Геомеханический анализ напряженного состояния массива гор ных пород при отработке блока на Таштагольском месторождении

Еременко А.А.; Карпунин А.Н.; Шипеев О.В.; Филиппов В.Н.; Громова И.Л.

УДК 622.272:622.235

A.А. Еременко, А.Н. Карпунин, О.В. Шипеев,

B.Н. Филиппов, И.П. Громова

ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ОТРАБОТКЕ БЛОКА НА ТАШТАГОЛЬСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ

Семинар № 10

В пределах рудной зоны Таш-тагольского железорудного месторождения выделен Восточный участок, с гор. -140 м отнесенный к опасным по горным ударам. На глубине 890 м от земной поверхности на этом участке располагается блок № 18 в этаже (-350)-(-280) м. Длина блока № 18 составляет 75, ширина — 28 и высота 70 м (рис. 1). Объем обру-шаемой горной массы равен 321,9 т.

Руда в блоке магнетитовая, массивная, трещиноватая; падение рудного тела под углом 85°; коэффициент крепости по Протодьяконову — 14. Породы включают сиениты, скарны и сланцы мелкозернистые, трещиноватые; коэффициент крепости — 10-11. Данный участок пересекают тектонические нарушения мощностью от 0,2 до 1 м (рис. 2).

ствол Новый Капитальный

ствол 'Западный

ствол

Кани тальный

ствол Южный

река Кондома

Рис. 1. Вертикальная проекция Таштагольского месторождения: 1 — скарны; 2 — сиенит; 3 — габбропорфирит; 4 — сланцы; 5 — разрезной блок № 17; 6 — обрушенный блок № 18; (+390)-(-350) — горизонты в шахте; 150-890 м — глубина горных работ

Рис. 2. Геологическая карта гор. -350 м

Класс толчка

* О ю 2

• 2 |о 3 А 3 Ю 4

♦ 4 »о 5

^ 5 !о 6

12000 12200 12400

Рис. 3. Расположение толчков на гор. -350 м в период подготовки блока № 18. 1 — местоположение блока № 18

Рис. 4. Расположение очагов динамических явлений после массового взрыва по блоку № 18

Рис. 5. Нарушения в горных выработках на гор. -350 м. 1-16 — ВДПУ-4ТМ

Рис. 6. Нарушения в горных выработках в результате происшедших микроуда■ ров: а) — орт 18; б) — орт 19; в) — орт 20; г) — орт 21

Горизонт, выработка Характеристика нарушений Объем нарушений

Гор. -350 м Орт 18 ВДПУ № 1 Нарушена железобетонная крепь 14 м3

ВДПУ 4-6 11 м ВДПУ 3, 5, 8 10 м В районе ВДПУ 4, 6 и между ними нарушена железобетонная крепь в своде выработки В районе ВДПУ 3, 5, 8 и между ними нарушена железобетонная крепь 13 м3

ВДПУ 7, 9, 12, 14, 16 В районе ВДПУ 7, 9, 12, 14, 16 и между ними нарушена железобетонная крепь в своде выработки. Нарушено ме-таллокрепление бортовин ВДПУ 12, 14, 16 В районе ВДПУ 8-16 подняты железнодорожные пути на высоту 0,6 м 36 м3 28 м

Гор. -350 м Орт 19 В интервале 25 м от т. 496 на запад и 10,3 м на восток бетонная крепь южного борта частично нарушена и подвинута на север до 0,8 м В интервале т. 499 от 1,5 м до 12 м северный борт бетонной крепи полностью нарушен 35 м 23 м3 8м3 12 м

Гор. -350 м Орт 20 В районе южного борта выработки подвинут бетон на 0,42 м Бетонная крепь частично нарушена 20 м

Гор. -350 м Орт 21 Нарушено крепление борта выработки 16 м3

В период подготовительных и нарезных работ по блоку зарегистрировано более 300 динамических явлений, из них 3 микроудара, эквивалентом по ВВ, равным 30-262 т. Мощные динамические явления с энергией 104-106 Дж в основном произошли на северном фланге и в висячем боку месторождения (рис. 3).*

19.11.2006 г. в 12 ч произведен массовый взрыв по блоку № 18. Вес заряда ВВ составил 167,8 т. Сейсмостанция «Таштагол» зарегистрировала сейсмическое событие с энергией 1,2-109 Дж. После взрыва в течение 24 ч отмечено 108 динамических явлений, максимальная энергия которых составила 3,2-104 Дж (рис. 4). На основании данных сейс-

*Исследования выполнены при поддержке фонда содействия отечественной науке и гранта имени академика М. А. Лаврентьева конкурса молодых ученых.

мостанции и визуального осмотра горных выработок было установлено, что в шахте произошла серия микроударов (рис. 5, табл.). Причиной микроударов явился рост напряжений в массиве в зоне тектонических нарушений.

В выработках наблюдалось нарушение железобетонной крепи, поднятие железнодорожных путей в ортах №№ 18-21 гор. -350 м и т.п. (рис. 6).

Геомеханический анализ напряженного состояния массива горных пород при обрушении блока № 18 показал, что механизм формирования серии микроударов существенно зависит от поля напряжений и динамических нагрузок, связанных со взрывами, а также дополнительных полей напряжений, возникающих в процессе ведения горных работ. При нагружении породы до предела прочности возникновение динамических явлений с различной энергией протекает по-

добно цепной реакции. Связь динамических явлений и взрывных работ также объясняется увеличением площади обнажений в выработанных пространствах при взрывах, которые составляют 2200-20000 м2 и более.

Таким образом, опыт подготовки и отработки блока № 18 показал, что условия, способствующие возникно-

вению серии микроударов различной интенсивности, включают: тектоническую нарушенность массива горных пород, поле напряжений, особенности распределения напряжений в массиве; мгновенное устранение условий всестороннего сжатия; размеры образующихся полостей и энергию взрывов. ШИЗ

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

Еременко Андрей Андреевич - доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией ИГД СО РАН;

Карпунин Алексей Николаевич - аспирант ИГД СО РАН;

Шипеев Олег Васильевич - кандидат технических наук, начальник участка ППГУ Таштагольского филиала ОАО «Евразруда»;

Штирц Владимир Александрович - зам. начальника участка ППГУ Таштагольского филиала ОАО «Евразруда»;

Филиппов Владимир Николаевич - главный инженер Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда»;

Громова Ирина Леонидовна - начальник службы ППГУ Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда».

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 3 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Л. Шкуратник.

ИНФОРМАЦИЯ

Решением Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки РФ в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата наук (редакция май 2007 г.) Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ) дополнительно включен в специальность «Экономика».

Таким образом, ГИАБ включен в специальности по:

• разработке месторождений твердых полезных ископаемых;

• управлению;

• вычислительной технике и информатике;

• экономике.

Текст научной работы на тему «Геомеханический анализ напряженного состояния массива гор ных пород при отработке блока на Таштагольском месторождении»