CC BY
68
© В.П. Драсков, 2004
УДК 622.83 В.П. Драсков
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССА СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД НА САРАНОВСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ ХРОМИТОВ *
Семинар № 8
Сарановское месторождение хромитов расположено на склоне Среднего Урала в Чусовском районе при населенном п. Сараны Пермской области.
Разработка месторождения поначалу производилась открытым способом, а с 1940 г. его глубинные запасы отрабатываются подземными горными работами. При этом осуществляемые шахтой Сарановская «Рудная» многолетние подземные разработки образовали на территории месторождения обширную мульду сдвижения и обрушения земной поверхности. Где на сегодняшний день проявились и протекают деформационные процессы, изменяющие первоначальное состояние подрабатываемого породного массива и его земной поверхности в состояние развития процесса сдвижения горных пород с определенными закономерностями и особенностями.
Принимая во внимание, что в современные границы вредного влияния подземных разработок попадают сооружения рудничного комплекса и объекты жилой зоны поселка, отработка оставшихся запасов месторождения оказалась напрямую связана с необходимостью проведения исследований закономерностей и особенностей характера развития процесса сдвижения горных пород и соответственно с решением вопросов проблемы охраны подрабатываемых объектов.
Горно-геологическая характеристика Сарановское месторождение хромитов представлено рудоносной зоной протяженностью 2 км и шириной 40-50 м, включающей три, разделенных безрудными пропластами, жилообразных рудых тела. По характеру залегания рудных тел месторождение подразделяется на Северный, Центральный и Южный участки. Падение рудных тел на Северном фланге 50-60°, на Центральном участке и Се-
верном фланге 70-80°. Вмещающие породы представляют собой линзообразный серпенти-нитовый массив с крепостью пород / = 10-12, залегающий в сланцевой толще. Тектоника на месторождении представлена пересечением рудных тел многочисленными дайками пород вмещающей структуры и разрывными нарушениями. В физико-механическом отношении руды и горные породы в основном крепкие, устойчивые, особенно на Северном участке. Тем не менее наблюдается случай самообру-шения горных пород, зачастую, приуроченных к расположению тектонических нарушений и даек.
Верхняя часть рудных тел отработана карьером до гор. +462 м. Подземными горными работами к настоящему времени отработаны запасы на горизонтах +400 м, +340 м, +220 м. Современные горные работы ведутся на гор. +160 м и гор. +100 м.
Основной системой разработки месторождения является система подэтажных штреков с отбойкой руды штанговыми скважинами на открытые камеры с оставлением междукамер-ных, междублоковых и междуэтажных целиков с закладкой выработанных пространств пустой породой.
Глубина разработки месторождения от поверхности на Центральном участке достигает 300-400 м, а ее протяженность составляет 1400 м. При этом выработанные пространства бывшего карьера трансформировались в общую зону обрушения с соответствующим ее разделением породными промежутками на два участка: Южный с протяженностью 350 м и Центральный с протяженностью 580 м.
С целью получения необходимой информации для изучения состояния и характера развития процесса сдвижения его закономерностей и особенностей на территории разраба-
* Работа выполнена при поддержке РФФИ и Совета по грантам Президента РФ
тываемого месторождения оборудованы капитальная и специальные наблюдательные станции, состоящие из профильных линий с реперами и реперами, закрепленными в конструкциях подрабатываемых сооружений (рис. 1).
Закономерности и особенности развития процесса сдвижения
Результаты осуществляемых ИГД УрО РАН систематических инструментальных наблюдений с использованием классических методов и приборов, а в последнее время с привлечением аппаратуры и технологий спутниковой геодезии GPS позволили выявить ряд источников протекающих в мульде сдвижения деформационных процессов, которые обусловили развитие и современное состояние процесса сдвижения горных пород на месторождении.
На современный характер развития процесса сдвижения горных пород и деформаций земной поверхности, а также форму их проявления при разработке рудных залежей оказали влияние и продолжают влиять горно-геологические и гео-механические факторы, из которых согласно их изученности можно выделить геологическое строение рудных залежей и их аномалии, тектонику, систему разработки, степень подработки и изменение напряженно-деформированного состояния вмещающего массива горных пород.
Геологическое строение месторождения в верхних горизонтах представлено протяженной небольшой мощности рудоносной зоной, что способствовало развитию процесса сдвижения по условиям и характеру сходным с процессом сдвижения горных пород, сопровождающим разработку жильных месторождений с преимущественным образованием зоны плавных сдвижений и деформаций. Зона обрушения в этом случае состоит из отдельных воронок обрушения, трещин земной поверхности над отработанными участками месторождения. В существующей мульде сдвижения рассмотренная выше форма проявления процесса сдвижения наблюдается в виде плавного прогиба без выхода обрушения на земную поверхность при отработке рудоносной зоны месторождения на Северном фланге, с прогибом земной поверхности и воронок обрушения на участке подработанного массива висячего бока подземными разработками Южного фланга.
Вместе с тем, возрастающая система подработки вышележащих горизонтов с удалением горных работ от поверхности привело к массовому обрущению подработанной породной толщи и полному развитию процесса сдвижения горных пород на Центральном участке Месторождения. В отличие от Северного и Южного флангов - форме проявления процесса сдвижения на Центральном участке оказались присущи все
характерные признаки развития процесса сдвижения при подземной разработке мощных рудных месторождений с образованием обширной зоны обрушения и трещин, зоны плавных сдвижений и деформаций. При этом в качестве факторов влияния, способствующих образованию обширной зоны обрушения, оказались присутствующая на этом участке месторождения геологическая аномалия и предшествующая подземным горным работам открытая разработка. Отработанное карьерное пространство дополнительно увеличило объемы подземных выработанных пространств на верхних горизонтах, а геологическая аномалия, характеризуемая дайкой слабых вмещающих пород, значительно увеличила размеры зоны обрушения и трещин на поверхности висячего бока на Центральном участке, что придало процессу сдвижения форму аномального развития. В результате этого фактические углы сдвижения и обрушения в висячем боку на Центральном участке месторождения при его отработке в своих значениях оказались положе нормативных на 10-12°, а фактическая граница зоны сдвижения и обрушения распространилась вглубь массива на 200 м (рис. 2).
С возрастанием глубины протяженная на верхних горизонтах рудная зона значительно сокращается по простиранию и вытягивается вкрест простирания на нижележащих горизонтах в направлении вглубь подзонного массива висячего бока месторождения. При этом она практически разделяется на два участка, которые в плане имеют схожесть с залеганием мощных обособленных рудных тел.
Один из участков залегает на Южном фланге, а другой в Центральной части месторождения.
Сдвижение горных пород при отработке рудных запасов на этих участках будет происходить в приведенной выше активной форме протекания процессов образования зоны обрушения и зоны плавных деформаций, что в целом осложнит существующую проблему охрану объектов на месторож-
Рис. 2. Аномальное развитие зоны сдвижения и обрушения на Центральном участке месторождения
дении из-за угрозы распространения известных характерных деформационных процессов на территории, занятые сооружениями шахты, поселка и мачтами станции ретранслятора.
Оседание и растягивание интервалов реперов профильных линий с приращением величины вертикальных и горизонтальных деформаций в направлении к центру подземных разработок и выработанного пространства и, напротив, наблюдаемое затухание процесса их развития вглубь окружающего породного массива в целом отражают классическую форму проявления процесса сдвижения горных пород, обусловленного влиянием горно-геологических факторов (система разработки, геологическое строение рудных залежей и вмещающего массива горных пород).
Под воздействием указанных факторов деформационные процессы происходят в форме сдвижения горных пород и земной поверхности и обрушения подрабатываемой породной толщи под выработанным пространством и образованием на завершающей стадии отработки участка или всего месторождения на его территории статической мульды оседания земной поверхности. При этом они не придают каких-либо существенных закономерностей или особенностей развития деформаций земной поверхности, а в основном оказывают влияние на угловые параметры мульды сдвижения и ее характерных зон.
/то&их. ггта &
Особенности развитию деформаций земной поверхности придает присутствие поля горизонтальных и вертикальных напряжений в окружающих породных массивах.
Для действующего в условиях Сарановского месторождения поля горизонтальных тектонических напряжений характерна анизотропия составляющих компонентов главных сил, выраженная соотношением с1 и о2 или с1 = 0,404 МПа к о2 = 0,165 МПа [1]. При этом большая по величине компонента напряжений согласуется с направлением простирания, что предопределило закономерное образование областей сжатия и растяжения земной поверхности, которые по своему расположению в мульде сдвижения приурочены, соответственно, к меньшей и большей соответствующей главных сил поля напряжений. В свою очередь, распределение вертикальных и горизонтальных деформаций по величине и направлению в указанных областях имеют особый порядок, согласно которому в этих областях можно выделить характерные участки поднятий земной поверхности, обусловленных действием опорного давления, возникающих в породных массивах на границе с выработанным пространством в крае-
Рис. 3. Развитие границ мульды сдвижения на Северном фланге
-15 Уо
вых частях мульды сдвижения [2]. При этом в пределах границы влияния зоны опорного давления в породном массиве и на земной поверхности в последующем формируется граница статической мульды сдвижения. Это означает, что образовавшейся мульде сдвижения в соответствующих ей границах, установленных угловыми параметрами зоны вредного влияния от горных работ всегда предшествует ее динамическая ступень. Наиболее ярко выраженная индивидуальность проявления этой особенности процесса сдвижения наблюдается на Северном фланге месторождения (рис. 3).
Инструментальными наблюдениями с помощью аппаратуры спутниковой геодезии в зоне сдвижения и реперов опорной сети за пределами ее границ была выявлена знакопеременная пульсация величин деформаций, не связанных с подземными разработками, а вызванная фоновыми подвижками региональной тектоники [3]. Деформации подобного рода придают динамическое состояние основаниям охраняемых сооружений, а изменение их величины в своих значениях может превышать пределы допустимых деформаций,
установленных нормативами безопасной эксплуатации.
Характеризуя источники деформационного воздействия на охраняемые объекты, обусловленного горно-геологическими и геомеханиче-скими факторами влияния, нельзя не сказать о состоянии зоны обрушения, так как ее параметры выступают в качестве основных граничных условий при оценке геомеханической ситуации на месторождении. Изменение размеров и формы зоны обрушения вносит определенные особенности в распределение величин деформаций земной поверхности и в концентрации напряжений.
Области концентрации напряжений предопределяют высокий уровень величин деформаций, которые в полосе 40+6 м, обрамляющей зоны обрушения, достигают, а в отдельные пе-
риоды инструментальных наблюдений превышают критерии опасных деформаций охраняемых объектов.
Накопленный опыт изучения характерных форм проявления процесса сдвижения на Саратовском месторождении позволил в настоящее время организовать на его территории действенный геодезический мониторинг процесса сдвижения и деформаций в охраняемых сооружениях, которые представлены объектами I, II и III категории охраны. При этом обеспечение возможности длительной эксплуатации в зоне вредного влияния подземных разработок высотных сооружений - мачт станции ретранслятора - по существу является примером уникальным, и в истории мировой практики изучения процесса сдвижения горных пород подобных ему не так уж много.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сашурин А.Д. Сдвижение горных пород на 2. Влох Н.П. Управление горным давлением на
рудниках черной металлургии. Екатеринбург: ИГД УрО подземных рудниках. - М.: Недра, 1994. - 208 с.
РАН, 1999. - 268 с.
— Коротко об авторак -----------------------------------------------------------------------------------
Драское В.П. - ИГД УрО РАН.
© Ю.М. Игнатов, В.А. Рудаков, 2004
УДК 622.83
Ю.М. Игнатов, В.А. Рудаков
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕКТОРА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПЛАНОВ И МОДЕЛЕЙ
Семинар № 8
Гребуемая надежность исходной документации используемой для решения возникающих задач горного производства требует полноты отражения всех важных факторов на картах и планах. Особенности пространственной информации влияют на точность и надежность электронных версий графической горной документации.
Такие определяющие факторы и основные
параметры (геометрия, количество, качество, динамика) находятся в сложной взаимосвязи и в комплексе составляют значительный информационный массив данных для каждого объекта. Поэтому для получения более достоверных выводов при проектировании и управлении горным предприятием необходимо создавать и использовать информационные модели и компьютерные технологии. Информационная модель среды на
