Особенности отработки очистного блока №2 Ш. Магнезитовая г. Сатка Челябинской области Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

- © Р.В. Кринипын, C.B. Худяков, 2013

УДК: 622.838.5:622.273.3

Р.В. Криницын, С.В. Худяков

ОСОБЕННОСТИ ОТРАБОТКИ ОЧИСТНОГО БЛОКА №2 ш. МАГНЕЗИТОВАЯ г. САТКА ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ

Рассмотрены варианты отработки очистного блока №2 в зависимости от меняющейся тектоники рудного массива В сложившихся условиях рекомендовано использование ленточных целиков с различными устойчивыми пролетами камер. Ключевые слова: напряженное состояние, горное давление, зеркало скольжения.

Саткинское месторождение магнезита расположено в Челябинской области в г. Сатка. Месторождение отрабатывается как открытыми работами, так и подземным способом. Отработка подземным способом осуществляется камерно-столбовой системой слоями в восходящем порядке с сухой закладкой выработанного пространства. Блок № 1 отрабатывался узкими ленточными целиками шириной 4 м и в ходе его отработки практически все целики находились в устойчивом состоянии и работали в упругом режиме.

Блок № 2 по проекту должен был отработан столбчатыми целиками увеличенных размеров (8х8) м. Однако, не смотря на то, что согласно проведенным расчетам, такие целики обладают требуемым коэффициентом запаса прочности (КЗП > 1,3), их нельзя оформлять вертикальными. При вертикальных стенках вблизи северной верхней и южной нижней части целиков возникают растягивающие напряжения, а на противоположных участках — большие сжимающие. Такое неравномерное распределение напряжений вызвано изгибом целиков при деформировании массива вмещающих пород в выработанное пространство. При составле-

нии нового проекта на отработку блока № 2 для поддержания налегающей толщи было решено применить наклонные столбчатые целики в сторону падения пласта. Выбор такой конструкции целиков определялся высоким уровнем горизонтальных напряжений и наличием в слое магнезита наклонных зеркал скольжения с южным падением, согласным падению пласта. Наклон целиков не только позволяет компенсировать изгибающий эффект горизонтальных напряжений, но и повысить устойчивость зеркал скольжения. Так как для обеспечения устойчивости тектонического нарушения отклонение оси целика от нормали к тектоническому нарушению не должно превышать угла трения по контакту, то при угле трения по контакту 10—120 и падении тектонического нарушения под углом 300 угол наклона целика не должен быть меньше 700.

Причиной перехода участков зеркал скольжения в неустойчивое состояние является воздействие горизонтальных напряжений: вблизи от контакта целик-камера напряженное состояние целика не является одноосным. При этом на участках зеркал скольжения, находящихся вблизи от этого контакта, под воздействием го-

г

il

° й

а 5

s -а

tr га

Я S

Я §

го

t. S

го а

Ü

I g

п I

I g

s «

Я п

s £

ov а

S я

° s

S) В

§ S

S a

s ai

M 5

я a

■о й

0 s

ro *

1 л a о

ra

I

S §

-I

g, t¡

o g

I

о

H

ov

-9.5-10.0 -B.L 0,2 -fl.B -7,5 -6,'a -lia

-a:? -s i -i

-Э.В -3,7 -7,2 0,2 -3.9 -7,3 -6,'û -l'.b

-а:э -5-1 -Яг^

-9.3 -10.8 0.5 0,2 -э!9 -5,'fl 1.Í -ч;5 -4.1

-а.? -5,7 0.9 о, -3.D -В,'О 1.3 -ч;з -э!3

-24,2 D.B -О,S -0.3 -9.3 D.Ï 0.6 -Eil

-25,0 D.É -0,7 2,1 -5.9 D.fc 0.1 -Eil

ЯГ ЧТ "И

0.7 -Ч.Ч -1,7 0.1 0.3 0.6 0,5 -Eis

].'L" 'J.T -П

4fr Ttr чет

г L.o 0.S -1,5 0.5 0.2 0.1 5,5 -Б;5

"ЧЛ" 'Uli' UM' '-Ï.D

-0,

-LÜG

-4.9 0-2 D-l -3-3 -6-8

g.7 -1.4 -е;а -e.'o -?:n

-з,о -в;

-o;t

-s,'a o-ï"1

^ -l.B -3,0 -B.L -9.3

I -IL.5 -э.'2 -s.'e -э:?

1-1э;г-11;э-1о;5-1о;г

■G,0 -О

_о;з -lî'.G-^O-lS-Ml-e-U'.î 10a-ir9-LÍL-li:9-ir.4

■О'Ч ■5,'н

-LZ.E-lí',5 -11'-3-11^-И:Б-1Г,5

.l0i9.i];a-ii',4-ii;5-n;e-ir,5

-[j'g-ll'.fl-lliS-lllB-lï.S

u.i лч

0in -i;a 0-3 D-B -Э-Э -6.7 г.'Э -5,3 -5,'5

2.6 -в;г -?;э

D.T

-5,2 О.Г

oiS -о;в -1.3 -5,з -е;? -в;а

■г -j;6.7:7 -в:0 .g:i

4L',7 -S,'S -5,'Э -э;ч

'0.1

-s.'a -M

itM-'г

jg;5 -9.2 -10.5-10.2 -9.0

Г

^4.-i];0-io',7-LO.a-io.4 -10; 1 L /-ю;7-1Г.а-10:9-10:0-ю'.э

-ч;э -ä.'s

-lO.E-11,6 -10.9-10,7

_g.g -12',2-U.2-11.D-1O',0

.[j-j-11,7-11.4-11.2-11',O

ризонтальных напряжений происходят подвижки массива по восстанию поверхности ослабления. Поскольку каждая из камер набирает свою высоту постепенно, эти подвижки захватывают и зеркала скольжения, расположенные в средней части рудного тела.

Таким образом, с учетом вариации прочностных свойств и ориентировки зеркал скольжение наклон целиков под 700 к горизонту не может гарантировать их упругое деформирование при отработке нижних слоев. При отработке верхних слоев горные работы приблизятся к Гологорскому карьеру, где соотношение между горизонтальными и вертикальными напряжениями уменьшается, и подвижки по тектоническим нарушениям должны прекратиться.

В ходе отработки запасов четвертого слоя при проходке просечки из камеры № 2 в камеру № 1 между целиками 1—2 и 1—3 шириной 8 м в северо-восточной части междукамерного целика 1—2 было обнаружено зеркало скольжения с углом падения 600 в северном направлении.

В дальнейшем стало ясно, что подобные случаи нельзя считать единичными: в ходе отработки запасов 4-го и 5-го слоев было установлено, что зеркала скольжения северного падения довольно широко распространены в западной части блока № 2. Кроме того, есть основания ожидать их распространения и на центральную часть данного блока при отработке вышележащих слоев. Стало очевидным, что применение наклонных столбчатых целиков нежелательно из-за обнаружившихся зеркал скольжения северного падения.

Были рассмотрены несколько вариантов выхода из создавшегося положения: (например: такие как уменьшение высоты отрабатываемого слоя, закладка вынимаемого 5 слоя крупногабаритной закладкой, крепление создаваемых обнажений массива сразу вслед за проходкой камер и просечек и т.п.). Часть мероприятий признана невыполнимой по техническим причинам. Наиболее оптимальным с технологической точки зрения было признано изменение угла наклона целиков на 900 к горизонту. В этом положении целики должны обеспечивать примерно одинаковую устойчивость зеркал скольжения как северного, так и южного падения. Для оценки возможности изменения угла наклона целиков было просчитано несколько схем методом конечных элементов. В качестве граничных условий принималось первоначальное напряженное состояние массива пород. Поскольку расчеты выполнялись в рамках плоской задачи, величина первоначальных напряжений была увеличена в соответствии с методикой Турнера-Шевякова. Результаты расчетов в виде напряжений на контуре камер приведены на рис. 1. Анализ этих результатов позволяет утверждать, что вертикальная ориентировка целиков приводит к формированию в их верхней части растягивающих напряжений величиной от 0,2 до 2,8 МПа. Формирование такого поля напряжений приведет к раскрытию естественной трещиновато-сти и потере несущей способности целика.

Для эффективного снижения величины растягивающих напряжений необходимо снижение высоты столб-

чатых целиков с 30 + 50 м до 5 + 10 м, что приведет к резкому увеличению потерь полезного ископаемого. Поэтому единственно приемлемым решением, с точки зрения выбранной технологии извлечения запасов магнезита, является переход на ленточные целики, располагаемые на столбчатых целиках выше 5-го слоя. Поскольку ленточный целик обладает большей несущей способностью по сравнению со столбчатым, то его толщина может быть уменьшена с 8 до 5—6 м. Кроме того, уменьшение толщины целиков автоматически приводит к увеличению пролетов камер (при толщине целиков 6 м пролет камер увеличивается до 12 м, а при толщине 5 м — до 13 м). Для оценки возможности безопасного увеличения пролета камер было проведено моделирование напряженно-деформированного состояния массива в окрест-

ности 13 камер, причем первые 3 камеры имели пролет 10 м и разделялись 6-метровыми целиками, а последующие камеры имели пролет 12 или 13 м. В результате расчетов были получены напряжения в кровле камеры с пролетом 12 м равными -3,4 МПа, а при пролете 13 м -3,2 МПа. Таким образом, в кровле камер сохраняются сжимающие напряжения, что обеспечивает ее устойчивость, причем запас величины сжимающих напряжений позволяет рассчитывать на устойчивость камеры даже при 20-процентном вариации поля напряжений. 3аключение: 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.

1. 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.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Рекомендации по обеспечению устойчивости целика 1—2 в камерах блока № 2 г.+214м. на шахте «Магнезитовая» — ИГД УрО РАН, 2005. — 7 с. ШШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Криницын Роман Владимирович — научный сотрудник, Roman_krinicyn@mail.ru, Худяков Сергей Владимирович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН.

_Д