CC BY
16
© Ю.П. Капленко, Е.И. Логачев, Н.И. Ступник, 2004
УДК 622.272
Ю.П. Капленко, Е.И. Логачев, Н.И. Ступник
ПРОБЛЕМЫ ОТРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ В КРИВОРОЖСКОМ БАССЕЙНЕ НА ГЛУБИНАХ 1200-1500 м
Семинар № 14
Отработка железных руд подземным способом в условиях Криворожского бассейна вызывает формирование в недрах локальных полостей, которые изменяют равновесие в прилегающем массиве горных пород и способствуют его сдвижению по плоскостям действия наибольших напряжений. При этом процесс деформации горных пород наблюдается как в лежачем боку месторождения так и в висячем, с последующим формированием на дневной поверхности мульды сдвижений. В ее пределах обычно выделяют зоны сдвижения и обрушения, условно отличающиеся друг от друга степенью нарушения сплошности монолитной среды и величиной проявления напряжений.
Основными факторами, определяющими параметры формируемых зон сдвижений и обрушений, являются глубина ведения горных работ, физико-механические свойства руды и вмещающих пород, порядок ведения очистных работ в пределах этажа, шахтного поля или выемочного участка. В свое время разработка железорудных месторождений Криворожского бассейна проводилась с интенсивностью 86-90 т/год с 1 м2 рудной площади при годовом понижении очистных работ 25-30 м. Такая интенсивность ведения горных работ вызвала ускоренное развитие деформационных процессов в окружающем горном массиве. В настоящее время достигнутая глубина разработки характеризуется следующими величинами (таблица).
Анализ данных о проявлениях горного давления вблизи обнажений, а также статистическая информация о величинах сдвижений и обрушений горных пород, позволяет сделать вывод о том, что с ростом глубины работ протяженность мульды прогиба на дневной поверхности уменьшается. При этом с глубиной возрастает горное давление, прежде всего, в центральной части шахтного поля, где на ряде шахт откаточные
штреки разрушались на удалении 30-50 м от контакта с лежачим боком. Замерами проявлений интенсивности давления установлено ее снижение от центра залежи к флангам. Такая качественная характеристика процесса сдвижения свойственна отработке залежей до определенной критической глубины, при дальнейшем понижении уровня очистных работ проявление сдвижений и обрушений на дневной поверхности носят затухающий характер.
При достижении предельных значений горного давления, действующего в лежачем боку месторождений, на ряде шахт Криворожского бассейна наблюдалось формирование зоны смятия вмещающих пород с нарушением их сплошности. Особенно интенсивно лежачий бок деформировался при наличии в нем неустойчивых пород сопутствующего минерального сырья.
Для минимизации вредных проявлений горного давления на некоторых шахтах откаточные штреки в лежачем боку вынуждены были проходить на удалении 100-130 м от залежей. Особая проблема в обеспечении устойчивости горных выработок возникает при одновременной отработке параллельных залежей с последующим оставлением породного прослоя между ними. В этом случае концентрации напряжений в местах породных пережимов при определенных условиях могут вызвать горные и воздушные удары.
На горизонте ведения очистных работ возникает зона разгрузки, при этом под ним на глубине, обычно превышающей высоту отрабатываемого этажа, возникает зона опорного давления. Здесь, в зоне повторного сжатия, породы лежачего бока расслаиваются и смещаются в сторону отработанного пространства, в результате чего возникает их сдвиг по напластованию.
Исследованиями были выявлены различные области деформации горного массива, находящегося в зоне сдвижения пород лежачего
Наименование шахты 2000—2004 гг.
очистные подготовительные капитальные в забоях стволов шахт
РУ им Кирова 955; 1045 1135 1225 1225
ш. Родина 1240 1310 1390 1568
ш. Октябрьская 1190;1115 1265 1340 1340
ш. Фрунзе 755 835 910 985
ш. Юбилейная 1020; 1095 1170 1245 1340
ш. Ленина 1050; 1125 1195 1270 1356
ш. Гвардейская 1190;1110 1270 1365;1450 1450
бока. Так, например, в приконтактной с рудным массивом части формируется зона трещин, в пределах которой процесс сдвижения происходит со скоростями 0,05-0,1 м/мес., а на определенном расстоянии возникает зона прогнозируемых сдвижений 0,01-0,04 м/мес. Возникающие в результате этих сдвижений деформации могут вызвать разрушения как прилегающих горных выработок так и поверхностных зданий и комплексов. Замерами величин концентрации напряжений в массиве горных пород лежачего бока залежей была установлена область влияния опорного давления, в пределах которой степень его концентрации превышает гидростатическое.
Анализ замеров напряжений, действующих в массиве пород лежачего бока, позволяет установить, что главное напряжение ориентировано перпендикулярно слоистости в сторону пород висячего бока. Увеличение параметров зон опорного давления с глубиной ведения очистных работ объясняется увеличением давления, воспринимаемого от сдвигающейся породной толщи висячего бока. Так как ряд залежей сопутствующего минерального сырья в условиях Криворожского бассейна расположены в основном в лежачем боку месторождения железных руд, то возникает опасность взаимного пересечения их зон опорного давления. В этом случае при неустойчивых вмещающих породах висячего бока залежи сопутствующего сырья, в
центре шахтного поля могут возникнуть напряжения, величина которых существенно превышает предельно допустимые по критерию устойчивости.
Поэтому существует целесообразность отработки в первую очередь участков залежей, расположенных по флангам месторождения. В этом случае зона проявления давления в лежачем боку месторождения железных руд либо минимальна, либо отсутствует. В тоже время на флангах залежи на вышележащих горизонтах располагаются капитальные выработки, служащие в качестве вентиляционных каналов для проветривания шахтного поля. Их подработка которых может ухудшить безопасность условий работы горнодобывающего предприятия. Предпочтительное удаление ЬУД отрабатываемого участка залежи сопутствующего минерального сырья от лежачего бока залежи железной руды вкрест простирания по условиям проявлений горного давления можно определить из выражения
-^уд ^ -^од + ^^, М?
где Ь0Л - протяженность зоны проявления опорного давления у лежачего бока залежи железной руды вкрест простирания, м; Ьн -размеры зоны нарушенное™ в висячем боку отрабатываемой залежи сопутствующего минерального сырья, м.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------
Капленко Ю.П., Логачев Е.И., Ступник НИ — Криворожский технический университет, Украина.
