Введение к работе
Актуальность темы. Железорудные месторождения Горной Шории разрабатываются на больших глубинах в условиях действия высоких тектонических напряжений и нарушенности массива горных пород. Руды и породы прочные, хрупко разрушаются под нагрузкой, способны накапливать значительную упругую энергию деформаций; около 90% пород удароопасны. При этом развитие горных работ связано с ростом объемов проведения капитальных выработок, расположенных в лежачем боку месторождения, которые имеют большой удельный вес, и их длина на отдельных рудниках изменяется от сотен до тысяч метров.
До настоящего времени устойчивость горных выработок в большинстве случаев обеспечивалась за счет применения железобетонной и монолитной бетонной крепей. Часто бетонная крепь не обеспечивает их надежного поддержания. Особая роль отводится облегченным типам крепей, таким как анкерная и набрызгбетонная, которые являются одними из средств крепления в условиях больших глубин. В этом случае возникает необходимость детального исследования влияния технологии разработки на особенности проведения и крепления выработок в условиях напряженно-деформированного состояния массива горных пород с учетом использования шпуровых зарядов ВВ, контурных шпуров, параллельно-сопряженных скважин и шпуров, камуфлетного взрывания и др.
Поэтому разработка и обоснование способов проведения и крепления капитальных выработок в удароопасных условиях является актуальной научной и практической задачей.
Целью работы является обоснование способов проведения и крепления капитальных выработок в удароопасных условиях.
Идея работы состоит в использовании закономерностей пространственного распределения динамических явлений в лежачем боку удароопасных железорудных месторождений для разработки способов проведения и крепления капитальных выработок.
Задачи исследований:
— определить влияние динамических явлений на состояние капитальных горных выработок;
установить основные закономерности пространственного распределения динамических явлений в лежачем боку удароопасных железорудных месторождений;
разработать и обосновать эффективные способы проведения и крепления капитальных выработок в условиях удароопасного состояния массива горных пород.
Методы исследований включают анализ и обобщение экспериментальных данных геофизических методов контроля состояния массива горных пород; аналитические исследования полей напряжений для реальных условий железорудных месторождений.
Основные научные положения, защищаемые автором:
уровень и интенсивность динамических явлений в лежачем боку месторождений в зонах массива горных пород, примыкающих к капитальным выработкам, определяется последовательностью отработки технологических блоков на разных глубинах;
по интенсивности проявлений горного давления в динамической форме в капитальных выработках под влиянием очистных работ выделяются две зоны, первая — с максимальной сейсмической энергией динамических явлений протяженностью от 20 до 400 м, вторая — с минимальной энергией динамических явлений от 400 до 900 м;
подвигание забоя и перемещение опорного давления вглубь массива горных пород при проведении и креплении капитальных выработок достигается разупрочнением призабойного массива применением контурного взрывания с элементами армирования и удлиненных наклонных оконтуривающих шпуров, параллельно-сопряженных скважин и шпуров с неэлектрической системой инициирования зарядов ВВ;
повышение безопасности и эффективности горных работ в массиве с тектоническими полями напряжений достигается путем применения комбинированных облегченных типов крепей, включающих набрызгбетон, набрыз-гбетон - анкера, набрызгбетон - анкера - металлическая сетка, набрызгбетон - анкера - металлическая сетка - набрызгбетон.
Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается: сопоставимостью данных аналитических расчетов с фактическими данными, полученными экспериментальными методами и по визуаль-
ным наблюдениям за состоянием горных выработок, проявлением горного давления в них в динамической форме, анализом результатов натурных наблюдений.
Новизна научных положений:
установлена закономерность пространственного распределения динамических явлений с разной сейсмической энергией в лежачем боку месторождений в зависимости от местоположения технологических блоков в шахтном поле;
установлена протяженность зон в массиве горных пород, где расположены капитальные выработки, с максимальной и минимальной сейсмической энергией динамических явлений;
выявлено влияние расположения анкеров в шпурах, шпуров и компенсационных скважин, контурного взрывания с элементами армирования, оформления врубовых полостей на параллельно-сопряженные скважины и использование неэлектрической системы инициирования зарядов ВВ, на увеличение величины подвигания забоя и перемещение опорного давления вглубь массива горных пород; обоснованы и предложены комбинированные облегченные типы крепей, используемые в удароопасных условиях.
Личный вклад автора состоит в: оценке состояния капитальных горных выработок при динамических явлениях; выявлении основных закономерностей распределения толчков в лежачем боку удароопасного месторождения при ведении горных работ; разработке новых способов проведения и крепления выработок в удароопасных условиях на месторождениях Горной Шории.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработаны новые способы проведения и крепления выработок в массиве с тектоническими полями напряжений, обеспечивающие повышение безопасности и эффективности горных работ.
Реализация работы в промышленности
Диссертация выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ИГД СО РАН и ОАО «ВостНИГРИ», при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты №№ 02-05-64240, 02-05-79183, 04-05-79020), в рамках научной школы академика РАН М. В. Курлени (№ НШ 2273.2003.5).
Научные результаты и практические рекомендации, разработанные автором, внедрены на удароопасном Шерегешевском месторождении, экономический эффект от их внедрения составил более 500 тыс. руб. (в ценах 2006 г.).
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на Международном научном симпозиуме «Неделя горня-ка-2003» (Москва, 2003 г.), на IV Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых» (г. Новосибирск, ИГД СО РАН, 2003, 2004 г. г.); на научно-технических конференциях ОАО «Евразруда» (г. Новокузнецк, г. Абаза, 2004, 2006 г.г.).
Публикации
По результатам выполненных исследований опубликовано 12 печатных работ, включая 2 патента РФ.
Объем и структура диссертации
