CC BY
20
РАЗРАБО ТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ
УДК 622.833 КриницынР.В.
МОНИТОРИНГ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВОВ РУД И ПОРОД В ОЧИСТНЫХ БЛОКАХ ШАХТЫ «МАГНЕЗИТОВАЯ»
Саткинское месторождение магнезигов, расположенное в Челябинской области, г. Сатка, представлено серией рудных тел пласто- и линзообразной формой длиной по простиранию от
1,3 до 3,6 км, по падению 100-150 м. Азимут простирания рудных тел 45-55°, падение на юго-восток под углом 35-45°. 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, мае -сив разбит трещинам и раз лин ного направления.
Саткинское месторождение отрабатывается открытым и подземным способом. Отработка нижней части месторождения ведется на горизонтах +340, +260, +180 м. К отработке готовится подэтаж +100 м. Отработка рудных тел подзем -ным способом ведется 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» на трех горизонтах: +297; +277 и +180 м была проведена щелевая раз -грузка. На горизонте +297 м разгрузочные щели бурили в камере № 413 и прилегающим к нему разрезном штреке. Было пробурено шесть щелей.
Аналогичные исследования проведены для горизонта +277 м, где было пробурено пять ще -лей (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 нагружен неравномерно, максимальные сжимающие напряжения расположены по простиранию рудного тела. Это объясняется наличием большой раздробленности массива трещинами, расположенными вкрест простирания рудного тела. Результаты измерений позволили опреде-
лить оптимальные параметры конструктивных элементов системы разработки
Вслед за отработкой части опытно-добычного блока (ОДБ) камерной системой и частичной закладки камер твердеющими смесями добыча блока была приостановлена из-за недостаточной
Таблица 1
Результаты замеров деформаций массива и обработки результатов
Номер щели Расположение Є, мм стк, М Па стм, М Па
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.+180 м, 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
Гор.+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 0,12 -12,6 -20,5
21 вертикальная 0,18 -18,9 -26,8
22 горизонтальная 0,14 -14,7 -18,9
Гор.+180 м, орт № 6
23 вертикальная 0,28 -29,4 -38,0
24 горизонтальная 0,20 -21,0 -26,8
25 вертикальная 0,26 -27,3 -35,9
Гор.+180 м, штрек висячего бока
26 вертикальная 0,30 -33,4 -42,1
27 вертикальная 0,27 -30,1 -38,8
28 вертикальная 0,22 -24,6 -33,3
29 вертикальная 0,23 -25,8 -34,5
30 горизонтальная 0,12 -13,4 -15,9
мощности закладочного комплекса. Было принято решение отработать нижележащие горизонты камерно-столбовой системой с вертикальными и наклонными целиками. Для уточнения парамет-ров избранной системы разработки и обеспечения устойчивости целиков были заложены на -блюдательные станции, состоящие из глубинных реперов, фотоупругих 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 пригрузка массива, вызванная образованием выработанного пространства, постепенно снижается. Отсутствие деформаций растяжения и низкие значения приращения напряжений, зарегистрированных с помощью фотоупругих датчиков, свидетельствуют об устойчивости днища очистного блока.
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 од -ной 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. 2-4.
Даіа
1 Дж 2-йсс -Полиномиальный (¿си) -Полиномиальный (Дог)
Рис. 1. Изменения приращений напряжений во времени
Таблица 2
Результаты измерения смещений по реперной линии
Дата Длина Приращение длины, мм
замера линии, мм абсолютное относительное
10.09.03 9422,10 0,00 0,00
28.10.03 9422,05 -0,05 -0,05
21.01.04 9421,90 -0,20 -0,15
10.03.04 9422,22 0,12 +0,27
14.04.04 9417,84 -4,26 -4,38
25.05.04 9419,50 -2,60 +2,06
10.06.04 9418,50 -3,60 -1,00
28.09.04 9420,09 -2,01 +1,59
27.10.04 9422,10 0 +2,01
03.03.05 9421,15 -0,95 -0,95
24.05.05 9419,55 -2,55 -1,60
14.07.05 9420,00 -2,10 +0,45
20.09.05 9421,35 -0,75 +1,25
06.12.05 9421,10 -0,90 -0,15
Приведенные на рис. 2, 3 и 4 результаты изме-рений позволяют утверждать, что за время наблюдений НДС массива в месте расположения контролируемых целиков практически не изменилось. Скачок смещений в феврале 2005 г. связан с бурением в непосредственной близости от установленных реперов технологической скважины. Отсутствие изменений в НДС массива объясняется
Смещения, мк л
Смещения, мк Смещения, мк
#■
.с?*'
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
Дата
Датчик 1 ------Датчик 2
Рис. 4. Графики замеров деформационной станции «Массив II» в вертикальной скважине
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 на -клоиного целика и подсечена отрабатываемым слоем второго очистного блока.
При вскрытии очистного блока № 1 были выявлены субвертикальные трещины северного направления, а также так называемые «зеркала скольжения», представляющие собой трещины, заполненные углисто-глинистыми породами. Поэтому для устойчивости очистных выработок дальнейшая отработка блока осуществлялась камерной системой разработки с применением узких ленточных целиков шириной 4 м. Контроль за состоянием целиков осуществлялся с помощью сейсмопрофилирования и электрометрии
При отработке блока № 2 для устранения нега -тивных последствий влияния «зеркал скольжения» были применены столбчатые наклонные целики с оптимальным углом падения 70°. Однако при отра-ботке горизонтальных нижних слоев в блоке, кроме «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 стабилизировалась. С учетом лабораторных исследований и опыта отработки блоков № 1 и 2 дальнейшую эксплуатацию месторождения решено вести восходящими горизонталь -ными 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 юж-ным падением. Где выявилось что:
• Применение наклонных целиков не может гарантировать отсутствие 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.
• Закладка, применяемая на шахте «Магнезитовая», представляет собой мелкий щебень с низким коэффициентом неоднородности и практически не оказывает влияние на несущую способность целиков.
Библиографический список
1. Рекомендации по повышению устойчивости целиков в блоке № 1 шахты Магнезитовая при наличии в них субверти-кальных трещин: Отчет о НИР /ИГД УрО РАН; Руководитель работы Шуплецов Ю.П. Екатеринбург, 2001. 15 с.
2. Геомеханическое обеспечение безопасного и эффективного производства горных работ на шахтеМ атезитовая: Отчет о НИР /ИГД УрО РАН; Руководитель работы Шуплецов Ю.П. Екатеринбург, 2005.26 с.
3. Рекомендациипообеспечению устойчивости целика 1-2 в камерах блока № 2 г. +214 м 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. Т. 6. С. 519-547.
6. Разработка, изготовление и внедрение технологического процесса и оборудования для обогащения магнезитов Саткин-ского 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; Руководитель работы 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; Руководитель работы 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; Руководитель работы 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; Руководитель работы Влох Н.П. Екатеринбург, 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 Карагайского карьера выше гор. +180 м / ИГД УрО РАН. Екатеринбург, 1999 г.
