CC BY
19
© Р.В. Криницын, С.В. Худяков, 2008
УДК 622.833
Р.В. Криницын, С.В. Худяков
МОНИТОРИНГ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ МАССИВОВ РУД И ПОРОД В ОЧИСТНЫХ БЛОКАХ ш. «МАГНЕЗИТОВАЯ»
Семинар № 11
Саткинское месторождение магне-зитов представлено серией рудных тел плоско и линзообразной формой длиной по простиранию от 1.3 до 3.6 км, по падению 100-150 м. Азимут простирания рудных тел 45-550, падение на юго-восток под углом 35-450. Средняя нормальная мощность рудных тел 30 м. Вмещающие породы залегают согласно рудным телам и представлены доломитом, сланцами и диабазами. Контакт вмещающих пород с рудой резко выражен, массив разбит трещинами различного направления.
Верхняя часть месторождения в настоящее время отработана Гологорским и дорабатывается Карагайским карьерами, ниже уровня которых запасы магнезита вскрыты вертикальными стволами, пройдены выработки околоствольных дворов и откаточные штреки на горизонтах 340 м, 260 м, 180 м, 100 м. Сат-кинское месторождение отрабатывается камерно-столбовой системой восходящими горизонтальными слоями с сухой закладкой выработанного пространства и камерной системой с закладкой камер твердеющими смесями. Для определения оптимальных параметров системы разработки и обеспечения устойчивости массивов руд и пород в очистных блоках на шахте «Магнезитовая» на указанных горизонтах было определено напряженное состояние массива методами
щелевой разгрузки, электрометрии и сейсмометрии.
На шахте «Магнезитовая» щелевой разгрузкой было охвачено три горизонта: +297 м; +277 м и +180 м. На горизонте +297 м разгрузочные щели производились в камере № 413 и прилегающим к нему разрезном штреке. Было пробурено шесть щелей.
Аналогичные исследования проведены для горизонта +277 м, где было пробурено пять щелей (три щели в камере № 219 и две в разрезном штреке).
На горизонте +180 м измерения НДС горных пород проводились в ортах № 3, № 4 и № 6, а также в штреке висячего бока. Всего пробурено двадцать щелей. Результаты замеров деформаций массива и обработки результатов представлены в табл. 1.
Анализ измерения напряжений на нижележащем горизонте +180 м. показывает, что массив находится в различной степени нагружения, где максимальные сжимающие напряжения расположены по простиранию рудного тела и вертикальные напряжения превышают уН. Это объясняется наличием большой раздробленности массива трещинами расположенными
Таблица 1
Результаты замеров деформаций массива и обработки результатов________________
№ щели Расположение Е, ММ ак, МПа ам, МПа
Гор.+297 м, камера № 413
1 вертикальная 0.13 -13.6 -16.3
2 горизонтальная 0.09 -9.4 -9.0
3 вертикальная 0.11 -11.5 -14.2
4 горизонтальная 0.07 -7.3 -8.3
Гор. +297 м, разрезной штрек
5 вертикальная 0.08 -9.0 -12.4
6 вертикальная 0.10 -11.2 -13.3
Гор.+277 м, камера № 219
7 вертикальная 0.12 -12.6 -16.1
8 вертикальная 0.14 -14.7 -18.2
9 горизонтальная 0.10 -10.5 -13.0
Гор. +277 м, разрезной штрек
10 вертикальная 0.22 -6.8 -12.5
11 вертикальная 0.10 -11.2 -16.9
Гор.+180м, орт № 3
12 вертикальная 0.24 -25.2 -31.5
13 горизонтальная 0.33 -34.6 -29.0
14 вертикальная 0.21 -21.8 -28.1
15 горизонтальная 0.18 -18.9 -25.2
Г ор.+180 м, орт № 4
16 горизонтальная 0.25 -26.2 -24.9
17 вертикальная 0.18 -18.9 -26.8
18 вертикальная 0.07 -7.3 -15.2
19 горизонтальная 0.14 -14.7 -19.8
20 вертикальная 0.36 -37.8 Выброс
21 вертикальная 0.12 -12.6 -20.5
22 вертикальная 0.18 -18.9 -26.8
23 горизонтальная 0.14 -14.7 -18.9
24 вертикальная 0.40 -42.0 Выброс
Г ор.+180 м, орт № 6
25 вертикальная 0.28 -29.4 -38.0
26 горизонтальная 0.20 -21.0 -26.8
27 вертикальная 0.26 -27.3 -35.9
Гор.+180м, штрек висячего бока
28 вертикальная 0.30 -33.4 -42.1
29 вертикальная 0.27 -30.1 -38.8
30 вертикальная 0.22 -24.6 -33.3
31 вертикальная 0.23 -25.8 -34.5
32 горизонтальная 0.12 -13.4 -15.9
Таблица 2
Результаты измерения смещений по реперной линии
Дата замера Длина линии, мм Приращение длины, мм Дата замеРа Длина линии, мм Приращение длины, мм
абсолют- ное относитель- ное абсолют- ное относитель- ное
10.09.03 9422.10 0.00 0.00 28.09.04 9420.09 -2.01 +1.59
28.10.03 9422.05 -0.05 -0.05 27.10.04 9422.10 0 +2.01
21.01.04 9421.90 -0.20 -0.15 03.03.05 9421.15 -0.95 -0.95
10.03.04 9422.22 0.12 +0.27 24.05.05 9419.55 -2.55 -1.60
14.04.04 9417.84 -4.26 -4.38 14.07.05 9420.00 -2.10 +0.45
25.05.04 9419.50 -2.60 +2.06 20.09.05 9421.35 -0.75 +1.25
10.06.04 9418.50 -3.60 -1.00 06.12.05 9421.10 -0.90 -0.15
вкрест простирании рудного тела. По результатам измерений определялись оптимальные параметры очистной выемки месторождения.
После отработки части опытно-добычного блока (ОДБ) камерной системой и частичной закладки камер твердеющими смесями добыча блока была приостановлена из-за недостаточной мощности закладочного комплекса. Было принято решение отработать нижележащие горизонты камерно-столбовой системой с вертикальными и наклонны-
ми целиками. Для уточнения параметров избранной системы разработки и обеспечения устойчивости целиков были заложены наблюдательные станции состоящие из глубинных реперов, фотоуп-ругих датчиков, реперных линий. Результаты замеров этих станций представлены в табл. 2 и на рис. 1. Результаты измерений по фотоупругим датчикам и реперной линии показывают, что при-грузка массива, вызванная образованием выработанного пространства,
Рис. 1 Изменения приращений напряжений во времени 252
6000
дата
Датчик №1 --------------Датчик №2
Рис. 2. Графики замеров деформационной станции «Массив II» в вертикальной скважине
дата
Датчик №3 ----------Датчик №4
Рис. 3. Графики замеров деформационной станции «Массив II» в наклонной скважине
постепенно снижается. С удалением фронта ведения горных работ пригрузка массива постепенно снижается. Отсут-
Дата
Датчик 1 Датчик 2
Рис. 4. Графики замеров деформационной станции «Массив II» в вертикальной скважине
ствие деформаций растяжения и низкие значения приращения напряжений, зарегистрированных с помощью фото-упругих датчиков, свидетельствуют об устойчивости днища очистного блока. Снижение же пригрузки при увеличении высоты выработанного пространства объясняется смещением выработанного пространства относительно реперной линии.
Наблюдения за поведением целиков в очистном блоке №2 гор. 180 м. осуществляются с помощью станции автоматического контроля деформаций массива «Массив - II», разработанной НПО «Автоматика» г. Красноярска. При оборудовании станции в ленточном и в ближайшем к нему наклонном целиках было пробурено по одной скважине, и в каждой из них установлены по два глубинных репера. Замеры осуществляются в автоматическом режиме 2 раза в сутки. Результаты замеров представлены на рис.2-3.
Приведенные на рис. 2, 3 и 4 результаты измерений позволяют утверждать, что за время наблюдений НДС массива в месте расположения контролируемых
целиков практически не изменилось. Скачок смещений в феврале 2005 г. связан, скорее всего, с бурением в непосредственной близости от установленных реперов технологической скважины. Отсутствие изменений в НДС массива объясняется тем, что верхняя граница очистных работ находилась ниже отметки верхнего датчика в ленточном целике. Можно утверждать, что установленная система вполне работоспособна: по линии, установленной в наклонном целике, с сентября 2005 г. фиксировались знакопеременные деформации массива. В конце октября 2005 г. произошел вывал реперов, вызванный тем, что наклонная скважина была пробурена не по центру наклонного целика и подсечена отрабатываемым слоем второго очистного блока.
При вскрытии очистного блока №1 были выявлены субвертикальные трещины северного направления, а так же так называемые «зеркала скольжения» представляющие собой трещины заполненные углистоглинистыми породами. Поэтому для
устойчивости очистных выработок и дальнейшая отработка блока осуществлялась камерной системой разработки с применением узких ленточных целиков шириной 4 м. Контроль за состоянием ленточных целиков осуществлялся с помощью сейсмопрофилирования и электрометрии.
При отработке блока №2, для устранения негативных последствий влияния «зеркал скольжения» были применены столбчатые наклонные целики с оптимальным углом падения 700. Однако при отработке горизонтальных нижних слоев в блоке, кроме субвертикальных трещин и «зеркал скольжения» северного направления были выявлены данные нарушения южного направления, что препятствует дальнейшему применению столбчатых наклонных целиков. Поэтому дальнейшая отработка блока стала осуществляться с применением ленточных целиков шириной 6 м. После их ввода в эксплуатацию устойчивость массива и очистного пространства стабилизи-ровалось. С учетом лабораторных исследований и опыта отработки блоков №1 и №2, дальнейшую эксплуатацию месторождения решено
1. Рекомендации по повышению устойчивости целиков в блоке № 1 шахты Магнезитовая при наличии в них субвертикаль-ных трещин: Отчет о НИР /ИГД УрО РАН. Рук. Шуплецов Ю.П.- Екатеринбург, 2001.
- 15 с.
2. Геомеханическое обеспечение безопасного и эффективного производства горных работ на шахте Магнезитовая: Отчет о НИР /ИГД УрО РАН. Рук. Шуплецов Ю.П..
- Екатеринбург, 2005. - 26 с.
3. Рекомендации по обеспечению устойчивости целика 1-2 в камерах блока № 2 г.+214м.
вести восходящими горизонтальными слоями с оставлением ленточных целиков с сухой закладкой выработанного пространства.
Была проведена оценка влияния закладки на несущую способность столбчатых целиков, в том числе и при наличии зеркал скольжения с южным падением. Были сделаны следующие выводы:
- Закладка, применяемая на шахте “Магнезитовая”, представляет собой мелкий щебень с низким коэффициентом неоднородности, и практически не оказывает влияние на несущую способность целиков.
- Наклон целиков под углом 700 к горизонту не может полностью гарантировать отсутствия смещений по тектоническим нарушениям
- Единственными способами предотвращения деформаций по тектоническим нарушениям являются использование ленточных целиков, крепление их приконтурной части и мероприятия по снижению влияния буровзрывных работ на несущую способность целиков.
Параметры очистных работ в каждом блоке с учетом их геологического строения будут уточняться.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
на шахте « Магнезитовая»- ИГД УрО РАН, 2005. - 7 с.
4. Рекомендации по обеспечению безопасности отработки запасов блока № 2 выше гор. +222 м на шахте “Магнезитовая”. - ИГД УрО РАН, 2005. - 16 с.
5. Зотеев В.Г., Зотеев О.В., Зотеева Е.О.
Расчетный метод определения нормативных и прочностных показателей физико-
механических свойств несвязных грунтов //Водное хозяйство России. - 2004. - № 5. - Том 6. - С. 519 - 547.
6. Разработка, изготовление и внедрение технологического процесса и оборудования для
обогащения магнезитов Саткинского месторождения в тяжелых суспензиях: Отчет о НИР /Уралмеханобр. - Свердловск, 1989.
7. Изыскание безопасного и эффективного способа подземной разработки первой очереди ш. “Магнезитовая”: Отчет о НИР /ИГД УрО РАН. Рук. Влох Н.П. - Екатеринбург, 1993. -136 с.
8. Расчет параметров камерно-столбовой системы разработки с сухой закладкой для блока № 1 гор. 180 м: Отчет о НИР /ИГД УрО РАН. Рук. Влох Н.П. - Екатеринбург, 1998. -66 с.
9. Прочность и деформируемость горных порогд /Карташов Ю.М., Матвеев Б.В., Михеев Г.М., Фадеев А.Б. - М.: Недра, 1979. - 269 с.
10. Зубков А.В. Геомеханика и геотехнология. - Екатеринбург: УрО РАН, 2001. - 335 с.
11. Исследование, промышленные испытания и корректировка параметров системы разработки на шахте “Магнезитовая”: Отчет о НИР/ИГД УрО РАН. Рук. Влох Н.П. - Екатеринбург, 1998. - 46 с.
12. Геомеханическое обеспечение безопасных параметров подэтажно-камерной системы при ее опытно-промышленном испытании: Отчет о НИР /ИГД УрО РАН. Рук. Влох Н.П., 1997. - 31 с.
13. Рекомендации по корректировке параметров камерно-столбовой системы с сухой закладкой при отработке опытного блока 1 шахты “Магнезитовая”. - ИГД УрО РАН, 1999. -21 с.
14. Рекомендации по параметрам подземной отработки прибортовых запасов Карагай-ского карьера выше гор. +180 м”: ИГД УрО РАН, Екатеринбург, 1999 г. іі5и=і
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Криницын Р.В., Худяков С.В. - ИГД УрО РАН.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 11 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. И.М. Петухов.
А
