Введение к работе
Актуальность работы.
Согласно утвержденной Правительством РФ "Энергетической стратегии России на период до 2020 года" планируется увеличить долю атомной энергетики в производстве электроэнергии. Намеченные темпы развития определяют необходимость значительного увеличения производства урана в стране. Предусматривается освоение глубоких горизонтов на урановых месторождениях. С увеличением глубины ведения горных работ возникает проблема управления горным давлением, особенно его проявлением в динамической форме при строительстве и эксплуатации рудников.
Месторождение “Антей” расположено в тектонически-нарушенном массиве. Вмещающие породы склонны к хрупкому разрушению и являются потенциально удароопасными. Глубина ведения горных работ составляет 800 метров от земной поверхности и планируется их дальнейшее понижение.
Наибольший вклад в развитие научных представлений о горных ударах при разработке рудных месторождений внесли такие исследователи как, С.Г. Авершин, А.С. Батугин, И.М. Батугина, Я.А. Бич, П.В. Егоров, О.В. Ковалев, Е.И. Микулин, И.М. Петухов, И.Ю. Рассказов, В.Г. Селивоник, В.С. Сидоров, А.Н. Ставрогин, В.М. Тряпицын, А.А. Филинков, А.Н. Шабаров, М.А. Шадрин и др. Обеспечению устойчивости выработок при динамических проявлениях горного давления посвящены работы А.А. Еременко, А.А. Козырева, Г.Г. Мирзаева, А.Г. Протосени, О.В. Тимофеева, В.Л. Трушко, Н.Н. Фотиевой и др.
Однако до сих пор не решены вопросы обеспечения устойчивости очистных выработок при разработке удароопасных жильных урановых крутопадающих месторождений. Поэтому тему диссертационной работы следует считать актуальной.
Цель диссертационной работы. Снижение удароопасности и повышение устойчивости выработок при разработке месторождений с хрупкими породами в тектонически-напряженных массивах.
Идея работы: для обеспечения устойчивости очистных выработок следует снизить удароопасность целиков с помощью скважин для камуфлетного взрывания, сооружаемых в зоне тектонического нарушения во вмещающих породах вблизи рудного тела.
Основные задачи исследования:
изучение особенностей строения массива пород месторождения “Антей”;
проведение натурных наблюдений за проявлениями горного давления в горизонтальных выработках;
исследование прочностных свойств закладочного массива методом ударного импульса в кровле очистных выработок;
разработка геомеханической модели деформирования тектонически-нарушенного массива вокруг очистных выработок в условиях месторождения “Антей”;
разработка мероприятий по приведению целиков в неудароопасное состояние;
обоснование типов и параметров крепей, обеспечивающих устойчивость очистных выработок.
Методы исследований.
Проведение натурных наблюдений за состоянием выработок, шахтных исследований прочностных свойств закладочного массива в кровле очистных выработок методом ударного импульса; моделирование методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния тектонически-нарушенного массива при слоевой системе разработки с закладкой выработанного пространства в нисходящем порядке отработки.
Научная новизна работы:
Выявлены закономерности распределения напряжений в нетронутом горными работами тектонически-нарушенном гранитном массиве, при этом максимальные величины вертикальных и горизонтальных напряжений больше соответственно на 40% и 10% по сравнению со значениями этих напряжений в рудных телах.
После взрывания камуфлетных скважин в зоне тектонического нарушения №13 горизонтальные напряжения в середине целика снижаются на 70%, а на верхней и нижней его границах снижаются на 30%.
Защищаемые научные положения:
-
При оценке поля напряжений в нетронутом массиве месторождения “Антей” нужно учитывать, что во вмещающем гранитном массиве горизонтальные напряжения больше вертикальных в 2 раза, т.е. он является зоной повышенных напряжений по сравнению с рудными телами.
-
При разработке рудного блока слоевой системой с закладкой и нисходящей отработкой концентрация тангенциальных напряжений в целике с увеличением числа отрабатываемых слоев возрастает, поэтому после отработки очистных заходок 4 слоя необходимо приводить рудный целик в неудароопасное состояние.
-
Для снижения концентрации напряжений в рудном целике и обеспечения его неудароопасного состояния следует бурить скважины для камуфлетного взрывания в зоне тектонического нарушения параллельно рудному телу.
Практическая значимость работы:
предложены эффективные способы разгрузки рудных целиков в тектонически-нарушенном массиве: при помощи камуфлетного взрывания скважин или создания разгрузочной щели в зоне тектонического нарушения;
разработана методика расчета нагрузок на крепь очистных выработок;
определены рациональные параметры крепей для очистных выработок (заходок).
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается натурными наблюдениями за состоянием выработок, исследованием прочностных характеристик закладочного массива, моделированием напряженно-деформированного состояния массива вокруг выработок методом конечных элементов, согласованностью результатов с данными других авторов.
Апробация диссертации. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на международной конференции во Фрайбергской горной академии (Фрайберг, 2009 г.); ежегодных конференциях молодых ученых и студентов СПГГИ (ТУ) им. Г.В. Плеханова «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2009 г.).
Личный вклад автора заключается: в постановке задач исследований, участии в проведении натурных исследований, обработке полученных данных на ЭВМ, анализе натурных данных, создании конечно-элементных моделей для исследования особенностей формирования напряженно-деформированного состоянии вокруг очистных выработок, выполнении численных экспериментов и разработке практических рекомендаций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 3 работы в изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение и заключение, список использованной литературы из 103 наименований, 95 рисунков и 7 таблиц.
