Проблема обеспечения устойчивости подземных сооружений в сложных условиях Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

апрель ^ _ варИанты интенсивностей октябрь

июнь

Исследуемый промежуток времени

Развитие процесса промерзания и оттаивания пород во времени

т X!2 + п X! + к = 0, (3)

ааа т =^Х2 Х3); п = f(X2 Х3); к = f(X2 Х3)

В результате решения задачи оптимизации определяются наибольшие допустимые значения толщины отсыпаемого слоя X! и соответствующие ему значения факторов X2, X3. Для условий г. Нерчинска с учетом физикомеханических параметров пород, приводимых выше, получена наибольшая высота отсыпаемого слоя X! = 0,8 м, позволяющая сохранить

породы под насыпью в мерзлом состоянии при начале отсыпки 15 апреля и ее интенсивности 6 м/мес.

Рассматриваемый способ регулирования технологических параметров не требует дополнительных затрат для достижения поставленных целей, приводит к экономии ресурсов при разупрочнении пород, обеспечивает безопасную эксплуатацию горнотехнических сооружений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Стетюха В.А. Прогнозирование влияния процессов горного производства на состояние пород криолитозо-ны.- Чита: ЧитГТУ, 2003.- 192 с.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------

Стетюха Владимир Алексеевич - кандидат технических наук, доцент, докторант Читинского государственного университета.

УДК 69.035.4

© В.Е. Боликов, А.Д. Сашурин, 2005

В.Е. Боликов, А.Д. Сашурин

ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ*

Семинар № 3

ноголетней практикой строительства подземных сооружений большого сечения отработаны технологические приёмы проходки и крепления, принимаемые в различных горно-геологических условиях.

Как правило, применяют различные варианты нисходящего порядка проходки послойно или ступенчатым забоем, сразу на всю ширину камеры или расширения передовой выработки в сводовой части сечения. Но в любом случае крепление начинают со свода, что обеспечивает благоприятные и безопасные условия для ведения проходческих работ под защитой постоянной крепи.

Строительство дробильно-перегрузочных комплексов (ДНК-1 и ДНК-2) на Донском горно-обогатительном комбинате шахты Десятилетия независимости Казахстана осуществлялось по распространённой выше схеме с некоторыми дополнениями, обусловленными недостаточной устойчивостью пород. Для предотвращения процесса самообрушения пород кровли и различных вывалов над проходимыми камерами создавался опережающий защитный экран. Выше свода камер дробилок из камер опрокида вагонеток гор. -160 м бурилась серия скважин по своду, в которые помещались трубы и нагнетался бетон.

Нод прикрытием этих экранов производилась проходка первого сводового слоя дробильных комплексов. Носле проходки сводового слоя устанавливалась опалубка и бетонировался свод камер ДНК. Последующая послойная проходка камер ДНК производилась сверху вниз под прикрытием закреплённого свода камеры.

Это один из надёжных и успешно, применяющихся способов проведения камер большого сечения на шахтах Урала и в Казахстане. Способ успешно применялся до определённых глубин разработки, примерно 550-600 м, на шахтах Донского ГОКа, и на такой же глубине на шахтах Урала, конкретно на шахте «Южная» Гороблагодатского рудоуправления.

При строительстве дробильного комплекса на шахте Южная» Гороблагодатского рудоуправления гор. -320 м (570 м) на стадии завершения строительства камеры при проходке последнего слоя т.е. приёмного бункера, после проведения взрывных работ произошли деформации свода камеры с образованием открытой трещины вдоль свода и обнажением арматуры. Трещины в бетонной крепи камеры образовались в торцевой стенке со стороны клетевого ствола. Массив пород, в котором была пройдена камера, представлен крепкими скальными породами сиенитами с коэффициентом крепости пород по Протодъяконову £1416.

Анализ данной аварийной ситуации показал, что уровень напряжений в крепи, особенно в своде камеры, достиг предела прочности бетонной крепи а = 28-30 МПа [1].

Деформации камеры в поперечном сечении в центральной части камеры составляют 25-28 см, т.е. на такую величину произошло уменьшение ширины камеры от проектных размеров. Камера располагалась вдоль оси главного первоначального напряжения а2 =-21 МПа характерного для шахты «Южная», т.е. поперёк камеры действовали максимальные напряжения а1 = - 40 МПа.

*Работа выполнена при поддержке РФФИ и Совета по грантам Президента РФ 160

Более сложные разрушения аналогичных дробильно-перепускных комплексов (ДНК-1 и ДПК-2) при проходке произошли на шахте Десятилетия независимости Казахстана на гор. -160 м (560 м). При завершении строительства ДПК - 1 на стадии начала проходки рудоперепускного восстающего из камеры на конвейерный тракт гор. -220 м произошли деформации в основной части камеры: образовалась открытая трещина вдоль кровли свода камеры с обнажением арматуры. Произошла деформация северо-восточной вертикальной стенки камеры на высоте 1-1,2м от почвы, с образованием трещины вдоль камеры и деформацией внутрь камеры по почве 25-30 см.

Проходка восстающего была возобновлена после ремонта камеры: по периметру восстающего были установлены трубчатые анкера ( по периметру пробурено 8 скважин в которые установлены трубы и под давлением закачали цементный раствор).

Под прикрытием этих анкеров был пройден и закреплен рудрперепускной восстающий и

Рис. 1. Геомеханическая структурная модель зоны разрушения массива горных пород вокруг ДПК по горизонту -17S м

данный дробильный комплекс сегодня находится в эксплуатации.

В настоящее время строится ДНК-2, который является продолжением существующего ДНК-1 (рис. 1). При строительстве этого дробильного комплекса, также на завершающей стадии, при начале проходки восстающего на гор. -220 м произошли деформации северо-восточной стенки камеры, аналогичные как и в районе ДПК-1, образовались трещины скола в подошве камеры, в районе наклонного съезда, и в камере опрокида № 2. Положение, связанное с устойчивостью ДПК - 1 и 2 было осложнено тем, что после деформации ДНК-2 было выпущено с гор. - 220 м около 500 м3 пород, что создало разуплотнение пород в основании дробильных комплексов, вплоть до образования проседания рельс на 20-25 мм над камерой опрокида № 2.

Для того чтобы изучить состояние массива горных пород, геоструктуры и геомеханиче-ских свойств вокруг дробильных комплексов были выполнены исследования методом спектрального сейсмопрофилирования. Данный метод применялся Институтом горного дела УрО РАН на ряде других предприятий, в том числе на клетевом стволе этой же шахты (ДНК). Основная задача, ставшая перед исследованиями, это построение объёмной модели горного массива вокруг дробильно-перепускного комплекса 1 и 2. Качественный и количественный объём проведённых измерений позволил надёжно определить зоны повышенной нарушенности массива горных пород вокруг выработок и зоны разуплотнения пород, связанные с дополнительной выемкой породы. В результате анализа полученных данных была создана геомехани-ческая структурная модель вмещающего массива горных пород по наиболее информативному и представляющему наибольший интерес горизонту - 178 м (рис. 1).

Для оценки состояния массива пород в основании дробильных комплексов в отметках -

178 м и - -220 м были построены геомеханиче-ские разрезы. Представленный геомеханиче-ский разрез даёт чёткую картину структурного строения массива пород вокруг дробильных комплексов. Особенно сложная ситуация по структурному строению массива пород наблюдается ниже подошвы дробильных комплексов, где будет продолжено строительство рудопе-репуска. Структурная раздробленность массива пород в этом районе обусловлена двумя факторами:

- наличием в этом районе крупного тектонического разлома, зафиксированного результатами исследований и при проведении конвейерного тракта;

- выпуском пород с гор. -220 м в объёме 500 м3, чем ещё более достигнуто большее разуплотнение пород вплоть до образования пустот.

Для оценки уровня деформаций контура дробильной камеры осуществлена инструментальная съёмка трёх поперечных сечений камеры ДПК-2. Измерения проводились тахеометром Nicon-350 в безотражательном режиме. Полученные данные обработаны в системе CREDO, и методом прямого совмещения наложены на контур проектного сечения (рис. 2). Из представленного рисунка видно, что деформирование камеры произошло в поперечном сечении, где её размеры уменьшились от 7 до 27 см, и кровля поднялась на 12-15 см за счёт уплотнения разрушенных пород. Деформация контура камеры ДПК подтверждает, что деформирование происходит по направлению действия максимальных сжимающихся первоначальных напряжений. Фактическая картина деформирования и нарушения крепи в целом соответствует теоретической.

Таким образом, результаты исследований деформаций крепи ещё раз подчёркивают, что в анизотропном поле напряжений, характерном для массива горных пород шахты ДНК, проектирование таких сложных сооружений как дробильный комплекс (выбор направлений их главных осей, расположение относительно других сооружений, расчёт параметров крепи и др.) должно вестись с учётом реальных параметров напряжённо-деформированного состояния).

Из результатов комплексного обследования вокруг выработок действующего и строящегося дробильных комплексов следует:

- вокруг горных выработок действующего и строящегося дробильно-перепускных комплек-

Рис. 2. Наложение фактического контура камеры ДПК-2 на проектный сечение №1

сов сформировалась обширная область разуплотнённых пород, боковые границы которой по своей форме близки к сдвиговым поверхностям и распространяется до конвейерного тракта гор. -220 м;

- дробильно-перепускной комплекс оказался полностью погруженным в разуплотнённую область массива горных пород;

- промежуточная толща пород между конвейерной выработкой гор. -220 м и подошвой дробильной камеры подверглась разуплотнению на всём протяжении дробильной камеры с максимальным его проявлением под северным и южным торцами камеры, что связано с проходкой перепускных восстающих и выпуском обрушенных пород;

- нарушение первичной структуры массива горных пород в боковых зонах разуплотнения, прилегающих к юго-восточной и северозападной стенкам дробильных камер обусловило дискретный характер деформирования массива горных пород с проявлением блочных подвижек, создающих неравномерное нагружение крепи.

Поэтому сегодня в сложившейся ситуации необходимы срочные меры по обеспечению устойчивости дробильно-перепуск-ных комплексов в виде создания надёжного фундамента. Для этого предложены направления и объём скважин, предназначенных для упрочнения массива горных пород на отметке -178 м в районе ДПК 1 и 2. Упрочнение производится цементным раствором в соотношении В:Ц = 1:1 с добавлением ускорителя схватывания 3 % от массы цемента.

По этой технологии было выполнено полное упрочнение основания ДПК-1 и 2. Работы производились с обязательным контролем по наблюдательным станциям за состоянием деформаций крепи.

После упрочения основания дробильных комплексов были закончены работы по проведению рудоперепуска ДПК-2. Дополнительно проведено выборочное упрочнение стенок дробильных комплексов. Дробильный комплекс ДПК-2 был полностью подготовлен для эксплуатации. На основании выполненного комплекса научных исследований можно сделать следующее заключение:

1. при проектировании подобных дробильных комплексов необходимо по возможности располагать их вдоль действия максимальных первоначальных сжимающих напряжений;

2. расчёт параметров крепи дробильных комплексов производить с учётом величины

первоначальных напряжений, действующих в массиве горных пород;

3. проходку любых выработок из камер дробильного комплекса осуществлять после выполнения специальных мероприятий направленных на снижение деформаций существующей крепи.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Боликов В.Е., Балек А.Е. Основы проектирования комплекса камерных выработок железорудных шахт. //Проблемы горного дела: Сб. научн. тр. / ИГД УрО РАН - Екатеринбург. - 1999, с.160-169.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------

Боликов В.Е. - доктор технических наук, главный научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН. Сашурин А.Д. - доктор технических наук, зав. лабораторией, Институт горного дела УрО РАН.

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

ДИССЕРТАЦИИ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

к =5 £ £ 3 ГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИ ЧТУ им. Г.В. ПЛЕ АНОВА

БОНАМУ Обоснование режима открытых горных

Гата работ при малоотходной эксплуатации ма-

Бернар ломощных крутопадающих месторожде-

ний

к. т. н

-----Ф

■V-----

---------------------------------------- © А.Е. Балек, 2005

УДК 622.831.3 А.Е. Балек

УПРАВЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННЫМ СОСТОЯНИЕМ СКАЛЬНОГО МАССИВА ПУТЕМ РЕГУЛИРУЕМЫХ ПОДВИЖЕК КОНСОЛИДИРОВАННЫХ ГЕОБЛОКОВ *

Семинар № 3