Оценка напряженно-деформированного состояния массива горных пород при отработке блоков в сближенных рудных телах Абаканского месторождения Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

- © В.И. Башков, A.A. Еременко,

В.А. Еременко, A.A. Котляров, 2013

УДК 622.831.325

В.И. Башков, А.А. Еременко, В.А. Еременко, A.A. Котляров

ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ОТРАБОТКЕ БЛОКОВ В СБЛИЖЕННЫХ РУДНЫХ ТЕЛАХ АБАКАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Проведены экспериментальные исследования по оценке геомеханического состояния массива горных пород на Абаканском месторождении при отработке сближенных рудных участков. Установлено, что на перераспределение зон концентрации напряжений в массиве оказывает влияние выработанное пространство рядом расположенных участков Главного и V р.т. Выявлено изменение электросопротивления горных пород до и после массовых взрывов на глубоких горизонтах. Определены места возникновения толчков с различной энергией. Ключевые слова: взрыв, напряжение, электрометрия, рудное тело, месторождение.

Проведена экспериментальная оценка геомеханического состояния массива горных пород в районе отрабатываемых и подготавливаемых сближенных рудных тел, в породном и рудном массивах, в зонах структурных нарушений и максимальных концентраций напряжений. Определен характер формирования зон концентрации напряжений и динамических явлений.

При осмотре полевых штреков, ортов в районе подготавливаемых и отрабатываемых блоков в Главном и V рудных телах, а также нарезных выработок на буровых и подсечных горизонтах отмечено горизонтальное смешение бортов выработок, деформация крепи и пр., вызванное действием вертикальных напряжений, помимо традиционного разрушения кровли и почвы, действием горизонтальных напряжений. Почва и кровля при этом находится в нормальном состоянии. Данное явление не характерно для региона, где главными являются горизонтальные напряжения,

и харакетризуется как наличие неравномерного поля напряжений (блуждаюшие напряжения) в районе отрабатываемых и подготавливаемых блоков. Вызвано данное распределение наличием на границах выработанного пространства зон концентраций напряжений и их наложением друг на друга при отработке сближенных рудных тел в дорабатываемом Главном рудном теле и началом отработки разрезных блоков в V и IV р.т. При этом выработанное пространство участков объединилось в единое пространство, заполненное обрушенными породами, и его бокового отпора недостаточно, чтобы сдерживать смешение массива в V р.т.

Большое влияние на состояние массива оказывает природная и техногенная трешиноватость массива на глубоких горизонтах, которая снижает в несколько раз прочностные и упругие свойства и не сравнима со значениями, полученными при исследовании образцов горных пород в лабораторных условиях по определе-

нию предела прочности на сжатие и растяжение, сцепления, угла внутреннего трения, модуля упругости и коэффициента Пуассона.

В сложившейся геомеханической обстановке наилучший вариант — максимально быстро проводить массовые взрывы в V рудном теле, при этом увеличится пролет выработанного пространства в районе разрезных блоков. При последующем взрывании блоков, когда пролет выработанного пространства еще более превысит выемочную мощность рудного тела, горизонтальное напряжение снижается и повышается устойчивость массива.

Процессы смещения и деформирования структурно нарушенного массива в течение длительного времени позволяют устранять условия всестороннего сжатия в статической форме. Так, при обрушении блока № 29 в V р.т. в массиве горных пород в районе пикетов №№ 30-85 на гор. -95 м до массового взрыва электросопротивление изменялось от 2000 до 10000 Ом-м, после взрыва — от 2000 до 12000 Ом-м; в районе пикетов №№ 85-123 в IV р.т. до взрыва электросопротивление в массиве колебалось от 7800 до 18000 Ом-м, после взрыва — от 6000 до 7000 Ом-м, что характеризовало массив в районе V р. т. разгруженным, а в IV р.т. — пригруженным (рисунок). При обрушении блока № 30 в V р.т. до взрыва электросопротивление изменялось от 3000 до 12000 Ом-м, после — от 4000 до 9000 Ом-м; в районе IV р.т. до взрыва — от 7500 до 300 Ом-м, после — от 6000 до 300 Ом-м, т.е. массив горных пород не претерпел особых изменений.

Своевременное проведение массового взрыва и развитие ширины фронта очистных работ позволило сохранить на определенное время

подготовительно-нарезные выработки соседних блоков. Исследования показали, что распределение массы ВВ по интервалам замедления оказывает большое влияние на геомеханическое состояние массива горных пород после массовых взрывов. Следует отметить, что на месторождении кроме подсечного горизонта в зону высокого горного давления попадают выработки верхнего бурового горизонта при подготовке и нарезке выработок блока, что нехарактерно для условий отработки блоков на других месторождениях Алтае-Саянского региона при данной системе разработки (проявления высокого горного давления регистрируются в основном в выработках подсечного горизонта).

Установлено, что ниже основного горизонта отрабатываемого этажа зона концентраций напряжений располагается на глубине до 60-70 м, а по простиранию охватывает 1-2 блока (в ту и другую сторону). В районе соседних к отрабатываемому пространству блоков на подсечном и буровом горизонтах, при развитии фронта ведения очистных работ опережает уровень нагрузок на буровом горизонте ниже, чем на горизонте подсечки. Зона концентраций напряжений для условий отработки рудных тел системами с массовым обрушением формируется в массиве горных пород в результате создания в нем полостей (выработанного пространства) и высокой концентрации горизонтальных напряжений.

В зоне максимальных концентраций напряжений преобладают нормальные сжимающие напряжения, действующие вблизи контура по всему периметру отрабатываемого участка (периметру обнажения). Эта зона возникает вследствие перераспределения напряжений при нарушении сплошности массива, на которую

Изменение электросопротивления (Ом-м) в массиве горных пород в районе V и IV рудных тел на гор. -95 м до и после массовых взрывов

оказывают основное влияние высокие горизонтальные напряжения.

На основании теоретических и экспериментальных исследований установлены закономерности формирования зон концентрации напряжений и динамических явлений в массиве при последовательной выемке блоков [1]. При нисходяшей отработке кру-топадаюших рудных тел, в районе выработок дниша блока, вводимого в эксплуатацию нижнего этажа, расположение зоны концентрации максимальных напряжений, зависяшее от мошности рудного тела, угла внутреннего трения и сцепления горных пород.

Выявлено, что формирование зоны концентрации напряжений в пространстве и во времени представляет собой сложную картину, так как отработка рудных тел ведется одновременно на нескольких этажах от центра к флангам или от фланга к флангу и в нескольких рудных телах. При отработке нового этажа и первых разрезных блоков зона располагается на глубине до 20-30 м от дниша отраба-

тываемых блоков. В дальнейшем развитие фронта ведения очистных работ эта зона перемешается на глубину до 60ч70 м в район подсечного пространства и дниша блоков в следую-шем этаже, при этом в центральной части участков или с фланга месторождения происходит последовательное движение зон концентрации максимальных напряжений и динамических явлений к флангам. Ранее установлено, что при последовательной выемке блоков после массовых взрывов в районе дниш блоков возникают толчки с сейсмической энергией от 104 до 106 Дж, в кровле и бортах выработанного пространства — толчки с энергией от 10 до 104 Дж [2].

В заключение отметим, что на распределение напряжений и динамических явлений оказывают влияние выработанные пространства сближенных рудных тел и массовые взрывы, причем электросопротивление в массиве горных пород до взрыва на одном сближенном участке снижается, на другом увеличивается.

1. Методологические и методические аспекты развития и применения мониторинго-

вой системы контроля удароопасности и техногенных землетрясений на рудных ме-

сторождениях Горной Шории / A.A. Ере-

менко, В. А. Еременко, В.Н. Колтышев //

В сб. «Методы и системы сейсмодеформа-

ционного мониторинга техногенных землетрясений и горных ударов». Отв. ред.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Н.Н. Мельников - Вып. 25 (интеграционные проекты), Т. 2, Новосибирск: изд-во СО РАН, 2010. - С. 6-65 (опубл. в 2011 г.).

2. Еременко А.А., Еременко В.А., Матвеев И.Ф., Штирц В.А., Байбородов Я.Н. Исследование влияния распределение массы ВВ по интервалам замедления на состояние горного массива при взрывании // ГИАБ. - № 1. - 2011. - С. 219-221.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Башков Владимир Иванович - главный инженер ОАО «Евразруда», [email protected] Еременко Андрей Андреевич - доктор технических наук, профессор, заведуюший лабораторией ИГД СО РАН, [email protected],

Еременко Виталий Андреевич - доктор технических наук, ведуший научный сотрудник ИПКОН РАН, [email protected],

Котляров Анатолий Алексеевич - менеджер по перспективе Абаканского филиала ОАО «Евразруда», тел. (39047) 23584.