CC BY
76
----------------------------------------------- © В.П. Драсков, 2010
УДК 622.834 В.П. Драсков
ОПЫТ УПРАВЛЕНИЯ СДВИЖЕНИЕМ
ГОРНЫХ ПОРОД НА РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ
Приведен анализ мер охраны объектов шахтной промплощадки с зонами повышенной концентрации деформаций горных пород. Предложено техническое решение управления сдвижением горных пород.
Ключевые слова: сдвижение горных пород, промплощадка шахты.
Неделя горняка
ш и роблема защиты зданий и со-
-Ж.Ж оружений от подработки остается актуальной на протяжении всего периода эксплуатации месторождения. Поэтому основной целью в рамках данной проблемы является выбор наиболее эффективных мероприятий по защите поверхностных сооружений на подрабатываемой территории. Однако эффективность применения защитных мероприятий может быть достигнута в случае, когда воздействие критических деформаций на сооружение будет сведено к минимальному ущербу.
Поэтому при обосновании и выборе мер охраны сооружений от подработки и разрушения предпочтение отдается таким мероприятиям, которые учитывают закономерности сдвижения и деформирования горных пород. В этом случае появляется возможность избежать при ликвидации разрушающих деформаций в охраняемых объектах применения неэкономичных и, зачастую, неэффективных горнотехнических и строительно-конструктивных мероприятий: оставление предохранительных целиков, закладка выработанного пространства, разделение зданий на отсеки деформационными швами, укрепление конструкций стальными тяжами и по-
вышение прочности их оснований и фундаментов и т.д.
По данным отечественного опыта [1], надежность приведенных выше методов защиты составляет 85 %. Осуществление мер охраны объектов на месторождениях методами, выбранными без учета закономерностей и особенностей развития процесса сдвижения, еще более снижает коэффициент надежности, что исключает возможность обеспечения полной безопасности эксплуатации ответственных капитальных зданий и сооружений на подработанной территории. При этом не принятая во внимание изменяющаяся динамика сдвижения при выборе методов защиты охраняемых объектов изначально придает им характер пассивности. По этой причине задействованный комплекс мер охраны объектов, ориентированный на весь период эксплуатации месторождения, на определенном этапе его разработки уже полностью себя исчерпывает.
Потребность в методах защиты с повышенной надежностью и эффективностью применения в специфических условиях развития сдвижений и деформаций земной поверхности при подземной разработке различных месторождений удовлетворило появление активных методов защиты, включающих элементы
управления деформированием и сдвижением подрабатываемого массива горных пород под охраняемым объектом.
На угольных и рудных месторождениях с небольшой продуктивной мощностью, залегающих в мягких вмещающих породах, и характерной формой развития процесса сдвижения в виде плавного прогиба и оседания хорошо зарекомендовали себя способы управления деформированием подрабатываемого массива под охраняемым объектом компенсационными траншеями или глубокими щелями [2].
При этих способах деформации основания устраняют за счет создания траншеями или щелями искусственной плоскости разрыва между окружающим сдвигающимся массивом и недеформируемым блоком, образованным выработками. В результате этого при прохождении фронта очистных работ под охраняемым объектом обеспечивается дифференцированное сдвижение массива пород и оконтуренного щелями блока. Однако возможность и эффективность применения приведенных выше методов управления сдвижением существенно ограничиваются в условиях разработки мощных рудных месторождений в скальных массивах, где процессы сдвижения имеют дискретный характер развития с образованием на земной поверхности зон обрушения, террас, трещин, зоны плавных сдвижений и деформаций. При этом особенности и закономерности развития процесса сдвижения и формирования параметров мульды сдвижения и ее характерных зон обусловлены наличием природных тектонических полей напряжений.
Исследования напряженного состояния массива горных пород и многолетние наблюдения за сдвижением породной толщи и земной поверхности на железорудных месторождениях Урала показывают, что вокруг зоны обрушения в приконтурных массивах мульды сдвижения в результате
перераспределения напряжений образуются области с различным уровнем деформаций, в том числе имеют место локальные области проявления сосредоточенных деформаций, обусловленные концентрацией напряжений [3].
Сооружения на поверхности шахт в этих зонах, как свидетельствует многолетний опыт, испытывают значительные деформации, в несколько раз превышающие критические, что иногда приводит к разрушению или выводу из строя зданий и сооружений или отдельных их конструктивных элементов. Поэтому применение рекомендуемых горных и строительноконструктивных мероприятий для защиты охраняемых объектов без учета закономерностей развития процесса сдвижения и деформаций в зависимости от изменения напряженного состояния оказывается зачастую малоэффективным.
Характерным примером из практики, подтверждающим такую ситуацию, является необоснованное решение вопроса охраны объектов шахтной пром-площадки путем оставления предохранительного целика на Северо-Песчанском месторождении. Вытекающие из этого последствия стали для шахты приостановлением горных работ и пересмотром принятых мер охраны из-за опасности подработки центральной группы шахтных стволов.
В качестве первоначального варианта охраны объектов от разрушающего воздействия деформаций от подземных разработок на данном месторождении были задействованы горные меры, направленные на ограничение ведения очистных работ в районе шахтной промплощадки. В этом плане порядком отработки месторождения предусматривалось оставление в лежачем боку, где расположена шахта, предохранительного целика под промплощад-ку и барьерного целика, разделяющего рудное поле на два участка с ожиданием на
Оі = -1,5 МПа
ітгшцттт О; = -1,5 МПа
Управление сдвижением горных пород на Северо-Песчанском месторождении:
1 — отработанный барьерный целик; 2 — охранный целик; 3 — шахта; 4 — зоны плавных деформаций; 5 — первоначальная зона обрушения; 6 — рудное тело; 7 — дополнительные зоны обрушения; 8 — зоны максимальной концентрации деформаций
каждом из них обособленного процесса сдвижения и обрушения горных пород.
Однако принятый порядок отработки с оставлением целиков не внес, с точки зрения эффективности охраны объектов, существенных изменений в характер процесса сдвижения, а, напротив, оказался в противоречии с его проявленными закономерностями развития, обусловленными анизотропным состоянием первоначального поля напряжений вмещающего породного массива месторождения.
Присутствие во вмещающем массиве горных пород большей по величине главной тектонической составляющей, действующей вдоль линии простирания, и барьерного целика как сдерживающего фактора развития мульды сдвижения по простиранию предопределили ожидаемое приращение границ мульды сдвижения и ее характерных зон обрушения и плавных сдвижений и деформаций преимущественно в направлении вкрест простирания.
В результате главное сечение мульды сдвижения с концентрацией максимальных по величине деформаций оказалось против промплощадки шахты.
Для некоторых объектов деформационное воздействие по своему уровню оказалось критическим, что вызвало серьезное опасение за их сохранность и потребовало
пересмотра принятых мер обеспечения безопасности их эксплуатации. С этой целью по рекомендациям ИГД УрО РАН было принято решение об отработке барьерного целика, что обеспечило необходимое приращение мульды сдвижения по простиранию и, следовательно, целенаправленное смещение главного сечения мульды сдвижения с зонами повышенной концентрации деформаций в сторону от объектов промплощадки шахты (рисунок). Это позволило снизить критический уровень деформаций в охраняемых объектах, продлить срок их эксплуатации и отработать законсервированные запасы барьерного и, частично, предохранительного целика [3].
В основу рекомендаций по выбору необходимых мер охраны объектов шахтной промплощадки было положено техническое решение разработанного в институте способа управления сдвижением горных пород [4].
Способ заключается в целенаправленном изменении границ образовавшейся мульды сдвижения и обрушения путем создания дополнительной зоны обрушения, которая изменяет размеры существующей зоны обрушения, что в свою очередь приводит к другому порядку формирования областей развития деформаций во вмещающих породных массивах. Анало-
гичная ситуация, связанная с решением вопросов проблемы охраны объектов от подработки, сложилась на Бакальских месторождениях, которые разрабатываются открыто-подземным способом. В качестве меры охраны объектов от подработки на Бакальском руднике задействован метод предохранительных целиков.
Поэтому очередную отработку запасов из предохранительного целика, оставленного в массиве на границе открытых и подземных горных работ, оказалось возможным осуществить только после перемещения за границы опасной зоны сдвижения участка железнодорожного пути и автодороги.
Техническое решение, позволившее продолжить эксплуатацию железнодорожного пути и автодороги без переноса и отрабатывать рудные запасы предохранительного целика, было представлено разработанным в ИГД УрО РАН спосо-
1. Защита и подработка зданий и сооружений /Шагалов С.Е., Муллер Р.А., Марков ВВ. и др. — М: Недра, 1974. — 250 с.
2. Мартынов Ю.И. Управление деформированием подрабатываемого массива горных пород глубокими щелями. — М.: Стройиздат, 1983. — 116с.
3. Сашурин А.Д. Геомеханические модели и методы расчета сдвижений горных пород при разработке месторождений в скаль-
бом управления сдвижением горных пород, заключающимся в заполнении зоны обрушения породным отвалом, что в свою очередь предотвратило дальнейшее развитие зоны обрушения.
Таким образом, приведенные способы управления сдвижением в сравнении с известными имеют преимущества: позволяющие обеспечить безопасность горных работ, избежать применения экономически невыгодных мер охраны объектов, продлевая их срок эксплуатации, и дополнительно извлечь из недр законсервированные запасы полезного ископаемого. Способы эффективны и рекомендуются для управления процессом сдвижения и деформирования подрабатываемых массивов под охраняемыми объектами на рудных месторождениях с крепкими вмещающими породами.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ных массивах Дис.... доктора технических наук / ИГД УрО РАН, — Екатеринбург, 1995. — 375 с.
4. А.с, № 119040 СССР, МКИ' Е 21/06 Способ управления процессом сдвижения горных пород под охраняемыми объектами / Сашурин А.Д., Беркутов В.А., Драсков В.П. (СССР). — 37215581/22—03; Заявлено 27.12.83. Опубл. 07.11.85 / Открытия, изобретения. — 1985. — № 41. ШИН
— Коротко об авторе ---------------------------------------------
Драсков В.П. — Институт горного дела УрО РАН, e-maiЫ[email protected]
