Обеспечение крутых углов погашения бортов карьеров за счет внедрения геомеханики обоснованных технологических приемов подземных работ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК. 622. 271

А.В. Зубков

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КРУТЫХ УГЛОВ ПОГАШЕНИЯ БОРТОВ КАРЬЕРОВ ЗА СЧЕТ ВНЕДРЕНИЯ ГЕОМЕХАНИКИ ОБОСНОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ ПОДЗЕМНЫХ РАБОТ

Обеспечение безопасности при формировании крутых углов погашения бортов карьеров в ряде случаев возможно путем включения в открытую геотехнологию геомеханически обоснованных элементов подземной геотехнологии.

Наиболее перспективно применять комбинированную геотехнологию при разработке протяженных крутопадающих месторождений, к примеру, разрезами:

- 50 лет Октября протяженностью Ь=5-7 км и угле падения пластов ап=40-90°;

- Краснобродский при ап=60-90°;

- Кедровый при ап=40-70°.

Если принять, что борт карьера сложен изотропными и упругими породами, то чем круче угол погашения борта карьера, тем напряжения в нем меньше (рис. 1, табл. 1) [1].

Напряжения в бортах и дне карьера

№ точки на рис. 4 При от=-45 МПа а6, град При От=-10 МПа а6, град

35 43 70 35 43 70

1 -15 -6 0 -3 -2 0

2 -27 -17 0 -7 -5 0

3 -40 -30 0 -10 -8 -2

4 -52 -44 -11 -14 -12 -3

5 -78 -74 -36 -20 -20 -12

6 -150 -150 -122 -36 -40 -40

7 -270 -290 -460 -69 -75 -133

8 -186 -206 -300 -48 -52 -82

9 -140 -150 -160 -32 -36 -44

Среднее ст в борту -44 -37 -18 -11 -10 -6

% площади, 26 - 7 15 - 8

где ст > стт

203

Практически во сколько раз увеличивается угол погашения борта, во столько же раз уменьшаются напряжения в борту, но увеличиваются напряжения в придонной части карьера. Поэтому без применения специальных методов снижения уровня напряжений в придонной части карьера рекомендовать оформлять угол погашения борта 60-65° не целесообразно из-за образования трещин скола у дна под углом 15-20° к горизонту с последующим искривлением их в сторону поверхности и неизбежному заколу борта.

Для предотвращения закола борта в этих условиях необходима по линии сопряжения борта с дном карьера образовать разгрузочную щель путем бурения строчки скважин диаметром до 300 мм из подземных выработок. Эффективность этого мероприятия можно продемонстрировать на карьере при Нк=300 м, ширине дна 80 м, одном борте 45°, другом - 60°, глубине щелей 25 м. С помощью податливости щелей в результате сжатия в них дробленой породы величину сжатия в массиве придонной части ограничили 20 МПа.

При расчетах были заданы гравитационно-тектонические напряжения: вертикальные az =уН, горизонтальные напряжения сг=ст+уН, где ст=-10 МПа - тектоническая составляющая характерная для угольных месторождений Кузбасса. В результате этого мероприятия сжатие в придонной части было уменьшено в 8-10 раз, а в самом борту в 1.5-2 раза (рис. 2). Максимум сжатия был уменьшен в 2-3 раза со 120-150 МПа до 50-55 МПа, и перемещен в глубину массива в зону объемного сжатия, что исключает образование трещин скола.

Практически во всех скальных породах особенно по висячему боку можно обеспечить устойчивость бортов карьера под углом 6065° путем применения соответствующих геомеханических мероприятий. Однако динамические нагрузки от массовых взрывов могут настолько нарушить массив борта, что достичь указанных углов будет невозможно. Неупругие деформации распространяются в массив борта на десятки метров. С целью определения влияния взрывных работ на законтурный массив в натурных условиях на карьерах Качканарского ГОКа была произведена серия промышленных экспериментов. Исследовано влияние на законтурный массив массовых взрывов, взрывов по созданию отрезной щели и взрывов по отработке приконтурной зоны по спецтехнологии на отрезную щель.

205

Массовое взрывание при величине зарядов в скважинах 520560 кг и независимой их работе показало, что величины остаточной деформации массива составляют 80-150 мм, а ширина зоны - 30-35 м.

Исследование механизма передачи энергии взрыва через искусственно создаваемый экран - отрезную щель проведены в крупноблочных породах 1У категории. Отрезная щель создавалась одновременным взрывом контурных зарядов линейной массой 3 кг/м в скважинах диаметром 0,25 м, длиной 15,9-16,1 м при расстоянии между скважинами 3м. Взрыв контурных зарядов создает в охраняемом массиве по поверхности уступа зону остаточных деформаций шириной 12-18 м при интенсивности на расстоянии 5 м от линии контура 50-120 мм. Отбойка приконтурного целика скважин-ными зарядами дробления диаметром 0,25 м с массой заряда в при-контурном ряде скважин 310-320 кг схемами с независимой работой зарядов дробления за отрезной щелью наведенная ширина зоны остаточных деформаций не превысила 15 м, а амплитуда их на расстоянии 5 м от линии контура составила 40-60 мм. Следовательно, само создание отрезной щели приводит к образованию зоны остаточной деформации в защищаемом массиве, ширина которой сравнима с зоной, создаваемой при взрывании приконтурной зоны по спецтехнологии при наличии этой щели [2].

Следовательно, несмотря на контурное взрывание и применение спецтехнологии при отбойке приконтурной зоны, массив на ширину уступа постоянного борта будет нарушен и в последующем возможно его обрушение.

С учетом вышеизложенного на действующих карьерах оформление постоянного крутого борта целесообразно производить по следующей схеме.

Массив постоянного борта вскрывают из карьера штольнями, которые проходят до его контура, а вдоль борта проходят буровые выработки (рис. 3). По высоте горизонты, на которых проходят горизонтальные выработки, располагают через 3-4 уступа рабочего борта, т.е. 60-70 м. По контуру будущего постоянного борта образуют зоны разупрочненных пород (ЗРП) шириной, к примеру, 3 м путем бурения и взрывания рядов скважин диаметром до 100 мм. По мере отбойки породу подвыпускают, оставляя саму ЗРП заполненной дробленой породой. Такой экран практически полностью поглощает волны

207

Рис. 3. Схема оформления постоянного борта с использованием подземных буровзрывных работ

напряжений, не пропуская их в массив постоянного борта, но параметры его необходимо корректировать применительно к конкретным геологическим условиям.

Одновременно с образованием ЗРП в массиве борта через 6070 или 120-150 м (по высоте) создают разгрузочные щели (РШ), которые обеспечивают снижение статических напряжений в борту. По подошве будущего уступа создают разгрузочную щель путем бурения скважин диаметром 100 мм через 1,2-1,5 м и взрывания их через одну пустую, что позволит при отбойке массива не производить на этом участке перебур, а, наоборот, скважины можно будет недобуривать на 1,5-2 м.

Оформление высокого уступа постоянного борта целесообразно осуществлять путем одновременной отбойки 3-4 уступов рабочего борта с движением фронта выемки вдоль постоянного борта (рис. 4). В этом случае достигается высокая концентрация погрузочных работ в результате отбойки сотен тысяч м3 горной массы на ограниченном участке борта. Верхнюю часть образовавшегося высокого навала целесообразно забирать кронлайнами, а нижнюю обычной мехлопатой.

208

стоянному

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зубков А.В. Геомеханика и геотехнология. - Екатеринбург: УрО РАН, 2001, 335 с.

2. Артемьев Э.П., Рождественский В.Н. Повышение эффективности взрывных работ путем управления энергией взрыва на карьерах //Международная конф. По буровзрывным работам. 1У: Сб. докладов. - М., 1999. - с. 17-19. ЕШ

— Коротко об авторе -

Зубков А.В. - д-р техн. наук, ИГД УрО РАН.

© В.И. Клишин, М.В. Курленя,

209