Особенности проявления горного давления в окрестности капитальных выработок на руднике «Интернациональный» АК «АЛРОСА»

Константинова С.А.; Соловьев В.А.; Воронцов В.И.; Зальцзейлер О.В.; Крамсков Н.П.; Сороченко М.К.

В.И. Воронцов, О.В. Зальцзейлер,

Н.П. Крамсков, М.К. Сороченко,

2004

УДК 622.831

С.А. Константинова, В.А. Соловьев, В.И. Воронцов,

О.В. Зальцзейлер, Н.П. Крамсков, М.К. Сороченко

ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ОКРЕСТНОСТИ КАПИТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК НА РУДНИКЕ «ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНЫЙ» АК «АЛРОСА»

Семинар № 2

Одним из основных горно-геологических факторов, оказывающих существенное влияние на характер деформирования вмещающих пород при разработке кимберлито-вых трубок «Интернациональная» и «Мир» в Якутии и, следовательно, влияющих на выбор системы и технологии подземной отработки и способов охраны капитальных выработок, является наличие мощных соленосных толщ (~ 300 м) во вмещающих породах.

На руднике «Интернациональный», который начали строить в 1976 г. и запустили первую очередь только в 1999 г., по соленосным породам пройдены три горизонта («-200 м», «-290 м», «380 м») капитальных выработок на глубинах соответственно 599, 690 и 780 м. Протяженность капитальных выработок значительна. Практически все горнокапитальные выработки закреплены. В качестве крепи использованы бетон, железобетон, металлические арки, анкеры, установленные как в кровле, так и в боках выработок, по сетке 0,8 х 0,8 м2.

В настоящее время в капитальных выработках имеют место негативные деформационные процессы той или иной интенсивности. На рис. 1 в качестве примера иллюстрируются негативные проявления горного давления в камере ожидания, которая находится на горизонте № 6 (Н = 780 м) в 10 м от клетевого ствола (рис. 2). Выработка имеет ширину 3,0 м, высоту 2,5 м и закреплена податливой металлической арочной крепью с железобетонной затяжкой.

Для оценки интенсивности проявления горного давления, обусловленного ползучестью приконтурных соленосных пород, в экспериментальной выработке была оборудована

замерная станция и отобраны породные образцы для определения их прочностных и деформационных показателей.

В кровле экспериментальной выработки станком НКР-100 бурили вертикальную скважину длиной 15,0 ми диаметром 90 мм с отбором керна.

Рис. 1. Состояние крепи камеры ожидания

газоубежища вблизи клетевого ствола на горизонте Мб («-380 м») рудника «Интернациональный» АК «АЛРОСА»

Рис. 2. Околоствольный двор горизонта Мб

(«-380 м») рудника «Интернациональный» АК

«АЛРОСА» и местоположение станций М5 и Мб

Состав пород по скважине от ее устья следующий: 0,0V7,5 м - каменная соль; 7,5^8,5 м -доломиты; 8,5^12,8 м - каменная соль;

12,8^15,0 м - доломиты.

В вертикальной скважине были установлены 4 глубинных репера зонтичного типа с гибкими тягами. В почве выработки был установлен контурный репер. В одной из стенок экспериментальной выработки в горизонтальном шпуре глубиной 2,1 м, пробуренном на расстоянии 1,5 м от почвы выработки, установлены два глубинных трубчатых репера с гибкими тягами. В другой стенке выработки на расстоянии 1,5 м от ее почвы установлен контурный репер. На рис. 3 показан общий вид глубинных реперов конструкции ОАО «Галургия».

На рис. 4 показаны графики зависимостей вертикальных и горизонтальных сдвижений приконтурных пород от времени. Наибольшие смещения пород с возрастающей скоростью отмечены в кровле экспериментальной выработки на глубине 1,5 м от породного контура, что указывает на возможное трещинообразова-ние (расслоение по контакту) и ускоренный прогиб породной пачки в кровле.

Керновый материал из скважины был представлен керном диаметром от d = 72,7 мм до d = 76,0 мм. Были изготовлены образцы соленосных пород:

• цилиндрической и кубической формы при h/d = 1 (где d - диаметр или сторона

квадрата) для испытаний на сжатие;

• цилиндрической и призматической формы при h/d = 2 для определения модуля упругости;

• прямоугольного и круглого сечения с двумя параллельными плоскостями и такими размерами, чтобы площадь поверхности разрыва (раскола) была не менее 3 см2 и не более 100 см2, для испытаний на растяжение.

Лабораторные эксперименты на сжатие проводили на испытательной машине ИР 5143 в соответствии с ГОСТ 21153.2-84 и ГОСТ 28985-91 [1, 2], на растяжение - на испытательной машине БУ-39 в соответствии с ГОСТ 21153.3-85 [3].

После статистической обработки результатов лабораторных испытаниях породных образцов по методике, представленной в работах [4, 5] было установлено, что образцы каменной имеют

• предел прочности при одноосном сжатии асж = 20,97 МПа;

Рис. 3. Общий вид глубинных реперов: а - зонтичного типа с установочной штангой; б - трубчатый

• предел прочности при растяжении ар = 0,93 МПа;

• модуль упругости Еу= 1,46 х 104 МПа;

• угол внутреннего трения р и сцепление С соответственно 66°13' и 2,21 МПа;

• предельный модуль деформации D = 1,67 х 103 МПа;

• предельную (критическую) продольную деформацию si = 1,35 %.

Образец тектонической брекчии с обломками доломитов имеет

• прочность на сжатие при h/d = 1 асж = 23,3 МПа;

• прочность на растяжение ар = 1,43 МПа;

• предельный модуль деформации D =

1,45 х 103 МПа;

• предельную (критическую) продольную деформацию £1 = 1,61 %.

Кроме вышеописанной станции, в июне 2003 года в капитальных выработках рудника «Интернациональный» были оборудованы еще 5 замерных станций в различных горно-геологических и горнотехнических условиях.

В результате анализа данных натурного эксперимента за период с июня по декабрь 2003 года установлено следующее.

• Во всех экспериментальных выработках отмечаются незатухающие во времени смещения приконтурных пород и конвергенция породного контура выработок со скоростями

0,25 3,0 мм/мес.

• Деформации приконтурных пород уменьшаются с увели-

Рис. 4. Вертикальные (а) и горизонтальные (б) смещения приконтурных пород в камере ожидания на горизонте № 6 (Н = 780 м) рудника «Интернациональный» в 10 м от клетевого ствола: I - расстояние от контура выработки в глубь массива

чением глубины I заложения ре-

перов, т.е. с удалением от контура выработки в глубь массива.

• Конвергенция породного контура выработок и скорости деформирования приконтурных пород увеличиваются с увеличением глубины Н расположения выработок (на горизонте «-380 м» в два раза больше, чем на горизонте «-200 м»), а также с увеличением коэффициента изрезанности массива взаимовлияющими выработками [6] (вблизи стволов в три раза больше, чем в одиночных выработках).

• Отмечается разрушение пород в почве выработок - «пучение».

• Возможно трещинообразование (расслоение породных пачек) в кровле и почве выработок на контакте каменной соли и доломитов и «отжим» пород в стенках выработок.

1. ГОСТ 21153.2-81. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии.

2. ГОСТ 28985-91. Породы горные. Метод определения деформационных характеристик при одноосном сжатии.

3. ГОСТ 21153.3-85. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном растяжении.

4. Каждая А.Б., Гуськов О. И. Математиче-

Уже сейчас однозначно можно сказать, что неудовлетворительное состояние крепи капитальных горных выработок в соленосных породах Чарской свиты на руднике «Интернациональный» вызвано ошибками проектирования (и, может быть, строительства...), когда на соляные и соленосные породы и породные массивы переносится опыт, относящийся к угольным и рудным месторождениям, где вмещающие породы имеют совершенно другие деформационные и реологические показатели.

В заключение авторы считают своим приятным долгом выразить благодарность A.B. Вечкитову и A.C. Кульминскому за помощь в организации и проведении натурных исследований на подземном руднике «Интернациональный» АК «АЛРОСА».

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ские методы в геологии. - М.: Недра, 1990.

5. Руппенейт К.В., Долгих М.А., Матвиенко В.В. Вероятностные методы оценки прочности и деформируемости горных пород. - М.: Стройиздат, 1964.

6. Константинова С.А., Мисников В.А. Коэффициент изрезанности массива - обобщенный показатель взаимовлияния близлежащих выработок и сопряжений // Подземное и шахтное строительство. - М.: Недра, 1991.

— Коротко об авторах

Константинова Светлана Александровна - доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией геоди-намической безопасности,

Соловьев Вячеслав Алексеевич - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Уральского научно-исследовательского и проектного института галургии (ОАО «Галургия»), г. Пермь.

Воронцов Валерий Иванович - научный сотрудник Уральского научно-исследовательского и проектного института галургии (ОАО «Галургия»), г. Пермь.

Залъцзейлер Ольга Владимировна - научный сотрудник Уральского научно-исследовательского и проектного института галургии (ОАО «Галургия»), г. Пермь.

Уральский научно-исследовательский и проектный институт галургии (ОАО «Галургия»), г. Пермь.

Крамсков Николай Петрович - кандидат технических наук, зам. директора по науке, Сороченко Максим Константинович - инженер II кат. лаб. подземных горных работ,

Институт «Якутнипроалмаз», г. Мирный.

'S'-

Текст научной работы на тему «Особенности проявления горного давления в окрестности капитальных выработок на руднике «Интернациональный» АК «АЛРОСА»»