CC BY
25
© В.Н. Тюпин, 2003
YAK 622.235.527 В.Н. Тюпин
"ПРАВЛЕНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ "ААРООПАСНЫХ ГОРНЫХ МАССИВОВ НА —"АНИКАХ АООТ «ПРИАРГ"НСКОЕ ПРОИЗВОАСТВЕННОЕ ГОРНОХИМИЧЕСКОЕ ОБЪЕАИНЕНИЕ» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ВЗРЫВА
Преимущественная форма динамических проявлений горного давления (ГД) на месторождениях АООТ ППГХО в настоящее время представлена динамическим заколообразова-нием. Наблюдаются случаи шелушения, стреляния, то есть отскакивания от краевой части массива линзообразных пластин размером от 0,5 до 10 см, толщиной 0,1-1 см. Бывали случаи проявлений горного давления со звуковыми эффектами в виде выстрела, доносящегося из глубины массива, по интенсивности равные мощности взрыва одного КД или ЭД. В 1990 г. в бл. 6а-812 произошел микроудар с выбросом около 2 м3 породы из сопряжения забоя с бортом заходки слоя 3. Динамические проявления горного давления происходят в основном на глубине более 450 м от поверхности земли. Поэтому с глубины 500 м месторождение «Антей» («А») отнесено к опасному по горным ударам. Повышенное горное давление на месторождении «Антей» обусловлено как природными, так и технологическими факторами, то есть наложением последних на тектонические и гравитационные напряжения.
Тектонические блоки Стрельцов-ского («С») рудного поля постоянно находятся под влиянием мощных горизонтальных тектонических воздействий от Индийской и Евроазиатской литосферных плит, создавая повышенное напряжение в массиве горных пород, усиливающее гравитационное горное давление. Воздействия в регионе получают отражение в перемещениях тектонических блоков в пределах «Стрельцовского» рудного поля и непосредственно месторождения «Антей». В связи с этим блоки находятся под большим напряжением, а некоторые из них претерпевают заметные перемещения вдоль подновляющихся разломов. Граниты месторождения «Антей» пересекаются северо-восточными рудоносными разломами 31, 34, 13, 42, 190, 160 и 161, которые разбивают массив гранитов на ряд узких и вы-
тянутых в северо-восточном направлении тектонических блоков. Две последние зоны сближены между собой и по ним отмечается подновление тектонических подвижек. Указанные факторы усиливают ударо-опасность участка блока, зажатого между этими разломами. Согласно экспериментальным данным Горной лаборатории АООТ ППГХО и ВнИ-МИ [1] на месторождении «Антей» преобладает горизонтальная компонента тензора напряжений субмери-дионального направления (160±10200), превышающая в 2-3 раза вертикальные гравитационные силы. Методом параллельных скважин установлено, что на глубине 500м горизонтальные компоненты горного давления составляют 30-47 МПа, вертикальная 16 МПа.
Горные породы, склонные к проявлениям горного давления(ГД) -трещиноватые граниты и базальты со средним расстоянием между трещинами всех систем - 0,15-1,0 м. Главенствующие системы трещин на удароопасных участках, как правило, расположены под углом 60-90° к оси выработки. Часты случаи динамических проявлений на контактах различных пород : гранит - базальт, калиевополевошпатовый-лейкократовый гранит, вблизи тектонических швов (разломов) и на расстояниях до 5-30 м по обе стороны от центра разлома или контакта пород. Образцы гранитов удароопасных участков имеют меньший размер зерна (лейкократовые граниты), более нарушены микротрещинами, скорость продольных волн в них в 1,25 раза меньше, чем в неудароопасных.
Преимущественное место динамических проявлений ГД при проходке выработок, в настоящее время, кровля выработок, реже - забой. Регистрация динамических проявлений ГД из почвы затруднена из-за наличия на ней горной массы. Динамические проявления ГД в бортах горизонтальных выработок в настоящее время не зафиксированы.
С углублением горных работ и развитием их фронта на руднике «Глубокий» динамические проявления горного давления начали проявляться в других горнотехнических ситуациях: при выходе заходки, выработки из-под закладки (место проявления горного давления -кровля и забой выработки), при выходе выработки (слоевой заходки) на закладочный массив (забой и кровля выработки), при проходке выработки, параллельной первой (со стороны целика). Возможны проявления горного давления при проходке выработок и слоевой выемке руды встречными забоями (кровля и забой выработок). Геодинамические ситуации были выявлены в процессе проходки выработок и горных работ на 7-10 горизонтах и блоках 6а-812, 6а-814, 6а-912 рудника «Глубокий».
Использование взрывных способов разгрузки удароопасных участков горных массивов на месторождениях АООТ ППГХО в соответствии с «Инструкцией по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, склонных и опасных по горным ударам» [2] и «Указаниями по безопасному ведению горных работ на рудниках п/я Р-6214, подверженных горным ударам» [1] показало их высокую эффективность в плане обеспечения безопасности. Физический принцип при использовании этих параметров БВР заключается в формировании зоны разрушения (радиальных трещин) между зарядами ВВ в части массива, подлежащей разгрузке. Однако затраты на БВР в условиях АООТ ППГХО оказались весьма высокими и, в некоторых случаях, техническое осуществление данных параметров БВР весьма затруднено.
С целью дальнейшего совершенствования взрывных способов разгрузки удароопасных массивов ЦНИЛ АООТ ППГХО и ВНИПИпром-технологии проведено 7 циклов промышленных экспериментальных исследований по изучению характера действия взрыва на НДС трещиноватого массива. Исследования проводились с использованием ультразвуковых, сейсмических методов контроля, приборов акустической эмиссии и реперных замеров.
В результате исследований установлено, что ведение ВР оказывает тройственное влияние на НДС трещиноватого массива:
• обеспечивает снижение напряжений в массиве в пределах радиуса зоны радиального трещинооб-разования (5-15<<3, где <<3 - диаметр
заряда ВВ) за счет изменения упругих свойств горных пород, а также разгрузку массива между зарядом и обнажением на расстоянии до 100<<3 за счет использования сейсмической энергии взрыва с подвижкой массива в сторону обнажения;
• обеспечивает нагрузку массива дополнительными остаточными напряжениями за счет перемещения и «запрессовки» отдельностей от заряда ВВ вглубь массива на расстоянии 15-50<<3;
• в предельно напряженных участках горного массива, вблизи обнажений, взрыв обеспечивает инициирование динамических проявлений горного давления в момент прохождения по этим участкам сейсмовзрывных волн.
На основе исследований разработаны: механизм деформирования массива взрывом, математический аппарат описания изменения НДС массива под действием взрыва, методики расчета параметров БВР и новые взрывные способы разгрузки удароопасных участков массива, параметры БВР при разгрузке внутри-блоковых целиков в районе активных тектонических разломов. На способы взрывной разгрузки получено 5 авторских свидетельств (патентов) на изобретения.
Три способа разгрузки основаны на использовании сейсмического действия взрыва. В первом случае при проведении выработок, помимо комплекта проходческих шпуров бурят разгрузочные шпуры в напряженный участок массива, за пределы максимума напряжений и взрывают их вслед за оконтури-вающими шпурами (масса заряда ВВ 0,2-0,6 кг, длина шпура 1,8 м). Этим способом пройдено около 2000 м выработок на рудниках ППГХО. Объем БВР снижен в 2-3 раза в сравнении с данными «Указаний...». Доказана эффективность способа, когда врубовые шпуры располагают вблизи напряженной части контура выработки (то есть вблизи кровли, почвы или бортов). Первоочередное образование полости вблизи напряженной части контура выработки и сейсмическое действие от взрыва отбойных и оконтуривающих шпуров приводит к смещению массива к центру полости и его разгрузку. Разра-
ботан способ проходки параллельных выработок при расстоянии между их забоями до 10 м. Взрывание шпуров в одном забое обеспечивает разгрузку массива в районе другого забоя за счет сейсмического действия взрыва и наоборот.
Для разгрузки забоя выработки разработан и прошел на участке 50 м промышленную проверку способ проходки выработки со специальным врубом «Гейзер», основанный на использовании гидродинамического удара. Гидроудар создается взрывом заряда ВВ в воде, заполняющей опережающую, слабонаклонную, центральную скважину. Это обеспечивает эффективный выброс породы из врубовой полости, предразруше-ние и водонасыщение массива, окружающего опережающую скважину и снижает степень удароопасности и взрываемости массива. В трудно-взрываемых гранитах КИШ увеличивается с 0,6 до 0,85-0,9.
Разработана технология, рассчитаны параметры БВР и проведена взрывная разгрузка внутриблоковых целиков в районе активного тектонического разлома на руднике «Глубокий» в бл. 6а-812 и 6а-912. Последовательное короткозамедленное взрывание скважинных зарядов ВВ, расположенных в один ряд вдоль разлома обеспечивает подвижку массива энергией взрыва, раздавливание жестких контактов (концентраторов напряжений) по берегам разлома и, следовательно, разгрузку массива. Всего разгружено таким образом около 1000 м2 целиков. Эффективность разгрузочного
взрывания доказана ультразвуковым, сейсмическим методами контроля, реперными замерами и опытом ведения горных работ на участке разгрузки. Объем БВР при использовании данного способа уменьшается в 6-7 раз в сравнении с данными «Указаний.».
При проведении горно-капитальных выработок на 9-11 горизонтах рудника «Глубокий» от 10 до 20 % выработок принимают полигональную форму за счет того, что максимальные компоненты горного давления действуют в горизонтальном направлении. Это создает опасность внезапного динамического заколо-образования. Для ликвидации этого явления разработаны паспорта БВР
при проходке выработки с включением в них дополнительных (1-2) шпуровых зарядов, обеспечивающих придание выработке полигональной формы.
Как показал опыт ведения взрывных работ, при проходке выработок в удароопасных гранитах на рудниках АООТ ППГХО, при малом КИШ (0,5-0,6) динамические проявления горного давления (на контуре выработки вблизи забоя) происходят чаще. Это связано с тем, что взрывание зарядов ВВ в глубине трещиноватого массива создает дополнительные остаточные напряжения, а значит повышает степень его удароопасности. С целью снижения вероятности динамических проявлений ГД и увеличения КИШ разработана «Методика расчета параметров БВР при проходке выработок в удароопасных массивах». В зависимости от степени трещиноватости массива рассчитаны параметры БВР, которые используют при проходке выработок на 9, 10 и 11 горизонтах рудника «Глубокий». Параметры обеспечивают заданный КИШ (0,85) и снижают вероятность динамических проявлений ГД в массиве гранитов.
На основе экспериментальных исследований получена достоверная аналитическая формула для расчета динамически устойчивых и ударобезопасных размеров целиков (ленточных, треугольных, прямоугольных). Размеры целиков определяются физико-техническими свойствами массива, параметрами его трещиноватости, параметрами БВР при формировании целиков и величиной горного давления. В формуле расчета учитывается сейсмическое действие взрыва при формировании целиков, определяющее их динамическую устойчивость.
Приведенные способы разгрузки удароопасных участков горного массива, методики расчета параметров БВР, динамически устойчивых и ударобезопасных размеров целиков при проходке выработок и слоевой выемке руд обладают универсальностью и могут быть применимы в любых горно-геологичес-ких условиях после анализа физико-технических свойств массива, параметров БВР и величины горного давления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Указания по безопасному ведению горных работ на рудниках п/я Р-6214, подверженных горным ударам - Л.: ВНИМИ, 1985.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------
2. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных, нерудных месторождениях, склонных и опасных по горным ударам. - РД 06-329-99 - М: Госгортехнадзор РФ, 2000
Тюпин В.Н. - кандидат технических наук, ведущий горный инженер ЦНИЛ АООТ ППГХО.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
ТЮПИН
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB6_03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.dotm УДК 622
Рубашкина Татьяна Ивановна
15.05.2003 15:26:00 7
08.11.2008 22:23:00 Таня
12 мин.
08.11.2008 22:41:00
3
1 764 (прибл.)
10 060 (прибл.)
