CC BY
11
--© A.A. Еременко, B.A. Еременко,
B.A. Штирп, B.K. Клнмко, 2012
УДК 622.831; 622.235
А.А. Еременко, В.А. Еременко, В.А. Штирц, В.К. Клнмко
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МАССОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВЗРЫВОВ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ НА РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ГОРНОЙ ШОРИИ И ХАКАСИИ*
Рассмотрена геомеханическая обстановка при производстве массовых технологических взрывов на различных рудных участках месторождений. Определен энергетический класс взрывов и динамических явлений. Установлены зоны концентрации толчков в шахтном поле.
Ключевые слова: толчок, энергетический класс, взрыв, заряд, месторождение.
В пределах рудной зоны Ташта-гольского месторождения выделены четыре участка: Западный, Северо-Западный, Восточный и Юго-Восточный. В настоящее время отрабатываются Восточный, Юго-Восточный и Северо-Западный участки (рис. 1).
Рудные тела Восточного участка представлены магнетитом с примесью хлорита, кальцита и других минералов (рис. 2). Предел прочности на одноосное сжатие составляет 1200— 1400 кг/см2, в тектонических зонах — 600-1000 кг/см2. Рудные тела участка образуют зону северо-западного простирания, длина которой на вскрываемых и подготавливаемых горизонтах составляет 730-750 м. Горизонтальная мощность рудных тел изменяется от 15-20 до 40-60 м и более. Отмечается тенденция к слиянию рудных тел и глубина их распространения превышает 1500-1700 м. Угол падения изменяется от 70 до 900. Вмещающие породы представлены в основном сиенитами, скарнами, слан-
цами и порфиритами. Предел прочности пород на одноосное сжатие изменяется от 500 до 1800 кг/см2 [1-3].
За период с 2006 по 2011 гг. произведено 11 массовых взрывов: на северном фланге месторождения блоки №№ 9, 8, 3; 1-1бис, 4-5; в центральной части — №№ 18, 16 и 19; на южном фланге — № 26, 27 и 28 в этажах (-70) ч (-350) м (рис. 3, 4).
Рассмотрена геомеханическая обстановка на месторождении после производства массовых взрывов, расположенных на северном фланге в этаже (-140) ч (-70) м. Так, при взрывании блоков №№ 3 и 1-1бис (02.08.09; 13.12.09) с массой ВВ, соответственно равной 205 и 28 т, энергетический класс взрывов колебался от 6,6 до 8,5, через 6 и 31 с произошли толчки 1,1-2,1 энергетических классов и продолжались до 200 часов со снижением энергетического класса до 2 до очередных технологических взрывов по оформлению разворотов в блоке № 1-1бис и компенсационной камеры в блоке № 19.
*Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.
Рис. 1. Схема отработки рудных участков Таштагольского месторождения
Рис. 2. Геологический план поверхности и разрез по разведочной линии 21а Таштагольского месторождения (по М. П. Тараймовичу и М. И. Селиверстовой):
1 — суглинки и глины, 2 — алевролиты, аргиллиты, сланцы, песчаники, 3 — известняки, 4 — туфы трахитовых порфиров, 5 — смешанные туфы трахитовых порфиров и ан-дезитовых порфиритов, 6 — туфы андезито-базальтовых порфиритов, 7 — порфириты андезито-базальтовые, 8 — туфы, лавобрекчии андезито-базальтовых и андезитовых порфиритов, 9 — сиениты, сиенит-порфиры, 10 — диориты, микродиориты; 11 — габбро, 12 — габбро-порфириты, диабазовые порфириты, 13 — хлорит-эпидотовые и альбит-хлорит-серицит-карбонатные породы, эпидозиты, 14 — скарны пироксеновые, гранатовые, пироксен-гранатовые, 15 — магнетитовые руды, 16 — геологические границы, 17 — тектонические нарушения, 18 - границы карьера, 19 — граница прогнозной рудной зоны «Глубокая»
Ствол
Ствол Новый Капитальный Капитальный
Рис. 3. Схема расположения блоков на Восточном участке Таштагольского месторождения: 1 — скарны; 2 — сиенит; 3 — габбропорфирит; 4 — сланцы; 2 ч 18 — очередность отработки блоков за период с 2006 по 2010 гг.; 20' ч 24' — очередность отбойки блоков в 2011 г.
Рис. 4. Схема отработки блоков, слоев и секций на Юго-Восточном участке Таштагольского месторождения (от фланга к флангу): 1-17 — очередность отработки блоков за период с 2006 по 2010 гг.; 19' и 23' — очередность отработки блоков в 2011 г.
Kg 4
о
бОч_ tío мни ZO JÜ СО SO loa I 20 130 ISO ISO ZOO ZZO T 1Г
Рис. 5. Изменение энергетического класса толчков Kg после массовых взрывов по блокам №№ 3 и 1-1бис в этаже (-140) ч (-70) м во времени
f \
\
/
ЬОс tiOWHH 20 40 SO EG 100 1Л0 lflD Т. 4
Рис. 6. Изменение энергетического класса толчков (Kg) при взрывании блока № 4-5 в этаже (-210) + (-140) м
L 1 \
\ \ \ / ✓ \
> \J \ V Г у / \
\1 \j
60 мин 30 W 90 120 150 ISO 21u 2-10 J70 SOD 330 360 390 Т. 4
Рис. 7. Изменение энергетического класса толчков (Kg) при взрывании блоков №№ 9 и 8 в этаже (-280) + (-210) м
Снижение энергетического класса (Кд) от 2 до 1 наблюдалось от 6 до 31 с, 15 до 45 мин и 1 до 10 ч; рост Кд происходил от 31 с до 15 мин и 45 мин до 1 ч (рис. 5).
Блоки № 4-5 в этаже (-210) ч (140) м были обрушены после блока № 1-1бис через 9 мес. Сразу же после массового взрыва по блоку № 4-5 через 35 с произошел толчок с Кд, равным 1,3, затем до 48 мин повторилось еще 7 толчков, а в периоде от 1
до 12 ч с Кд, равным 5-6. Зарегистрировано резкое увеличение Кд от 35 с до 17 мин и от 48 мин до 15 ч; снижение Кд — от 3,5 до 1,6 и от 6 до 1,7 происходило в течение 30 мин и 17 ч (рис. 6).
При обрушении блоков №№ 9 и 8 в этаже (-280) ч (-210) м (08.06.06; 22.07.07) толчки с Кд от 2 до 5,8 регистрировались в течение 390 ч (до первых технологических взрывов по блокам №№ 18 и 13). Первые толчки
■А'*
7
ч:
Класс
■ от 0 до 2
■ от 2 до 3
* отЗ до Л
♦ от А до 5 + от 5 до 6 Я от 6 до 7
Л
- ^
10300 ЮВОО 11000 11100 11400 11В00 11800 13000 11100 12400 12800
Рис. 8. Распределение гипоцентров толчков (а) и изолиний по количеству (плотности событий) толчков (б) на плане гор. -70 м после взрывания блоков №№ 8, 27 в этажах (-280) + (-210) м и (-350) ч (-280) м в 2007 г. 10600 + 12600 и 10800 + 12800 — координаты х и у
после взрывов наблюдались через 6 и 35 с с Кд, равным 2,0. Установлено шесть периодов увеличения и уменьшения энергетического класса дина-
мических явлений (рис. 7). Наиболее активными периодами времени являлись 50-60, 90-110 и 240-325 ч.
Взрывная отбойка блоков на северном фланге месторождения в этажах (280) + (-70) м показала, что рост энергетического класса динамических явлений после массовых взрывов до первых технологических взрывов происходит в период первых секунд, минут, от 1 до 20 ч, 90^110 ч и 240^320 ч.
Из рис. 8 видно, что на северном фланге месторождения, где расположен блок, наблюдается увеличение общего количества толчков, при этом плотность событий на северном фланге составила 4. При обрушении блоков №№ 3 и 1-1бис в следующем 2008 г. плотность событий на северном фланге выросла до 4,5-5 (рис. 9).
При проведении экспериментальных исследований массовые взрывы имели энергетический класс 6,6-9,1. Установлено
влияние энергетического класса массовых взрывов на энергию динамических явлений. Так, при изменении энергетического класса взрывов от 6,6 до 7,9 средний энергетический класс динамических явлений (Кср.д. = Жр /Ышт., где Жр — суммарное количество энергетических классов толчков, зарегистрированных после массовых взрывов; N — количество толчков за данный период време-
а
ни, шт.) изменяется незначительно, а от 7,9 до 9,1 Кср.д. резко возрастает до 3,2 (рис. 10). Определено, что при взрывании блоков с массой ВВ, равной 190210 т энергетический класс взрывов возрастает до 8— 9 (рис. 11).
Причиной динамических явлений является наличие естественного поля напряжений и мгновенное устранение условий всестороннего сжатия на контакте руда-порода из-за перераспределения напряжений в массиве горных пород, действующих на Восточном участке Таш-тагольского месторождения.
24.04.2011 г. в 8 ч 00 мин на шахте был произведен массовый технологический взрыв по образованию юго-восточной компенсационной камеры блока № 33 Восточного участка месторождения в этаже (-350) ч (-280) м, с массой заряда 4,5 т ВВ. В течение последующих 12 ч после взрыва в шахтном поле произошло 35 динамических явлений, зарегистрированных сейсмостанцией «Таштагол». Энергия событий находилась в пределах от 8,0 до 4,5х104 Дж в отметках от -137 до -522 м и приурочены к районам от 5-6 до 23-26 блоков.
При обследовании горных выработок гор. -140, -210, -280 и -350 м и установлено разрушение анкерного крепления кровли орта № 25, хрупкое разруше-
Рис. 9. Распределение гипоцентров толчков (а) и изолиний по количеству толчков (б) на плане гор. -70 м после массовых взрывов по блокам ММ 3 и 1-1бис в этаже (-140) ч (-70) м и по блоку М 16 в этаже (-350) ч (-280) м. 10800 ч 12800 и 11800 ч 12800 — координаты х и у
ние породы с обрушением горной массы без нарушения технологического процесса. Эпицентр явления рас-
К<рЛ. 4 3
2
1 45 б 7 8 9 10 КЕзр.
Рис. 10. Изменение среднего энергетического класса динамических явлений (Кср.д.) при обрушении блоков с различным энергетическим классом взрывов (Квзр.) на Восточном участке
Рис. 11. Изменение энергетического класса взрывов (Квзр.) при обрушении блоков с различной массой ВВ ^вв)
полагался в краевой части вмещающего р.т. 16 массива в орте № 25 гор. -350 м.
За период с 06.01.2010 г. по 24.04.2011 г. до взрыва по формированию юго-восточной компенсационной камеры блока № 33 в районе Восточного участка месторождения были зафиксированы толчки с энергетическим классом от 1 до 6,7 (рис. 12).
30.10.2011 г. в 14 ч 59 мин на Абаканском месторождении произведен массовый взрыв по обрушению блока № 28, V рудного тела место-
рождения в этаже -95 + -15 м, массой заряда 151256 кг ВВ. Взрыв зарегистрирован сейсмостанцией «Таш-тагол» с энергией 3,2х108 Дж (класс 8,5). В результате обследования горных выработок после массового взрыва блока № 28, V рудного тела, этажа -95 м + -15 м и развитие разрывных нарушений с образованием крупных трещин. По горным выработкам на горизонтах -15, -27, -79 м в блоке № 29 имело место интенсивное заколообразование и вывалы горной породы с кровли и бортов выработок.
12800
12600-
12400-
12200-
12000
11800
▲ ♦ +
0 до 2
2 до 3
3 до 4
4 до 5
5 до 6
6 до 9
1-Г
10800 11000 11200
11400
11600
11800
12000
12350
12300-
12250-
12200-
12150
11600
11650
11700
11750
11800
11850
11900
11950
Рис. 12. Распределение сейсмических собыггий а) до проведения технологического массового 06.01.2011 г., б) в районе блока 33, в) после проведённого массового технологического взрыва 24.04.2011 г. в плане и г) разрезе
а
В ортах № 6, 7 установлено деформирование бетонного крепления, трещины по почве выработки, поднятие почвы.
Причиной нарушений в выработках блока № 29 V рудного тела в этаже -95 ч -15 м явилось воздейст-
вие сейсмической энергии массового взрыва и перераспределение напряжений во вмещающем массиве горных пород в районе контакта с блоком № 29. В районе блока № 29 гор. -15 м (орты № 6, 7) произошла мгновенная
12600-
12400-
12200-
12000-
11200
11400
11600
11800
12000
блок 33
-210-280-350-
12200
11200
I
11400
I
11600
I
11800
12000
12200
Рис. 12. Распределение сейсмических событий а) до проведения технологического массового 06.01.2011 г., б) в районе блока 33, в) после проведённого массового технологического взрыва 24.04.2011 г. в плане и г) разрезе
центрация напряжений в почве выработок, что проявилось в деформировании стоек крепления в нижней их части, поднятие почвы и образование поперечных трещин в почве выработок.
Таким образом, в данной работе сделана попытка установления закономерностей распределения динамических явлений различного энергетического класса при производстве массовых технологических взрывов на Таштагольском и Абаканском месторождениях. Дана оценка геомеханического
пригрузка массива действующими горизонтальными напряжениями и кон-
состояния массива горных пород при взрывах.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Курленя М.Б., Еременко A.A., Шрепп Б.В., Кононов A.H. Геомеханические особенности отработки удароопасных месторождений Алтае-Саянской складчатой области // ФТПРПИ. — № 3. — 1997. — С. 3-11.
2. Егоров П.В., Петров А.И., Егошин В.В. Предупреждение горных ударов на
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
шахтах Кузбасса. - Кемерово, 1987. — 144 с.
3. Курленя М.В., Еременко A.A., Шрепп Б. В. Геомеханические проблемы разработки железорудных месторождений Сибири. - Новосибирск: Наука, 2001. — 184 с. IТШ
Еременко Андрей Андреевич — доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией ИГД СО РАН, [email protected]
Еременко Виталий Андреевич — доктор технических наук, ведущий научный сотрудник ИПКОН РАН, [email protected],
Штирц Владимир Александрович — начальник участка ППГУ Таштагольского филиала ОАО «Евразруда»,
Климко Валерий Константинович — зам. главного инженера шахты Таштагольского филиала ОАО «Евразруда».
в
