Оценка геомеханического состояния массива горных пород при отработке охранного целика под рекой на Таштагольском месторождении Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

-------------------------------------- © В.А. Еременко, А.А. Еременко,

В.М. Серяков, В.Н. Колтышев,

В.А. Штирц, А.Н. Карпунин,

2011

УДК 622.2; 622.235

В.А. Еременко, А.А. Еременко, В.М. Серяков,

В.Н. Колтышев, В.А. Штирц, А.Н. Карпунин

ОЦЕНКА ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ОТРАБОТКЕ ОХРАННОГО ЦЕЛИКА ПОД РЕКОЙ НА ТАШТАГОЛЬСКОММЕСТОРОЖДЕНИИ

Проведены измерения методом электромагнитного излучения (ЭМИ) в подземных выработках на Западном участке для исследования геомеханического состояния массива горных пород.

Ключевые слова: электромагнитное излучение, массив горных пород, щелевая разгрузка.

последние 10 лет фронт очистных работ переместился на северный фланг Восточного участка Ташта-гольского месторождения и ограничивается массивом блока № 4 в этаже (-140)^(-70) м, блока № 6 в этаже (-210)^(-140) м. После обрушения блока № 6 рудный массив блока № 4 оказался в зоне опорного давления от выработанного пространства, что ухудшило гео-динамическую ситуацию на месторождении. Кроме того, в восточной части блоков № 4-6 в этаже (-210)^(-140) м расположена экспериментальная камера, которая способствовала оформлению встречных очистных фронтов, разделенных рудным целиком шириной 40 м.

Для уточнения геомеханической обстановки в этом районе выполнено математическое моделирование напряженного состояния горных пород в окрестности экспериментальной камеры № 4 и при дальнейшей отработке блоков на северном фланге месторождения. На рис. 1 показана его вертикальная проек-

ция, дающая представление о развитии горных работ на северном фланге.

Установлено, что во всем горном массиве, за исключением небольших областей вблизи вертикальных границ экспериментальной камеры, действуют сжимающие напряжения (рис. 2). На рис. 2 изображены линии равных значений главных напряжений о1 и о2 (о1 > о2) напряжений

Рис. 1. Схема развития очистных работ на северном фланге месторождения

Рис. 2. Распределение главных напряжений до начала (А) и после (Б) отработки блоков № 7 гор. (-210)-(-140) м и № 4 гор. (-140)-(-70) м. а) — СГ1, б) — СТ2 (МПа)

до и после отработки блока № 7 гор. (-210)-(-140) м. При рассмотрении изобар вертикальных напряжений (рис. 3) наблюдается увеличение значений напряжений в зоне опорного давления между камерой № 4 и блоком № 7. В этой же части горного массива зафиксирован высокий уровень действия максимальных касательных напряжений.

Для горизонтальной компоненты напряжений сх зоны действия высоких

сжимающих напряжений находятся в днище камеры № 4 и в почве блока № 7

гор. (—210)^(—140) м. Наиболее опасной зоной действия напряжений Тмах является район днища экспериментальной выработки (рис. 3).

Картина распределения напряжений

сх , су и гмах в массиве горных пород

на момент отработки блоков №№ 4 гор. (-140) - (-70) м и 6 гор. (-210) - (-70) м представлена на рис. 4.

Формирование напряженного состояния массива горных пород после отработки блока № 4 характеризуется некоторым увеличением (не более 5%)

значений сжимающих горизонтальных

Тмах после отработки блока № 7 гор. (-210)-(-140) м и блока № 4 гор. (-140)-(-70) м

усилий в кровле камеры и ее днище.

Рис. 4. Напряжения а) — Сх , б) — С , в) —

Гмах после отработки блоков №№ 4 гор. (-140)+(-70) м и 6 гор. (-210)+(-70) м

а)

а)

б)

Рис. 5. Напряжения а) — Сх , б) — ау, в) — т

мах после отработки блоков №№ 3 и 2 гор. (-140)-(-70) м

Рис. 6. Напряжения а) — Сх , б) — ву, в) — т

мах при отработке блоков №№ 5 и 4 гор. (-210)-(-140) м

Рис. 7. Распределение главного напряжения Сх при отработке блока № 01

При этом массив между камерой и выработанным пространством разгружается от горизонтальных напряжений. Область повышенных вертикальных напряжений (смыкающиеся изолинии оу вблизи угла выработанного пространства потолочины камеры) после отработки блока № 4 значительно уменьшается. В днище камеры и в потолочине действуют т мах, значительно снижающиеся после отработки блока.

После выемки блоков №№ 3 и 2 их в) борта разгружаются от действия горизонтальных напряжений: исключение -массив в окрестности вертикальной границы блоков и выработанного пространства, где сохраняются зоны концентрации ох. В этой же области наблюдается действие повышенных оу. Зоной действия повышенных т мах является днище камер (рис. 5).

При отработке блоков №№ 5 и 4 массив в основном разгрузился, кроме вмещающих горных пород в днище блока № 4 на гор. -210 м (рис. 6).

При отработке рудных запасов в барьерном и разделительном рудном целике на примере выемки 4 камер

б)

\ "-Зо\ "Ті А

-30 Г.. ~ - \ ч -20 '7\ т ! ? і ?

\ у \\ -30 \ \ * / Л '5 - / \ \ |7>-0 ^ч: і / / / 1/'— хчч^Л

І і I/ ? \ ( 1 ? Ч - 7/ 7

\ ц- 1^-' 7? 1 ' 7 X

плане в охранном целике а) — Сх , б) — в)

— * мах после отработки 4камер блока № 01 по простиранию месторождения

б)

в)

Рис. 9. Распределение главных напряжений а) — Сх , б) — су, в) — тмах после отработки 15 камер (по блокам № 1-03) по простиранию месторождения

(блок № 01) по простиранию месторождения напряжения Сх, ау и т мах колеблются соответственно от -18 до -100, от -5 до -35 и от 10 до 30 МПа (рис. 7, 8).

В лежачем и висячем боках месторождения во вмещающем массиве Сх, Су

и т мах увеличиваются от -25 до -35, от 15 до 25 МПа. Отработка 1-5 камер (блоки № 1, 02, 03) по простиранию месторождения показывает, что напряже-

ния с

во вмещающем масси-

ве и разделительном рудном целике возросли в 1,5-2 раза, особенно на контактах целика с выработанным пространством (рис. 10, 11).

Проведены экспериментальные исследования по установлению вли-яния местоположения очагов взрывов и глубины горных работ на распределение зон концентрации динамических

2 8

явлений разной энергии от 10 до 10 Дж и более в шахтном поле. Рассмотрено распределение толчков на северном, южном флангах и в центральной части месторождения. Установлено, что зоны концентрации динамических явлений располагаются в разных частях шахтного поля, при этом их площади изменяются от 20 до 100 м2 и более, а количество зон от 1 до 7 (рис. 11). Выявлены зоны концентрации толчков с сейсмической энергией 10 -105 Дж, которые располагаются на северном фланге в этаже (-420)^(-350) м.

Таким образом, использование методов математического моделирования для оценки напряженно-де-

формированного состояния горных пород в процессе отработки рудных запасов охранного целика под реку позволили получить ряд важнейших результатов:

ау и т

Рис. 10. Схема расположения камер в охранном целике • при наличии камеры № 4 гор. (а

210)^(-140) м наблюдается рост напряжений в кровле и днище камеры, а также в массиве блоков №№ 5 и 4 гор. (-210И-140) м; отработка блока № 5 гор. (-210И-140) м приведет к увеличению напряжений в массиве блока № 4 гор. (-210)^(-140) м;

• последовательная выемка блоков №№ 4 и 3 гор. (-140Н-70) м и блоков №№ 5 и 4 приводит к снижению напряжений в областях

б

в

г

Рис. 11. Распределение зон концентрации толчков с энергией 10 Дж при взрывании блоков № 11 (а), № 6 (б), № 1 (в) и № 10 (г). 1-У11—зоны; + — местоположение блоков

массива горных пород на контакте разделительного целика с выработанным пространством;

• отработка камер в блоках №№ 01-3 показывает, что наблюдается формирование зон концентрации напряжений в лежачем и висячем боках рудных запасов охранного целика, а также в разделительном рудном целике, однако напряжения не достигают предела прочности горных пород на сжатие;

• выемка рудных запасов в блоках №№ 04-2 на северном флан-

ге в этаже (-210)^(-140) м в направлении к разделительному целику не способствует увеличению напряжений в массиве до критических величин, при которых происходит их разрушение;

• при производстве взрывных работ на Восточном участке месторождения выявлено формирование зон концентрации динамических явлений с сейсмической энергией от 102 до 105 и более, которые располагаются на северном фланге в этаже (-420)^(-350) м вне рудного участка, предполагаемого к отработке. ВГСга

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

Еременко В.А. - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник лаборатории, Еременко А.А. - доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией, Серяков В.М. - доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник , Колтышев В.Н. - младший научный сотрудник,

Штирц В.А. - аспирант,

Карпунин А.Н. - аспирант,

ИГД СО РАН, [email protected]

ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С. ОРДЖОНИКИДЗЕ

ГАРЕЕВ Альберт Марсельевич Обоснование организации работ по формированию из техногенного сырья покрытий в горных выработках 05.02.22 к.т.н.

НАЗАРОВ Сергей Александрович Золотосодержащий уранинитовый тип оруденения Эльконского горста, его состав и условия образования 25.00.11 к.г.-м.н.