CC BY
31
© Т. Т. Исмаилов, В.И. Голик, В.И. Комащенко, 2009
УДК 622.83
Т.Т. Исмаилов, В.И. Голик, В.И. Комащенко ПРОФИЛАКТИКА ДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
Семинар № 8
Динамическое перераспределение горного давления при техногенном воздействии на него сопровождается быстропротекающим разрушением предельно напряжённой части массива, прилегающей к выработке - горным ударом. Причиной его возникновения в рудных месторождениях является наличие в массиве тектонических напряжений, в несколько раз превышающих по величине гравитационные.
Горный удар является результатом совокупного воздействия потенциальной энергии упругого сжатия пород и энергии упругих деформаций окружающих пород. Динамический характер потери устойчивости объясняется превышением притока энергии над её поглощением.
Степень удароопасности оценивается на основе многолетней статистики явлений и процессов, сопровождающих горные работы: крупность буровой мелочи при проходке скважин, сейсмоакустиче-ские импульсы, заклинивание бурового снаряда в скважине при ее деформировании, интеграция породного керна на выпуклые диски и вдавливания пуансона или индентора в забой или стенки скважины.
Опасными по удароопасности считают участки месторождения, если в их составе имеются хрупкие породы, в нетронутом массиве возникают высокие напряжения или проявляются признаки горных ударов. Степень удароопасности отдельных участков массива численно характеризуется величиной напряжений в зоне мак-
симума опорного давления и расстоянием от него до выработки.
Профилактика горных ударов обеспечивается посредством раскройки месторождения и оптимизация порядка его отработки, исключающей опасную концентрацию напряжений, опережающей отработки защитных слоев и залежей, исключением целиков, минимизацией количества выработок впереди фронта работ, уменьшением способности пород к накоплению упругой энергии камуфлетными взрывами, нагнетанием воды в пласт, разгрузочными скважинами и щелями и др. (рис. 1).
Крайней формой изменения состояния массивов являются техногенные землетрясения, вызываемые быстрым смещением крыльев существующих или вновь образующихся тектонических нарушений в земной коре, способных передаваться на большие расстояния, обусловленные горными работами.
С позиций теории упругой отдачи землетрясение происходит при длительном смещении тектонических пород, контактирующих по разлому, в противоположные стороны. Силы сцепления удерживают крылья разлома от проскальзывания и зона разлома испытывает нарастающие сдвиговые деформации. При достижении деформациями предельно допустимых значений разлом вскрывается и крылья его смещаются.
Землетрясения являются результатом развития систем взаимодействующих трещин, формирующих зону по-
Рис. 1. Раскройка массива на безопасные участки: а - модель напряженности: а 123, а сж, а о -напряжения в массиве, в нарушенных породах и в породах кровли выработки; б - разделение массива на безопасные участки: 1
- наносы; 2 - твердеющая закладка; 3 - изолированные пустоты; 4
- искусственный или рудный целик; Н-глубина работ; Ь св - высота зоны влияния выработки
валами, оползнями,
нием подземных пустот и т.п.
Подверженность земной
вышеннои концентрации локальных разрывов, образующих результирующий разрыв.
Чаще всего наведённые землетрясения происходит в результате заполнения водохранилищ. Заполнение водохранилища Койна (Индия. 1962-67г.) возбудило землетрясение с магнитудой 6,3 и интенсивностью 8 баллов.
Наведенные тектонические землетрясения провоцируют подземные ядерные взрывы в сейсмоактивных зонах. Взрывы на полигоне в штате Невада с тротиловым эквивалентом до несколько Мт инициировали в течение нескольких месяцев тысячи толчков.
Наведённая сейсмичность сопровождает закачку воды в скважины при добыче нефти и газа, захоронение дов, добычу минералов технологиями с выщелачиванием. Между механизмами наведенных землетрясений и горных ударов много схожего. Региональные сотрясения земной поверхности вызываются сходами ледников, горными
коры
теризуется очагов личного тенциала, нитудой тических их проявления
землетрясениям
распределением
землетрясений
энергетического
оцениваемого
или
шкалой
классов,
баллах,
другими
ностью их проявления в той сейсмических событий и критериями.
Строительство и эксплуатация горных объектов, в том числе, освоение месторождений в регионах, подверженных землетрясениям, осуществляется с учётом воздействия сейсмических явлений на выработки, здания и сооружения. Сейсмичность характеризуется интенсивностью динамических явлений и определяется по картам сейсмического районирования.
Интенсивность явлений, например, землетрясений измеряется в баллах. Для её оценки используются шкалы сейсмической балльности, например, 12-
балльная шкала М8К-64. Опасной для сооружений считается сейсмичность более 6 баллов. Повторяемость наиболее сильного землетрясения учитывается при расчёте сооружений на прочность увеличением несущей способности конструктивных элементов на величину до 30%.
Сейсмичность уточняется по данным сейсмического районирования и микрорайонирования в зависимости от местных геологических условий и наличия локальных очагов землетрясений. На опасность последствий землетрясений на сооружения приоритетное влияние оказывают свойства фундаментных пород.
Для строительства в сейсмических районах более благоприятны скальные грунты. Интенсивность сейсмического воздействия усиливается в песчаных, глинистых, насыпных грунтах. Участки с крутизной склона св. 15°, сильной нару-
Рис .2. Безопасное соотношение зон влияния пустот и глубины работ: а - условие сохранности поверхности; б - для залежи с углом падения 85-90°; в - то же для угла падения 80-85°; г - то же для угла падения до 80°
шенностью пород, с осыпями, оползнями, обвалами, плывунами и селями для сейсмостойкого строительства неприемлемы.
Сейсмические нагрузки на элементы сооружений определяются в зависимости от сейсмичности района, характера и интенсивности движения грунтов и характеристики сооружений.
Методы определения
сейсмических нагрузок основаны на использовании приближённых моделей. Первые методы расчёта основались на статической теории, где сооружение рассматривалось как абсолютно жёсткое тело, все точки которого движутся так же, как и основание. С позиций этой теории сейсмическая нагрузка на сооружение определяется как произведение масс на ускорение грунта при землетрясении.
Преобладает динамический метод расчёта, рассматривающий сооружение как систему с неопределенно большим числом степеней свободы. Расчёт сейсмических нагрузок проводится с учётом динамического характера сооружения, периода и формы колебаний, распределения инерционных масс внешнего воздействия с применением реальных и виртуальных акселерограмм землетрясений. При проектировании и строительстве подземных горных объектов, кроме того, учитывают
сейсмическое давление, вызванное изменением напряжённого состояния среды при прохождении в ней природных и техногенных сейсмических волн, сейсмической нагрузки от собственной массы сооружений и пригрузки породами вышеза-легающего свода.
Одним из критериев сохранности земной поверхности является соблюдение соотношения зон влияния пустот и глубины работ (рис. 2).
При проходке в сейсмических районах горных выработок на участках пересечения с тектоническими разломами для компенсации продольных деформаций применяют деформационные щели, конструкция которых допускает смещение части массива при сохранении расчетных свойств в безопасном диапазоне.
При сейсмичности 7 баллов обделку горных выработок выполняют из набрызг-бетона с анкерным креплением, а стены изготовляют из железобетона. Для ответственных объектов: атомные электро-
станции, крупные гидротехнические сооружения, объекты химической промышленности, высотные здания и т. п. расчётная сейсмичность сооружения повышается на 1-2 балла.
Строительство зданий и сооружений в районах с сейсмической активностью более 9 баллов разрешается в особом порядке.
Рекомендуются системы разработки и технологии погашения выработанного пространства с заполнением выработанного пространства материалами: обрушенными или полученными от проходки
горных выработок породами, глиной, песком, твердеющими закладочными смесями, а также хвостами подземного физикохимического выщелачивания металлических руд.
Динамическое течение процессов колебания поверхности Земли в результате смещения крыльев существующих или вновь образующихся тектонических нарушений в земной коре провоцирует разрушение предельно напряжённой части массива.
Превышение притока энергии над её поглощением обусловливает динамический характер потери устойчивости при сложении потенциала энергии упругого сжатия пород и энергии упругих деформаций в процессе горных работ.
Массовые динамические явления, провоцируемые наведенными колебаниями земной коры, при совпадении частот способствуют динамическому разрушению массивов, которое, в свою очередь, генерируя колебания, дают импульс сходу ледников и другим катастрофическим явлениям.
Эксплуатация месторождений дол-жна осуществляться с комплексным учетом гравитационных, тектонических и сейсмических условий участка Земной коры, рассматриваемого как система с неопределенно большим числом степеней свободы. На таких участках необходим мораторий систем разработки месторождений с естественным управлением массивом и с открытым выработанным пространством. ШИН
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
Исмаилов Т. Т. - кандидат технических наук, доцент, МГГУ,
Голик В.И. - доктор технических наук, профессор, СКГМИ,
Комащенко В.И. - доктор технических наук, профессор, РГГРУ.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 8 симпозиума «Неделя горняка-2008». Рецензент д-р техн. наук, проф. Е.А. Ельчанинов.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
1т
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки: 4 мин.
Дата печати: 24.03.2009 0:12:00
При последней печати страниц: 4
слов: 1 395 (прибл.)
знаков: 7 958 (прибл.)
10_Исмаилов8
Н:\Новое по работе в универе\ГИАБ-2009\ГИАБ-5\8 С:\и8ег8\Таня\АррВа1а\Коатіп§\Місго80й\Шаблоньі\Когта1.до
© В
123
15.03.2009 21:02:00 3
18.03.2009 10:19:00 Пользователь
