CC BY
44
38
Геотехнология
УДК 622.215
А. И. Копытов, А. А. Еременко
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ГЕОТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОПАСНЫХ ПО ГОРНЫМ УДАРАМ
Переход к отработке рудных тел на больших глубинах и отнесение частей месторождений Горной Шории к склонным и опасным по горным ударам обусловливает необходимость решения принципиально новых задач по изысканию новых геотехнологий, определяющими элементами которых являются системы разработки [1].
С увеличением глубины разработки до 600 м и более большое влияние на состояние массива горных пород оказывают зоны высоких напряжений, пересекающие соседние с очистным пространством блоки, которые находятся в стадии подготовки. Многолетние исследования, проведенные на Таштагольском и Шерегешском рудниках, показывает, что при применении системы разработки этажного принудительного обрушения со взрыванием пучков глубоких параллельно-сближенных скважин и вибровыпуском руды эти зоны формируются в районе подсечного пространства, бурового горизонта, днища блоков и компенсационных камер. При этом горизонтальные напряжения превышают вертикальные в зоне очистной выемки в несколько раз.
Пример распределения составляющих поля напряжений в массиве горных пород месторождений вне зоны влияния очистных работ и в зоне влияния очистных работ на Таштагольском месторождении показан на рис. 1.
Фактические напряжения (стф) в любой точке горного массива есть функция
= ({у, Н,М, Е, Т,а ,а ,а ,а )
ф \ ? ? ? ? ? ^ ост ’ нар ’ мн ’ неучт/
где У и Н - значения гравитационных, Т - тектонических сил, Ми Е - упругих постоянных горных пород; стост - остаточные напряжения горных пород; стнар - напряжения, вызванные тектоническими нарушениями; стмн - вызванные многоком-понентностью массива; анеучт - вызванные неучтенными силами [2].
В течение года на месторождениях производится до 20 технологических (в среднем 5-25 т ВВ) и массовых (в среднем 100-300 т ВВ) взрывов. Во время подготовки блоков и после массового обрушения руды возрастают затраты на ремонтновосстановительные работы в выработках откаточного и бурового горизонта, днища блоков, где
Граница. зоны Влияния очистных раВот
Рис. 1. Направления составляющих поля напряжений в массиве горных пород Таштагольского месторождения вне зоны влияния очистных работ (нижний горизонт) и в зоне влияния очистных работ (верхний горизонт): с] - максимальная горизонтальная составляющая напряжений; с3 - вертикальная составляющая
напряжений, равная весу столба пород
происходит деформация в массиве горных пород.
В результате обследования горных выработок после массовых взрывов отмечаются нарушения в соседних подготавливаемых блоках на откаточном, буровом и подсечном горизонтах: вывалы и обрушение горной массы с бортов и кровли выработок; разрушение крепи; образования трещин по почве с видимой амплитудой смещения и поднятия почвы; обрушение сопряжений; интенсивное заколообразование; стреляние и потрескивание в горном массиве.
При осмотре полевых штреков, ортов, а также нарезных выработок на буровых горизонтах наблюдаются горизонтальное смещение бортов, деформация крепи и пр., вызванное действием вертикальных напряжений. Данные явления нехарактерны для районов, где главными являются максимальные горизонтальные напряжения и месторождения характеризуются неравномерным полем напряжений в районе отрабатываемых и подготавливаемых блоков.
Деформационным методом установлено, что отработка блоков осуществляется в условиях высоких деформаций сжатия вмещающего массива горных пород до 400 мм. Характер изменения де-
формаций во времени указывает на преимущественное развитие пластических деформаций массива при плавном их росте. Увеличение скоростей сжатия наблюдается в периоды проведения массовых взрывов (по данным СибГИУ НЦ "Геомеханика"). Скорость деформаций сжатия после массовых взрывов достигает 4 мм/сутки, в то время как средние скорости деформаций сжатия на участках их максимального развития не превышает 1 мм/сутки. Максимальные скорости сжатия наблюдаются вблизи взорванного блока и уменьшаются по мере удаления от места взрыва.
По характеру изменения электрометрического коэффициента после массовых взрывов горный массив часто находится в пригруженном состоянии. Для повышения уровня безопасности горных работ на Шерегешском и Таштагольском рудниках в подземных сейсмопавильонах установлены системы автоматизированного сейсмологического мониторинга, оснащенные трехкомпонентными сейсмоприемниками.
Плановый сейсмологический мониторинг дает возможность количественно оценить сейсмичность для решения задач предотвращения, контроля и предостережения потенциальной неустой-
«Подрусловый» с применением высокопроизводительного самоходного оборудования. Штрихпункти-ром показан выход с гор. +115 м на первый подэтаж гор. +120 м
чивости массива, которые могут привести к горным ударам [3].
Количественное описание, как отдельных сейсмических событий, так и сейсмичности, позволяют совершенствовать конструктивные элементы геотехнологии для управления геомехани-ческими процессами в удароопасных условиях.
Для кардинального решения задач по снижению комплексного негативного влияния геотехнологии на геодинамическую обстановку необходимо разработать и обосновать параметры системы разработки позволяющей повысить эффективность и безопасность ведения горных работ при разработке удароопасных месторождений в условиях удароопасности.
В настоящее время в соответствии с «Проектом технического перевооружения, вскрытия и отработки участка «Подрусловый» в этаже +115 м - +185 м Шерегешского месторождения», выпол-
ненным ОАО «Уралмеханбор», изменяются технологические схемы выемки руды, в том числе система разработки, схема вскрытия и подготовки запасов, а также организации работ в целом (рис. 2).
В качестве новой системы для выемки запасов руды на месторождении в соответствии с рекомендациями [3, 4] предложена система подэтаж-ного обрушения с торцевым выпуском руды и доставкой с помощью высокопроизводительного самоходного оборудования (рис. 3).
Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что в целом технология отработки системой подэтажного обрушения дает возможность перейти на сплошной порядок отработки запасов с высокой интенсивностью и концентрацией очистных работ. Принятое конструктивное оформление системы позволяет повысить устойчивость массива при очистной выемке с обрушением вмещающих пород.
4
Рис. 3. Система разработки с подэтажным обрушением, торцевым выпуском руды с применением самоходного оборудования: 1 - подэтажный штрек; 2 - буродоставочные орты; 3 - веера скважин; 4 -отбитая железная руда; 5 - погрузочно-доставочная машина
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Еременко А. А., Еременко В. А., Гайдин А. П. Горно-геологические и геомеханические условия разработки железорудных месторождений в Алтае-Саянской складчатой области. - Новосибирск: Наука, 2009. - 224 с.
2. Влох, Н. П. Управление горным давлением на железорудных рудниках / Н. П. Влох, А. Д. Сашу-рин. - М. : Недра, 1974. - 184 с.
3. Еременко, А. А. Рекомендации по выбору современных, безопасных, устойчивых к сейсмическим проявлениям и горным ударам систем разработки для освоения Абаканского месторождения гор. -200 - -95 м / А. А. Еременко, В. А. Еременко. - ИГД СО РАН ; Новосибирск, 2012. - 41 с.
4. Копытов, А. И. Выбор безопасной технологии разработки склонных и опасных по горным ударам железорудных месторождений ОАО «Евразруда» / А. И. Копытов, А. А. Еременко, Н. Ф. Матвеев. - Кемерово : Вестник КузГТУ. № 2, 2013. - С. 39-41.
Авторы статьи:
Копытов Еременко
Александр Иванович, докт. Андрей Андреевич,
техн. наук, проф. каф.строительства докт. техн. наук, и.о.
подземных сооружений и шахт КузГТУ, зам. директора ИГД СО РАН, e-mail: [email protected]. e-mail: [email protected].
