CC BY
28
НАР 5 ;
КЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА
МОСКВА, МГГУ, 25.01,99 - 29.01.99 “““
^ А.А. Еременко, В.В. Петин, Ч
A.П. Гайдин, О.В. Шипеев,
B.А. Штирц, 2000
УДК 622.34(571.1/5)
А.А. Еременко, В.В. Петин, А.П. Гайдин,
О.В. Шипеев, В.А. Штирц
ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ
Н
а Алтае - Саянская складчатая область - важнейшая железорудная база Сибири. На протяжении нескольких десятилетий здесь разрабатываются Ташгольское, Шерегешевское, Абаканское и другие месторождения.
Кузнецкий Алатау и его южная часть Горная Шория, а также Западный и Восточный Саяны являются крупными составными частями центрального сегмента и восточной части Алтае-Саянской складчатой области [1; 2].
В Горной Шории располагается Кондомская грабен синклиналь, которая является составной частью Та-шелгино-Кондомского глубинного разлома. В районе месторождений находятся Кочуринский, Бийский мас-
сивы и ряд крупных структурных блоков. В Западном Саяне вблизи Абаканского месторождения проявились Саяно-Минусинский и Кандат-ский глубинные разломы. Как и в Г орношорском районе, так и в Западно-Саянском наиболее сильные землетрясения (5-8 баллов по шкале Рихтера) установлены в зонах разрывных нарушений, которые сопровождают разломы.
Сложная геомеханическая обстановка наблюдалась на месторождениях Горной Шории, которые расположены в непосредственной близости от эпицентра, действующего с 5 февраля 1988 г. Кочуринского землетрясения, на расстояниях 4^60 км. Землетрясение проявлялось в виде сейсмических толчков, число которых на 01.11.1998 г. составило более чем
1400. Количество сейсмической энергии, выделяемой при этом, изменялось в пределах 103 -1010 Дж. Следует отметить, что возмущение от промышленных взрывов на Таштаголь-ском месторождении распространялось по блочному массиву горных пород со скоростью 70-100 м/сут и проявлялось в эпицентральной зоне землетрясения в виде волнообразного выделения энергии. Активизация аф-тершоков землетрясения происходила в период (10-70) ± 5 сут после взрывной отбойки руды. (рис. 1).
На эксплуатируемых железорудных месторождениях Алтае - Саянской складчатой области глубина горных работ достигла 1050 м. Отработка месторождений производится в основном системой разработки этажного принудительного обрушения в сложных горно-геологических условиях, где с понижением горных работ происходят динамические явления различной интенсивности. Так, на Таштагольском месторождении зарегистрировано более 3100 динамических явлений, в том числе 17 горных ударов (из них 5 горнотектонического типа) и 19 микро ударов. Следует отметить, что основной вид проявления горного давления в динамической форме-толчки. В 1997 году произошло 534 толчка с суммарной сейсмической энергией, равной 4,3 107 Дж. (рис. 2).
Экспериментальными исследованиями установлены параметры естественного и наведенного полей напряжений на
месторождениях Г орной Шории и Хакасии. Естественное поле напряжений месторождений региона характеризуется как гравитационно-тектоническое, в котором горизонтальные составляющие в 1,4-3,0 раза больше вертикальной [3]. Величины исходных напряжений с глубиной вне и в зоне влияния очистных работ на Таш-тагольском месторождении характеризует следующие соотношения компонент напряжений:
Рис. 1. Характер изменения энергии афтершоков во времени в эпицен-тральной зоне Когуринского землетрясения при промышленных взрывах:
1, 2 — облости максимальной и минимальной сейсмической энергии афтершоков
Рис. 3. Схема расположения скважинныРиарядЬв Нврфнкаамуфяетшроекция сотрясательном взрывании в районе ствилпа^сЗанадопаЙФесЕтпроБаделия ского месторождения
а : а : а ; 4,3 : 2,6 : 1,0 [2].
1 2 3
Оценка напряженного сос-тояния горных пород с целью прогноза удароопасной ситуации в шахтах производится периодически по всем выработкам, расположенным как в зоне влияния очистных работ, так и вне этой зоны. Наблюдения за состоянием массива горных пород осуществляются системой непрерывного регионального контроля микросейсмическим (на базе сейсмостанции «Таштагол») и микро сейсмоакустическим (с использованием станций «Прогноз-5» и прибора «Ритм-1») методами. Измерения региональных полей напряжений в породах вмещающего массива производилось методом электрометрии. Используются локальные методы прогноза: гидроразрыв; кернового бурения; глубинных и контурных реперов; естественного импульсного электромагнитного излучения и др.
При ведении горных работ на месторождениях было установлено, что к наиболее существенным технологическим процессам, влияющим на состояние массива, относятся взрывные работы. Связь взрывной отбойки и проявлений горного давления свидетельствовала о возможности использования энергии взрывов для управляемого воздействия на выделяемую сейсмическую энергию динамических явлений в массиве горных пород.
На основании полученных закономерностей (изменение сейсмической энергии и приведенных расстояний от центра технологических блоков до очагов динамических явлений во времени, суммарной сейсмической энергии динамических явлений от энергии взрывов и др.) произведен прогноз динамических явлений по месту, времени и энергетическому уровню при производстве ряда промышленных взрывов. Прогноз включает: анализ геологической, горно-
технической и геомеханической обстановки на месторождении; установление динамически активных структурных блоков и геологических нарушений; определение объема отработанного очистного пространства; сейсмической энергии взрывов и динамических явлений; установление районов предполагаемых разрушений в выработках и их объемов.
Проведены экспериментальные исследования в условиях рудников Сибири по определению влияния энергетического параметра взрыва, выражаю-щегося через энергетический коэффициент КЕ , на удароопас-ность массива горных пород. Состояние массива горных пород после каждого взрыва, оценивалось энергетическим коэффициентом КЕ определяемым из выражения:
Е
кЕ=———,
— 4,19 • 3 • Qз
где ев -сейсмическая энергия взрыва, Дж; Ев =10 К ; К -показа-тель энергетического класса [4], равный; К =2,76 ^ т+2,24; т-длительность сейсмического события, с; 1-полная удельная работа взрыва заряда ВВ;
кал/кг; Qз - масса заряда ВВ (грам-монит 79/21), кг.
Установлено, что при значениях Ке, близких к нулю, следует считать, что напряженно-деформированное состояние массива не претерпело существенных изменений. При КЕ равном от 3,5 10-4 до 10-3 и более массив находился в области упругих деформаций и в шахте происходили удары горно-тектонического типа, горные удары, микроудары и толчки, вызвавшие обрушение горных пород и
бетонной крепи, поднятие железнодорожных путей и т.п.
С учетом особенностей отработки месторождений разработаны технологические решения, повышающие безопасность горных работ, включающие региональные и локальные способы управления горным давлением, позволяющие перемещать максимум опорного давления из менее устойчивых в более устойчивые участки массива горных пород.
Региональные способы управления горным давлением включали использование энергии взрывов:
• при заряжании технологических блоков масса зарядов ВВ и интервалы замедления выбирались в соответствии с ожидаемой суммарной сейсмической энергией динамических явлений;
• установление местоположения динамически активных контактов геологических структур путем взрывания последовательно разнесенных в массиве зарядов ВВ различной массы;
• направленное с движение структурных блоков по геологическим нарушениям за счет взрывания зарядов ВВ в плоскости, параллельной разрыхленной зоне;
• осуществление взрывов в массиве горных пород на пути движения волны деформации со стороны охраняемых выработок.
Локальные способы снижения удароопасности массива горных пород включали следующее:
• ведение технологических операций в блоках и порядка их отработки в определенной последовательности, включающие, например, оформление выпускных воронок под будущей компенсационной камерой в блоках, создание подсечного пространства под компенсационной камерой и др.;
• создание компенсационных камер в форме эллипсоидов и цилиндров, расположенных в соответствии с направлением максимального главного напряжения, и подсечки в форме прямоугольной трапеции;
• схемы камуфлетного взрывания, бурение разгрузочных шпуров и скважин, включающие расположение скважин в шахматном порядке в районе границ дайковых тел, а также ступенчатое взрывание (рис. 3);
• крепление выработок железобетонной и штанговой крепью, отличающихся от известных тем, что поверхность железобетонной крепи по длине выработки формируют по синусоиде с постоянной величиной амплитуды и переменным периодом, уменьшающимся по мере возрастания нагрузки на крепь; трубчатый анкер снабжен насадкой, которая выполнена в виде жестко связан-
ного с ним стакана с прокладкой детонирующего шнура и заряда ВВ, размещенного в остальной его части;
• при креплении выработок демпферный слой сооружают из неоднородного по плотности забутовочного материала с увеличением плотности от контура выработки в направлении к крепи, причем в зонах действия минимальных напряжений переменная
плотность забутовочного материала больше, чем в зонах действия максимальных напряжений.
Использование выше перечисленных способов управления горным давлением позволило снизить уровень и интенсивность динамических явлений, а также затраты на подготовительно -восстановительные работы на месторождениях Сибири.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тектоника и глубинное строение Алтае - Саянской складчатой области / Сурков В.С., Жеро О.Г., Уманцев Д.Р. и др. - М. : Недра, 1973.
2. Курленя М.В., Еременко АА. Шрепп Б.В., Кононов АН. Геомехани-ческие особенности отработки удароопасных месторождений Алтае -Саянской складчатой области // ФТПРПИ. - 1997. - № 3
3. Шрепп Б.В., Мозолев А.В., Гайдин П. Т. и др. Оценка эффективности элементов ударобезопасной технологии на Таштагольском руднике // Горн. журн. - 1989. - № 12
4. Указания по безопасному ведению горных работ на месторождениях Горной Шории, склонных к горным ударам / ВостНИГРИ, ВНИМИ. Новокузнецк, 1991.
т
Еременко А.А. докчор юхничсских наук, Инсшт трнот дела Сибирскою отделения РАН.
Петин В.В.— . горный инженер, Институт горного дела Сибирского отделения РАН. Гайдин А.П. - горный инженер, Шерегешское рудоуправление Шипеев О.В. - Таштагольский рудник АООТ “Кузметкомбинат”.
Штирц В.А. — горный инженер, Таштагольский рудник АООТ “Кузметкомбинат”.
У
