CC BY
26
там, должна составлять: до глубины 200 м не менее 85-95 м, до 400 м не менее 155-175 м и до 6(Ш м не менее 220-250 м.
Для установления возможности содержания присечных выработок, располагаемых в крае! вых частях выемочного столба (в зонах наибольших напряжений) в рабочем состоянии, и а обеспечения минимальных затрат на их поддержание необходимо применение крепей, сопротшИ ление, податливость и направление податливости которых согласуются с геомеханическими прэЯ цессами, проходящими вокруг выработок.
Характерной особенностью при отработке столбов (целиков) среди обрушенных пород яаЯ лястся изменение характера смешений вмещающих вырабогки пород. Преобладающие боковыЛ смещения со стороны массива угля составляют, как правило, до 80 % от суммарных боковых см щений. Этот фактор необходимо учитывать при выборе типа крепи подготовительной (присечноМ выработки. При этом конструктивная податливость крепи должна быть больше ожидаемых смоЯ щений пород [I, 5].
Анализ расчетов показывает, что до глубины разработки 200-400 м проблем для крепления Л поддержания присечных выработок не возникает. Установка арочных крепей КМГ1-АЗ или КМГш А5 с. глпротинпемиеи 260-1000 мм. как правило, положительно решает вопросы крепления прмЛ сечных выработок.
При расположении выработок в крепких породах (/?с > 50 МПа) на глубине 500-600 м их со! держание в рабочем состоянии могут обеспечить арочные крепи КМП-А5 и трапециевидные (прм моугольные) крепи КМП-Т(П) с податливостью до 1000-1300 мм. Содержание выработок в рабо-1 чем состоянии в слабых породах (Яс = 35 МПа) на глубине до 500-600 м без дополнительных мер! по усилению крепи, снятию напряжений в краевой части пласта уже не представляется возмож-1 ным. При глубинах разработки более 600 м от непоследовательной отработки выемочных столбов! следует отказаться из-за сложных условий поддержания присечных (подготовительных) вырабо-1
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инструкция по выбору раиной металлической податливой крепи горных выработок. Л., 1986.1
2. Бесцеликовая отработка мощиых пологих и наклонных пластов / В. Н. Кор пил ков. А. М. Ванды-шев. В. В. Таскаев и др. М.: Недра. 1978. 171с.
3. Карийское В. Н. Особенности проявления горного давления при отработке выемочных столбов среди обрушенных пород//Технология подземной разработки месторождений. Вып.З: Межвуз. науч. тсмат. сб. Свердловск: Изд. СГИ. 1985. С. 3 - II.
4. Корничков В. Н. Расчет параметров зоны остаточного опорного давления на первых и нижних слоях мощных пластов с учетом фактора времени // Изв. вузов. Горный журнал. 1978. № 6. С. 10-15.
5. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок наугольных шахтах СССР / Мин. угольной пром-ста СССР; ВНИМИ. Л., 1985. 22 с.
ВОПРОСЫ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СУБРА В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И УДАРООПАСНЫХ УСЛОВИЯХ
ЩЕРБИНИН Д. О. Уральская государственная горно-геологическая академия
Впервые при разработке североуральских бокситовых залежей горные удары были зарегистрированы в 1972 году, и в тот же период Госгортехнадзором СССР залежи были отнесены к опасным по горным ударам. Тяжелая форма и характер динамических проявлений в значительной мере усложняют технологию выемки руды в подземных условиях. Данная проблема в немалой степени обусловлена сложными горно-геологическими условиями и тектонической обстановкой района.
Горно-геологические условия месторождения характеризуются значительной слоистостью массива пород, так как поверхностные воды по закарстованным известнякам непосредственно свя-
с подземными водами околорудного горизонта. Рудные тела представлены жилистоэбразны-алежами меридионального простирания и падения на восток, под углом 20-35° (в отдельных менее 20° или более 36^. Для месторождения характерно чередование рудных участков гнностью 60-200 метров и более с безрудными участками непромышленной мощности, а развитие сети тектонических нарушений [2]. Некоторые физико-механические свойства по-лривсдсны в табл. 1.
В регионе североуральских бокситовых месторождений широко развиты дизъюнктивные гния с различной амплитудой смещения. Вся площадь разбита на отдельные блоки серией IX дорудных нарушений субширотного или диагонального простирания с амплитудой смс-от 100 до 400 м, многие из которых являются естественными границами шахтных полей .1).
Рис. I. Блок-диаграмма крупной тектоники Ссвероуральских бокситовых месторождений: I - известняки битуминозные; 2 - рудные залежи; 3 - известняки светло-серые; 4 - глинистые сланцы, песчаники, известняки; 5 - перфириты; 6 • тектонические нарушения
Значительную роль в возникновении горных ударов играет глубина разработки. По состоя-■о на конец 2000 года на шахтах СУЬРа зарегистрировано более 432 динамических проявлений мого давления (табл. 2) с разрушением действующих выработок, н том числе удярм гормо--огтонического характера с сейсмической энергией более 10* Дж и интенсивностью в эпицентре ж: шкале MSK-64 около 5 баллов.
С момента возникновения первого горного удара (1972 г.) и по настоящее время уделяется жхтоянное внимание данной проблеме как со стороны руководства СУБРа, «СУБР-проскта», так « .»стороны институтов УФ ВНИМИ и «Укипромедь». Специалистами предприятия совместно с >Ф ВНИМИ определены основные источники удароопасности руд и пород, а также основные фагторы, влияющие на формирование очагов горных ударов (табл. 3), разработаны нормативные .юсументы ведения горных работ в сложных горно-геологических и удароопасных условиях [3J. ГУБР затрачивает значительные средства на проведение работ по прогнозированию и предотвра-дению проявлений горного давления в динамической форме. Основным направлением в предупреждении горных ударов является своевременное обнаружение мест повышенной концентрации «глряжений в горном массиве и принятие мер по их нейтрализации. Достигается это путем проведения регионального и локального прогноза удароопасности действующих выработок и выполнения комплекса организационных, технологических и специальных мер по предотвращению гор--ь.х ударов.
Региональный прогноз удароопасности на СУБРе вначале осуществлялся с помощью сейс-■останции «Североуральск», которая была введена в эксплуатацию в 1979 году под методическим г%ководством ВНИМИ и оснащена американской аппаратурой «Шпренгезер». В дальнейшем ее вменила сейсмоакустическая аппаратура «Гроза-4». Прогноз осуществляется по методике Уни--ромеди (изготовление телеметрии и создание измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) «Регион»), который в частотном диапазоне от 1 до 50 Гц отслеживает динамические явления,
происходящие в горном массиве с помощью подземных «павильонов» и разветвленной кабель» «il сети (49 км 37-жильного кабеля), и определяет начало, длительность сигналов, а также координЛ ты и энергию сейсмических явлений [1J.
С 1975 года на предприятии была организована служба прогнозирования и предотвращен» горных ударов (СППГУ), методическое руководство которой ведет институт ВНИМИ. ШахтньЛ участки прогнозирования и предотвращения горных ударов (ППГУ) обеспечивают текущий лоЯ кальный прогноз удароопасности горных выработок и массива пород, осуществляют выбор и ран лизацию мер предупреждения горных ударов, оценку их эффективности. Локальный прогноз осЛ ществляется методом кернового бурения скважин, вдавливанием пуансона в стенки шпура прибор рами МГД, замером естественной трещиноватости рудного массива и регистрацией акустическое эмиссии массива пород с помощью прибора СБ-28.
Разработаны и применены на практике технологические мероприятия борьбы с горны*»! ударами. Наиболее эффективными и экономически целесообразными мерами являются решения. »1 основу которых заложены принципы направленные на снижение и выравнивание концентрат« напряжений в краевой части массива или отдельных конструктивных элементах систем разработ-1
К технологическим методам откосятся:
- проведение полевых выработок полигональной формы сечения;
- камуфлетнос взрывание зарядов ВВ в шпурах и скважинах;
- бурение разгрузочных скважин большого диаметра и разгрузочных щелей.
Комплекс мероприятий по прогнозированию и предотвращению горных ударов на шахтах! СУБРа дает положительные результаты. Но, несмотря на сокращение количества горных уларов »1 действующих выработках, снижение их энергетического уровня и разрушительного воздействи! • ежегодно сейсмостанция «Североуральск» регистрирует в шахтных полях более тысячи сейсмических явлений различной энергии. Более того, зафиксированы удары горно-тектонического типа, очаги которых невозможно спрогнозировать по месту и времени. Особенности разработки североуральских бокситовых месторождений связаны с появлением новых геологических фасторов, оказывающих влияние на формирование удароопасности. Выявлены также новые особенности формирования напряженного состояния массива пород, в частности его пространственно-временно* волновой характер [1].
Веление горных работ обусловливает концентрации напряжений, внезапную разгрузку от которых в элементах подземных конструкций практически невозможно спрогнозировать по времени. Для обеспечения безопасности работ необходим поиск технических решений проведение и крепления выработок, учитывающих удароопасность1 месторождения. Необходимы разработка и внедрение схем подготовки и отработки залежей с расположение* выработок в защищенной зоне, исключение изрезанности массива передовыми выработками, веление очистных работ в краевой части массива с учетом его напряженного состояния. Существует также необходимость в научно обоснованных расчетах конструктивных элементов систем разработок, например опорных целиков, порядка и организации очистной выемки с учетом горно-геологических условий и напряженного состояния массива.
Для оперативного и качественного принятия решений вопросов подземной технологии необходима реальная оценка величин и направления действия главных напряжений, действующих в массиве.
Исследованиями ВНИМИ выявлены основные факторы формирования ударсюпасных обста-новок, которые, независимо от принятой технологии разработок или способа проведения выработок, могут реализоваться в форме горного удара.
Обобщающим показателем неравновесного состояния горного массива является неравно-компонентный характер тензора напряжений, обусловленный наличием тектонических напряжений, местами в несколько раз превышающих гравитационную составляющую (уИ). При этом главные максимальные напряжения ориентированы, как правило, горизонтально в направлении, близком к широтному, и являются сжимающими (рис. 2). Вертикальная составляющая тензора (уН)
Рис. 2. Схема главных действующих напряжений
чное значение. Соотношение величин напряжений в усредненном значении имс-
=1:0,6:0,5 .
Тензоры напряжений не имеют одинаковых значений и на коротких интервалах простирания залежи резко изменяют свои величины и направления.
Таблица I
Физико-механические свойства руд и пород Североуральских бокситовых месторождений
Руды и породы Объемный вес. т/м1 Предел прочности на одно-осмос сжатие. МПа Козффиииснт хрупкости. К,,
Пок бывающие породы
Известняк темно-серый 2,68 87.5 -
Известняк темно-серый, битуминозный, амфипоровый 2,6-2,7 70-148 -
Бокситы
Пестро цветный 3,2 58-119 6.8
Яшмовидный 2.95-2,97 60-220 6.3
Красный немаркий 2,7 32-150 5.4
Красный маркий 2,51 6.63
Подстилающие породы
Известняк светло-серый, серый, розовый 2,7 65-155 6,5
Известняк темно-серый, переслаивающийся с песчаниками, сланцами 2,68 45-60 -
Порфирит 2,65 50-224 5,4
Туфо песчаник 2,62 140-160 5,1
Туфокон гломерат 2,72 100-123 5,1
Туфобрекчия 2.64 99-138 5,1
Таблица 2
Количество горных ударов зафиксированных на предприятии
Год Сисге камерно-столбовая ма разработки слоевого обрушения запасов с закладкой Вид раб< подготовительные УТ капитальные Всего
1970-1975 4 4 5 1 4 18
1976-1980 26 11 16 12 4 69
1981-1985 39 20 13 19 9 100
1986-1990 26 3 11 15 6 62
1991-1995 36 2 2 10 2 52
1996-2000 35 - - 7 - 42
Итого 166 40 47 64 25 342
Таблица 3 Основные факторы, которые влияют на формирование удароопасности
Факторы Влияние фактора на формирование очагов горных уларов
Геологические факторы
Тектоническая нарушенность массива Формирует повышенные горизонтальные напряжения в нетронута массиве, создает неоднородность поля напряжений, блочное строена массива. Увеличивает трещиноватость массива, оказывающую знача тельное влияние на изменение напряжений руд (порел).
Безрудные зоны и участки непромышленной мощности Являются жесткими опорами, затрудняют управление горным дав.» нисм. концентрирует напряжения за счет меньшей податливости.
Невыдержанное оруденение Создает трудности управления горным давлением. Изменяет величии и направление действия главных напряжений.
Контакты пород, чередование литологичсских разностей боксита Затрудняют управление горным давлением, с разной скоростью рела» сируют напряжения, изменяют условия нагружения краевой част массияя. Нессистемняя и часта« смена бокситои с преобладанием ру-их деформаций приводит к внезапной разрядке напряжений.
Изменение мощности залежи Изменяет характер нагружения краевой части выработок, формирует неоднородное поле напряжений. На малой мощности концентрируются повышенные напряжения.
Горно-технические факторы
Неравномерное понижение фронта очистных работ На выступающих частях массива концентрируется опорное давление я повышенные напряжения.
Изрезанность рудного массива выработками Приводит к образованию целиков различных размеров, которые при отработке и достижении критических размеров внезапно разрушаются. Понижение работ на передовые выработки.
Работа встречными фронтами (забоями) Приводит к повышению концентрации напряжений за счет взаимного влияния фро>гтов (выработок).
Увеличсиие глубины горных работ Возрастает величина горного давления и напряжении.
Влияние зоны опорного давления от очистных работ Пригружает краевые части горно-подготовительных выработок, попадающих в зону влияния очистных работ.
Наличие целиков различных размеров Концентрируют напряжения по мере увеличения площади отработанного пространства.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Прогноз и предотвращение горных ударов на Североуральских бокситовых месторождениях / Е. И. Микулин. В. Г. Ссливоник, П. Ф. Матвеев и др. Ссвероуральск, 1995. 75 с.
2. Рубцов Г. И.. Винокур Б. Ш., Сафронов В. Г. Структурные неоднородности руднего массива; прогноз и предотвращение горных ударов // Безопасность труда в промышленности. 1979. № 7. С. 22-24.
3. У качания по безопасному ведению горных работ на Североурачьских бокситовых месторождениях. опасных по горны.» ударам. Североуральск, 2001.
