CC BY
90
--------------------------------------- © Е.Л. Сосновская, В.Е. Боликов,
В. А. Вицинский, Л.И. Сосновский,
А. М. Павлов, Л.Г. Рубцов,
2009
УДК 622.831
Е.Л. Сосновская, В.Е. Боликов, В.А. Вицинский,
Л.И. Сосновский, А.М. Павлов, Л.Г. Рубцов
ОБОСНОВАНИЕ ВИДОВ КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПО ВЫЯВЛЕННЫМ ЗАКОНОМЕРНОСТЯМ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ СТРУКТУР
1ТЛрепление горных выработок яв-
-Ж\ ляется одним из трудоемких и затратных процессов поддержания горных выработок. На стадиях вания и строительства подземных ников важно определить объемы работ по креплению. Это можно сделать на основе оценки геомеханического состояния горных массивов с учетом явленных закономерностей
ния их тектонических структур.
Авторами проводились исследования закономерностей формирования тектонических структур на Ново-Широкинском месторождении
полиметаллических руд. Исследования проводились по методике ИрГТУ, позволяющей изучать тектонические структуры с позиций синергетики [1, 2]. Для месторождения установлены три иерархических уровня поля распределения тектонических
нарушений и рудных элементов. Для эксплуатационного бло-ка - четыре, для забоя горной выработки - 2^3 (та®ша1т)из структурных параметров горного массива позволяет отметить следующее. Основные значения масштабных коэффициентов между обобщёнными размерами ячеек смежных уровней общей структурной матрицы по
тектоническим нарушениям находятся в пределах 1,6 - 2,8.
Согласно концепции саморазрушения массивов при коэффициенте масштабного подобия от 1.6 до 2,0, горный массив должен характеризоваться устойчивым состоянием, при котором процессы саморазрушения происходят в течение длительного времени в виде трещинообразования. При величинах коэффициента от 2,0 до 2,5 и более массив характеризуется неустойчивым состоянием с возможными проявлениями процессов саморазрушения.
В масштабе месторождения масштабный коэффициент составляет 1.92.8, что больше критического значения. На основании этого можно сделать вывод о том, что на месторождении возможны случаи проявления горного давления. Однако, следует учесть, что глубина разработки в начальный период освоения месторождения невелика и не превышает 250 м. На таких глубинах фактическое напряженное состояние небольшое и, возможно, не будет достаточным для разрушения пород средней крепости. Учитывая столь высокие значения коэффициента, возникает необходимость проведения локальных прогнозов геомеханического состояния горного
Таблица 1
Параметры тектонических структур Ново-Широкинского месторождения
Иерархические уровни, условные 11а| 4 а н о е_
Размер ячейки матрицы Масштабный коэффициент
Вмещающие породы
Месторождение, км
I - М 0,5 2.8
II - М 1,4
2.2
III - М 3,0
Эксплуатационный блок, м
I - Э 10,2 1,7
II - Э 17,2
1,6
III - Э 28,3
1,8
IV - Э 51,7
Забой горной выработки, м
I - З 0,15 3,3
II - З 0,5
2,0
III - З 1,0
Рудные тела
Месторождение, км
I - М 0,6 2.5
II - М 1,5
1,9
III - М 2,8
Эксплуатационный блок, м
I - Э 9,5 2,2
II - Э 21,2
1,7
III - Э 35,0
1,4
IV - Э 50,0
Забой горной выработки, м
I - З 0,2
II - З 0,5
массива в масштабе эксплуатационных блоков и горных выработок.
Масштабные коэффициенты в пределах исследуемых эксплуатационных блоков составили 1.4-2.2, что, в основном, характеризует устойчивое состояние горных пород. Превышение расчетного коэффициента над критическим отмечен только при матрице 9,5-21,2 м. Поэтому эксплуатационные блока также
нуждаются в дополнительном локальном прогнозе их геомеханического состояния.
Масштабные коэффициенты в исследуемых выработках выявлены больше критических и составляют 2.5-3.3. Очевидно, для оценки фактической устойчивости горной выработки необходимо проводить локальные прогнозы с учетом фактической трещиноватости горных пород.
Специальный анализ фотографий керна по пробуренным скважинам Ново-Широкинс-кого месторождения показал следующую статистику распределения удельной трещиноватости в массиве (табл. 2).
Средне статистическое значение интенсивности проявления трещиноватости в горном массиве месторождения составляет 9 трещин на 1 пог. метр, в том числе в 17,5% объёма массива интенсивность трещиноватости составляет 2,5 трещин на пог. м, в 55,3% - 8 и в 21,5% - 13, и в 5,7% - более 16. При 11 и более трещин на пог. м выработки неустойчивы. Последние три показателя (см. табл. 2) свидетельствуют о том, что примерно в 27,2 % объёма проходки подземных горных выработок необходимо предусматривать их обязательное крепление.
На основе анализа кернового материала разработана классификация пород и руд по трещиноватости (табл. 3). Катего-
Таблица 2
Распределение удельной трещиноватости в горном массиве по 5-ти наиболее характерным скважинам (суммарная длина 300 м)
Классы интенсивности трещиноватости, кол. трещин на 1 погонный метр Средняя интенсивность по классу, кол. трещин на 1 погонный метр Распределение по классам, в %
1 - 5 2,5 17,5
6 - 10 8,0 55,3
11 - 15 13,0 21,5
16 -20 17,0 4,0
более 20 25,0 1,7
Средневзвешенное по массиву 9,0
Таблица 3
Классификация устойчивости пород и руд по трещиноватости
Категория устойчивости пород Характеристика трещиноватости массива 1ср, см Из, м Кс .Ър, тр/м
I Слабо развитая трещиноватость: редкие закрытые трещины или полное отсутствие трещин 60-100 (80) 0.1-0.3 0,8-1,0 1-2
II Трещиноватость ниже средней: в основном закрытые трещины 50-60 (55) 0.3-0.6 0,5-0,7 2
III Трещиноватость выше средней: различные плоскости напластования, наличие раскрытых трещин 30-50 (40) 0.6-1.0 0,3-0,4 3-4
IV Высокая трещиноватость, густая сеть трещин по всем направлениям 10-20 (15) 1.0-2.5 0,1-0,2 5-10
V Чрезвычайно высокая трещиноватость до 10 2.5 0,1 10-15
Таблица 4
Геомеханическая характеристика массива горных пород
Безразмерный параметр 7-Н Ям < 0,4 0,41- 0,45 0,46- 0,5 0,51- 0,55 0,56- 0,62 0,63- 0,69 0,7- 0,75 > 0,75
Состояние массива горных пород Весьма устойчивый Устойчивый массив Средне устойчивый массив Слабой устойчивости Неустойчивый массив
рия устойчивости пород и руд в выработках определяется по трем основным показателям: по среднему расстоянию между трещинами (1ср), интенсивности трещиноватости (ьр\м) и коэффициенту структурного ослабления (Кс). Первые два показателя (1ср, ^м) определяются в натурных условиях в шахте, а коэффициент структурного ослабления (Кс) за-
висит от интенсивности трещиноватости и определяется из графика (рис. 1).
Прогноз устойчивости руд и пород в выработках проводился в соответствии с требованиями инструкции [3] по величине безразмерного параметра
П =
у-Н
ИГ
(1)
18
Таблица 5
Выбор рекомендуемым видов крепи в горизонтальные и наклонныш выработках: капитальных подготовительные и разведочныш
Характеристика руд и пород Категория устойчивости горного массива Вид работ Постоянная крепь Временная крепь
Вид крепи Допустимое отставание от забоя Вид крепи Допустимое отставание от забоя
Основной Альтерна- тивный
1 2 3 4 5 6 7 8
Весьма устойчивые I КВ Прямоуг. метал. крепь с затяж. мет. лист Набрызгбетон 50 м - -
ПВ, Развед. Не требуется Не требуется - - -
Устойчивые II КВ Прямоуг. метал. крепь с затяж. мет. лис - 20 м Не требуется Не требуется
ПВ, Развед. Прямоуг. метал. крепь с затяж. мет. лис - 20 м Не требуется Не требуется
Средней устойчивости III КВ Железобетонные, полимерные штанги + + набрызгбетон Прямоуг.метал. крепь с затяж. мет. лист 15 м Железобе-тонные, полимерные штанги Определ. расчетами
ПВ Развед. Железобетонные, полимерные штанги + сетка - 15 м Железобе-тонные, тросовые, полимерные штанги, на-брызгбетон Определ. расчетами
Слабой устойчивости IV КВ Железобетонные, тросовые, полимерные штанги + сетка + торкретбетон Деревянная всплошную Металлическая (прямоуг.) Железо-бетонные, тросовые, полимерные штанги Вслед за под-виганием забоя
Деревянная подвесная Вслед за подви-ганием забоя
ПВ, КВ, развед. Железобетонные, тросовые, полимерные штанги + сетка + торкретбетон Металлорамная (прямоуг.), деревянная всплошную Железо-бетонные, тросовые, полимерные штанги, на-брызгбетон Вслед за под-виганием забоя
Металлическая (прямоуг) -1,5 м Деревянная, крепь на крючьях Вслед за под-виганием забоя
Неустойчивые V КВ Деревянная всплошную, гибкая опереж. крепь Бетонная, железобетонная, металлическая (прямоуг.) - шаг крепи 0,5-1,0 м 1,5 м Деревянная, крепь на крючьях Вслед за под-виганием забоя
ПВ, развед. Деревянная всплошную бетонная, железобетонная Бетонная, железобетонная, металлическая. металлическая (рамная) металлорамная 1,5 м Металлорамная - шаг крепи 0,5-1,0 м Деревянная, крепь на крючьях Вслед за под-виганием забоя
Примечание: КВ - капитальные выработки; ПВ - подготовительные выработки; Развед. - разведочные.
0^1
Таблица 6
Выбор рекомендуемых видов крепи вертикальных выработок
Характеристика руд и Категория устойчи- Вид работ Постоянная крепь Временная крепь
пород вости горного массива Вид крепи
основной альтернативный
1 2 3 4 5 6
Весьма устойчивые I КВ ПВ Развед. Дерев. сплошная Дерев. сплошная Дерев. вразбивку Штанги с сеткой 1х1 м Штанги с сеткой 1х1 м Штанги с сеткой 1 х1 м
Устойчивые I I КВ ПВ Развед. Дерев. сплошная Дерев. сплошная Дерев. вразбивку Штанги с сеткой 1 х1 м Штанги с сеткой 1х1 м Штанги с сеткой 1 х1 м
Средней устойчивости I I I КВ ПВ Развед. Дерев. сплошная Дерев. сплошная Дерев. сплошная Штанги с сеткой и подхваты Возможна потолочная и предохранительная крепь
Слабой устойчивости IV КВ ПВ Развед. Дерев. сплошная Дерев. сплошная Дерев. сплошная Штанги с сеткой и подхваты Возможна потолочная и предохранительная крепь
Неустойчивые V КВ ПВ Развед. Монолитбетон; Дерев. сплошная Монолитбетон Дерев. сплошная Монолитбетон Дерев. сплошная Металлические рамы с сеткой Металлические рамы с сеткой Металлические рамы с сеткой Опережающая крепь Опережающая крепь Потолочная крепь
21
Рис. 1. Зависимость коэффициента структурного ослабления (К,) от интенсивности трещиноватости 0тр)
где у - плотность породы или руды, т/м3; Н - глубина заложения выработки, м; Ям = осж -Кс - прочность пород на сжатие в массиве, т/м2; осж - предел прочности на сжатие пород в образце, т/м2.
Геомеханическая характеристика массива горных пород приведена в табл. 4.
Разработаны рекомендации по выбору видов крепи с учетом установленных категорий устойчивости для горизонтальных и наклонных выработок: капитальных, подготовительных и разведочных (табл. 5); для вертикальных выработок (табл. 6).
Основные выводы и рекомендации исследований приняты к внедрению на Ново-Широкинском руднике.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сосновская Е.Л. Об универсальном характере фрактальных свойств полей локализации рудных жил и элементов естественной деструкции в пределах золоторудных месторождений / Е.Л. Сосновская // Проблемы развития минеральной базы Восточной Сибири. сб. научн. тр. - Иркутск, - изд-во ИрГТУ,-2003. -
С.221-229.
2. Сосновский Л.И. Механизм возникновения и закономерности пространственного распределения участков с относи-
тельно высокой и невысокой степенью естественной напряженности в горном массиве / В.А. Филонюк, Л.И. Сосновский, Е.Л. Сосновская // Вестник ИрГТУ. - 2006. - № 2. - С. 93-97.
3. Единая технологическая инструкция по применению набрызгбетонной, штанговой и комбинированной крепей в капитальных, подготовительных и очистных выработках рудников цветной металлургии. М, 1978 г. ИНН
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------
Сосновская Е.Л. - кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры общеинженерных дисциплин Иркутского государственного технического университета,
Боликов В.Е. - профессор, доктор технических наук, заведующий лабораторией Института горного дела Уральского отделения Российской академии наук,
Вицинский В.А. - технический директор GGG «Русдрагмет»,
Сосновский Л.И. - доктор технических наук, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Иркутского государственного технического университета, Павлов А.М. - кандидат технических наук, зам. директора по горным работам GAG «Бурятзолото»,
Рубцов Л.Г. - кандидат технических наук, заведующий кафедрой кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Иркутского государственного технического университета.
Статья представлена Иркутским государственным техническим университетом.
