CC BY
16
© A.A. Еременко, B.A. Еременко, А.П. Ерусланов, 2013
УДК 622.2; 622.831
А.А. Еременко, B.A. Еременко, А.П. Ерусланов
ОТРАБОТКА ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ФОРМИРОВАНИЯ ЗОН КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ И ДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
Проведены теоретические и экспериментальные исследования по установлению процесса распределения напряжений и динамических явлений при выемке рудных участков. Определено местоположение этих зон вокруг выработанных пространств.
Ключевые слова: напряжение, динамические явления, месторождение, горизонт, блок.
Развитие горнорудного производства осуществляется за счет подготовки и отработки действующих горизонтов и освоения новых, глубо-
ко залегающих рудных тел. Вследствие этого повышаются требования к геотехнологии добычи руды в ударо-опасных условиях. Анализ технологических
Ствол Новый Капитальный
Рис. 1. Вертикальный разрез шахтного поля Таштагольского рудника: 1 — скарны; 2 — сиенит; 3 — габбропорфирит; 4 — сланцы; 5 — блок № 18; 6 — разрезной блок № 17; -390 ^ -490 — горизонты в шахте; 150 1030 м — глубина горных работ; I—III — области концентрации динамических явлений
Ьп
>
Днище верхнего
Буровой горизонт
Подсечной горизонт
Днище блоков
,, - 1 Основной горизонт
Рис. 2. Схема расположения зон концентрации динамических явлений (1):
Ь — разрезной блок в этаже; Ьп — отрабатываемые блоки; п — номер блока; Ь — ширина блока; Я — расстояние от выработанного пространства до центра зоны концентрации динамических явлений; г — ширина зоны; г0, гк — границы зоны концентрации динамических явлений; Н — высота этажа; Н1 — высота днища блока; Н2 — высота бурового горизонта
Рис. 3. Схемы распределения динамических явлений при отработке камеры 2 Северо-Западного участка Таштагольского месторождения. 10650-11050 и 12300-12700 — координаты х и у
а)
б)
Рис. 4. Расположение зон опорного давления и концентрации динамических явлений при отработке Юго-Восточного участка Таштагольского месторождения:
а) отработка верхнего этажа; б) дальнейший порядок отработки
решений показал, что в геодинамических условиях нашли применение системы этажного принудительного обрушения, подэтажного обрушения, этаж-но-камерные, камерно-столбовые, слоевые, камерно-целиковые без и с закладкой выработанного пространства и др.
Однако недостаточно исследованы технологические схемы отработки слепых и сближенных рудных тел, параметры систем разработки с учетом расположения зон концентрации динамических явлений и опорного давления в массиве горных пород на глубинах 600—900 м и более.
Методом математического моделирования выполнена оценка влияния выемки рудных участков и блоков на характер распределения напряжений. В условиях действия высоких тектонических напряжений при высоте зоны отработки слепого рудного тела, не превышающей трети (70 м) высоты отрабатываемой части рудного тела этажно-камерной системой разработки, максимальные напряжения располагаются на глубине 150 м в массиве в кровле выработанного пространства. Превышение высоты зоны отработки (до 210 м) приводит к концен-
трации напряжений в боковых породах, затем в районе днища выработанного пространства.
Проведены экспериментальные исследования по установлению зон концентрации динамических явлений при отработке Восточного участка Таштагольского месторождения. При отработке блоков на гор. (-350) + (-210) м зоны концентрации толчков располагаются как на северном, так и южном флангах, а также в днище выработанного пространства (рис. 1).
При развитии фронта ведения очистных работ в центральной части месторождения происходит последовательное движение толчков к флангам месторождения с увеличением сейсмической энергии толчков, при этом уда-роопасные зоны располагаются в районе подсечного пространства и днищ блоков, рядом с выработанным пространством, где находится большое количество подготовительных и нарезных выработок (рис. 2). Для определения границ зон концентрации динамических явлений (г0, гк) в процессе отработки этажа от центра к флангам месторождения, получена эмпирическая формула:
Рис. 5. Схема к определению расстояния между основными горизонтами (а) и рекомендуемая схема разбуривания рудного массива (б): 1 — эпюра напряжений в зоне опорного давления с глубиной; в — вертикальная гравитационная составляющая напряжений; Н — глубина; Нд. — высота днища; Нр. — высота зоны разгрузки; Нэт. — высота этажа; Нэт.р. — рекомендуемая высота этажа; зона. Р — зона разгрузки; О-О — граница зоны; т — мощность рудного тела; оо.д. — напряжения в зоне опорного давления; Ьбн. — глубина бурения нисходящих скважин; Ьбв. — глубина бурения восходящих скважин
{г0; гя} = {(г + И ■ (п - 1,67)); (г + И ■ (п - 0,33))},
где г0 — расстояние от выработанного пространства до начала границы зоны концентрации динамических явлений, м; гк — расстояние от выработанного пространства до окончания границы зоны концентрации динамических явлений, м; г — ширина зоны концентрации динамических явлений, м; Ь — ширина блока, м; п — номер блока (п = 1 — первый разрезной блок в этаже).
Установлен процесс распределения толчков при отработке слепого рудного тела в районе первой камеры Северо-Западного участка. Наибольшее количество
толчков произошло по высоте двух этажей по простиранию более 70 м (рис. 3).
Отработка запасов руды Юго-Восточного участка показала, что зоны концентрации динамических явлений формируются в днище выработанного пространства и приурочены к опорному слою (рис. 4).
Проведены исследования по определению рациональной высоты этажа с учетом фактора горного давления на месторождениях Горной Шории и Хакасии (рис. 5). Установлена зависимость распределения зоны максимальных напряжений в опорном слое при понижении горных работ. С уче-
том полученных результатов рекомендуется отрабатывать сближенные рудные тела с высотой этажа 90—105 м, с расположением откаточных, доставочных, выпускных и подсечных выработок вне зоны опорного давления.
Следует отметить, что выявление зон концентрации напряжений, динамических явлений и опорного давления в массиве позволят производить выбор технологических схем отработки рудных месторождений с повышением безопасности горных работ, птттп
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Еременко Андрей Андреевич - доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией ИГД СО РАН, [email protected],
Еременко Виталий Андреевич - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник ИП-КОН РАН, [email protected],
Ерусланов Александр Петрович — заместитель командира, Новокузнецкий горноспасательный отряд.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ АНИЗОТРОПИИ И ПОВРЕЖДЕННОСТИ
ГЕОМАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ
СПЕКТРОСКОПИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УСТАНОВКИ
«ГЕОСКАН-02МУ»
Лысенко Павел Юрьевич - аспирант кафедры физики,
Московский государственный горный университет,
Представлены сведения о закономерностях генерации упругих волн в результате термоупругого эффекта в геоматериалах. Описаны принцип действия и основные технические характеристики лазерного ультразвукового структуроскопа «Геоскан-02МУ». Изложена методика проведения измерений поврежденности и анизотропии с использованием указанной аппаратуры на образцах горных пород. Для студентов, аспирантов и научно-технических работников, занимающихся неразрушающим контролем твердых материалов.
Ключевые слова: анизотропия горных пород, поврежденность геоматериалов, лазерно-ультразвуковая структуроскопия.
METHOD OF ANISOTROPY AND IMPERFECTION INVESTIGATION
OF ROCKS BY LASER ULTRASOUND SPECTROSCOPY USING
"GEOSKAN-02MU"
Lisenko P.Yu., Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
The regularities of generation of elastic waves due to thermoelastic effect in geomaterials have been presented. The principle of operation and the main technical characteristics of the laser ultrasonic structuroscope "Geoskan-02MU" has been presented. A technique for the measurement of imperfection and anisotropy of the rock samples using this equipment has been expounded.
Key words: anisotropy of rocks, imperfection of geomaterials, laser-ultrasonic spectroscopy.
