Дискретный характер проявления сдвижения на предприятиях Высокогорского ГОКа Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

2,5 раза точнее отражают факт, чем при вычислении коэффициента подработанно-сти по площади по правилам охраны.

Учитывая исследование факторов, влияющих и участвующих в формировании величины максимального оседания земной поверхности при многократной подработке, формула для ее определения приобретает следующий вид:

Пт = 0,91-т ■ соза-М,

где М = ^ < 1 - коэффициент подра-

2Н

ботанности по площади; Б\ и Б2 - размеры выработанного пространства по падению и простиранию соответственно, м; Н - средняя глубина разработки, м.

— Коротко об авторах

Тетерин А.В. - Шахтинский институт филиал Южно-Российского государственного технического университета (НПИ).

------------------------------------------------------------------- НОВИНКИ

ИЗДАТЕЛЬСТВА МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Геодезия и маркшейдерия / В.Н. Попов, В.А. Букринский, П.Н. Бруевич и др.; Под ред. В.А. Букринского, В.Н. Попова: Учебник для вузов. — 453 с.: ил.

КВМ 5-7418-0300-8 (в пер.)

Приведены теоретические основы геодезии и маркшейдерии, обобщен опыт производства работ при проектировании, строительстве и эксплуатации горно-рудных предприятий, наземных и подземных сооружений различного назначения. Рассмотрены особенности создания геодезических и маркшейдерских сетей, изложены методы геодезических и маркшейдерских съемок с описанием приборов для измерения угловых и линейных величин на местности и в выработках. Содержатся методы геометризации и подсчета запасов месторождений полезных ископаемых, сведения о сдвижении горных пород и земной поверхности под влиянием горных выработок и об охране сооружений от их вредного воздействия, устойчивости бортов карьеров и отвалов.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям «Физические процессы горного или нефтегазового производства», «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», «Шахтное и подземное строительство», «Открытые горные работы», «Взрывное дело» направления подготовки дипломированных специалистов «Горное дело».

УДК 622.528:622.1

© Н.А. Панжина, 2005

УДК 622.83

Н.А. Панжина

ДИСКРЕТНЫЙ ХАРАКТЕР ПРОЯВЛЕНИЯ СДВИЖЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ВЫСОКОГОРСКОГО ГОКа *

Семинар № 1

До сих пор в практике охраны сооружений, находящихся в мульде сдвижения от подземных разработок обычно ориентируются на равномерное распределение деформаций в массиве горных пород и на участке земной поверхности под охраняемыми объектами. В действительности блочный массив скальных пород деформируется весьма неравномерно [1, 2]. Значительная часть деформаций реализуется на границах блоков образуемых трещиноватостью различных уровней. Величины деформаций на участках их расположения в несколько раз превосходят уровень деформаций в самих структурных блоках. В соответствии с иерархически блочным строением массива скальных горных пород это явление присуще каждому уровню блочности.

Влияние дискретности деформирования скальных массивов на состояние объектов определяется соотношением размеров возникающих экстримальных зон и охраняемых объектов. При небольших размерах деформирующихся структурных нарушений, локализующихся в пределах контуров охраняемых объектов, их неблагоприятное воздействие носит местный характер и может быть компенсировано конструктивными мерами. В случае, когда в процесс деформирования вовлечены достаточно протяженные структуры, на которых расположены ответственные сооружения, проблема их сохранения может оказаться неразрешимой. Поэтому расположение проектируемых и строящихся сооружений рудника должно производиться с учетом расположений структурных блоков и их состояния при формировании

вторичного напряженно-

деформированного состояния в области влияния горных работ.

Объектом исследования являлся процесс сдвижения горных пород, вызванный подземной добычей полезных ископаемых на месторождениях Высокогорского ГОКа г. Нижний Тагил.

Продолжительный период эксплуатации месторождения и большие объемы добычи руды и вскрышных пород создали в районе влияния добычи полезных ископаемых серьезные проблемы безопасности, выходящие за привычные рамки охраны сооружений от подработки. Углубление горных работ повлекло за собой быстрое расширение области влияния, охватываемой процессом сдвижения. Непосредственная близость города и ш. Магне-титовой обуславливает увеличение числа охраняемых объектов промышленными, общественными и жилыми зданиями и усложняет закономерности развития процесса сдвижения, усиливает роль дискретности в обеспечении безопасности подрабатываемых объектов. Институтом горного дела много лет ведется мониторинг за процессом сдвижения на месторождениях Высокогорского ГОКа.

Факт произошедшей подвижки по взбросо-сдвигу «Среднему» и обнаруженная в горных выработках Восточно-Ревдинского участка шахты «Магнетитовая» на гор -130 м, -210 ми -370 м относится к разряду техногенных землетрясений небольшой магнитуды. Оно сопровождалось 04.02.2000 г. толчком, ощущаемым человеком, подвижкою по нарушению, достигшей 150-200 мм на гор -130 м.

*Работа выполнена при поддержке РФФИ и Совета по грантам Президента РФ.

Рис. 1. Схема подземной наблюдательной станции по горизонту -450 м в районе сбросо-сдвига Главного

Истинные значения подвижек неизвестны.

Ранее, в1973 году, аналогичное явление фиксировалось на взбросо-сдвиге «Среднем в районе 21 геологического блока на гор. -50 м. В тот период подвижки фиксировались на меньшем участке и достигали 100 мм.

Основная причина подвижек связана с естественной активностью тектонических нарушений, определяющих

строение Высокогорского месторождения, таких как сбросо-сдвиг Главный, взбросо-сдвиг Средний и сброс Диагональный, так и по множеству других тектонических нарушений. Сложившийся комплекс техногенного воздействия бычи и переработки полезных ископаемых должен сопровождаться непростыми деформационными процессами в затронутом им массиве горных пород.

Потеря устойчивости по плоскостям крупных тектонических нарушений происходит на локальных участках, в виде пятен, размеры которых зависят от многих факторов, в том числе от параметра тензора напряжений в при-легающей области, параметров неровности плоскости нарушения и интенсивности естественных движений по нему, которые происходят рывками.

После подвижек и разгрузки одного локального участка нагрузки концентрируются на соседних участках, вызывая через некоторое время нарушение устойчивости на этих участках размеры новой области потери устойчивости и амплитуды подвижки могут постепенно увеличиваться по мере расширения области нарушен-

ного равновесия. В рассматриваемом случае нарушенные участки могут выйти за пределы горных работ.

Смещение по одному из нарушений с учетом блочного строения массива сопровождается, как правило, активизацией смежных тектонических нарушений.

Таким образом, в скальном массиве горных пород, имеющем сложную иерархически блочную структуру, при изменении напряженного состояния возникает дискретное поле напряжений. Внутренние области структурных блоков деформируются сравнительно однородно. На границах структурных блоков формируется концентрация деформаций. Коэффициенты концентрации достигают в проведенных экспериментах от 2-5 до 10-15.

Контрастное дискретное деформирование проявилось на обоих основных тектонических нарушениях Высокогорского месторождения на поверхности и в подземных условиях.

На горизонте -450 м заложена одна профильная линия, состоящая из 11 реперов. Расположена она в районе разлома «Главного» в начале линии (рис. 1).

Рис. 2

Максимальные вертикальные смещения на этой профильной линии зафиксированы на реперах, оборудованных в зоне разлома, и достигли 73 мм оседаний (рис. 2). По остальной части профильной линии, находящейся к юго-востоку от разлома Главного в северном структурном блоке зафиксированы незначительные оседания, затухающие по мере удаления от разлома и даже переходящие в незначительные поднятия.

Таким образом, на этой профильной линии геодина-мическая подвижность разлома Главного согласуется сданными, полученными по наблюдениям на земной поверхности.

На взбросо-сдвиге Среднем наблюде-ния проводились на поверхности по профильной линии 4, пересекающей тектоническое нарушение. На рис. 3 представлены вертикальные оседания на период 2003 г.

По структурному блоку массива горных пород в лежачем боку наблюдаются незначительные оседания, близкие к нулю. В раз-ломной зоне наблюдаются поднятия до 130 мм. Далее в висячем блоке массива горных пород фиксируется интенсивное увеличение оседаний до 200 мм. Приведенный уровень дискретного ступенчатого деформирования массива горных пород и земной поверхности приводит к концентрации деформаций в объектах, попадающих в эти зоны. На рис. 4 представлен один из жилых домов г. Н.Тагила, попавший в подобную зону.

Исследования на месторождении позволили оптимизировать выбор мер охраны сооружений оказавшихся в мульде сдвижения, выявить расположения активно-деформирующихся структурных нарушений и сравнительно жестких блоков, что позво-

гх деформаций

1вя

01

(НИ

График оседания реперов профильной линии IV

Рис. 3

ляет дать прогнозную оценку воздействия на охраняемые объекты процесса сдвижения на ближайшее время.

С постановкой обширных экспериментальных исследований современных движений земной коры на геодинамических полигонах различного назначения был сделан очередной шаг в их познании.

На полигоне г. Нижнего Тагила, расположенном за пределами области влияния горных работ и включающем 7 геодезических пунктов с длинами векторов до 5-7 км, за 2003-2004 годы было проведено 7 серий наблюдений. Перемещения геодезических пунктов за 2-х летний период описывают сложные траектории с различными направлениями и величинами перемещений за каждый отрезок времени между сериями наблюдений. Суммарные годовые перемещения в среднем составляют около 60 мм.

На полигонах, расположенных в зонах влияния горных работ на шахтах Магнети-товой, Эксплуатационной и Естюнинской, в

суммарных годовых смещениях, достигающих 150-300 мм, значительную долю составляют техногенные перемещения. На основе выполненного комплекса экспериментальных исследований за отчетный период получены следующие важнейшие результаты:

• установлено, что трендовые и по-лигармоничный комплекс цикличных короткопериодных современных геодинами-ческих движений придают процессу формирования напряженно-дефор-

мированного состояния массива горных пород непрерывную изменчивость во времени, отражающую постоянную подвижность геологической среды;

1. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений: Утв. Госгортехнадзором СССР 03.07.86. - М: Недра. -1988.

2. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных разработок на месторождениях руд черных металлов Урала и Казахстана. Утв. Минметаллургии СССР

• параметры современных геодина-мических движений, а также определяемые ими параметры напряженно -деформированного состояния в иерархически блочном массиве горных пород распределяются дискретно с ярко выраженными разрывами и скачками значений на структурных нарушениях различных рангов;

• в иерархически блочном массиве горных пород в условиях непрерывной подвижности под воздействием трендовых и короткопериодных геодинамических движений формируются временные консолидированные блоки, ограничиваемые локальными участками структурных нарушений разных рангов, проявляющими повышенную подвижность.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

02.08.90 г. Согл. Госпрпоматомнадзором СССР

21.06.90 г. и Госгортехнадзором Каз. сСр 19.04.90 г. ИГД Минмета СССР. Свердловск. 1990.

3. Сашурин А.Д., Панжина Н.А. Дискретность напряженно-деформированного состояния скальных массивов // Геомеханика в горном деле -1999: Материалы Международной конференции. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН. - 1999. - С.184-192.

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

Панжина Н.А. - младший научный сотрудник, Институт горного дела (ИГД) УрО РАН, Екатеринбург.

© Л.В. ВШКМЛ ров, 2005

УДК 622.1 Л.В. Винокуров

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ГОРНЫХ УДАРОВ НА РУДНИКАХ

Семинар № 1