Содержание к диссертации
Введение
1. Обобщение опыта комбинированной разработки и решений геомеханических задач применительно к этой разработке 8
1.1 Горно-геологические и геомеханические особенности месторождения кимберлитовой трубки «Мир» 8
1.1.1 Геологическое строение и гидрогеологические условия месторождения 8
1.1.2 Физико-механические и прочностные свойства пород горного массива 14
1.2 Обзор и анализ современного состояния и направления развития комбинированной технологии разработки алмазоносных месторождений мира 16
1.3 Факторы, оказывающие влияние на геомеханическое состояние массива горных пород при разработке месторождений комбинированным способом 22
1.4 Основные геомеханические задачи и пути их решения при комбинированной разработке месторождения 26
1.5 Цели и задачи исследования 34
Выводы по главе 36
2. Оценка геомеханического состояния массива горных пород при открыто-подземной разработке алмазосодержащих месторождений 38
2.1 Зоны сдвижения горных пород при открыто-подземной разработке 39
2.2 Оценка деформирования слоя, подстилающего дно карьера (подкарьерного целика) 45
2.3 Характер сдвижения и деформаций земной поверхности 50
Выводы по главе 54
3. Прогноз изменения геомеханического состояния массива горных пород и конструктивных элементов разработки 55
3.1 Расчет основных параметров водозащитной системы 55
3.2 Условия устойчивости и деформирования породного массива и конструктивных элементов разработки 61
3.2.1 Оценка устойчивости горных пород 62
3.2.2 Оценка устойчивости подрабатываемых бортов карьера при открыто-подземной разработке 66
3.2.3 Оценка устойчивости пролета камер и параметров целиков при камерно-целиковом порядке выемке слоев 78
3.2.4 Оценка устойчивости сооружений и технологических элементов подземного рудника в зоне возможного влияния подвижек земной поверхности 80
3.3 Влияние технологических параметров отработки рудного тела на геомеханическое
состояние подкарьерного целика 84
3.4 Расчет параметров закладки выработанного пространства 88
Выводы по главе 91
4. Контроль за развитием деформационных процессов, возникающих в породном массиве под влиянием горных работ 93
4.1 Основные этапы опытно-методических исследований геомеханического состояния массива горных пород 93
4.2 Анализ результатов расчетов и проведения наблюдений за состоянием массива 95
4.3 Проектирование и проведение инструментальных наблюдений за развитием геомеханических процессов при комбинированной разработке кимберлитовых месторождений 98
4.4 Определение деформационных нарушений горного массива над выработанным пространством 105
Выводы по главе 111
5. Исходные данные для управления геомеханическими процессами при комбинированной разработке кимберлитовых месторождений Якутии 112
5.1 Технологические методы управления геомеханическими процессами в массиве горных пород 112
5.2 Классификация технологических методов управления геомеханическими процессами при комбинированной разработке 116
5.3 Реализация результатов исследования 120
Выводы по главе 123
Заключение 124
Список используемой литературы 125
Приложения 133
- Обзор и анализ современного состояния и направления развития комбинированной технологии разработки алмазоносных месторождений мира
- Оценка деформирования слоя, подстилающего дно карьера (подкарьерного целика)
- Оценка устойчивости подрабатываемых бортов карьера при открыто-подземной разработке
- Проектирование и проведение инструментальных наблюдений за развитием геомеханических процессов при комбинированной разработке кимберлитовых месторождений
Обзор и анализ современного состояния и направления развития комбинированной технологии разработки алмазоносных месторождений мира
Всего в мире выявлено около 4000 кимберлитовых (и лампроитовьгх) тел; алмазы обнаружены в 500-1000 трубках; экономически значимый уровень содержании алмазов установлен в менее чем 60 отрабатывавшихся (отрабатываемых) месторождений; основной объем добычи обеспечивают всего лишь 16 главных месторождений.
Общие запасы алмазов за рубежом (25 стран мира без России) на начало 1996 г. оцениваются в более 1,6 млрд кар. Основная часть запасов (68,8%) сосредоточена на Африканском континенте, на Австралию приходится 20%, Азию - 0,3%), Америку (Южную и Северную) - 11,1% запасов. Наибольшими запасами алмазов обладают Ботсвана (30,8%), Австралия (20%), Ангола (15,1%), ЮАР (9,5%), Заир и Канада (по 9,8%). В недрах этих шести стран заключено более 95% суммарных запасов алмазов. Свыше 57% запасов сосредоточено в 16 крупнейших месторождениях и алмазоносных районах - Аргайл (Австралия), Джваненг (Боствана), Премьер и Вениша (ЮАР), Камафука-Камазамба и Катока (Ангола) и т.д. [5,6].
По состоянию на 1998 г. на территории Российской Федерации запасы алмазов учтены по 49 месторождениям. Балансовые запасы категорий А+в+Сі+Сг учтены по 44 месторождениям, по пяти учитываются только забалансовые запасы. Все месторождения с учтенными запасами алмазов сосредоточены в трех алмазоносных провинциях: на территории Республики Саха (Якутия) в пределах Малоботуобинского, Далдыно-Алакитского, Средне-Мархинского, Анабарского, Приленского и Мунского алмазоносных районов (причем запасы месторождений Мархинского и Мунского районов относятся к забалансовым); на территории Пермской области (Урал) в Вишерском алмазоносном районе; на территории Архангельской области в пределах Приморского алмазоносного района. Почти все балансовые запасы (81,6% категорий A+B+Q) И добыча алмазов (99,8%) сосредоточены в Республике Саха (Якутия) [3].
Эксплуатационные работы на Урале ведутся прииском Уралалмаз (россыпи в долинах рек Большой Колчим, Северный Колчим, техногенные месторождения), в Якутии - акционерной компанией «Алмазы России-Саха» (АЛРОСА) в составе рудника Мирный, Удачнинского и Айхальского ГОКов. Промышленность базируется на коренных и россыпных месторождениях Малоботуобинского, Далдыно-Алакитского и Анабарского алмазоносных районов. На учете компании состоят все переданные в промышленное освоение коренные, россыпные и техногенные месторождения алмазов Якутской алмазоносной провинции. Компанией разрабатываются коренные месторождения: трубки Мир, Удачная, Айхал, Сытыканская, Юбилейная; россыпи: Водораздельные галечники, участка Горный; техногенные месторождения; подземный рудник на трубке Интернациональная [7].
Добыча алмазов России составляет примерно 21 % от мировой. Темпы роста добычи за 1980-1994 гг. составили 5,2%. Темпы прироста запасов за 1980-1994 гг. составили в среднем 4,2 % при показателе компенсации добычи общими запасами равном 1,1 (0,8 по активным запасам), т.е. опережающий рост суммарных запасов обеспечивался, прежде всего, за счет разведки глубоких горизонтов алмазоносных трубок.
В настоящее время алмазодобывающая отрасль страны испытывает ряд трудностей, связанных с тем, что значительная часть запасов Республики Саха (Якутия) доступных к отработке открытым способом, в большей степени выработана, а остальная (около 45%) расположена на глубоких горизонтах трубок Удачная, Мир, Интернациональная, Айхал. Вновь вводимые в эксплуатацию коренные месторождения не могут в полной мере компенсировать убывающие объемы добычи алмазов на этих трубках, поскольку характеризуются значительно худшими качественными показателями запасов и даже после завершения разведки обнаруженных высокоалмазоносных кимберлитовых трубок в Якутии (Ботуобинская - 1994г., Нюрбинская - 1995г.) и Архангельской области (трубка им. В. Гриба) балансовые запасы алмазов по данным регионам могут быть увеличены только на 23-30%.
Одним из рациональных путей решения возникших проблем, является применение комбинированной (открыто-подземной) технологии разработки глубинных зон кимберлитовых трубок Якутии. Под комбинированной разработкой понимается отработка одного месторождения открытым и подземным способами, когда независимо от временного фактора требуется обязательный учет их взаимного влияния [8,9].
В развитии теории комбинированной разработки внесли значительный вклад исследования М.И. Агошкова, В.И. Терентьева, А.Д.Черных, К.В Трубецкого, Д.Р. Каплунова, С.Л. Иофина, В.А. Щелканова и других ученых .
Комбинированная (совмещенная) разработка месторождений представляет собой все разновидности сочетания открытых и подземных работ по взаимосвязанным технологическим схемам в пространстве и во времени при отработке запасов минерального сырья в пределах одного месторождения. К комбинированной разработке месторождений относятся: - ведение открытых и подземных горных работ с совмещением в пространстве по вертикали или по горизонтали в пределах одного месторождения; - ведение открытых и подземных горных работ в определенные периоды времени в пределах общего срока отработки запасов месторождения с одновременной или последовательной открыто-подземной или подземно-открытой разработкой [9,10,11,12]. Обобщение статистических материалов за последние 20 лет (по данным журнала «Mining Magazine») показано, что при общем росте числа рудников в западном мире за период с 1970 по 1990г. с 1020 до 1200, или на 17,6%, число рудников с комбинированным способом разработки увеличилось с 48 до 98, или более чем в два раза. В зависимости от особенностей состояния минерально-сырьевой базы и развития горнодобывающей промышленности, доля рудников с комбинированным способом разработки от числа общего в рассматриваемый период изменяется от 3 до 50%. В странах, имеющих значительные запасы минерального сырья, удельный вес месторождений, составлял 3-5% (Канада, США, ЮАР, Бразилия, Австралия и др.), а в странах же, обладающих ограниченными ресурсами, удельный вес предприятия с комбинированной разработкой достиг 33-50% и более (Франция, Финляндия, Греция, Египет, Турция и др.) [13,14].
В нашей стране комбинированным способом разрабатывается более 100 месторождений и особенно актуально на сегодняшний день применение этого способа в республике Саха (Якутия).
Анализ сводных данных (см. приложение 2), характеризующих технологические схемы использования комбинированного способа при отработке кимберлитовых месторождений, применяемые в России и за рубежом, показывает, что коренные месторождения алмазов разрабатываются открытым или комбинированным способом: верхние горизонты (до экономически целесообразной глубины) - открытым, а более глубокие - подземным.
В ЮАР, которая входит в число крупнейших в мире производителей и экспортеров алмазов, добывается свыше 20% африканских алмазов и более 10% -мировых. Максимальный объем добычи алмазов был достигнут в 1993 г. - 10,6 млн. каратов. Основная часть их добычи (примерно 4/5) приходится на коренные месторождения, многие из которых сейчас разрабатываются подземным способом. С 1993 г. половина добываемых ювелирных камней и свыше 46% всей добычи алмазов в ЮАР приходится на новый рудник Венетия. Это месторождение близ г.Мессины - одно из крупнейших открытых за последнюю четверть века. Оно представлено двумя кимберлитовыми трубками на площади в 18 га. Проектная мощность рудника - 5,9 млн. каратов в год. Добываемая здесь руда отличается наиболее высоким содержанием алмазов -0,85 карата на тонну.
Оценка деформирования слоя, подстилающего дно карьера (подкарьерного целика)
Эффективность и безопасность разработки алмазосодержащих месторождений во многом зависят от того, насколько параметры горных работ соответствуют геомеханическому состоянию породного массива.
Под геомеханическим обеспечением комплексного освоения недр понимается решение ряда задач длительной (на заданный срок) устойчивости подземных объектов и контроля за напряженно-деформированным состоянием вмещающих их пород, определения влияния горных работ на окружающую природную среду и инженерные сооружения как в период строительства и эксплуатации объектов, так и в период их реконструкции и, особенно, ликвидации. Его основной целью является предотвращение аварийных ситуаций при освоении недр, повышение безопасности и эффективности горных работ, обеспечение сохранности и нормальной эксплуатации зданий и сооружений, попадающих в зону влияния, и охрана природной среды.
Анализ опыта освоения недр в различных условиях показал, что наиболее целесообразно выполнять работы по геомеханическому обеспечению в такой последовательности: оценка естественного состояния массива горных пород, прогноз изменения этого состояния под влиянием горных работ, контроль за процессами, происходящими в толще пород и на земной поверхности, и управление этими процессами [43,44,45,46].
Оценка геомеханического состояния до начала горных работ производится на основании геологических данных, инженерных изысканий, лабораторных и натурных испытаний свойств горных пород, при этом основное внимание уделяется определению природного (естественного) поля напряжений, характеристике тектонических нарушений, трещиноватости, слоистости, водообильности, карстообразованию и другим особенностям массива [25]. Оценка и прогноз геомеханического состояния массива при освоении недр представляют собой довольно сложную научную и инженерную задачу, поскольку это состояние зависит от множества влияющих факторов и, главное, оно постоянно меняется в пространстве и во времени [45]. Оценка геомеханического состояния массива состоит из следующих этапов: - визуальное обследование осваиваемой территории; - испытание физико-механических свойств горных пород в лабораторных условиях; - определение коэффициента структурного ослабления в натурных условиях; - анализ результатов испытаний и натурных наблюдений, проведенных ранее на этом месторождении или в аналогичных условиях, и сопоставление их с полученными данными. При комбинированной (открыто-подземной) разработке кимберлитовых месторождений задача оценки геомеханического состояния массива многократно усложняется. Одним из этапов ее решения является установление зон сдвижения в породном массиве, которые образуются в нем под влиянием горных работ.
Труды многих ученых посвящены вопросу расчета и обоснования зон сдвижения горных пород. Наиболее полно механизм деформирования породного массива под влиянием горных работ рассмотрен в работе [47], где была составлена схема сдвижения пород для пластовых месторождений с различным залеганием породных слоев, в которой выделены три области и 16 зон.
На основе этой схемы и с учетом анализа результатов комплексных инструментальных наблюдений в толще пород и на земной поверхности в различных горно-геологических условиях, а также обобщения опыта ведения горных работ в зонах их влияния на водоносные горизонты, инженерные и природные объекты в условиях разработки кимберлитовых трубок нами составлена схема сдвижения породного массива при открыто-подземной разработке алмазосодержащих месторождений Якутии. В ней выделено две области и 17 зон, отличающихся характерными, свойственными только для этих зон особенностями (рис. 4) [48].
Область разгрузки характеризуется пониженными по сравнению с нетронутым массивом нормальными напряжениями. Она располагается над- и под- выработанным пространством (на рисунке область разгрузки заштрихована горизонтальными линиями) и имеет в сечении форму двух полуэллипсов, общая ось которых равна ширине добычной выработки. Величины полуосей, характеризующих полуэллипсы в подработанной и надработанной частях массива, определяются размерами добычной выработки, вынимаемой мощностью слоя, глубиной разработки и способом управления горным давлением, литологическим строением и механическими свойствами горных пород.
Область повышенного горного давления (ПГД) граничит с областью разгрузки и располагается над и под нетронутым массивом горных пород, полезным ископаемыми или над и под оставленным в нем целиком (на рисунке область ПГД заштрихована вертикальными линиями). В этой области нормальные напряжения больше, чем в нетронутом массиве. Параметры области ПГД зависят от глубины горных работ, физико-механических свойств пород, размеров и конфигурации выработанного пространства и других факторов. Ширина области опорного давления в плоскости слоя находится в степенной зависимости от глубины горных работ Н и колеблется обычно в пределах от 0,Ш до 0,ЗН. Опорное давление распространяется также вверх и вниз от границы выработки на расстояние равное, примерно, высоте зоны разгрузки.
В зоне 1, расположенной непосредственно над добычной выработкой, породы наиболее деформированы и разделены на отдельные куски и мелкие блоки (при управлении горных давлением обрушением кровли). Она обычно носит название зоны обрушения.
Зона 2, прилегающая к зоне обрушения, характеризуется развитием в прогибающихся слоях нормально секущих трещин и трещин расслоения, разбивающих массив на крупные блоки и образующих систему сквозных водо- и газопроводящих каналов с малым гидро- и аэродинамическим сопротивлением, не оказывающим влияния на прохождение по каналам растворов и газов. Эта зона называется зоной сквозных трещин.
В зоне 3 секущие трещины, идущие от верхней и нижней поверхностей изгибающегося слоя, достигают трещины расслоения и создают систему водо- и газопроводящих трещин со значительным гидро- и аэродинамическим сопротивлением, которое растет пропорционально удалению их от разрабатываемого слоя. Третья зона носит название зоны фильтрующих трещин.
В зоне 4 деформации растяжения, вызванные изгибом слоя, достигают критических значений в волокнах, прилегающих к верхней и нижней поверхностям слоя. Чем ближе слой расположен к горным выработкам, тем глубже распространяются в нем критические деформации и тем больше число волокон рвется. Одновременно под влиянием касательных напряжений, вызываемых изгибом слоя, в нем появляются деформации сдвига и зарождаются трещины расслоения. Но поскольку протяженность этих трещин и глубина секущих трещин в четвертой зоне невелика, сквозной водо- и газопроводящей системы в этой зоне не образуется. Четвертая зона называется зоной локальных трещин.
Оценка устойчивости подрабатываемых бортов карьера при открыто-подземной разработке
Расчет ожидаемой устойчивости бортов карьеров на стадии проектирования основывается на приближенных фактических величинах, которые необходимо корректировать как в процессе строительства, так и на протяжении всего срока эксплуатации карьера. Нарушения устойчивости откосов и бортов влекут за собой увеличение объемов вскрыши, непроизводительные расходы на дополнительную переэкскавацию, нарушают режим работы на карьере, вызывают простои и аварии горнотранспортного оборудования и приносят значительный материальный ущерб. Анализ нарушений устойчивости откосов на карьерах, подконтрольных Управлению по надзору в горнорудной промышленности Госгортехнадзора России, за период с 1993г. по настоящее время показал, что на 50% карьеров глубиной до 100м наблюдаются деформации уступов и бортов, а при увеличении глубины до 200м этот показатель возрастает до 70% [75,76].
С увеличением глубины разработки усугубляется тяжесть последствий от деформаций и оползневых явлений. Поэтому правильное решение вопросов обеспечения устойчивости бортов карьеров, своевременное предупреждение возможных деформаций откосов и корректировка углов откосов в зависимости от изменяющейся горногеологической и геомеханической обстановки позволит обеспечить безопасность производства работ, снизить затраты на укрепление бортов карьеров, улучшить экологическую обстановку в горнопромышленных районах, а также эффективно и экономически целесообразно эксплуатировать месторождения полезных ископаемых.
В западной Якутии месторождения трубок «Мир», «Интернациональная», «Айхал», «Удачнинская» и др. представленные крутопадающими рудными телами (кимберлитовыми трубками) имеющими непосредственный выход на земную поверхность или перекрытыми наносами незначительной мощности, разрабатываются глубокими карьерами.
Рост предельной глубины открытых горных разработок является характерной тенденцией развития этого способа добычи и наблюдается во всем мире. Увеличение глубины обуславливает необходимость выбора безопасных параметров и оценку устойчивости откосов уступов и бортов карьеров на предельном контуре с учетом физико 67 механических свойств, структурно-тектонических и гидрогеологических особенностей массива горных пород.
Для вовлечения в открытую отработку запасов на больших глубинах необходимо определять параметры карьера, максимально учитывая прочностные свойства пород обеспечивающие уменьшение эксплутационных затрат путем снижения объемов вскрыши в контурах. Оптимальной проектной глубиной отрабатываемых карьеров, определенной из условия перехода на отработку подкарьерных запасов подземным способом на малым трубках (площадь сечения до 2га) ограничена эффективным диапазоном 250-350м (трубки «Интернациональная», «Айхал», «Сытыканская», «Комсомольская», «Нюрбинская», «Ботуобинская»). На крупных трубках (площадь сечения до 20га), имеющих высокое содержание алмазов, эффективная глубина карьеров ограничена диапазоном 500-600м (трубка «Мир», «Удачная», «Юбилейная») [77,78,79,80,81].
Для условий алмазных месторождений севера влияние на открытые горные работы всего комплекса неблагоприятных природных условий областей вечной мерзлоты (суровые климатические условия, низкая разрабатываемость мерзлых пород, мерзлотно-динамические явления и др.) особенно велико. Отрицательная температура пород, сцементированность раздельнозернистых пород льдом, своеобразный режим подземных вод, как и весь комплекс других природных условий многолетней мерзлоты, значительно осложняет производство горных работ [82,83].
На месторождении «Мир» была сделана попытка максимально учесть все факторы, влияющие на устойчивость: изменчивость свойств пород, всестороннее их сжатие, округлая форма карьера, наличие фильтрационных сил, также было проведено по 750 определений угла внутреннего трения, сцепления, объемного веса и выделено в зоне открытых горных работ четыре инженерно-геологических слоя с отметками подошвы 234, 358,486 и 836м [84].
Основными характеристиками прочности горных пород, от которых зависит устойчивость их в откосах и бортах карьеров, являются характеристики сопротивления сдвигу - сцепление и коэффициент внутреннего трения [84,85]. На месторождениях трубок «Мир», «Удачная», где ведутся основные объемы горных работ, определено по несколько сотен значений показателей основных физико-механических свойств пород и на каждом их месторождений рассчитано по несколько десятков значений коэффициента структурного ослабления.
Для того чтобы определить изменение физико-механическим свойств горных пород в пространстве и во времени необходимо учесть то, что для карьеров алмазодобывающей промышленности характерно ведение этапной отработки. Так на карьере «Мир», разработка которого началась в 1958 году, несколько раз производилась реконструкция с целью восполнения сырьевой базы за счет увеличения глубины открытых горных работ.
По первоначальному проекту глубина карьера на конец отработки составляла 240м, затем она была увеличена до 300м, а в 1972г. - до 455м. По результатам научно-исследовательских работ и с учетом многолетней практики алмазодобычи, возможностей современной горно-транспортной техники было принято решение об отработки части запасов (отнесенных к подземной отработке) открытым способом до подошвы метегеро-ичерского водоносного комплекса, т.е. до глубины 525м. При этом диаметр карьера поверху согласно проекту достигнет 1200м, а общий объем карьера 184 млн.м [59]. Горные работы по реконструкции карьера до а.о. -190м были начаты в 1988г., срок их окончание был намечен на 1999г. Дальнейшую отработку месторождения планируется осуществить подземным способом.
Увеличению глубины карьера «Мир» способствовало детальное изучение инженерно-геологических условий, устойчивости бортов и уступов карьера, что позволило увеличить генеральный угол наклона борта с 34 при его высоте 240м до 47 при его высоте 455м, а при достижении конечной глубины карьера он составит 48-50.
Коэффициент структурного ослабления зависит главным образом от степени трещиноватости и от минералогического состава пород. Поскольку на рассматриваемых месторождениях в пределах глубин открытых горных работ как минералогический состав, так и трещиноватость мало отличались от места проведения испытаний, то установленные значения коэффициента структурного ослабления распространяют на весь разрез, исключение составляет только месторождение трубки «Мир», где в пределах водоносного горизонта трещиноватость пород существенно выше, чем вне его. Было установлено, что коэффициент структурного ослабления равен 0,10, в породах водоносного комплекса этот коэффициент равным 0,05 [23,33,69].
На изменение его величины также оказывают влияние, такие факторы как: создание карьерного пространства, которое изменяет естественное напряженно-деформированное состояние массива и физико-механические свойства горных пород; дальнейшее углубление приводит к уменьшению устойчивости бортов; откачка воды сопровождается увеличением нагрузки на породы водоносного горизонта и их сжатие; обнажение пород способствует их физическому выветриванию, т.е. ведет к раскрытию естественных трещин, потере связи между отдельными блоками и их осыпанию.
Проектирование и проведение инструментальных наблюдений за развитием геомеханических процессов при комбинированной разработке кимберлитовых месторождений
С целью оценки и прогноза устойчивости сооружений в зоне возможного влияния подвижек земной поверхности при выборе системы разработки запасов полезного ископаемого необходимо производить расчет ожидаемых деформаций земной поверхности для условии отработки как при закладке выработанного пространства, так и при обрушении руды и вмещающих пород. Границы зоны опасного влияния подземных горных разработок определяются следующим образом: если точка пересечения плоскостей под углами сдвижения с земной поверхностью располагается на расстоянии по горизонтали, большем глубины карьера, то за границу зоны опасного влияния принимается это точка; если указанная точка располагается на расстоянии, равном или меньшем , от верхней бровки карьера, то за границу зоны опасного влияния принимается точка, расположенная на расстоянии равном глубине карьера откладываемого от верхней бровки карьера [91].
Основным критерием устойчивости сооружений являются последствия вызываемые проводимыми горными работами. Различают допустимые и предельные деформации земной поверхности (оснований зданий). При допустимых деформациях возникают относительно небольшие повреждения, которые не создают существенных препятствий для дальнейшей эксплуатации сооружений, хотя в отдельных случаях могут потребовать текущие профилактические и ремонтные работы [52,92].
При деформациях, превышающих предельные величины, повреждения столь велики, что могут привести к аварийному состоянию сооружений, тем самым повлечь опасность для жизни людей. Для предотвращения таких последствий при отработке запасов в условиях, при которых расчетные деформации превышают предельные величины, должны предусматриваться горно-технические мероприятия, направленные на уменьшение деформаций земной поверхности до допустимых величин. Если этими мероприятиями не представляется возможным снизить деформации до допустимых величин, дополнительно применяются конструктивные меры защиты. где тє -коэффициент условий работы при учете воздействий на здание или сооружение относительных горизонтальных деформаций, изменяющийся ; / -длина здания, мм; [А1Д ] и [А/Я]- соответственно допустимые и предельные величины показателя деформаций, определяемые по формулам:
Расчет ожидаемых деформаций земной поверхности производится по формуле (2.26) приведенным в разделе 2.3. Полученные результаты позволили утверждать, что на расстоянии 700 м от карьера будет находится зона безопасности, в которой деформации земной поверхности не превысят допустимых значений для зданий и сооружений, на этом расстоянии и рекомендуется размещать стройплощадку для будущего рудника.
При проходке и эксплуатации ствола подземного рудника его устойчивость во многом зависит от места размещения относительно зоны влияния горных работ. На карьере «Мир» существует несколько вариантов расположения ствола относительно тампонажной завесы.
При закладке ствола на берме уступа с отметкой +23 5м, безопасность и надежность его строительства и эксплуатации, во многом будет зависеть от устойчивости южного борта карьера. При данном варианте заложения ствола если принять, что темпы освоения месторождения в ближайшие 15 лет (в период строительства и первые годы эксплуатация ствола) сохранятся и процесс сдвижения будет проходить с той же скоростью 31 мм/год величина оседания устья ствола к концу этого периода будет равна 322мм. А разделив ее на глубину ствола и умножив на коэффициент концентрации деформаций, найдем максимальное сжатие ствола єтах. Оно получается равным 1,85-10" , что в три раза больше допустимой деформации крепи из монолитного бетона и несколько ниже допустимой деформации крепи из железобетонных тюбингов.
Максимальное отклонение оси ствола от вертикали обычно равно удвоенному среднему изменению его наклона под влиянием горизонтальных смещений. В нашем случае эта величина составит 1,5-10 "3 , что при плавном изгибе ствола не представляет опасности для состояния его крепи. Неприятности могут возникнуть при сдвиге пород по потенциальной поверхности скольжения или другим ослабленным поверхностям. Для своевременного обнаружения и предотвращения этих явлений необходимо организовать и проводить инструментальные наблюдения за деформациями ствола, как в период его строительства, так и во время эксплуатации.
В качестве альтернативного варианта выбранному месту заложения ствола целесообразно рассмотреть возможность его переноса на другую сторону дренажной завесы, т.е. в сторону от карьера, но при этом необходимо создать дополнительную противофильтрационную завесу для защиты от обводнения самого ствола. Преимущество такой схемы состоит в том, что пробуренные и зацементированные под давлением скважины играют, в некоторой степени, роль стены в грунте. В этом случае несколько уменьшается риск попадания ствола в оползневую зону, поскольку наиболее вероятно, что трещина отрыва пройдет по границе зацементированной зоны.
Однако этот вариант имеет ряд недостатков, в том числе: необходимость проведения значительного объема дополнительных работ, связанных с подготовкой и оборудованием новой площадки и с бурением скважин для создания вокруг ствола противофильтрационной завесы; возможность активизации процесса сдвижения при закачке под давлением цементного раствора в скважины.
Другой альтернативный вариант, заключающийся в проходке ствола за пределами влияния горных работ, имеет еще более существенные недостатки, основными из которьж являются: значительное удорожание работ за счет увеличения глубины ствола и длины квершлагов; увеличение сроков строительства, ведущее к разрыву сроков между отработкой запасов открытым и подземным способами; опасность пересечения стволом поверхностей скольжения (существующая и при других вариантах), поскольку ее положение инструментальными наблюдениями до сих пор не установлено.
Для сопоставительной оценки вариантов местоположения ствола произведен расчет запаса устойчивости борта карьера при различных поверхностях его скольжения. Такой расчет позволяет определить степень вероятности попадания ствола в оползневую зону, т.е. установить степень риска деформирования ствола в зависимости от места его заложения. Этот риск будет находиться в обратно пропорциональной зависимости от коэффициента запаса устойчивости борта карьера, рассчитанного по потенциальной поверхности скольжения, ближайшей к месту заложения ствола. На рис.20 приведено семейство потенциальных поверхностей, по которым производился расчет. Из этого рисунка видно, что ствол, пройденный вдоль линии 1-1, деформируется при возникновении оползневых процессов по любой из приведенных поверхностей скольжения. На ствол, пройденный вдоль линии II—II, оползневые процессы, проходящие по потенциальной поверхности скольжения 1, на ствол влияния не окажут. Аналогично ствол вдоль линии Ш-Ш не будет подвержен влиянию оползней по поверхностям 1 и 2, ствол вдоль линии IV-IV - влиянию оползней по поверхностям 1, 2, 3, по линии V-V -влиянию оползней по поверхностям 1, 2, 3 и 4 и т.д. Ствол вдоль линии VII-VII вообще будет находиться за пределами влияния приведенного семейства потенциальных поверхностей скольжения.
