CC BY
26
отработки технологических блоков при высоких величинах напряжений в массиве горных пород оказали влияние на деформационные процессы в лежачем боку месторождения.
Установлено, что расположение зон сжатия в лежачем боку месторождения зависит от местоположения взрываемых
технологических блоков. Взрывание блоков на северном фланге
месторождения формирует зоны сжатия горных пород напротив района стволов «Северный» и „Западный»; в центральной части — района стволов «Северный», «Западный» и северного квершлага; на южном фланге—района стволов
«Северный», «Западный» и «Новый капитальный».
Определены условия
формирования удароопасной ситуации в районе складов ВМ. Обрушение блоков в центральной части
месторождения провоцирует
образование зон сжатия горных пород в пределах этажа (-280)^(-140) м в районе складов ВМ.
Расстояния от центра взрываемых блоков до очагов динамических явлений в районе стволов колеблются от 350 до 860 м; в районе складов ВМ —от 40 до 570 м.
Установлены закономерности пространственного и временного распределения зон сжатия и растяжения на Таштагольском и Шерегешевском месторождениях при взрывах. При взрывании блоков в центральной части месторождений зоны сжатия горных пород в лежачих и висячих боках располагаются на
которые дают возможность рассматривать сдвижения и
деформации, как составную часть
изменения напряженно—деформированного состояния (НДС)
массива под влиянием динамических нагружений. Связь взрывной отбойки и
распределения зон сжатия и растяжения в массиве
свидетельствует о возможности
Рис. 1. Схема расположения выработок на горизонте - 280 м в шахте Таштагольского месторождения. СЗПШ и ЮВПШ - соответственно северо-запад-ный и юго-
восточный
СЕМИНАР 8
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -
2000":
МОСКВА, ' МГГУ, ' 31 ' января - ' 4 февраля 2000' года
Ж
^ А.А. Еременко, В.А. ' Еременко,' '
В.В. Петин, О.В. Шипеев,
В.А. Штирц, 2000
УДК 622.831.32;553.4
А.А. Еременко, В.А. Еременко, В.В. Петин,
О.В. Шипеев, В.А. Штирц,
ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД НА УДАРООПАСНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОД ВЛИЯНИЕМ ДИНАМИЧЕСКИХ'
использования энергии взрыва для управляемого воздействия на деформации горных пород, а также на выделенную сейсмическую энергию динамических явлений. При этом возникает необходимость исследования влияния масштабов взрывов на процесс распределения зон сжатия и растяжения горных пород с учетом местоположения очагов взрывов, их энергии и глубины горных работ.
Проведенный анализ
статистических данных по горным ударам, исследований массива лежачего бока Таштагольского месторождения, где расположены стволы и склады взрывчатых материалов (ВМ), позволили установить факт накопления энергии упругих деформаций на значительном расстоянии от зоны ведения очистных работ (рис. 1). Интенсивность
елезорудные месторождения Горной Шории разрабатываются в сейсмоактивной складчатой области в условиях высокого горного давления, которое реализуется в форме стреляний, толчков, микроударов, ударов горно-тектонического типа и техногенных землетрясений. Только на Таштагольском и Шерегешевском месторождениях за период 30 лет зарегистрировано более 5500 сейсмических и динамических явлений с сейсмической энергией равной 10^1010 Дж.
На состояние массива горных пород большое влияние оказывают взрывные работы. После
промышленных взрывов в массиве горных пород происходят деформационные процессы,
северном и южном флангах месторождения на глубинах 680^820 м; при взрывании на северном фланге — по всему шахтному полю на глубинах
РРис2. Р4звиГрафвфорш11]жмшняыя мроцемичевкойсячем (а) и . энергии бдинабокиескихмяиленийррвщн) в
цсзиирхы',ни111'*1(:1и11'|е*11,о1Г|о:«11ин|(5б)
г-орчйй Х'зрмороД -взо1Ёй1сэаЧ8М гобоку ойеiCтЬIj^ж^а<раfiBlжемря^гоPlйsр5Чflёо^kи
технологических блоков с
Ри^^зличнй?менение сеМЙЧгсКой сжЭH^иЯие(V^^iз)эьГl01^HIЫЁЦзр)1OPоД мри
обрушении блоков с различной
:еPИMиЧ£сK0(MеHёHiPгИlбkеM03PЫHй
Есшр^1тия в массиве горных пород с увеличением глубины горных
работ
610-750 м. Зоны растяжения горных пород регистрируются в лежачих боках месторождений в центральной части; в висячих боках — в центральной части и
на южном фланге месторождений на глубинах 610^820 м при взрывании блоков в центральной части (рис. 2).
Большое влияние на объемы зон сжатия и растяжения горных пород оказывает сейсмическая энергия взрывов. При увеличении энергии взрывов от 1,6 Х106 до 109 Дж объемы зон сжатия и растяжения горных пород возрастают соответственно от 7Х 105 до 4,3Х106 и от 9,5Х106 до 1,5 Х107 м3 (рис. 3).
Установлен уровень
сейсмической энергии микроударов, толчков, и др. в зонах сжатия и растяжения горных пород при увеличении энергии взрывов. В зонах сжатия горных пород как в лежачем, так и в висячем боках месторождений, наблюдается рост сейсмической энергии толчков от 104 до 106 Дж; в зонах растяжения в лежачем боку—остается без изменения (рис.4).
Увеличение глубины горных работ с 540 до 820 м оказало влияние на величины объемов зон сжатия и растяжения горных пород. Объемы зон сжатия в лежачем и висячем боках месторождений возрастают от 1,6Х106 до 2,4Х103 м3, особенно при переходе с глубины 680 до 820 м; объемы зон растяжения горных пород уменьшаются от 4,5Х107 до 3,3Х107 м3(рис. 5).
Выявлены особенности изменения суммарной сейсмической энергии динамических явлений при формировании зон сжатия и растяжения горных пород во времени. В зонах сжатия горных пород суммарная энергия микроударов и толчков в лежачем и висячем боках месторождения возрастает от 2,5Х104 до 1,9Х105 Дж за период 0,02^30 час; затем остается без изменения на протяжении 560 час; в зонах растяжения горных пород в лежачем боку рост
энергии динамических явлений наблюдается за период с 0,02 до 5 час, затем энергия толчков остается без изменения до 100 час. В висячем боку — от 5 до 20 час энергия толчков составляет 6,7Х104 Дж, после 20 час— 105Дж.
Рис. 6. Карта сейсмческой активности.
2, 4, ... - классы сейсмической активности; СЗПШ и ЮВПШ - соответственно северозападный и юго-восточный полевые штреки
Рис. 7. Схема расположения технологических блоков на северном фланге Таштагольского месторождения.
№№ 2, 8, ... - номера блоков; V -места динамических явлений
Проведена оценка состояния массива горных пород по деформационным процессам при взрывании ряда технологических блоков с различным их местоположением на
месторождении. Удароопасность массива горных пород оценивалась по величинам возникающих деформаций и сопоставлению их с критериальными значениями. Установлено наличие чередующихся зон сжатия и растяжения с максимальными абсолютными деформациями соответственно—12 и 28 мм/м, что позволило своевременно выделить потенциально опасные участки в шахтном поле, которые согласуются с областями сейсмической активности (рис. 6).
Критериальное значение
деформаций сжатия для области проявления толчков в породном массиве на глубине 760 м составляет более «-3 мм/м», деформации растяжения - «4 мм/м».
На основании установленных закономерностей распределения зон сжатия, растяжения и интенсивного трещинообразования в массиве горных пород разработаны способы снижения удароопасности с использованием энергии взрывов.
При установлении удароопасных участков производят массовый взрыв, затем через определенный промежуток времени в массиве горных пород со стороны охраняемых выработок при подходе возмущения от эпицентра взрыва осуществляют технологические взрывы по оформлению воронок для выпуска руды, подсечного пространства или компенсационных камер, с обеспечением
перераспределения опорного
давления из технологически ответственных в менее
ответственные участки на месторождении. Обнаружение
районов с концентрацией высоких
напряжений в горном массиве осуществляются путем
последовательного взрывания зарядов ВВ различной массы, при этом энергия и местоположение динамических явлений определяется после каждого взрыва. Если имеется тектоническое нарушение, то взрывание производят по обе стороны шва геологического нарушения. Уровень сейсмического воздействия на окружающий массив, вызванный реакцией среды на производство взрывов, определяется
порядком отработки технологических блоков в предохранительном целике. Отработка блоков в целике под реку, которая включает уступчатопоследовательную выемку очистных блоков, позволяет обеспечить снижение уровня удароопасности в районе горных работ в целом на месторождении и дополнительный прирост готовых к выемке запасов руды в условиях их нехватки (рис. 7).
Таким образом представленные выше результаты исследований
относятся, главным образом, к деформационным процессам в массиве горных пород на удароопасных
месторождениях, вследствие действия промышленных взрывов, что связано с знакопеременной реакцией горных
массивов на динамическое нагружение. Предложенные способы снижения
удароопасности горных пород с
использованием энергии взрывов
позволяют обеспечить эффективную и безопасную отработку рудных тел.
Еременко А.А. — доктор технических наук, Институт горного дела Сибирского отделения РАН (ИГД СО РАН).
Еременко В.А., Петин В.В. — ИГД СО РАН.
Шипеев О.В., Штирц В.А. — Таштагольский рудник ОАО «КМК.
*Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант N° 99-05-64427).
