Анализ надежности способов предупреждения горных ударов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

взрывания в мерзлом массиве горных пород создаются камуфлетные полости, фильтрационные каналы и сеть горизонтальных, вертикальных и наклонных трещин. На поверхности оттаиваемого участка между рядами скважин монтируют трубопровод, который с одной стороны закрыт заглушкой, а на другом конце его устанавливается задвижка или вентиль и водосбросный патрубок. В скважины устанавливают водозаборные патрубки с перфорированными на отрезке длиной 0,51,0 м со стороны забоя скважин отверстиями диаметром 0,01-0,02 м и с помощью соединительных муфт присоединяют их к трубопроводу. Устья скважин перекрывают ограждающей металлической сеткой с квадратными ячейками 0,03 х 0,03 м. После затопления водой обеспечивается самотечное

1. Рашкин А.В., Авдеев П.Б., Субботин

Ю.В.Тепловая и водная подготовка горных пород при разработке мерзлых россыпей. - М.: Издательство «Горная книга», 2004.-352 с.

движение воды-теплоносителя за счет перепада уровней воды на подтопляемом участке и на выходе охлажденной воды из водосбросного патрубка. Воду можно нагревать в солнечно-солевом водоёме (см. рис. 1). Процесс оттаивания мерзлых горных пород вокруг скважин и камуфлетных полостей происходит путем кондуктивно-конвектив-ного теплообмена между водой-теплоно-сителем и мерзлыми горными породами.

Предлагаемые способы оттаивания не требуют дополнительных материальных затрат на электроэнергию, на приобретение, обслуживание насосов и позволяют существенно увеличить скорость и глубину оттаивания мерзлых пород и в конечном счете повысить эффективность разработки многолетнемерзлых глубоких россыпей.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Рашкин А.В., Субботин Ю.В., Позлутко С.Г. Совершенствование способов оттаивания мерзлых пород //Горный журнал. - N9-10. - 1996.- С. 9-11).

— Коротко об авторах -----------------------------------

Рашкин Анатолий Васильевич — профессор, доктор технических наук, Субботин Ю.В., Авдеев П.Б. - Читинский государственный университет.

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

ДИССЕРТАЦИИ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ИНСТИТУТ ПРО ЇБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ Н 1 _

БУРЫКИН

Сергей

Иванович

Разработка и внедрение инновационных решений для открытой геотехнологии при освоении рудных и угольных месторождений

25.00.22

05.02.22

д.т.н.

© А. С. Кузьменко, 2005

УДК 622.831.32 А. С. Кузьменко

АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ СПОСОБОВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ГОРНЫХ УДАРОВ

Семинар № 3

Самое грозное проявление горного давления - горный удар уже в течение века наносит ощутимый ущерб горной промышленности, однако, несмотря на привлечение к работе над этой проблемой всего мирового сообщества геомехаников, до сих пор еще не найдены универсальные способы защиты от этого грозного явления.

Трудности в разработке и применении действенных мер защиты от интенсивных проявлений горного давления заключаются в том, что каждое из месторождений по строению, залеганию, природной нарушенности, прочностным свойствам руд и вмещающего породного комплекса, в сочетании с применяемой системой разработки, практически неповторимо и разработка новых или выбор действенных средств защиты из имеющегося арсенала, для конкретного рудника должен носить строго индивидуальный характер.

Предотвращать горные удары сложно еще и потому, что по условиям развязки и масштабам разрушений они весьма сильно различаются. Бывают катастрофические площадные горные удары, когда гибнут целые рудники [1], как это имело место на калийных рудниках Крюгерсгалль, Клейн-Ширстедт и соляном Варанжевиль.

Случаются горные удары, охватывающие, как на рудниках СУБР''а, большие участки месторождения или несколько разрезов сразу на двух эксплуатируемых горизонтах, как это происходило в условиях Таштаголь-ского рудника [2]. Часто происходят локальные горные удары, когда разрушается одна или несколько выработок на ограниченном участке. Происходит развязка горных ударов при проходке одиночных выработок.

Полагают, что в формировании удароопасных ситуаций участвуют силы как тектонической природы, так и гравитационные, причем, решающую роль отводят тектонике. Очистные работы и проходка выработок являются тем спусковым механизмом, который позволяет накопившейся, в результате взаимодействия блоков различных рангов, энергии реализоваться в виде работы хрупкого взрывоподобного разрушения.

Однако, доказано, что имеется ряд механизмов, приводящих к многократной концентрации гравитационной составляющей [3], уровень которой достаточен для развязки горных ударов. Горные удары, при этом, прекратятся только после разрушения самого механизма-концентратора напряжений или создания условий для реализации потенциальной энергии в работу в режиме ползучести интенсивно нагруженного рудопородного комплекса.

Таким образом, предотвращение горных ударов возможно при применении систем разработки, исключающих возникновение механизмов концентрации напряжений или гарантирующих их разрушение до момента возникновения критических напряжений в несущих элементах, расположенных в зоне опорного давления. Способ предупреждения горных ударов будет действен и в том случае, когда он ведет к вынесению очага формирования механизма концентрации напряжений вглубь нетронутого массива или в уже отработанное пространство. Оптимальны способы предотвращения горных ударов, приводящие к разрушению механизмов-концентраторов в то время, когда интенсивность напряжений в зоне концентрации еще не достигла критических значений.

В зависимости от стадии проводимых горных работ и возможной при этом мощности горных ударов применяют либо локальные способы защиты, либо региональные, защищающие протяженные участки или все месторождение.

На стадии ведения горнокапитальных работ, когда горные удары развязываются при проходке выработок, работоспособны локальные способы, конструктивно решенные так, что в приконтурной части массива создаются демпфирующие зоны, обеспечивающие податливость вмещающих пород в пределах приконтурного массива, намного превосходящую податливость пород, находящихся на удалении от контура выработки. При этом создаются условия для реализации накопленной выведенным из равновесия массивом потенциальной энергии в работу в режиме ползучести, а не в динамическом ре-

жиме хрупкого разрушения, как это имеет место при развязке горного удара. От горных ударов в этом случае защищают способы: опережающих разгрузочных скважин; сплошных щелей или строчки сближенных скважин, образуемых по диагонали в угловых частях контура выработки; применение тяжелых типов крепей с забутовкой закреп-ного пространства материалом со значительной податливостью.

Ограниченными возможностями по предотвращению развязки горных ударов обладают способы отстаивания выработки после нескольких циклов проходки и оптимальной ориентации ее створа относительно направления действия максимальной нагрузки.

Неработоспособными оказываются способы, направленные на сплошное разупрочнение приконтурных пород, такие, как ка-муфлетный прострел скважин и шпуров в приконтурном массиве, приводящие впоследствии к вывалам крупных отдельностей из приконтурного массива опасным для персонала и оборудования, увеличению сечения выработки с неизбежным ее перекреплением.

При ведении очистных работ самым радикальным способом защиты от горных ударов является соблюдение оптимального порядка отработки запасов горизонта и месторождения. Этот порядок не допускает оставление в очистном пространстве целиков или блоков-целиков, которые отстоят друг от друга на расстояния, превышающие критические по условиям концентрации в опорных элементах гравитационной составляющей.

Для условий разработки полого и круто наклонных мощных рудных тел оптимальным является порядок выемки запасов этажей, начиная от висячего бока, когда создаются условия отрезки от высокого горного давления на начальной стадии выемки запасов [2].

При выемке руд слоями снизу вверх с закладкой выработанного пространства оптимальной оказалась камерно-столбовая система с временными целиками на податливом основании, режим нагружения которых задается податливостью основания [2].

Действенной мерой предотвращения самых мощных горных ударов, когда в работу разрушения уходит потенциальная энергия, запасенная всей подработанной породной толщей, является планомерное опускание

породной толщи в центре очистной выемки за счет разрушения несущих элементов или тщательная закладка выработанного пространства. При этом, должны соблюдаться условия, когда расстояния между границей опустившейся на подстилающие породы или предельно спрессованной частью закладки и наиболее удаленным фронтом очистной выемки не должны превышать критических значений для пролетов подработанной породной толщи. В случае не соблюдения этого условия ''площадной'' горный удар может произойти и при закладке выработанного пространства, как это имело место на руднике Крюгерсгалль [1].

В условиях разработки запасов с подработкой скальных пород предотвращать условия формирования удароопасных ситуаций могут региональные способы регулируемого или не регулярного разупрочнения налегающей породной толщи посредством закачки в нее соответствующих реагентов [4], или разрушение ее мощными, возможно и ядерными, взрывами.

Неработоспособными в условиях разработки мощных залежей скальных руд оказываются локальные способы, базирующиеся на применении ограниченной протяженности щелей, сплошных или выполненных в виде строчки скважин, величина податливости которых и другие компенсаторные возможности недостаточны для разрушения механизма концентрации гравитационной нагрузки, как это произошло в условиях горизонта +252 м. Кировского рудника, когда примененный способ защиты спровоцировал развязку в пределах защищаемого участка в течение года серии из семи горных ударов [5].

В конечном итоге, работоспособными оказываются способы, применение которых предотвращает возникновение механизмов концентрации напряжений, приводит к их разрушению до момента возникновения удароопасной ситуации, обеспечивает вынос зоны концентрации напряжений в нетронутый массив или в очистное пространство, или позволяет выведенному из равновесного состояния рудо-породному комплексу запасенную в результате производства горных работ потенциальную энергию реализовать в работу в режиме ползучести, а не в динамическом режиме хрупкого разрушения, когда происходит смятие ограниченных участков материала в некоторых несущих элементах

системы поддержания очистного простран- ства.

1. Андреичев А.Н. Разработка калийных и каменно-соляных месторождений. Часть 2. М, Госхимиз-дат, 1954, 104 с.

2. Замесов Н.Ф. Создание и совершенствование технологии очистной выемки и принципы конструирования систем разработки в условиях больших глубин. Сб. Перспективы подземной добычи руд на больших глубинах. М, ИПКОН

АН СССР, 1985, 9-26 с.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Кузьменко А.С. Механика горных пород. М, МГГУ, 2003, 242 с.

4. Патент США № 4136739 кл. 166/300, опубл. 1979 г.

5. Демидов Ю.В, Гущин В.В, Юров А.С. и др. Оценка эффективности разгрузки элементов в конструкции днища блоков защитными зонами. Сб. Разработка мощных месторождений на больших глубинах. Апатиты,

КФ АН СССР, 1983, 31-36 с.

— Коротко об авторах ------------------------------------------

Кузьменко Александр Сергеевич - кандидат технических наук, ОАО НПО ''Физика''.

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА

ПЕПЕЛЯЕВ Роман Владимирович Разработка методики гидродинамических расчетов для низкопроницаемых коллекторов с учетом снижения проницаемости 25.00.17 к.т.н.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ «ГИНЦВЕТМЕТ»

НОВОЖИЛОВ Андрей Валерьевич Исследование, разработка и внедрение аэрационных устройств для повышения эффективности действия флотационных реагентов 25.00.13 к.т.н.

© О.А. Хачай, О.Ю. Хачай, 2005

УДК 624.131.537/621.37

О.А. Хачай, О.Ю. Хачай

МЕТОД ОЦЕНКИ И КЛАССИФИКАЦИИ УСТОЙЧИВОСТИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД