CC BY
33
© С. А. Константинова, Н.П Крамсков, А. С. Кульминский, В.П. Соловьев, А.Н. Черепнов, 2006
УДК 622.831
С.А. Константинова, Н.П. Крамсков, А.С. Кульминский,
В.П. Соловьев, А.Н. Черепнов
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ СОЛЕНОСНЫХ ПОРОД ВОКРУГ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НА РУДНИКЕ «ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНЫЙ»
АК «АЛРОСА»
Семинар № 3
Строительство подземного рудника «Интернациональный» АК «Алроса» началось в 1976 году. С 1999 года рудник эксплуатирует подкарьерные запасы трубки «Интернациональная». В диапазоне глубин 558^863 м вмещающими рудное тело породами являются соленосные породы Чарской свиты, которые включают слои каменной соли мощностью 2,8^30,4 м и прослои известняков и доломитов мощностью 0,8^15,0 м.
По соленосным породам Чарской свиты пройдены горнокапитальные и горноподготовительные выработки достаточно большой протяженности на горизонтах №4 (Н = 600 м), №5 (Н = 690 м) и №6 (Н = 780 м). В качестве крепи горных выработок использованы: бетонная крепь с податливым внешним слоем и без него; металлические арки с железобетонной затяжкой; анкеры натяжного типа, установленные в кровле и в боковых частях выработок; комбинированная облегченная крепь, состоящая из анкеров, металлической сетки и набрызг-бетона.
В 2001-2002 годах проблема охраны горнокапитальных и горноподготовительных выработок на руднике «Интернациональный» в течение всего срока его
дальнейшей работы приобрела серьезную актуальность. В результате визуального осмотра состояния выработок и их крепи комиссией, в которую входили представители рудника «Интернациональный», институтов «Якутнипроалмаз» и ОАО «Галургия», было установлено, что все горные выработки спроектированы и построены без учета уникальных свойств соляных и соленосных пород. Поэтому практически повсеместно имеют место негативные проявления горного давления, выражающиеся в разрушении бетонной и железобетонной крепи выработок, деформациях несущих конструкций, пучении почвы с нарушениями рельсовых путей.
С 2003 года по настоящее время на руднике «Интернациональный» проводится геомеханический мониторинг, включающий
• визуальные и инструментальные наблюдения за геодинамической эволюцией геологической (природной) среды, а также крепи подземных сооружений;
• оценку в лабораторных (на образцах) и натурных условиях прочностных, деформационных и реологических показателей соленосных пород Чарской свиты;
*Работы проводятся при финансовой поддержке АК «Алроса», института «Якутнипроалмаз» и частично поддерживаются РФФИ (проект 04-01-97511).
Рис. 1. Геологическое строение породного массива и схема замерной станции № 4 на горизонте № 4 (Н = 600 м)
• математическое моделирование процессов деформирования и разрушения пород, окружающих незакрепленные и закрепленные выработки.
Цель геомеханического мониторинга состоит в том, чтобы на основе актуальных данных о свойствах и состоянии по-
род, вмещающие горные выработки, а также крепи подземных сооружений, оперативно выдавать заключения о возможности дальнейшей безаварийной эксплуатации горно-капитальных и горноподготовительных выработок в течение необходимого по условиям эксплуатации (технологического) срока службы или рекомендации по мерам охраны (включая ремонт), позволяющие сохранить выработки в устойчивом (эксплуатационном) состоянии.
Для проведения геомеха-нического мониторинга в горно-капитальных и горноподготовительных выработках подземного рудника «Интернациональный» контурными и глубинными реперами конструкции ОАО «Галургия» были оборудованы 8 замерных станций, размещенные
• в одиночных выработках, расположенных в массиве каменной соли, горизонтов № 4 и № 6 на глубине соответственно 620 и 780 м (станции № 1 и № 2);
• в однопутевом квершлаге вблизи сопряжения со сбойкой горизонта № 6 (станция № 3);
• на сопряжении клетевого ствола с горизонтальной выработкой горизонта № 4 на глубине 600 м (станция № 4);
• в камере ожидания клетевого ствола на горизонте № 6 на расстоянии 12 м от ствола на глубине 780 м;
• в конвейерном штреке и дозатор-ной камере, сопрягающихся со скиповым стволом, на глубинах соответственно 801 и 803 м (станция № 6);
• в камере обслуживания самоходного оборудования (КОСО) и в трансформаторной камере (РПП) на горизонте № 5 на глубине 690 м (станции № 7 и № 8).
Глубина заложения реперов в породы, окружающие горные выработки, составляла от 0,25 м (контурные реперы) до 15,0 м (глубинные реперы).
Период инструментальных наблюдений составил к настоящему времени 554^905 суток. Измерения производятся с использованием рулетки ВНИМИ, оснащенной конусом, с периодичностью 3^4 раза в год.
На рис. 1 и 2 в качестве примеров показаны геологическое строение породного массива и схема глубинных и контурных реперов на станциях № 4 и № 5.
Рис.2. Геологическое строение породного массива и схема замерной станции № 5 на горизонте № 6 (Н = 780 м)
Станция № 4 расположена в 2-х метрах от клетевого ствола на его сопряжении с горизонтальной горнокапитальной выработкой горизонта № 4 (Н = 600 м). Сопряжение закреплено монолитной бетонной крепью толщиной 0,6 м с круговыми поясами из швеллера № 24 и стальной арматурой. В процессе бурения вертикальной скважины наблюдали интенсивное дискование керна, около 70 % которого было разбито на диски толщиной от 0,5 до 3,0 см (реже до 7,0 см). Средняя скорость вертикальных смещений приконтурных пород за период наблюдения 2,5 года не превысила 5,0 мм/год.
Таблипя 1 Ретулььит,
на станции № 5 (Н = 780 м) - рис. 2 Рис. 3. График зависимости конвергенции 1Ч
_ стенок камеры ожидания на горизонте № 6 (стан-Расстояние точки от устья скважины
<, сут 1,5 м 3,5 м 8,0 м 12,5 м 15,0 м
18 1,5 0,5 1,0 -3,0* 6,5
51 2,5 2,0 0,0 3,0 3,0
122 7,5 3,0 4,0 4,5 4,25
172 16,5 7,5 4,0 5,5 3,0
244 14,5 8,5 6,0 7,5 4,5
344 18,0 12,0 8,5 12,5 9,0
483 24,0 19,0 18,0 14,5 17,0
Станция № 5 расположена в камере ожидания на горизонте № 6 (Н = 780 м) в 10-ти метрах от клетевого ствола в зоне влияния других околоствольных выработок. Камера ожидания закреплена податливой арочной металлической крепью с железобетонной затяжкой.
Результаты измерений смещений при-контурного массива вокруг выработки на
станции № 5 приведены в табл. 1^2 и на рис. 3.
В рамках геомеханического мониторинга проводили периодические визуальные наблюдения за состоянием горнокапитальных и горноподготовительных выработок на руднике «Интернациональный» с фотографированием наиболее характерных мест негативного проявления горного давления.
В целом по результатам инструментальных наблюдений за смещениями соленосных пород Чарской свиты в окрестности горнокапитальных и горноподготовительных выработок на руднике «Интернациональных» можно сделать следующие выводы.
• На всех наблюденных подземных станциях продолжаются смещения при-контурных соленосных пород, обусловленные их незатухающей во времени ползучестью.
• Скорость вертикальных смещений пород в кровле одиночной протяженной горный выработки в массиве каменной соли находится в диапазоне 2,57^8,09 мм/год и нелинейно зависит от глубины расположения выработки. Так при Н = 780 м значение скорости в 3 раза больше, чем при Н = 620 м (станции №№ 1,2 и 3).
• Если сечение одиночной протяженной выработки полностью расположено в массиве каменной соли, то смещения приконтурных пород в вертикальном и горизонтальном направлениях одинаковы, что свидетельствует о близости поля напряжений в ненарушенном породном массиве к гидростатическому (станция № 1).
• Если в боковой части сечения выработки находится достаточно мощный пласт доломитов, которые в образце не склонны к ползучести, то смещения точек породного массиве в боках выработки тем не менее происходят с незатухающей во времени скоростью, примерно в 2 раза меньшей, чем в кровле выработки (станция № 2). Таким образом, доломитовые породы «выдавливаются» текущей во все стороны каменной солью.
• Если выработка пройдена в слоистом породном массиве, когда слои каменной соли переслаиваются со слоями и прослоями доломитов, то скорость вертикальных смещений пород в кровле вы-
работки в 1,5^2,0 раза превышает скорость горизонтальных смещений пород в боковой части выработки (станции №№ 2,5,6 и 8).
• Если выработка находится в зоне влияния близрасположенных выработок, то скорость смещений приконтурных пород в ее кровле возрастает в 2 раза и более, изменяется в диапазоне 5,17^18,14 мм/год и возрастает с увеличением глубины расположения выработки.
• Наиболее интенсивно смещения приконтурных пород с незатухающей во времени скоростью происходят в камере ожидания вблизи клетевого ствола на горизонте № 6 (Н = 780 м) -станция № 5; конвейерном заглубленном штреке вблизи скипового ствола на горизонте № 6 (Н = 801 м) - станция № 6;
• Наибольшую опасность представляет значительная горизонтальная конвергенция стенок закрепленной бетоном дозаторной камеры (Н = 805 м) -станция № 6’. За 535 суток наблюдений горизонтальная конвергенция бетонных стенок дозаторной камеры на расстоянии 1,0 м от чугунно-тюбинговой крепи ствола составила 2,5 см.
В настоящее время Уральским научноисследовательским и проектным институтом галургии (ОАО «Галургия») созданы электронная база данных инструментального и визуального геомеханического мониторинга состояния приконтурных пород и крепи горно-капитальных и горноподготовительных выработок на руднике «Интернациональный» и компьютерная программа, позволяющая осуществлять накопление и оперативную обработку результатов мониторинга.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
Константинова С.А. - доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией ОАО «Галургия», г. Пермь,
Крамсков Н.П. - доктор технических наук, заместитель директора по науке института «Якут-нипроалмаз», г. Мирный,
КульминскийА.С. - главный инженер рудника «Интернациональный», г. Мирный,
Соловьев В.А. - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ОАО «Галургия», г Пермь,
Черепнов А.Н. - главный маркшейдер АК «Алроса», г. Мирный.
