Цель, задачи и некоторые результаты геомеханического мониторинга состояния капитальных и подготовительных выработок на руднике "Интернациональный" АК "АЛРОСА"

Бильдушкинов Е.В.; Гухман В.Д.; Константинова С.А.; Латынин В.В.; Соловьев В.А.

УДК 622.831

Е.В. Бильдушкинов, В.Д. Гухман, С.А. Константинова,

В.В. Латынин, В.А. Соловьев

ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬ ТАТЫ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ КАПИТАЛЬНЫХ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК НА РУДНИКЕ «ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНЫЙ»

АК «АЛРОСА»*

Семинар № 2

/рудник «Интернациональный с

-Г 1999 г ведет разработку подкарь-ерных запасов кимберлитовой трубки на глубинах 600,0-960,0 м. Ведется подготовка к отработке запасов второй очереди на глубинах 545,0-600,0 м и 960,01090,0 м.

В диапазоне глубин 556,3-876,5 м кимберлитовая трубка пересекает породы Чарской свиты, сложенные слоями из каменной соли и осадочных пород (доломиты, известняки и пр.) Выше и ниже по разрезу залегают пласты осадочных пород.

Проблема устойчивости горнокапитальных и горноподготовитель-ных выработок остро встала в кон-це 2002 г. [1, 2], когда повсеместно были обнаружены разрушения железобетонной крепи выработок, деформации несущих конструкций, пучение почвы с нарушением рельсовых путей.

Начиная со средины 2003 г на руднике «Интернациональный» прово-дится геомеханический мониторинг состояния капитальных и подготовительных выработок в соответствии с методикой, раз-

работанной сотрудниками ОАО «Галургия» и института «Якутнипроалмаз».

Цель геомеханического мониторинга состоит в том, чтобы на основе актуальных данных о свойствах и состоянии пород, вмещающих горные выработки, а также крепи подземных сооружений, оперативно выдавать заключения о возможности дальнейшей эксплуатации выработок или рекомендации по мерам их охраны, включая ремонт.

Задачами геомеханического мониторинга являются

• визуальные и инструментальные наблюдения за эволюцией геологической среды, а также крепи подземных сооружений;

• оценка в лабораторных (на образцах) и натурных условиях прочностных, деформационных и реологических показателей горных пород;

• изучение процессов деформирования и разрушения пород, окружающих незакрепленные и закрепленные горные выработки методами математического моделирования.

На шахтном поле рудника «Интерна-

*Работы проводятся при финансовой поддержке АК «АЛРОСА» и частично поддерживаются РФФИ (проект 07-01-97613 р-офи).

циональный» установлены 20 реперных станций, оборудованных 115 контурными и глубинными реперами с гибкими тягами конструкции ОАО «Галургия». Глубина заложения реперов находится в диапазоне от 0,3 до 15,0 м. Периодичность замеров составляет 3-4 раза в год.

Инструментальные и визуальные наблюдения проводятся на всех рабочих горизонтах рудника во всех основных типах выработок и их сопряжениях.

Для накопления банка данных по результатам натурных измерений и их первичной обработки с построением графиков смещений приконтурных пород и конвергенции контура горных выработок, а также накопления банка фотографий с периодическим фиксированием состояния крепи горных выработок и их сопряжений создано программное обеспечение «Diamond». В электронную базу данных внесены сведения о местоположении замерной станции и геологическом строении пород.

Некоторые результаты геомеханиче-ского мониторинга приведены в работах [3-б]. Ниже излагаются особенности поведения во времени пород, окружающих горные выработки, в зависимости от основных влияющих горно-геологических и горнотехнических факторов (глубины расположения выработки, типа вмещающих ее пород, площади поперечного сечения выработки, типа ее крепи, степени изрезанности породного массива близрасположенными выработками).

Горные выработки горизонтов №№ 4-б рудника (глубина расположения Н = б20 - 780 м) размещены в соленосных породах, представляющих собой переслаивание пластов каменной соли слоями из доломитов и известняков, а выработки 8-го горизонта (Н = 9б0 м) - в осадочных породах (доломиты и известняки). Основными видами крепи горных выработок в солевых породах являются

анкерное, а в осадочных - металлические арки из профиля СВП. Выработки, примыкающие к шахтным стволам, и камеры различного назначения, в том числе и общешахтные бункеры, закреплены монолитной бетонной крепью.

Замерные станции заложены в наиболее информативных точках рудника: в одиночных выработках 4 и 6-го горизонтов (выработка к закладочным скважинам и сбойка № 2), вблизи клетевого ствола на горизонтах № 4 и № 6 (сопряжение и камера ожидания), камерах 5-го горизонта (КОСО и РПП), вблизи сопряжения двух выработок на 6-ом горизонте (квершлаг со сбойкой № 2), сопряжение скипового ствола с дозатор-ной камерой на отметке 803 м и в конвейерном штреке на глубине 801 м, а также на сопряжениях шахтных стволов с подходными выработками на всех рабочих горизонтах.

Для анализа степени влияния горногеологических факторов (глубина расположения выработки, геологического строения вмещающего породного массива) рассмотрены результаты мониторинговых наблюдений на замерных станциях № 1 и № 2. Геологическое строение породного массива и схема установки реперов показаны на рис. 1. Станция № 1 оборудована в выработке, проведенной к закладочной скважине на горизонте № 4 (Н = 620 м), станция № 2 - в сбойке № 2 между квершлагами № 1 и № 2 на горизонте № 6 (Н = 780 м). Обе выработки могут считаться одиночными, имеют арочную форму, площадь поперечного сечения 5 = 13,9 м2, закреплены анкерами длиной 1,8 м по сетке 0,8 х 0,8 м.

а

каменная

соль

доломиты

мергели

б

Некоторые результаты мониторинга

(период наблюдений с 05.06.2003 по 24.08.2007)

№ станции Краткая характеристика экспериментальной выработки 8, м2 Н, м Средняя скорость горизонтальной конвергенции породного контура, мм/год

1 Закладочный уклон, горизонт № 4 13,9 620 2,92

2 Сбойка № 2 между квершлагами, горизонт № 6 Камера ремонта самоходного обору- 13,9 780 3,54

7 дования, горизонт № 5 38,0 690 7,24

а

б

На рис. 2 и 3 показаны графики зависимости от времени конвергенции породного контура экспериментальных выработок, из которых видно, что

• на станции № 1 влияние скорости конвергенции породного контура в горизонтальном и вертикаль-

Рис. 2. Горизонтальные (а) и вертикальные (б) сближения контурных реперов на станции № 1 (горизонт № 4, Н = 620 м)

ном направлении равны и составляют всего 2,92 мм в год;

• на станции № 2 вертикальная конвергенция породного контура в 2 раза превышает горизонтальную.

Инструментальными замерами установлено, что

• в массиве каменной соли поле естественных напряжений близко к гидростатическому;

• ползучесть соленосных пород не затухает во времени, а ее скорость нелинейно зависит от глубины расположения выработки;

• область эффективного влияния одиночной выработки на смещение прикон-турных пород составляет (1,5

^ 2,0)Я, где Я - средний радиус выработки;

• наличие в геологическом разрезе слоя «неползущих» пород (типа доломитов, ангидритов, мергелей)

приводит к уменьшению скорости конвергенции породного контура выработки, но в любом случае ползучесть пород не затухает во времени;

• увеличение площади поперечного сечения выработки приводит к увеличению скорости смещения породного контура выработки (таблица);

• при повышении коэффициента изрезанности массива [7] близ-расположенными горными выработками в значительной степени возрастает конвергенция породного контура экспериментальной выработки;

• во всех экспериментальных выработках наблюдается пучение почвы.

Большинство этих результатов не являются новыми и были ранее [7] уста-

Рис. 3. Горизонтальные (а) и вертикальные (б) сближения контурных реперов на станции № 2 (горизонт № 6, Н = 780 м)

новлены для других месторождений (Верхнекамское месторождение калийных и калийно-магние-вых солей в России, Старобинское месторождение калийных солей в Белоруссии). Новизна полученных результатов состоит в количественной оценке деформационных и реологических показателей соленосных пород Чарской свиты.

На рис. 4 приведен график зависимости от времени конвергенции породного контура в вертикальном направлении на станции № 5, которая расположена в районе сопряжения клетевого ствола с выработками околоствольного двора на горизонте № 6 (Н

= 780 м).

Экспериментальная выработка имеет сечение площадью 5 = 6,5 м2 и закреплена металлическими арками из профиля СВП. За период наблюдений скорость конвергенции породного контура экспериментальной выработки составила 16,31 мм/год в горизонтальном направлении и 17,66 мм/год - в вертикальном. Использование податливой арочной крепи обеспечило безопасную эксплуатацию экспериментальной выработки в условиях интенсивной ползучести приконтурных пород.

На станции № 6 (Н = 801 м), которая оборудована в районе сопряжения скипового ствола с подходной выработкой, имеют место значительная глубина, увеличение площади попе-

а

б

Время, суі

речного сечения экспериментальной выработки и высокий коэффициент изрезанности массива выработками различного производственного назначения (общешахтный бункер, дозатор-ная камера скипового ствола).

Некоторые результаты

геомеханического мониторинга

изложены в работе [8].

Основываясь на результатах инструментальных измерений и визуаль-ных наблюдений с периодическим фотографированием

наиболее характерных изменений состояния крепи и сопоставления состояния объектов фотографирования с течением времени, а также результатов математического моделирования

Рис. 4. Вертикальные сближения контурных реперов на станции № 5 (горизонт № 6, Н = 780 м)

ния приконтурных пород и их сравнения с измеренными величинами были разработаны и утверждены в установленном порядке

«Временная инструкция по креплению горных выработок на руднике «Интернациональный» и «Регламент на поддержание в эксплуатационном состоянии горных выработок...». Учитывая результаты мониторинга по руднику «Интернациональный» и схожесть пород Чар-ской свиты на строящемся руднике «Мир» разработан «Регламент на проведение и крепление горных выработок на руднике «Мир».».

Оценивая эффективность многолетнего геомеханического мониторинга, следует сказать, что использование его результатов позволяет получать объективную оценку состояния крепи и поведения окружающих пород в целом по руднику и своевременно предпринимать необходимые меры по предупреждению негативных проявления горного давления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Константинова С.А. Особенности проявления горного давления в окрестности капитальных выработок на руднике «Интернациональный» АК «А.ЛРОСА»/С.А. Константинова, В.А. Соловьев, В.И. Воронцов и др.//Горный информационно-аналитичес-кий бюллетень. - М.: МГГУ, 2004. -№7. - С.40 -43.

2. Константинова С.А. Некоторые проблемы строительства и эксплуатации под-

земных сооружений в соленосных породах Чарской свиты на подземных рудниках АК «АЛРОСА» и пути их решения / С.А. Константинова, Н.П. Крамсков, А.П. Филатов, М.К. Сороченко// Горный информационно-анали-тический бюллетень.-М.: МГГУ,

2004.-№11.-С. 210 - 214.

3. Константинова С.А. О прявлении горного давления в окресности капитальных выработок на руднике «Интернациональ-

ный» АК «АЛРОСА»/ С.А. Константинова, В.А. Соловьев, А.Н. Черепнов // Маркшейдерский вестник. - 2005.-№ 4. - С. 62 - 64.

4. Константинова С.А. Прочностные и деформационные характеристики пород, вмещающих кимберлитовую трубку «Интернациональная» / С.А. Константинова, А.С. Кульминский, Н.П. Крамсков // Изв. Вузов, Горн. журн. - 2005. - № 5. - С. 118 - 120.

5 Константинова С.А. Геомеханический мониторинг состояния соленосных пород вокруг горных выработок на руднике «Интернациональный» АК «АЛРОСА» /С.А. Константинова, Н.П. Крамсков, А. С. Кульминский, В.А. Соловьев, А.Н. Черепнов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2006. - №4. - С. 105 - 110.

6. Константинова С.А. Некоторые особенности деформирования соленосных пород вокруг капитальных горных выработок /С.А. Константинова, А.С. Кульминский, В.А. Соловьев //// Изв. вузов, Горн. журн. - 2007. -№ 1. - С. 57 - 62.

7. Боликов В.Е., Константинова С.А. Прогноз и обеспечение устойчивости капитальных горных выработок. - Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - 374 с.

8. Гухман В.Д. Некоторые результаты мониторинга состояния капитальных и подготовительных выработок на руднике «Интернациональный» /В. Д. Гухман, С.А. Константинова, Н. П. Крамсков, А.С. Кульминский, В.А. Соловьев // Горн. журнал. - 2006. - № 8. -С. 80- 83. ЕШ

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

Бильдушкинов Е.В. - инженер, рудник «Интернациональный», АК «АЛРОСА», г. Мирный, Гухман В.Д. - зам. главного инженера по подземным работам Мирнинского ГОКа АК «АЛРОСА», г. Мирный,

Константинова С.А. - профессор, докт. техн. наук, зав. лабораторией геодинамической безопасности ОАО «Галургия», г. Пермь,

Латынин В.В. - начальник рудника «Интернациональный», АК «АЛРОСА», г. Мирный, Соловьев В.А. - докт. техн. наук, вед. научн. сотрудник ОАО «Галургия», г. Пермь.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 2 симпозиума «Неделя горняка-2008». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Л. Шкуратник.

THE PRIMARY AIMS, TASKS AND SELECTED GEOMECHANICAL CONDITION MONITORING RESULTS OF TEMPORARY AND PERMANENT MINE OPENINGS AT INTERNATSIONALNIY OPEN-PIT MINE OWNED BY ALROSA CO. LTD