Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цели и задачи исследований 10
1.1. Опыт подземной разработки золоторудных жил наклонного заления 11
1.2. Анализ существующих технологий в криогенной зоне 15
1.3. Анализ результатов исследований влияния теплового режима шахт на устойчивость и деформирование горных выработок 20
1.4. Анализ результатов исследований по определению параметров подземных геотехнологий разработки наклонных жил 24
1.5. Цели и задачи исследований 39
2. Исследование геологических и криогенных условий определяющих устойчивое состояние горного массива 40
2.1. Горно-геологическая характеристика месторождения 40
2.2. Геологические факторы, влияющие на устойчивость пород 41
2.3. Исследование закономерностей распределения температур горных пород и воздуха в горных выработках, криогенное районирование 46
2.3.1. Методика измерений температур воздуха и пород в горных выработках 46
2.3.2. Закономерности распределения температур пород и воздуха в горных выработках 48
2.3.3. Переходные зоны от многолетнемерзлых к талым средам, их границы и классификация 50
2.4. Классификация состояния кровли выработок по степени устойчивости с учетом переходных зон 57
3. Исследование природных и техногенных напряжений горного массива и оценка его устойчивости 63
3.1. Обоснование критериев оценки устойчивости массива горных пород в криолитозоне 63
3.1.1. Обоснование коэффициента структурного ослабления пород 63
3.1.2. Определение коэффициента запаса прочности целиков и кровли камер 65
3.1.3. Оценка допустимых напряжений в целиках и кровле камер 68
3.2. Определение первоначального напряженного состояния горного массива инструментальными измерениями в шахте 70
3.2.1. Методика измерений 70
3.2.2. Результаты измерений 73
3.3. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния опорных целиков и обнажений кровли при отработке жил.. 83
4. Обоснование методов управления горным давлением при разработке жил в криолитотозоне 89
4.1. Обоснование метода управления горным давлением - естественным поддержанием очистного пространства 89
4.1.1. Методика определения параметров устойчивых целиков и кровли камер 89
4.1.2. Определение размеров устойчивых целиков и обнажений кровли камер при отрицательных температурах горного массива 94
4.1.3. Определение размеров устойчивых целиков и обнажений кровли камер в переходной зоне от отрицательных температур в положительные 97
4.2. Обоснование метода управления горным давлением - регулируемым самообрушением 99
4.2.1. Определение высоты свода обрушения 99
4.2.2. Определение шага обрушения 100
5. Промышленная проверка и внедрение результатов исследований на руднике «Ирокинда» 104
5.1. Проверка и реализация результатов исследований по определению устойчивых целиков и обнажений кровли 108
5.2. Промышленная проверка эффективности применения способа управления горным давлением - регулируемым самообрушением 111
Заключение 116
Библиографический список 118
Приложение 126
- Анализ результатов исследований влияния теплового режима шахт на устойчивость и деформирование горных выработок
- Исследование закономерностей распределения температур горных пород и воздуха в горных выработках, криогенное районирование
- Определение первоначального напряженного состояния горного массива инструментальными измерениями в шахте
- Обоснование метода управления горным давлением - регулируемым самообрушением
Введение к работе
Золоторудные жильные месторождения Восточной Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока России имеют ряд особенностей: наличие криолито-зоны различной мощности и температурного режима, сложное геологическое строение и тектоническую нарушенность, многообразие условий по устойчивости руд и вмещающих пород. Все это существенно влияет на устойчивость подрабатываемых массивов, напряженное состояние целиков и обнажений выемочных камер.
Разработка наклонных жил проводится, как правило, камерно-столбовой системой разработки с креплением очистного пространства. При этом до 30 - 40% запасов блока остается во внутриблоковых и ленточных охранных целиках и в основном их относят в потери. В небольших объемах применяется сплошная система разработки без оставления целиков. Однако вопросы определения параметров этой геотехнологии недостаточно решены в условиях криолитозоны.
Назрела актуальная необходимость обосновать методы и методики определения параметров подземной геотехнологии наклонных жил в криолито-зоне на основе исследований температурного режима пород, геологических факторов, природных и техногенных полей напряжений в конструктивных элементах систем разработки на различных стадиях выемки запасов. Это позволит повысить безопасность и эффективность их разработки.
Цель диссертационной работы - повышение эффективности и безопасности отработки наклонных золоторудных жил в условиях криолитозоны.
Основная идея работы состоит в совершенствовании элементов технологии отработки наклонных золотосодержащих жил на основе выявленных закономерностей перераспределения горного давления в криолитозоне.
Объект исследований - подземная геотехнология наклонных золоторудных жил в криолитозоне.
Предмет исследований - напряженное состояние горных пород и конструктивные параметры систем разработки наклонных жил в условиях крио-литозоны.
Задачи исследований:
1.Анализ условий разработки наклонных золоторудных жил в криоли-тозоне.
Исследование геологических и криогенных факторов, определяющих устойчивое состояние горного массива.
Оценка устойчивости горного массива с учетом природных и техногенных напряжений горного массива.
Обоснование методов определения параметров подземной геотехнологии наклонных золоторудных жил.
Апробирование и реализация рекомендаций работы в производство.
Методы исследований. В работе применены комплексные исследования, включающие: научный анализ и обобщение накопленного опыта; натурные измерения; графоаналитический метод при изучении элементов тектоники; теоретические и экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния целиков и обнажений кровли с применением математического моделирования и шахтных измерений методами разгрузки; опытно - промышленную проверку разработанных методов управления горным давлением.
Научные положения, выносимые на защиту: 1. При отработке рудных залежей в условиях многолетнемерзлых пород выявлено два типа переходных зон от многолетнемерзлых пород к талым, один из которых связан с естественным состоянием мерзлоты, другой с влиянием сезонного ритма ведения горных работ. В условиях переходных зон горизонтальные напряжения, действующие вкрест простирания рудных тел, превышают вертикальные в 1,7 раза, горизонтальные напряжения, действующие по простиранию, практически равны вертикальным. Установленные закономерности - основа разработки специальных технических решений
по совершенствованию элементов технологии ведения горных работ и управлению горным давлением.
Границы переходных зон Ирокиндинского месторождения определяются изотермами горных пород от - 1 до + 0,5 С. Устойчивость пород кровли в этих условиях может быть определена с учетом коэффициента структурного ослабления пород, изменяющегося в зависимости от мощности жилы и состояния переходных температурных зон от 0,37 до 1.
Параметры подземной геотехнологии при отработке наклонных золоторудных жил в условиях криолитозоны должны обеспечиваться: временем отработки до 2...4 лет, выбором рациональных размеров очистного забоя, применением устойчивых предохранительных целиков и кровли камер, погашением отработанного пространства регулируемым самообрушением.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается соответствием физических и математических моделей реальному состоянию массива горных пород, сходимостью результатов (лабораторных, аналитических и натурных) исследований, внедрением разработанных рекомендаций в промышленных масштабах. Научная новизна диссертации
Выявлены закономерности изменения температурного режима криолитозоны в зависимости от сезона года и глубины разработки.
Уточнена классификация состояния кровли выработок с учетом геологических факторов: мерзлоты и ее температурного состояния, мощности зоны рассланцевания висячего бока жилы, блоковой тектоники и характера изгибов кровли и др.
Установлено пространственное положение переходных зон мерзлых пород в талые с учетом сезонного влияния теплого периода года.
Определены первоначальные напряжения на различных участках криолитозоны Ирокиндинского месторождения.
Личный вклад автора состоит в формулировке рабочих гипотез, постановке и проведении научных исследований, разработке методик лабора-
торных и производственных экспериментов, непосредственном участии в исследованиях, обработке полученных результатов и их обобщении, обосновании методов и методик определения параметров геотехнологии, проведении испытаний и внедрении результатов исследований и разработок в промышленном масштабе.
Практическая значимость результатов исследований
Усовершенствованы методики определения параметров устойчивых целиков и кровли очистных камер с учетом фактора оттаивания мерзлоты, выявленных закономерностей изменения природных и техногенных напряжений горного массива в криолитозоне.
Обоснован метод управления горным давлением - регулируемое самообрушение с учетом выявленных закономерностей напряженного состояния целиков и кровли камер в мерзлых и переходных зонах криолитозо-ны.
Обоснованы параметры геотехнологий, позволяющие обеспечить безопасную и эффективную выемку наклонных золоторудных жил в криолитозоне Ирокиндинского месторождения.
Определены параметры регулируемого самообрушения пород кровли при погашении подземных пустот.
Реализация работы
1. Разработанные методические указания по определению конструктивных параметров систем разработки в переходных зонах многолетнемерз-лых пород к талым рекомендованы Управлением по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора РФ по Республике Бурятия для практического применения на руднике «Ирокинда».
Основные рекомендации исследований использованы при составлении локальных проектов отработки жил Ирокиндинского месторождения.
Результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке специалистов горно-геологических специальностей в дисципли-
нах «Геомеханика», «Управление состоянием массива горных пород», «Горнопромышленная геология» и др.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на технических совещаниях ОАО «Бурятзолото» и рудника «Ирокинда» (г. Улан-Удэ, п. Ирокинда, 2005-2008 гг.); научно-технических конференциях горного факультета Иркутского государственного технического университета (г. Иркутск, 2007-2008 гг.); научно-технической конференции «Геодинамика и напряженное состояние недр земли» (г. Новосибирск, 2007 г.); научно-технической конференции «Неделя горняка», МГГУ (г. Москва, 2007-2008 гг.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано пять работ, в том числе три статьи в научных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК России.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 83 наименований и 2 приложений. Работа представлена на 128 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок, 19 таблиц и приложения на 3 страницах.
Диссертационные исследования выполнялись по плану госбюджетных научно-исследовательских работ ИрГТУ на 2003-2008 гг. (поз. 47/314 «Развитие научных основ, изыскание эффективных технологий разработки полезных ископаемых); планам научно-исследовательских работ ОАО «Бурятзолото» на 2005-2008 гг.
Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю к.т.н. A.M. Павлову за консультации в процессе выполнения работы; проф., д.т.н. Л.И. Сосновскому; д.г-м.н., проф. В.А. Филонюку; д.т.н., проф. Д.Е. Махно; коллективу кафедры РМПИ ИрГТУ за поддержку и ценные советы в процессе выполнения работы; специалистам ОАО «Бурятзолото» и рудника «Ирокинда» за содействие в проведении лабораторных и промышленных экспериментов.
10 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Анализ результатов исследований влияния теплового режима шахт на устойчивость и деформирование горных выработок
Связь между тепловым режимом шахты и характером поведения пород кровли в горных выработках, главным образом при разработке многолетне-мерзлых россыпных месторождений, была подмечена уже в самом начале промышленного освоения восточных районов области вечной мерзлоты. Эти вопросы не утратили своего значения и в настоящее время.
Значительно менее изучено влияние температурного фактора на устойчивость горных выработок в многолетнемерзлых коренных породах. Впервые этот вопрос освещается в работе Бакакина [4], где однако приводятся лишь некоторые сведения, касающиеся максимальной площади устойчивых обнажений для конкретных условий. Исследования в этом направлении проводились Ленинградским горным институтом [28-30].
Естественно полагать, что сдвижение больших массивов основной кровли не зависит от теплового режима шахты. Что же касается характера поведения кровли в отдельных лавах и камерах, проявлений горного давления в капитальных и подготовительных выработках, устойчивости целиков, то здесь температурный режим горных пород играет весьма существенную роль.
Основной особенностью многолетнемерзлых горных пород, в значительной степени определяющей их физико-механические свойства, является наличие в их составе льда, цементирующего отдельные частицы, куски, обломки, блоки и, наконец, целые участки породы в монолитный массив. Эта характерная особенность и явилась основой для определения самого понятия «многолетнемерзлые горные породы», которые по физико-химическим свойствам можно разделить на две большие группы: дисперсные и коренные. Прочность мерзлых дисперсных пород определяется их внутренними прочностными связями - силами сцепления, которые возникают благодаря молекулярному взаимодействию между кристаллами льда и минеральными частицами породы. На величину сил сцепления цементации льдом влияет количественное содержание льда в мерзлых породах (льдистость), площадь контакта льда с минеральными частицами и интенсивность пластических деформаций льда. Интенсивность деформирования мерзлых дисперсных пород зависит в основном от их температуры, которой определяется как количество неза-мерзшей воды и льда, так и пластические свойства льда. Н.А. Цытовичем сформулирован принцип равновесного состояния воды в мерзлых дисперсных породах, согласно которому количество, состав и свойства жидкой фазы воды, содержащейся в породе, не остаются постоянными, а изменяются под влиянием внешних воздействий, находясь с ними в динамическом равновесии [76, 77]. Зависимость между температурой и количеством незамерзшей воды установлена опытным путем [15]. Наиболее интенсивные фазовые переходы воды наблюдаются в диапазоне температур от 0 до - 1... - 10 С. В этом интервале температуры происходят и наиболее значительные изменения прочностных и тепловых свойств мерзлых дисперсных пород. Тепловым состоянием мерзлой дисперсной породы определяется и длительная прочность, которая в 5-15 раз меньше мгновенной [18]. Механические свойства мерзлых коренных пород определяются не столько свойствами минеральной составляющей породы, сколько ее макроструктурой, интенсивностью и характером трещиноватости, степенью заполнения льдом, слоистостью. Известно, что в результате диагенеза и различных тектонических процессов массив горных пород разбит поверхностями, ориентированными самым различным образом и представляющими собой поверхности напластования или слоистости, кливажные и тектонические трещины и пр. В многолетнемерзлой толще помимо трещин, образовавшихся в результате метаморфизма и тектонических процессов, наблюдаются трещины, связанные с промерзанием породы. Трещины в многолетнемерзлых горных породах, как правило, заполнены льдом, цементирующая способность которого определяется температурой горной породы. Разрушение мерзлой коренной породы начинается обычно по ледяным включениям и зависит от ориентировки трещин относительно действующих усилий, времени приложения нагрузки и угла, составляемого трещиной с обнаженной поверхностью. Решающую роль при разрушении могут играть силы смерзания льда с породой, сопротивление льда сдвигающим и растягивающим усилиям. Зависимость механических свойств мерзлых горных пород от их температуры предопределяет влияние теплового режима шахты на устойчивость и характер деформирования подземных выработок [29]. Детальные наблюдения за формированием температурного поля вокруг шахтных выработок проводились на шахте № 11 шахтоуправления Джебари-ки-Хая. В качестве основного объекта для наблюдений была выбрана возду-хоподающая штольня 46 протяженностью около 450 м. Температурные шпуры располагались через 22-50 метров, глубина их заложения от поверхности составляла от 1 до 50 м и более. Температурные наблюдения проводились в течение нескольких лет в теплый и холодный периоды года. Установлены закономерности распределения температуры горных пород вокруг штольни по наблюдениям 1961 года. Данные наблюдений показывают, что годовые колебания температуры рудничного воздуха вызывают аналогичные явления в горных породах. Амплитуда температурных колебаний в породе уменьшается в глубину массива с увеличением расстояния от устья штольни. Так для первого температурного шпура на глубине 0,2 м она составляет - 39,6, для третьего - 23,6 и для восьмого - 18,2, а на глубине 1,5 соответственно -14,2; 13,0; 8,9 С . Колебания температур горных пород отстают по фазе от колебаний температуры рудничного воздуха в данном пункте. Время отставания, определяемое расстоянием данной точки от стенки выработки, составляет 2 месяца для глубины 1,5 м, 3,5 -месяца для глубины 2,5 м и 4,5 месяца - для глубины 3,6 м. Проведенные температурные наблюдения установили степень охлаждения горного массива. Максимальный размер охлажденной зоны по результатам экстраполяции составляет 8 - 10 м. На фоне общего охлаждения массива в теплый период года происходит протаивание горных пород, непосредственно прилегающих к стенке выработки. Размеры протаявшего слоя уменьшаются по длине выработки, причем максимальное значение не превышает 1,5 м. На расстоянии 350-400 м от устья воздухоподающей выработки боковые породы практически не протаивают.
Исследование закономерностей распределения температур горных пород и воздуха в горных выработках, криогенное районирование
Замеры температуры горных пород и воздуха в горных выработках проводились одним и тем же термометром ТЦМ 9210М4, № зав. 2442 с термопреобразователем ТТЦ 01-180. В его конструкции имеется датчик в виде насадки на специальный стержень (длина стержня регулируется) и корпус, в котором температурный сигнал преобразуется в цифровой и измеряемая температура высвечивается на цифровом табло. Точность измерений 0,1 С. Прибор легко юстируется на эталоне с известной температурой (как правило, это температура тающего льда или снега). Прибор неоднократно проверялся и полностью соответствовал требованиям точности и надёжности.
Обычно для измерения температуры пород в естественном залегании бурится специальный шпур, и через определённый интервал времени производится замер. Для того чтобы установить, каким образом зависит показатель замера от глубины шпура и от временного интервала замера после бурения шпура, был проведён специальный эксперимент в переходной зоне между мёрзлыми и талыми породами на жиле «Центрально-Тулуинская». Температура пород составляла около О С. Здесь менялась глубина шпура и временной интервал между замерами. Результаты этого эксперимента приведены в табл. 2.1.
Как видно из приведённых результатов, изменения глубины замера и времени замера существенного влияния на результат не оказывают. По крайней мере, для фиксации переходной зоны между мёрзлыми и талыми породами замеры можно делать на любой глубине шпура и с любым временным интервалом. Разница в измерениях не превышает ошибки измерения.
Для выявления закономерностей температурного состояния горных пород и воздуха в горных выработках в летнее и зимнее время было проведено сезонное картирование этих температурных полей путём проведения регулярных замеров по относительно равномерной сети, соответствующей кондиционным требованиям к картам 1:25000 со сгущением в наиболее сложных по температурному режиму участках (предполагаемых переходных зонах) до более крупных масштабов (1:10000, 1:2000 и крупнее).
В конце марта - начале апреля 2007 года на жилах «Центрально-Тулуинская» и №30,35 были проведены специальные измерения температур пород и воздуха в мониторинговом режиме с временным интервалом 10 суток. Это было сделано с целью изучения степени устойчивости сезонного температурного поля пород и воздуха в горных выработках во времени.
Все точки проведения температурных замеров в горных породах в их естественном залегании и воздуха в пространстве капитальных горных выработок и в очистных камерах отрабатываемых блоков были вынесены на проекции жил на горизонтальную плоскость. По этим данным были построены компьютерные версии (AutoCAD) всех необходимых карт температурных полей в горных породах и в воздушном пространстве горных выработок. Полученные результаты можно прокомментировать следующим образом. Жила Центрально-Тулуинская (рис.2.2, 2.3, 2.4). На сезонных картах распределения температуры воздуха наблюдается чёткая связь внутренней структуры температурного поля со схемой вентиляции горных выработок. Уровни сезонных температур, особенно зимних, повторяют трассы воздушных струй, которые направлены из устьев штолен с запада на восток. Так в зимний сезон (сезон отрицательных температур атмосферного воздуха), температуры воздуха в начале пути по выработкам были самыми низкими, они достигали минус 8 С. Затем они постепенно выравнивались до температур минус 2-3 С. Это температуры воздуха восточного фланга жилы. Они распределены более равномерно. Очевидно, это связано с тем, что вентиляторы на этом фланге работают на всасывание и перемещают воздух, температура которого адаптирована к температуре горных пород.
На карте распределения зимней температуры горных пород видно, что оба температурных поля достаточно хорошо совмещаются. «Струйный» характер поведения температурного поля в горных породах массива, очевидно, связан с влиянием более низких температур атмосферного воздуха, поступающего в выработки в процессе вентиляции, в сравнении с температурой горного мае сива. За счёт этого на начальных отрезках пути воздушной струи породы промораживаются до более низких температур. Наиболее низкая температура пород (-7 С) зафиксирована в области наиболее низкой температуры воздуха (-8 С).
Карты распределения летних температур воздуха и горных пород отличаются тем, что в приустьевой части всех штольневых выработок отмечаются ореолы положительных температур. Глубина распространения ореолов тёплого воздуха достигает 300 м от устьев штолен. Интервал изменения температур воздуха составляет от плюс 25 С в устьевой части штолен до нуля на границе ореола. В центральной части жилы температура воздуха находится на уровне минус 2 С. Температурное поле горных пород в летний сезон становится неоднородным. В пределах зон тёплого воздуха появляются ореолы положительных температур в породах. Контуры их практически совпадают. Максимальные температуры пород в приустьевой части штолен достигают плюс 6 С. Температура пород в центральной части жилы отрицательная и не опускается ниже минус 2-2,5 С. Только в районе штолен №№ 18,39 температура пород и воздуха понижается до минус 4 С. На температурных картах, составленных по летним и зимним замерам, на нижних горизонтах жилы зафиксирован ореол положительных температур пород и воздуха. Пространственное положение летних и зимних изотерм близко. Значения изотерм колеблются в пределах минус 1 - плюс 1 С.
Определение первоначального напряженного состояния горного массива инструментальными измерениями в шахте
Измерение напряжений горных пород производилось методом щелевой разгрузки по методике Института горного дела УрО РАН РФ [13]. Оценка действующего напряжения в элементе массива производилась путем изменения его напряженного состояния проходкой щели и измерения при этом соответствующих реакций в виде деформаций распорных реперов, установленных перпендикулярно этой щели (рис.3.4). Шпуры под распорные репера бурились перфоратором. Репера устанавливались на цементно-песчаную смесь. Оформление разгрузочной щели осуществлялось пропиливанием алмазной пилой. где UAB - деформация участка AB после образования щели, см; Е - модуль упругости массива горных пород, МПа; R - половина длины щели, см; L - расстояние между центрами отверстий для установки реперов, см; к±(±)сР каупер - средние значения коэффициентов концентрации напряжений на участках ОА и ОВ в направлениях соответственно перпендикулярно и параллельно щели; ц - коэффициент Пуассона. Для измерения напряжений выбираются участки в двух взаимно перпендикулярных выработках с монолитным слаботрещиноватым строением (рис. 3.5). Как правило, на штреке измерялись напряжения, действующие по простиранию рудного тела &пр (вертикальные разгрузочные щели) и вертикальные сг (горизонтальные разгрузочные щели). На квершлаге измерялись напряжения, действующие вкрест простирания рудного тела у п (вертикальные разгрузочные щели) и вертикальные св (горизонтальные разгрузочные щели). Напряжения в массиве горных пород ав (вертикальные), а„р (продольные) и ап (поперечные) вычислялись по формулам: Кп,КВ(ПР),Кпр,КВ{П) - коэффициенты концентрации напряжений; ОВСР - среднее значение вертикальных напряжений массива горных пород, МПа; ОПВСР - среднее значение вертикальных напряжений, измеренных на стенке квершлага, МПа; ПР с ВСР - среднее значение вертикальных напряжении, измеренных на стенке штрека, МПа. Значения Кфр) и Кв(„) при выбранном варианте щелевой разгрузки равны 2,2. Значения К„ и Кпр составляют 0,85.
Среднеквадратическое отклонение результатов для средних величин напряжений авср, &ПРСР, &ПСР определялись по формуле где А - разность между средними значениями напряжения и отдельным результатам определения, МПа; п - число единичных определений напряжений. Доверительный интервал определения среднего значения напряжения (Ао) рассчитывался по формуле (доверительная вероятность to/равна 0,95) Значение taf критерия для различных доверительных вероятностей в зависимости от числа степеней свободы / (числа единичных определений напряжении) принималось по известным методикам математической статистики. После непосредственных измерений разгрузочные щели служили наблюдательной станцией за напряжениями горных пород, изменяющихся во времени в процессе ведения горных работ. Приращение напряжений можно вычислить по формуле где AoJ- — приращение напряжения, направленного перпендикулярно разгрузочной щели, МПа; AUAB приращение деформации реперов АВ, см. Абсолютную величину напряжений можно вычислить из выражения: где аабс. - абсолютная величина напряжений на период измерений, МПа; оизм. — величина измеренных напряжений перед закладкой станции, МПа.
Определение напряжений производилось в многолетнемерзлых породах на жиле № 35, а также в переходных зонах мерзлых пород в талые на жилах № 30 и Центрально-Тулуинская. На жиле № 35 измерения проводились на квершлаге 1, штреке 3, штреке 4. Всего проведено 22 измерения в 22 раз-рузочных щелях (рис. 3.6). Результаты определения напряжений на стенках штреков и квершлага приведены в табл. 3.3. На основе данных измерений напряжений на стенках выработок определены величины напряжений горного массива (табл.3.4, 3.5). Таким образом, установлено, что в условиях многолетней мерзлоты горный массив представляет собой однородную упругую среду, в которой действуют гидростатические напряжения [70]. Определения напряжений в условиях перехода мерзлых пород в талые производились на штреке 2 и квершлаге 2 жилы № 30 на глубине 250 м и на штреке 1, уклоне 2, квершлаге 3 жилы «Центрально-Тулуинская» на глубине 250 м. На указанных глубинах отмечались температуры, близкие к нулевой изотерме. На жиле № 30 произведено 16 измерений в 16 разгрузочных щелях (рис. 3.7). На жиле Центрально-Тулуинская измерения произведены по 24 разгрузочным щелям (рис. 3.8). Результаты определения напряжений на стенках штрека и квершлага жилы № 30 приведены в табл. 3.6. На основе данных измерений напряжений на стенках выработок определены величины напряжений горного массива жилы № 30 (табл. 3.7). Рис.3.7. Схема расположения разгрузочных щелей на жиле № 30 Результаты определения напряжений на стенках выработок Центрально-Тулуинская приведены в табл. 3.8, в горном массиве - в табл. 3.9.
Обоснование метода управления горным давлением - регулируемым самообрушением
При пологих углах падения рудного тела (до 55 ) должны соблюдаться следующие условия [16,17]: Кр - коэффициент разрыхления; Кз - коэффициент, учитывающий геологический тип месторождения, и коэффициент крепости пород; тср — средняя выемочная мощность рудного тела, м; а - угол падения рудного тела, градус. Величину коэффициента разрыхления для условий разработки Иро-киндинского месторождения принимаем 1,5 [72]. Тип массива Ирокиндин-ского рудного тела - III (неслоистый массив горных пород) [16,72]. Значения коэффициента Кз принимаем по табл. 4.1, разработанной ВНИМИ совместно с Иргиредметом [16,17,72]. Произведем расчет свода возможного обрушения пород при выемке одного блока. Средние размеры блока: длина по простиранию 100 м, по падению - 88 м, а =35. Мощность жилы 2,0 м. Очевидно, свод обрушения будет образовываться при достижении максимально допустимого пролета кровли камер. При меньших пролетах будут обрушаться только отдельные блоки пород непосредственной кровли.
Определение толщины непосредственной кровли рассмотрено ниже. При выемке внутриблоковых, надштрековых и подштрековых целиков не исключается возможность блоковых сдвижений и обрушений пород. Эти процессы возможны при превышении шага возможного обрушения пород под влиянием гравитационных сил от веса налегающих пород. Шаг возможных обрушений (допустимый пролет кровли) на основе методики В.Д. Сле-сарева составит [19] где Ор — предел прочности пород на растяжении в образце, МПа; h — высота непосредственной кровли, м; Кс— коэффициент структурного ослабления; у — объемный вес горных работ, МН/м . Среднее значение шага обрушения для наших условий при //=100-300м составит /,об=65м. Результаты расчета Ьоб=65 м сопоставимы с данными определения для аналогичных условий на Кукисвумчоррском и Норильском месторождениях, где шаг обрушения составляет для глубин 200 м - 58 м [19]. По данным математического моделирования в кровле действуют небольшие сжимающие напряжения, меньше допустимых значений. Таким образом, можно сделать вывод, что кровля камер характеризуется устойчивым состоянием в пределах отработки горизонта горных работ. При выемке запасов в пределах двух этажей не исключается возможность проявления процессов самообрушения пород кровли. Вопросы проявлений самообрушения более подробно рассмотрены в гл. 5. 1. В мерзлых массивах и в зонах их перехода в талые целесообразно применять комплекс методов управления горным давлением. Для обеспечения устойчивости конструктивных элементов систем разработки возможно применение предлагаемых методик определения параметров устойчивых целиков и обнажений камер.
Методики учитывают фактические природные и техногенные напряжения горного массива, физико-механические свойства пород, угол наклона и рельеф жилы, структурную ос-лабленность при изменении температурного режима горных пород. Для безопасной выемки внутриблоковых и ленточных целиков возможно применение способа «самообрушения». Регулирование процесса са мообрушения возможно путем определения по предлагаемым методикам пространственного положения мест возможных обрушений, их параметров. 2. В криолитозоне как в мерзлых породах, так и в их переходных зонах в талые при использовании предлагаемых методов управления горным давлением возможна выемка внутриблоковых и ленточных целиков в блоках ранее отработанных камерно-столбовой системой разработки с креплением. При выемке целиков будет обеспечена безопасность ведения горных работ, а также значительное снижение в них потери руд и металла. 3. В процессе исследований не выявлено снижения устойчивости в переходной зоне при оттаивании мерзлых пород. Это объясняется положительным влиянием возрастающих горизонтальных напряжений. Поэтому на нижних горизонтах в зонах перехода мерзлых пород в талые разработку наклонных жил также как и мерзлом массиве целесообразно производить сплошной системой разработки без оставления внутриблоковых целиков. Ленточные целики возможно вынимать в отступающем порядке с локализацией подземных пустот путем создания зон самообрушения взамен ранее применяемых бутовых полос.
