в зависимости от степени трещиноватости.
Среднее расстояние между поверхностями ослабления породы, м
Когда известна интенсивность трешиноватости массива, то коэффициент Кс может быть также определен по графику, представленному на рис. 1, где по оси абсцисс отложена интенсивность трешиноватости (В/в).
где В - линейный размер рассматриваемой области
в - размер структурного блока кусков
Рисунок 1 Зависимость коэффициента структурного ослабления от интенсивности трещиноватости
Коэффициент длительной прочности о показывает уменьшение прочности породы в результате увеличения длительности воздействия нагрузки. Он равен отношению предела прочности при стандартных испытаниях к пределу длительной прочности горной породы (при длительном воздействии нагрузки). Значение коэффициента длительной прочности о рекомендуется принимать для пород с хрупким характером разрушения (граниты, кварциты, песчаники с кварцевым цементом и т.п.). = 0,5-0,7
Предел прочности пород в массиве на длительное сжатие:
R сж =у сж *Кс*оR сж =120*0,6*0,8=57,6
Предел прочности пород в массиве на длительное растяжение
R р = у р * Кс * оR р = 12 * 0,6 * 0,8=5,76
Коэффициент крепости породы по Протодьякову определяется по формуле:
у сж - предел прочности на одноосное сжатие.
В отличие от внешнего трения, под которым понимают сопротивление взаимному перемещению контактирующих тел, внутреннее трение - сопротивление, возникающее при относительном перемещении отдельных минеральных зерен в горной породе при его деформировании.
По аналогии с внешним трением под коэффициентом внутреннего трения понимают отношение сил трения Fт к величине нормальной, нагрузки Рм.
Угол ц= arctgft называют углом внутреннего трения. Угол внутреннего трения следует отличать от кажущегося угла внутреннего трения, или угла внутреннего сопротивления, который находится расчетным путем как arctgf (где f - коэффициент крепости пород по Протодьякову К.М.)
Угол внутреннего трения находят экспериментальным путем (методом косого среза или после стабилометрических испытаний образцов горных пород по паспорту прочности пород)
Получаемые значения ц зависят от методики испытаний и величины действующих нагрузок. Поэтому результаты экспериментов могут быть использованы только после тщательного анализа расчетной схемы и метода испытаний.
При расчете горного давления необходимо знать значение минимального коэффициента внутреннего трения при котором величина горного давления, как правило, максимальна.
Для аналитических расчетов коэффициента трения пород могут быть использованы следующие зависимости, полученные из рассмотрения взаимодействия главных напряжений у 1 и у 2 а также предельных кругов напряжений.
Для упрощенного расчета коэффициента трения по значениям прочностей образцов на одноосное сжатие у сж и растяжение у р можно применять формулу.
Паспорт прочности представляет собой графическую зависимость между касательными и нормальными напряжениями, при которых происходит разрушение породы. По паспорту прочности горных пород обычно определяют угол внутреннего трения.
Паспорт прочности может быть представлен аналитически в виде параболы.
где ф - сопротивление пород сдвигу, МПа, у n - напряжения, действующие перпендикулярно к поверхности разрушения, МПа; ц - угол внутреннего трения, град; С - сцепление, МПа
Для графического определения напряжений в плоскости в любом требуемом направлении будем использовать круги Мора вместо аналитических расчетов.
Паспорт прочности горных пород в условиях одноосного сжатия и растяжения
у сж - предел прочности пород при сжатии 120 МПа;
у раст - предел прочности пород при растяжении 12 МПа;
Паспорт прочности горных пород в условиях двухосного сжатия и растяжения
Полученные результаты заносим в таблицу:
Предел прочности пород при сжатии у сж
Предел прочности пород при сжатииу раст
4. Расчет горного давления вокруг выработки при ведении подземных горных работ
Расчет горного давления вокруг горной выработки необходим для оценки устойчивости выработанного пространства. Оценка состояния массива горных пород основывается на обоснованной модели расчета, в состав которого входит рабочая гипотеза, в соответствии с которой устанавливаются силы, действующие в массиве, напряженно-деформированное состояние, т.е. те факторы, которые могут привести к необратимому развитию деформаций стенок выработки, а следовательно к её обрушению. Рассмотрим основные гипотезы горного давления:
1. Горное давление вызывается весом определенного объема пород, приуроченному к данному несущему элементу.
2. В основе гипотезы Турнера (Франция, 1884) горное давление в целиках при камерно-столбовой системе разработки определяется весом столба пород (от уровня залежи до поверхности), ограниченного в плане осями симметрии прилегающих к целику камер. На этой гипотезе основан метод расчета Л.Д. Шевякова. Аналогичные гипотезы горного давления на крепь исходили из предположения о воздействии на крепь веса столба пород от выработки до поверхности с основанием, равным, равным пролету выработки
3. Гипотеза Протодьяконова М.М., согласно которой объем пород, воспринимающий давление и в пределах которого происходит обрушение пород, представляет собой параболический свод на выработкой. Его высота связана с полупролетом выработки соотношением , где f - тангенс угла внутреннего трения для сыпучих пород или коэффициент крепости для связных. Расчеты по этой формуле для глубин до 200-300 м (при отсутствии тектонических напряжений) дают практически приемлемые результаты.
4. Оценка горного давления на основании изучения напряженно-деформированного состояния массива не потерявшего сплошность, т.е. не трещиноватого.
При решении задач оценки горного давления следует определиться, какой массив мы рассматриваем. В настоящее время существует несколько подходов:
v Массив горных пород представляет собой дезинтегрированную среду, т.е. блочную с внутренним трением или с трением и сцеплением.
v Массив горных пород представляет собой сплошную однородную среду, подчиняющуюся законам упругости.
v Массив горных пород рассматривается как сплошная среда до проведения горной выработки, а после проведения горной выработки свойства пород в зоне влияния выработки изменяются и массив рассматривается как дезинтегрированная среда.
v Слоистый горный массив, сложенный осадочными породами, рассматривается как состоящий их плит различной толщины и прочности.
Все указанные гипотезы горного давления и подходы к рассмотрению массива применяются в каждом конкретном случае, универсальной гипотезу и универсальной оценки массива горных пород до настоящего времени не разработано, потому что в расчетной схеме невозможно учесть все многообразие свой массива и действующих на него объемных сил. Поэтому расчет горного давления следует проводить для каждого конкретного случая.
Что значит рассчитать горное давление? Это значит рассчитать устойчивость пород вокруг выработанного пространства. Устойчивость горной выработки - это способность пород вокруг выработанного пространства противостоять действию горного давления, не разрушаясь без крепления .
Как уже неоднократно отмечалось выше, проведение горной выработки в массиве вызывает перераспределение напряжение и нарушается равновесие пород. Вокруг горной выработки наблюдается концентрация напряжений. Эта концентрация напряжений оценивается коэффициентом концентрации К , который соответствует отношению величины напряжений в этой точке после проведения выработки к величине напряжений в этой же точке до проведения выработки. Максимальная концентрация напряжений достигает значений от 4 до 6, т.е. напряжения в массиве после проведения выработки увеличиваются в 4-6 раз.
В кровле и почве выработки развиваются растягивающие напряжения, которые зависят от веса налегающих пород и коэффициента Пуассона. С учетом концентрации напряжений на контуре выработки растягивающие напряжений определим по формуле:
Так как не дана глубина разработки будем использовать для расчетов длину по падению - 2700 м
где р - величина растягивающих напряжений; К 1 - коэффициент концентрации напряжений; - объемный вес пород; - коэффициент Пуассона; Н - глубина заложения выработки.
По мере удаления от контура выработки растягивающие напряжения в кровле и почве уменьшаются и становятся равными нулю, затем переходят в сжимающие и достигают величины
На стенках выработки сжимающие напряжения с учетом концентрации напряжений определяются весом налегающих пород, т.е.
где К 2 - коэффициент концентрации сжимающих напряжений на стенках выработки.
По мере удаления от контура выработки концентрация напряжений на стенках выработки уменьшаются и напряжения становятся равными естественным напряжениям нетронутого массива.
Критерием устойчивости кровли и почвы выработки, пройденной на глубине Н, является условие
т.е., если величина растягивающих напряжений будет равна или меньше предела прочности пород кровли и почвы на растяжение.
Обнажение кровли и почвы неустойчивое, так как величина растягивающих напряжений в массиве больше прочности пород на растяжение:
Обнажения боков выработки будут устойчивы, если сжимающие напряжения в них будут равны или меньше предела прочности пород на сжатие:
Обнажение боков выработки неустойчивое, так как величина сжимающих напряжений в массиве больше прочности пород на растяжение:
Согласно гипотезыМ.М. Протодъяконова, над выработкой образуется свод естественного равновесия параболического очертания, который воспринимает давление вышележащих пород. Величина горного давления на 1 погонный метр выработки составляет
где а - половина ширины выработки, - объемный вес пород, b - высота свода естественного равновесия (обрушения). Высота свода естественного равновесия b сильно трещиноватых и слабых пород определяется коэффициентом трения, а для крепких пород - коэффициентом крепости, т.е.
Рисунок 5.1. Схема к расчету горного давления
1 - горная выработка; 2 - границы свода естественного равновесия;
b - высота свода естественного равновесия 0,16 м;
q к - боковое давление со стороны кровли 0,041 т;
q п - боковое давление со стороны почвы 3,45 т;
Как уже отмечалось выше, высота свода определяется половиной ширины выработки и крепостью пород. Ширина свода зависит от полной ширины выработки и ширины двух призм сползания. Ширина призмы сползания зависит от высоты выработки h и угла сползания Q. Угол сползания зависит от угла внутреннего трения пород боковых пород и определяется
Боковое горное давление определим по формуле:
высота свода естественного равновесия, приведенная к объемному весу боковых пород;
Ширина свода естественного равновесия:
ширина свода естественного равновесия равна
Боковое давление на стенку выработки со стороны кровли q к определим по формуле
Боковое давление на стенку выработки со стороны почвы q п определим из выражения
Величину горного давления Р со стороны кровли рассчитаем по формуле
Величину горного давления со стороны почвы рассчитаем по формуле
В заключение хочу отметить, что при решении курсового проекта я освоил для себя новые знания, интересные факты. Решая курсовой проект, шагнул вперед в познании Геомеханики как науки о физических процессах в массиве горных пород.
1. Ржевский Б.Б., Новик Г.Я. Основы Физики горных пород. К., Недра, 1984 г.
2. Новик Г.Я., Кузяев Л.С. Основы физики горных пород. Сборник задач и упражнений, - М. изд. МГИ, 1983 г.
3. Турчанинов И.А., Иосиф И.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород, Л., Наука., 1877 т.
Проведение на электронных вычислительных машинах имитационных лабораторных испытаний горных пород и определение их механических свойств (пределов прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона). Теории определения прочности горных пород Кулона-Мора. курсовая работа [3,8 M], добавлен 27.06.2014
Типы трещин, понятия о трещиноватости и её видах. Ее значение в горном деле и геологии. Инженерно-геологические условия Нойон-Тологойского месторождения полиметаллических руд. Влияние трещиноватости на изменение физико-механических свойств горных пород. курсовая работа [899,3 K], добавлен 15.01.2011
Выбор форм и расчет поперечного размера горной выработки. Расчет параметров устойчивости, горного давления, крепи, паспорта БВР. Вычисление уборки пород и настилки пути. Устройство водоотливной канавки. График организации работ. Построение циклограммы. курсовая работа [1,2 M], добавлен 24.11.2010
Состояние массива горных пород в естественных условиях. Оценка горного давления в подготовительных выработках. Схема сдвижения массива при отработке одиночной лавы. Виды разрушения кровли угольных пластов. Расчет параметров крепи очистной выработки. учебное пособие [11,5 M], добавлен 27.06.2014
Инженерно-геологические условия, физико-механические свойства горных пород. Оценка их устойчивости на контуре сечения выработки. Расчет параметров паспорта буровзрывных работ. Способы и средства инициирования подрыва. Проветривание тупиковой выработки. дипломная работа [5,7 M], добавлен 09.04.2015
Характеристика твердости, абразивности, упругости, пластичности, пористости, трещиноватости, устойчивости как основных физико-механических свойств горных пород, влияющих на процесс их разрушения. Классификация складкообразований по разным критериям. контрольная работа [5,4 M], добавлен 29.01.2010
Построение температурного профиля горного массива по глубине (в гелиотермозоне, криолитозоне) и оценка мощности распространения вечномерзлых горных пород. Вычисление годового изменения температуры пород на разных глубинах в пределах гелиотермозоны. контрольная работа [82,4 K], добавлен 14.12.2010
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Расчет физико-механических свойств горных пород, построение паспорта прочности и расчет горного давления курсовая работа. Геология, гидрология и геодезия.
Взаимосвязь социального и биологического в личности.
Реферат На Тему Экологические Проблемы Центральной России
Реферат: Искусство Возрождения в Италии. Скачать бесплатно и без регистрации
Озеро Абрау Реферат
Реферат: Япония в мировом хозяйстве. Скачать бесплатно и без регистрации
Контрольные И Самостоятельные Работы 3 Класс Питерсона
Дубровский Контрольная Работа 6 Кл
Использование нетрадиционных техник в изотворчестве дошкольников
Дипломная работа по теме Анализ корпоративной культуры аптечных предприятий
Курсовая работа по теме Тепловой расчет парового котла марки Е-75-40-ФБ
Контрольная работа по теме Развитие мелкой моторики рук
Доклад: Дорога из розового кирпича
Контрольная работа по теме Технология и организация строительного производства
Контрольная работа: Смысл бытия
Реферат По Футболу 5 Класс
Что Такое Выбор Сочинение 9.3 Гридин
Реферат: Анализ прибора
Как Писать Итоговое Сочинение 2022 План
Контрольная работа по теме Законы XII таблиц - памятник рабовладельческого права (Контрольная)
Реферат по теме До и послеродовая гимнастика для женщин и гимнастика для ребенка первого года жизни
География цветной металлургии России - География и экономическая география контрольная работа
Тихий океан - География и экономическая география реферат
Экономико-географический анализ Красноярского края - География и экономическая география контрольная работа